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:
Qđá y=QD2−Qnt2=1011972,924−190191,184=494929,10513 (kJ.h-1)
Qđá y=394359 (kW)
Suất lượng hơi nước cần dùng:
GhN=Qđá y
rN =394359
2753 =0,0398 (kg.s-1)
6.3.1. Xác định bề mặt truyền nhiệt
Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt:
Ftb= Qđá y
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách
Xác định Δ tlog:
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều ta cĩ:
Δ t Δ t1−Δ t2 ln Δ t1 Δ t2 (150−130)−(150−120,787) ln( 150−130 150−120,787) =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 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 .¿(5-35) Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
qt=tw1−tw2
∑rt (5-36) Trong đĩ:
- tw2: nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngồi ống)
SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang 13
∑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=5,227.1 0−4 m2.độ.W-1
Vậy: qt= (tw1−tw2)
5,227.1 0−4 (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).
αđá y=0,145.P0,5.¿ (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 ¿1 05 N.m-2.
αđá y=0,145.¿
qđá y=45,853.¿ (5-40) Chọn: tw1=142,63oC
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.¿ (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 .1 0−4=142,63.64762,3.5,22710,25=108,77 oC Từ (5-40) ta cĩ:
qđá y=45,853.¿ (W.m-2) Kiểm tra sai số:
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách
ε=|qN−qđá y|
qđá y =|64762,3−63533,7|
23354,428 ⋅100=1,9 %<5 % (thỏa điều kiện) Vậy tw1=194,95oC và tw2=106,5oC Khi đĩ: αN=107.¿¿A W.m-2.độ-1 αđá y=45,853.¿ W.m-2,độ-1 K= 1 1 8787,28+5,227.10−4+ 1 7237,19 =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+0,021 2
=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 49, [2])
Bảng 6-21: Tĩm tắt các thơng số nồi đun chất lỏng ở đáy tháp
Thơng số Kí
hiệu
Giá trị
Loại thiết bị Nồi đun Kettle
SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang 15
Thơng số Kí hiệu
Giá trị
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