CHƯƠNG 6 : Tính tốn thiết bị phụ
6.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy
Chọn nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy là nồi đun Kettle, ống truyền nhiệt được làm bằng theo X18H10T, kích thước ống 25 x 2.
Chọn dịng hơi cấp nhiệt đi trong ống 25 x 2 là hơi nước ở 4,025 at, tương đương với nhiệt độ sơi của nước: 𝑡𝑠𝑁 = 150 oC
Ẩn nhiệt ngưng tụ: 𝑟𝑁 = 2753 kJ.kg-1 (I.250, trang 312, [1])
Sản phẩm đáy trước khi vào nồi đun cĩ nhiệt độ 𝑡1′ = 𝑡𝑤 = 120,787 oC, nhiệt độ ra 𝑡′𝑤 = 130 oC.
Suất lượng hơi nước cần dùng
Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho đáy tháp:
𝑄đá𝑦 = 𝑄𝐷2− 𝑄𝑛𝑡2= 1011972,924 − 190191,184 = 494929,10513 (kJ.h-1)
𝑄đá𝑦 = 394359 (kW)
Suất lượng hơi nước cần dùng:
𝐺ℎ𝑁 =𝑄đá𝑦
𝑟𝑁 =394359
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
6.3.1. Xác định bề mặt truyền nhiệt
Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt:
𝐹𝑡𝑏 = 𝑄đá𝑦
𝐾.𝛥𝑡𝑙𝑜𝑔 (V.1, trang 3, [2])
Xác định 𝜟𝒕𝒍𝒐𝒈:
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều ta cĩ:
𝛥𝑡𝛥𝑡1−𝛥𝑡2 𝑙𝑛𝛥𝑡1 𝛥𝑡2 (150−130)−(150−120,787) 𝑙𝑛(150−120,787150−130 ) = 24,32 oC (V.8, trang 5, [2]) Xác định hệ số truyền nhiệt K:
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:
𝐾 = 1 1 𝛼𝑁+∑ 𝑟𝑡+ 1 𝛼𝐷 (W.m-2.độ-1) (V.5, trang 4, [2]) Với:
𝛼𝑁: hệ số cấp nhiệt của nước trong ống W.m-2.độ-1
𝛼𝐷: hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ W.m-2.độ-1
∑ 𝑟𝑡: nhiệt trở của thành ống và lớp cáu
Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước:
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước được tính theo cơng thức:
𝛼𝑁 = 0,725. 𝐴. ( 𝑟𝑁 (𝑡𝑠𝑁−𝑡𝑤1).𝑑𝑡𝑟)0,25 (5-34) 𝛼𝑁 = 0,725. 𝐴. ( 2753.1200 (150−𝑡𝑤1).0,021)0,25 = 107.𝐴 (150−𝑡𝑤1)0,25 Với:
𝑡𝑤1: nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi nước (trong ống)
𝐴: hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý của nước theo nhiệt độ
Nhiệt tải ngồi thành ống:
𝑞𝑁 = 𝛼𝑁. (150 − 𝑡𝑤1) = 107. 𝐴. (150 − 𝑡𝑤1)0,75 (5-35) Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
𝑞𝑡 =𝑡𝑤1−𝑡𝑤2
∑ 𝑟𝑡 (5-36) Trong đĩ:
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 64
- 𝑡𝑤2: nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngồi ống)
∑ 𝑟𝑡 =𝛿𝑡
𝜆𝑡 + 𝑟1+ 𝑟2 (5-37) 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.độ.W-1
Nhiệt trở của lớp cáu phía sản phẩm đáy: 𝑟2 = 1
5000 m2.độ.W-1
Suy ra: ∑ 𝑟𝑡 = 5,227.10−4 m2.độ.W-1
Vậy: 𝑞𝑡 = (𝑡𝑤1−𝑡𝑤2)
5,227.10−4 (5-38)
Xác định hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy:
Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy được xác định theo cơng thức (chế độ sơi sủi bọt và xem sản phẩm đáy như là nước).
