CHƢƠNG 4 : TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG
5.2. Tính tốn và lựa chọn thiết bị phụ
5.2.2.2. Thiết bị truyền nhiệt loại ống
Loại này bề mặt truyền nhiệt loại hình ống, căn cứ vào tính chất làm việc và cấu tạo của thiết bị, có thể xếp thành các kiểu sau:
+ Ống xoắn kiểu tƣới; + Ống lồng ống; + Ống chùm. a) Ống xoắn ruột gà
Thiết bị ống xoắn ruột gà là một trong những loại thiết bị đơn giản nhất, nó gồm các ống uốn theo hình ren ốc gọi là ống xoắn ruột gà. Khi làm việc một chất tải đi trong ống, còn một chất tải nhiệt khác đi ngoài ống.
Thiết bị ống xoắn ruột gà có ƣu điểm là thiết kế đơn giản, có thể làm bằng những vật liệu chống ăn mịn, dễ kiểm sốt và sửa chữa. Khuyết điểm của thiết bị kiểu này là cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ do hệ số cấp nhiệt phía ngồi bé, khó làm sạch phía trong ống, trở thuỷ lực lớn hơn ống thẳng.
Vận tốc của chất lỏng trong ống xoắn thƣờng 0,5 ÷ 1 m/s. Đối với chất khí thƣờng ở áp suất thƣờng từ 5 ÷ 12 m/s. Đƣờng kính ống khơng q 100 mm vì lớn q khó gia cơng. Đối với ống xoắn gấp khúc chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào vật liệu.
Hình 5.7:Thiết bị truyền nhiệt ống xoắn ruột gà 2- ống xoắn; 3- giá đỡ; 4- nẹp giữ ống; 5- ống 2- ống xoắn; 3- giá đỡ; 4- nẹp giữ ống; 5- ống b) Loại ống tƣới
Loại này thƣờng dùng làm nguội và ngƣng tụ, chất lỏng phun ở ngồi đƣờng ống là nƣớc lạnh nó gồm các ống thẳng nối với các khuỷu.
Nƣớc tƣới ở ngoài ống chảy lần lƣợt từ trên xuống dƣới ống rồi đi vào thùng chứa. Khi trao đổi nhiệt thì một phần ống nƣớc bay hơi. Khi bay hơi nó sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải nhiệt nóng ra khỏi ống do đó khi dùng thiết bị này lƣợng nƣớc dùng làm nguội sẽ ít hơn khi dùng các thiết bị khác.
Hình 5.8:Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tƣới
1- máng tƣới; 2- ống truyền nhiệt; 3- khuỷu nối; 4- máng chứa nƣớc; 5- bích nối
c) Loại ống nồng ống
Thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau mỗi đoạn có 2 ống lồng vào nhau. Để dễ dàng thay thế và rửa ống ngƣời ta nối khuỷu và ống nối
bằng một mặt bích. Các ống đƣợc hàn kín bằng một mối hàn.
Chất tải nhiệt I đi trong ống từ dƣới lên còn chất tải nhiệt II đi trong ống ngoài từ trên xuống, khi năng suất lớn ta đặt nhiều dãy làm việc song song.
Ƣu điểm của loại này là hệ số truyền nhiệt lớn vì ta có thể tạo ra vận tốc lớn cho cả 2 chất tải nhiệt, cấu tạo đơn giản, nhƣng có nhƣợc điểm là cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều kim loại, khó làm sạch khoảng trống giữa 2 ống.
Hình 5.9: Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống a)- sơ đồ thiết bị; b)- thiết bị thực tế a)- sơ đồ thiết bị; b)- thiết bị thực tế
1- ống trong; 2- ống ngoài; 3- khuỷu nối; 4- ống nối; 5- mối hàn d) Loại ống chùm
Thiết bị truyền nhiệt loại này đƣợc dùng phổ biến nhất trong công nghiệp hố chất, nó có những ƣu điểm là kết cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn. Thiết bị đơn giản của loại này là ống kiểu đứng. Gồm có thân hình trụ hai đầu hàn hai ống lƣới, các ống truyền nhiệt đƣợc ghép chắc chắn, kín vào lƣới. Đáy và náp nối với thân bằng mặt bích có 4 bulơng ghép chắc. Thiết bị truyền nhiệt đƣợc đặt trên giá đỡ hoặc thiết kế thiết bị có chân đỡ. Chất tải nhiệt I đi từ dƣới lên qua các ống và ra ngồi, cịn chất tải nhiệt II đi từ cửa trên vào khoảng trống của vỏ thiết bị và ống rồi đi ra phía của dƣới. Với thiết bị này thì chất tải nhiệt II phải là chất lỏng sạch không tạo cặn (thƣờng là nƣớc mềm) vì rất khó vệ sinh khoảng khơng giữa ống và vỏ thiết bị.
Khi cần tăng vận tốc của chất tải nhiệt để tăng hiệu quả truyền nhiệt, ngƣời ta thƣờng chia thiết bị ra làm nhiều ngăn. Vận tốc chất tải sẽ tăng lên theo số ngăn đƣợc chia. Cấu tạo nhƣ hình vẽ sau:
a)
Hình 5.10: Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm có vách ngăn: 1- vỏ; 2- ống dẫn khí; 3- vách ngăn
Trƣờng hợp thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao độ chênh lệch nhiệt độ lớn > 50 o C thì biến dạng do sự dãn nở khơng đều nhau. Vì vậy ngƣời ta phải thiết kế thêm cho thiết bị bộ phận bù giãn nở nhiệt. Các chi tiết cầu tạo bộ phận bù giãn nở trong thiết bị ống chùm có thể xếp thành 2 loại:
+ Bù giãn nở ghép thêm bộ phận đàn hồi;
+ Bù giãn nở theo kết cấu di chuyển tự do theo chiều dọc. Hai trƣờng hợp này đƣợc mơ tả nhƣ hình vẽ sau:
Hình 5.11: Thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm có bù giản nở: a- vịng bù giãn nở; b- loại chữ U
1- vỏ thiết bị; 2- vành đai; 3- ống chữ U
a) b)