2.4 .Tính hiệu số nhiệt độ trung bình ∆tlog
2.4.5 .Xác định hệ số truyền nhiệt K
K =1 1 α1 +∑λi δi +1α2 (2.19) Trong đó: K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ) λi: hệ số dẫn nhiệt kim loại (W/m.OC) δi: bề dày thiết bị truyền nhiệt (m)
2.4.5.1. Tính α1
B1: Giả sử tT1 bằng 1 giá trị bất kỳ [1] B2: Tính Nu1
Cấp nhiệt trong bình phản ứng cánh khuấy mái chèo
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học 2,86.102≤Ref ≤2.58.105 Nu = 0,87 . ℜf0,62. Pr0,33f .( μf μω)0,14 (2.20) 20≤Ref ≤ 4000 Nu = 0,145 . ℜ2f/3. Pr1/3f .( μf μω)0,24 (2.21) Trong đó:
Pr: chuẩn số Prant của dịng tính theo nhiệt độ trung bình của tường, các thơng số khác tính theo nhiệt độ trung bình dịng
μf: độ nhớt của chất lỏng ở bề mặt truyền nhiệt.
μw: độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình ttb=(tt+td)
Cấp nhiệt trong bình phản ứng cánh khuấy mỏ neo
− Trường hợp dịng nóng
Nu = 0,33.(Re.Pr0,5 +4000)2/3 (2.22)
Pr: chuẩn số Prant của dịng tính theo nhiệt độ trung bình của tường, các thơng số khác tính theo nhiệt độ trung bình dịng
− Trường hợp dịng lạnh
Nu= 0,23.(Re.Pr0,5 +4000)2/3 (2.23)
Pr: chuẩn số Prant của dịng tính theo nhiệt độ trung bình của tường, các thơng số khác tính theo nhiệt độ trung bình dịng
Nu=α × Dλ ℜ=ρ× n×dμ 2 Pr=Cp× μ
λ (2.24)
Trong đó:
D: Đường kính thiết bị (m)
λ: Hế số dẫn nhiệt của lưu chất (W/m.độ) ρ: khối lượng riêng (kg/m3)
n: số vòng quay cánh khấy trong 1 giây (vg/s) d: đường kính cánh khuấy (m)
Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp (J/kg.độ)
µt: độ nhớt chất lỏng ở nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt µ: độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình ttb=(tt+td)
Cấp nhiệt trong bình phản ứng cánh khuấy chân vịt, có ống xoắn truyền nhiệt dành cho chất lỏng Newton
Nu = 0,55 . ℜ0,64. Pr0,3.(d )0,4.(μf )
0,32
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học Trong đó:
Pr: chuẩn số Prant của dịng tính theo nhiệt độ trung bình của tường, các thơng số khác tính theo nhiệt độ trung bình dịng
μf: độ nhớt của chất lỏng ở bề mặt truyền nhiệt.
μw: độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình ttb=(tt+td) d: đường kính cánh khuấy (m)
D: Đường kính thiết bị (m)
ℜ=ρ× n×dμ 2 Pr=Cp× μ
λ (2.26)
Cấp nhiệt khi sơi
− Toả nhiệt khi sôi màng
α=0,677.√4λh3 . ρh . rhh . (ρf- ρh).g
μh.Δt.H (2.27) − Tỏa nhiệt sôi bọt
α=b.( λ2 υ .σ .Ts)1/3 . Δt2 (2.28) b=0,075.[1+10.(3,4.ρh ρf−ρh)2/3 ] (2.29) Trong đó:
λ: Hế số dẫn nhiệt của chất mang nhiệt (W/m.độ) ρh: khối lượng riêng của hơi (kg/m3)
ρf: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) σ : sức căng bề mặt chất mang nhiệt H: chiều cao thân thiết bị
rhh: nhiệt ẩn hóa hơi của chất mang nhiệt ∆t = tv – ts
tT: nhiệt độ thành phía tiếp xúc với chất lỏng. ts : nhiệt độ sôi của chất lỏng
B3: Tính q1
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học B4: Tính tT2 qT=λ δ×(tT1−tT2) (2.31) B5: Tính α2 [1] 2.4.5.2. Tính Nu2 Cấp nhiệt vỏ ngồi thiêt bị
αN=Cs.λN.(Gr . Pr)f.H−1T (2.32) Gr = g.HT3. βN.(tN−tNtb).v−N2 (2.33) Pr = vN.CN. ρN. λ−1N (2.34) Trong đó: Cs và f: hệ số tra bảng 4.3 HT chiều cao phần vỏ trụ bọc (m)
λN: độ dẫn nhiệt của chất mang nhiệt (W/moC)
vN: độ nhớt động học của chất mang điện (m2. s−1¿