𝛼đá𝑦 = 0,145. 𝑃0,5. (𝑡𝑤2 − 100)2,33 (V.91, trang 26, [2]) (5-39)
Với P: áp suất để đạt nhiệt độ sơi của sản phẩm đáy, khi đĩ 𝑃 = 1 at = 105 N.m- 2.
𝛼đá𝑦 = 0,145. (105)0,5. (𝑡𝑤2− 100)2,33 = 45,853. (𝑡𝑤2− 100)2,33
𝑞đá𝑦 = 45,853. (𝑡𝑤2− 100)3,33 (5-40) Chọn: 𝑡𝑤1 = 142,63 oC
Khi đĩ ở nhiệt độ trung bình:
𝑡𝑡𝑏 =150+142,63
2 = 146,315 oC
Ta được: 𝐴 = 194,95 oC (tra V.101, trang 29, [2]). Từ (5-35) ta cĩ:
𝑞𝑁 = 107.194,95. (150 − 142,62)0,156 = 4762,3 (W.m-2)
Xem nhiệt tải mất mát là khơng đáng kể: 𝑞𝑡 = 𝑞𝑁 = 64762,3 (W.m-2) Từ (5-38) ta cĩ:
𝑡𝑤2 = 𝑡𝑤1− 𝑞𝑡. 5,227.10−4 = 142,63.64762,3. 5,22710,25 = 108,77 oC Từ (5-40) ta cĩ:
𝑞đá𝑦 = 45,853. (108,27 − 100)3,33 = 63533,7 (W.m-2) Kiểm tra sai số:
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
𝜀 = |𝑞𝑁−𝑞đá𝑦|
𝑞đá𝑦 =|64762,3−63533,7|
23354,428 ⋅ 100 = 1,9% < 5% (thỏa điều kiện)
Vậy 𝑡𝑤1 = 194,95oC và 𝑡𝑤2 = 106,5 oC Khi đĩ: 𝛼𝑁 = 107.𝐴 (150−𝑡𝑤1)0,25 = 107.194,95 (150−142,63)0,25 = 8787,28 W.m-2.độ-1 𝛼đá𝑦 = 45,853. (𝑡𝑤2− 100)2,33 = 45,853. (108,77 − 100)2,33 = 7237,19 W.m-2,độ-1 𝐾 = 1 1 8787,28+5,227.10−4+7237,191 = 1290,86 W.m-2.độ-1
Bề mặt truyền nhiệt trung bình:
𝐹𝑡𝑏 = 394,359.1000
1290,86.24,32 = 3,489 (m2) Chọn số ống truyền nhiệt là 91 ống. Suy ra chiều dài ống truyền nhiệt:
𝐿 = 3,489
𝜋.91.0,025+0,0212 = 0,53 (m)
Chọn chiều dài mỗi ống là 2 m. Vậy nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt vỏ - ống với số ống n = 91
Ống được bố trí theo hình lục giác đều, nên ta cĩ số ống trên đường chéo hình lục giác: b = 11 ống. Chọn bước ngang giữa hai ống: 𝑡 = 1,4. 𝑑𝑛𝑔 = 0,035 m (trang 49,
[2]).
Đường kính vỏ thiết bị:
𝐷𝑣 = 𝑡(𝑏 − 1) + 4𝑑𝑛𝑔 = 0,035. (11 − 1) + 4.0,025 = 0,45 (m) (V.140, trang
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 66
Bảng 6-3: Tĩm tắt các thơng số nồi đun chất lỏng ở đáy tháp
Thơng số Kí
hiệu
Giá trị
Loại thiết bị Nồi đun Kettle
Đường kính ngồi của ống 25 mm
Bề dày ống 2 mm
Chiều dài ống L 2 m
Số ống N 91 ống
Hệ số truyền nhiệt K 1290,86 W.m-2.độ-1
Bề mặt truyền nhiệt trung bình Ftb 3,489 m2
Đường kính vỏ thiết bị Dv 0,5 m