CHƯƠNG 6 : Tính tốn thiết bị phụ
6.5 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu
Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt dạng ống lồng ống. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép khơng gỉ X18H10T, kích thước ống trong 25 x 2, kích thước ống ngồi 38 x 2.
Dịng nhập liệu đi trong ống 25 x 2 với nhiệt độ đầu t''F=81,3 oC, nhiệt độ cuối
tF' =84,5 oC.
Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,025 at, đi trong ống 38 x 2 cĩ tsN=120 oC, ẩn nhiệt ngưng tụ: rN=2711 kJ.kg-1
Ứng với nhiệt độ trung bình ttbF=t'F+t''F
2 =81,3+84,52 =82,9 oC ta cĩ : Nhiệt dung riêng: CF=3,828 kJ.kg-1.độ-1 (I.147, trang 156, [1]) Khối lượng riêng (bảng I.2, trang 9, [1]): ρF=895,25 kg.m-3
Độ nhớt động học (bảng I.101, trang 91, [1]): μF=0,576.10−3 N.s.m-2 Hệ số dẫn nhiệt (bảng I.130, trang 134, [1]): λF=0,484 W.m-1.độ-1 Suất lượng hơi nước cần dùng:
Suất lượng dịng nhập liệu:
GF=F .MF=1691,34 (kg.h-1) = 0,469 (kg.s-1) Lượng nhiệt cần tải:
QC=GF.CF.(tF−tF'')=0,469.3,828.(84,55−81,3)=20742410 (kW) Suất lượng hơi nước cần dùng:
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách GN=QC rN =207424102711 =7651,2 (kg.s-1) Xác định bề mặt tuyền nhiệt Ftb= Q K . Δtlog (V.1, trang 3, [2]) Xác định Δtlog:
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều nên:
Δt Δt1−Δt2 ln Δt1 Δt2 (120−81,3)−(120−84,5) ln(120−81,3 120−84,5) ❑ =37,07 o C Xác định hệ số truyền nhiệt K:
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:
K= 1 1
αF+∑rt+α1
W
(W.m-2.độ-1) (V.5, trang 4, [2]) Với:
αF: hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu trong ống (W.m-2.độ-1)
αW: hệ số cấp nhiệt của dịng sản phẩm đáy đi trong ống ngồi (W.m-2.độ-1)
∑rt: nhiệt trở của thành ống và lớp cáu
Hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu ở ống trong Vận tốc của dịng nhập liệu đi trong ống:
vF=GρFF⋅ 4 π .d2 tr =895,260,469 ⋅ 4 π.0,0212=1,51 (m.s-1) Chuẩn số Reynolds: ℜF¿vF.dtr. ρF μF =1,51.0,021 .895,26576.10−3 =49411,17 > 104 (chế độ chảy quá độ) Chuẩn số Nusselt: N uF=0,021. ε1.R e0,8.P r0,43F .(PrF Prw1)0,25 (V.44, trang 16, [2]) (5-51) Trong đĩ:
ε1: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ℜF❑ và tỷ lệ chiều dài với đường kính ống
SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang 23
ℜF¿49411,17,dL
tr=0,0211,5 =72>50 nên chọn ε1=1 (bảng V.2, trang 15, [2])
PrF❑: Chuẩn số Prandlt của dịng nhập liệu ở 71 oC nên:
PrF¿μF.CF
λF =0,576.1 0
−3.3828
0,484 =4,56 (V.35, trang 12, [2]) (5-52)
Prw1❑: chuẩn số Prandlt của dịng nhập liệu tính theo nhiệt độ trung bình của vách
Suy ra: N uF= 266,62
Prw10,25❑
Hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu:
αF=N udtrF. λF= 266,62.0,484 0,021.Prw0,251 ❑=
129,04
Prw0,251 ❑=6144,95 (5-53) Nhiệt tải phía dịng nhập liệu:
qF=αF.(tw1−ttbF)=6144,95
Prw0,251 ❑⋅(tw1−71)=82,9(5-54) Với tw1: nhiệt độ của vách tiếp xúc với dịng nhập liệu.