Cs:nhiệt dung riêng của chất mang điện (J/kgoC)
ρN: khối lượng riêng của chất mang nhiệt (kg/m3)
βN: hệ số nở thể tích vì nhiệt của chất mang nhiệt (℃−1¿ Bảng 2. 3 Mối liên hệ giữa Cs và f
Gr.Pr Cs f ≤103 103 −¿5.102 5.102 −¿2.107 >2.107 0,450 1,180 0,540 0,135 0 0,125 0,125 0,330 Gr.Pr = HT3.(tT−tNtb).∆ Trong đó:
∆: hệ số đối với nước ∆=¿g.βN. ρ2N.CN.(ηN. λN)−1
Cấp nhiệt từ hơi ngưng tụ ở trong vỏ bọc trơn đến thành thùng khuấy
α =1,15[λ . ρ .(ρ −ρ ' ).g.r ]0,25
[η (t −t ' )H ]0,25
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học Trong đó:
tN: nhiệt độ ngưng tụ, ℃
ρN, ρ'N: khối lương riêng của nước ngưng và hơi bão hòa, kg/m3
ηN: độ nhớt động lực học của nước ngưng, W/moC rN: nhiệt hóa hơi của hơi bão hòa, J/kg
g: gia tốc trọng trường, m/s2
t 'N = 0,5(tKtb+tN¿
tKtb: nhiệt độ trung bình của mơi trường khuấy
Cấp nhiệt từ chất lỏng trong vỏ bọc loại ống xoắn
αN=0.232. λN.ηN0.14.εN.ℜ0.8. Pr0.33. d−1rd .(ηNT)−0.14 (2.36) Re= ρN.vN.dtd.ηN−1
Pr=CN.ηN. λN−1 εN=1+3,6.dtd. D−1
Trong đó:
Cs:nhiệt dung riêng của chất mang nhiệt (J/kgoC)
ρN,: khối lương riêng củachất mang nhiệt (kg/m3)
λN: độ dẫn nhiệt của chất mang nhiệt (W/moC)
ηN: độ nhớt động lực học của nước ngưng (W/moC) D: đường kính thiết bị (m)
dtd: đường kính tương đương (m)
vN : vận tốc chất lỏng đi trong thiết bị (m/s)
Vận tốc thiết bị đi trong vỏ bọc loại nửa ống xoắn hoặc ống xoắn:
vN=VSN
SN (2.37)
Trong đó:
SN:diện tích tiết diện chảy, m2
VSN: lưu lượng chất mang nhiệt, m3/s − Đối với với xoắn
SN= 0,25.π.no.do2 (2.38) − Đối với vỏ bọc
SN=0,5.ro.[l2−l2.(1−A1)] (2.39) Trong đó:
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học do: đường kính ống xoắn (m)
no: số ống xoắn ro: bán kính nửa ống
l1, l2: chiều dài cung và chiều dài dây cung của ống (m)
l1=ro.√8.A1+5,3.A1−1 (2.36)
l2=2.ro.√2.A1−1 (2.37) A1= ho
ro (2.40)
Trường hợp ngưng hơi trên bề mặt vỏ áo
Nu = 1,15 . (Ga.Pr.K)1/4 (2.41)
Trong đó:
Ga: Chuẩn số Galie của nước ngưng Ga = H3.ρ2.9,18
μ2 (2.42) Trong đó:
H: Chiều cao thiết bị (m) ρ: khối lượng riêng (kg/m3)
µ: độ nhớt của hơi bảo hịa ở nhiệt độ trung bình ttb = (tt+td)
Pr: chuẩn số Prant của dịng tính theo nhiệt độ trung bình của tường, các thơng số khác tính theo nhiệt độ trung bình dịng.
K: Chuẩn số ngưng
K=Cr
P. ∆t
Với:
Cp: nhiệt dung riêng của nước ngưng J/kg.độ
Cấp nhiệt từ hơi ngưng tự trong vỏ bọc loại nửa ống xoắn hoặc ống xoắn đến tường thiết bị αN=2,5.λN√Q . ρN.ρ0,1.lN0,35.(FrN ηN )−0,5 .(g. ρN' .σN)−0,3 .d−0,25td (2.43) Trong đó:
Q:lượng nhiệt cần truyền trong một đơn vị thời gian, J/s;
λN, ρN, ηN, σN: độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, độ nhớt động lực học và sức căng bề mặt của nước ngưng
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
ρ'N: khối lượng riêng của hơi bão hòa (kg/m3) lN: chiều dài của dòng mang nhiệt
với vỏ bọc loại nửa ống xoắn lN=π .(D+2.S).nV
với ống xoắn: lN= π .Dx. nx
Ở đây: S: chiều dày thùng khuấy; nx: số vịng xoắn
dtd: đường kính tương đương
B6: Tính q2
q2=α2×(tT2−t2) (2.44)
B7: So sánh q1 với q2 sai số 5% , nếu sai số lớn hơn 5% thì giả sử lại tT1 và tính lại
%q=|q1−q2|
q1+q2
2
.100 (2.45)
2.4.6.Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
Q=K . F .∆tlog (2.46)
¿≫F=K .∆Q
tlog (2.47)