: nhiệt lượng tổn thất ra môi trường của toàn tháp
5.3.2. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống. Ống truyền nhiệt được làm bằng inox SUS 304, kích thước ống trong: 16 x 16 và kích thước ống ngồi là 25 x 2,5.
Chọn:
- Nước làm lạnh đi trong ống 16 x 1.6 (ống trong) với nhiệt độ đầu t1 = 27oC, nhiệt độ cuối t2 = 45oC.
Các tính chất lý học của nước làm lạnh được tra tài liệu [6] ứng với nhiệt độ trung bình:
oC
- Nhiệt dung riêng: CN = 4,181 (kJ/kg.độ) (I.147, trang 165, [6]) - Khối lượng riêng: ρN = 993,64 (kg.m-3) (I.5, trang 11, [6])
- Độ nhớt động học: μN = 0,7802x10-3 (N.s.m-2) (I.102, trang 94, [6]) - Hệ số dẫn nhiệt: λN = 0,6276 (W.m-1.độ) (I.129, trang 133, [6]) Các thơng số của dịng sản phẩm đỉnh ứng với:
- Nhiệt dung riêng: (kJ.kg-1.độ) (bảng I.154, trang 172, [6]) - Khối lượng riêng: (kg.m-3) (bảng I.2, trang 9, [6])
- Độ nhớt động học: (N.s.m-2) (bảng I.101, trang 91, [6]) - Hệ số dẫn nhiệt: (W.m-1.độ) (bảng I.130, trang 134, [6])
5.3.2.1. Suất lượng hơi dùng để làm mát sản phẩm đỉnh
Suất lượng sản phẩm đỉnh:
kg/h = 0,108 kg.s-1
Lượng nhiệt cần tải:
(kJ.h-1)
Suất lượng nước cần dùng:
(kg.s-1)
5.3.2.2. Xác định bề mặt truyền nhiệt
Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt:
(V.1, trang 3, [7]) Với:
- : hệ số truyền nhiệt
- : nhiệt độ trung bình logarit
Quy trình cơng nghệ CBHD: PGS.TS.Lương Huỳnh Vủ Thanh
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:
(V.8, trang 5, [7])
Xác định hệ số truyền nhiệt K:
(W.m-2.K) (V.5, trang 4, [7]) Với:
- : hệ số cấp nhiệt của nước trong ống W.m-2.K - : hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ W.m-2.K - : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu
Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ở ống ngoài:
Vận tốc của sản phẩm đỉnh đi trong ống ngồi: (m.s-1) Đường kính tương đương:
dtđ = Dng –Dtr = 0,02 – 0,016 = 0.004 (m) Chuẩn số Reynolds: (chế độ chảy quá độ) Xác định chuẩn số Nusselt: (V.40, trang 14, [7]) (5-25) Trong đó:
- ε1: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReD và tỷ lệ chiều dài với đường kính ống:
(V.35, trang 12, [7]) (5-26)
- : chuẩn số Prandlt của sản phẩm đỉnh tính theo nhiệt độ trung bình của vách.
Suy ra:
Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh trong ống ngồi:
(5-27) Nhiệt tải phía sản phẩm đỉnh:
(5-28) Với : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đỉnh (ngoài ống nhỏ).
Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
(5-29) Trong đó:
- : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước (trong ống nhỏ)
(5-30) - Bề dày thành ống: δt = 0,0016 m
- Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ: W.m-2.K-1 (XII.7, trang 313, [7])
- Nhiệt trở lớp bẩn ở tường trong của ống: m2.độ.W-1
- Nhiệt trở lớp bẩn ở tường ngoài ống: m2.độ.W-1
(m2.độ.W-1)
Vậy: (5-31)
Quy trình cơng nghệ CBHD: PGS.TS.Lương Huỳnh Vủ Thanh
Vận tốc nước đi trong ống:
(m.s-1) Với dtr = 16 – 2x1,6 = 12,8 mm Chuẩn số Reynolds:
(chế độ chảy quá độ)
Công thức xác định chuẩn số Nusselt:
NuN = K0�1PrN0,43()0,25 (V.44, trang 16, [7]) (5-32) Trong đó:
- : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào và tỉ lệ chiều dài ống với đường kính ống
và (bảng V.2, trang 15, [7])
- Hệ số K0 phụ thuộc vào ReN, tra bảng 10.5/218 [8] được hệ số K0= 32,564 - :chuẩn số Prandlt của nước ở 36 oC nên(bảng I.249 trang 310, [6]) - : chuẩn số Pandlt của nước tính theo nhiệt độ trung bình của vách Suy ra:
Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống trong:
Nhiệt tải phía nước làm lạnh:
(5-33) Chọn oC.
Các thơng số của acetone ngưng tụ ứng với nhiệt độ oC được tra ở tài liệu [6]: - Nhiệt dung riêng: (kJ.kg-1.độ) (I.154, trang 172, [6])
- Độ nhớt động học: (N.s-1.m2) (I.101, trang 91, [6]) - Hệ số dẫn nhiệt: (W.m-1.K) (I,130, trang 134, [6])
Khi đó xem:
Từ (5-28) ta có:
(W.m-2)Giả sử tổn thất nhiệt không đáng kể nên qD = qt Từ (5-31) ta có :
oC
Tra bảng I.249, trang 310, [6] ta có: Từ (5-33) ta có:
(W.m-2) Kiểm tra sai số:
=> (thỏa điều kiện)
Vậy tw1 = 43,4 và tw2 = 41,239 Khi đó: (W.m-2.độ) (W.m-2.độ) Hệ số truyền nhiệt: (W.m-2.độ)
Bề mặt truyền nhiệt trung bình:
(m2) Suy ra chiều dài ống truyền nhiệt:
Quy trình cơng nghệ CBHD: PGS.TS.Lương Huỳnh Vủ Thanh
Kiểm tra: thì (thỏa điều kiện)
Vậy: thiết bị làm mát sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L= 32 m. Chia thành 12 dãy, mỗi dãy dài 1,5 m.
Bảng 5-14: Tóm tắt thơng số thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
Thơng số Kí hiệu Giá trị
Loại thiết bị Ống lồng ống Đường kính ống ngồi dng 25 mm Bề dày ống ngồi 2,5 mm Đường kính ống trong dtr 16 mm Bề dày ống trong 1,6 mm Chiều dài ống L 1,5 m Số dãy ống 12 dãy Hệ số truyền nhiệt K (W.m-2.độ)
Bề mặt truyền nhiệt trung bình Ftb 1,211 m2