Nhiệt tải qua thành ống nhỏ và lớp cặn bẩn:
qt=tw1−tw2
∑rt (5-55) Trong đĩ:
tw2: nhiệt độ của vách tiếp xúc với dịng sản phẩm đáy
Bề dày thành ống: δt=2 mm
Hệ số dẫn nhiệt của thép khơng gỉ: λt=16,3 W.m-2.độ-1 (XII.7, trang 313, [2]) Nhiệt trở của lớp bẩn ở tường với hơi nước sạch: r1= 1
5000 m2.K.độ-1 Nhiệt trở của lớp cáu phía sản phẩm đáy: r2=50001 m2.K.độ-1
⇒∑rt=δt
λt+r1+r2=0,00216,3 +50001 +50001 =5,227.1 0−4 (m2.oK.độ-1) Vậy:
qt= tw1−tw2
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước: Đường kính tương đương:
dt đ=Dtr−Dng=0,034−0,025=0,009 (m)
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước được tính theo cơng thức:
αN=0,725 A( rN (tsN−tw2)dt đ)0,25 =0,725A( 2711.1000 (120−tw2).0,009)0,25 =98,8 αN=90,725¿¿ A
Nhiệt tải phía hơi nước:
qN=αN.(tsN−tW2)=98,8.A.¿(5-57)
Chọn tw1=91,223 oC, các tính chất lý học của rượu ngưng tụ được tra ở tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ tw1:
Nhiệt dung riêng (bảng I.154, trang 172, [1]): CR=3,963 kJ.kg-1.độ-1 Khối lượng riêng (bảng I.2, trang 9, [1]): ρR=881,35 kg.m-3
Độ nhớt động học (bảng I.101, trang 91, [1]): μR=0,41.1 0−3 N.s.m-2 Hệ số dẫn nhiệt (bảng I.130, trang 134, [1]): λR=0,52 W.m-1.độ-1 Khi đĩ: Prw1¿ μR.CR λR =0,41.10 −3.3963 0,52 =2,49 (V.35, trang 12, [2]) Từ (5-54) và (5-56) ta cĩ: qt=qF=438,64 2,490,25⋅(91,223−829)=55022,198,16 (W.m-2) tw2=tw1+qt.5,227 .10−4=91,223+5200,198.8,22.1 0−4=114,98 oC ⇒ttbw=119,982+120=105,6 oC
Tra bảng V.101, trang 29, [2] ta được A=181,52
Từ (5-57) ta cĩ: qN=988.181,552.(120−119,98)0,75=53004,16 (W.m-2) Kiểm tra sai số:
ε=|qN−qF|
qN =|53004,16−55022,198|
53004,16 ⋅100=3,6%<5% (thỏa điều kiện) Vậy tw1=91,223 oC và tw2=119,98oC
Khi đĩ: αF=129.0,1
2,490,25=66127(W.m-2.độ-1)
SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang 25
αN=6643,67 (W.m-2.độ-1) Nên: K= 1 1 66126+5,277.10 −4+ 1 6043,68 =1191,34 (W.m2.độ-1) Bề mặt truyền nhiệt trung bình:
Ftb=1191,34.37,05100570.1000 =0,632 (m2) Chiều dài ống truyền nhiệt:
L= 0,632 π⋅0,025+0,0212 =1313 (m) Chọn L=14 m (dự trữ khoảng 25%) Kiểm tra: L dtr=0,02114 =625,54>50 thì ε1=1 (thỏa)
Vậy thiết bị gia nhiệt là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L=14 m. Chia thành 4 dãy mỗi dãy dài 2 m.
Bảng 6-23: Tĩm tắt thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dịng nhập liệu
Thơng số Kí hiệu Giá trị
Loại thiết bị Ống lồng ống
Đường kính ngồi của ống dng 38 mm
Bề dày ống ngồi 2 mm
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách
Thơng số Kí hiệu Giá trị
Bề dày ống trong 2 mm
Chiều dài ống L 2 m
Số dãy ống N 4 dãy
Hệ số truyền nhiệt K 1191,34 W.m-2.độ-1
Bề mặt truyền nhiệt trung bình Ftb 0,633 m2