Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống. Ong truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống trong:25x2; kích thước ống ngoài: 38x2.
Dòng nhập liệu đi trong ống 25x2 (ống trong) với nhiệt độ đầu: t”F =57oC ,nhiệt độ cuối: tF =100.52oC.
Chọn hơi đốt là hơi nước 1.5 at, đi trong ống 38x2(ống ngoài). Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có:
+ Nhiệt độ sôi: tsN = 110.05oC.
+ An nhiệt ngưng tụ: rN = 2219.32 (KJ/kg).
Các tính chất lý học của dòng nhập liệu được tra ở tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]
ứng với nhiệt độ trung bình ttbF = 2
"F tF t +
=78.76oC:
+ Nhiệt dung riêng: cF = 3.767 (KJ/kg.độ).
+ Khối lượng riêng: ρF =974.86 (Kg/m3).
+ Độ nhớt động lực: àF = 0.377.10-3 (N.s/m2).
+ Hệ số dẫn nhiệt: λF = 0.62 (W/moK).
a . Suất lượng hơi nước cần dùng :
Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu:
Qc = 3600
GF
.cF.(tF – t”F) =
3600 896 .
5025 .3.767.(100.52 -57)=228.87 (KW).
Suất lượng hơi nước cần dùng:
GhN = c = 2219228..8732 rN
Q = 0.1 (Kg/s).
b . Xác định bề mặt truyền nhiệt :
Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt:
1225 1226 1227 1228 1229 1230 1231 1232 1233 1234 1235 1236 1237 1238 1239 1240 1241 1242 1243 1244 1245 1246 1247 1248 1249 1250 1251 1252 1253 1254 1255 1256 1257 1258 1259 1260 1261
Ftb = . tlog
K Qt
∆ ,(m2) (IV.22).
Với: + K : hệ số truyền nhiệt.
+ ∆tlog : nhiệt độ trung bình logarit.
• Xác định ∆tlog :
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:
35 . 25 52
. 100 05 . 110
57 05 . 110
) 52 . 100 05 . 110 ( ) 57 05 . 110 (
log =
−
−
−
−
= −
∆
Ln
t (oK).
• Xác định hệ số truyền nhiệt K:
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức:
N t F
r K
α α
1 1
1 + Σ +
= ,(W/m2.oK) (IV.23).
Với: + αF : hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu (W/m2.oK).
+ αN : hệ số cấp nhiệt của hơi nước (W/m2.oK).
+ ∑rt : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu.
* Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu trong ống nhỏ:
Vận tốc dòng nhập liệu đi trong ống :
2
2 .0.021
. 4 . 3600
5 .
. 4 .
3600 π = π
=
ng F
F d
v Q = 4(m/s).
Chuẩn số Reynolds :
52 . 224269 10
. 377 . 0
86 . 974 . 021 . 0 . . 4
Re = = −3 =
F F td F F
d v
à
ρ > 104 : chế độ chảy
rối, công thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng:
25 , 0 2 43 , 0 8 ,
0 )
Pr .(Pr Pr Re . . 021 . 0
w F F
F l
NuF = ε Trong đó:
+ εl : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReW và tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống,chọn εl =1.
+ PrF : chuẩn số Prandlt của dòng nhập liệu ở 78.76oC, nên PrF =
62 . 0
10 . 377 . 0 . 3767
. = −3
F F
cF
λ
à = 2.29
Chọn
tw2 =95o C: nhiệt độ của vách tiếp xúc với dòng nhập liệu tw1 =105o C: nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi nước ttbw =(95+105)/2=100oC
+ Nhiệt dung riêng: cF = 3.825 (KJ/kg.độ).
+ Khối lượng riêng: ρF =958 (Kg/m3).
+ Độ nhớt động lực: àF = 0.295.10-3 (N.s/m2).
+ Hệ số dẫn nhiệt: λF = 0.628 (W/moK).
1262 1263 1264 1265 1266 1267 1268 1269 1270 1271 1272 1273 1274 1275 1276 1277 1278 1279 1280 1281 1282 1283 1284 1285 1286 1287 1288 1289 1290 1291 1292 1293
Prw2 =
628 . 0
10 . 295 . 0 . 3825
. −3
=
F F
cF
λ
à =1.797
Suy ra:
NuF =0.021*1*224269.520.8 *2.290.43 *(2.29/1.797)0.25 =607.98 Hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu trong ống nhỏ:
αF = =
td F F
d Nu .λ
607.98*0.628/0.021=18181.38(W/m2.oK).
Nhiệt tải phía dòng nhập liệu:
) 033 , 74 Pr (
679 , ) 6715
.( 0,25 2
2
2 − = −
= w
w tbF
w F
F t t t
q α (W/m2) (IV.24).
* Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
t w w
t r
t q t
Σ
= 1 − 2 , (W/m2).
Trong đó:
+ r r1 r2 t
t
t = + +
Σ λ
δ
Bề dày thành ống: δt = 2(mm).
Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ: λt = 17.5 (W/moK).
Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với nước sạch:
r1 = 1/5000 (m2.oK/W).
Nhiệt trở lớp cấu phía nhập liệu: r2 = 1/5800 (m2.oK/W).
Suy ra: ∑rt = 1/2054.66 (m2.oK/W).
Vậy: qt = 1944,444.(tw1-tw2) (IV.25).
* Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước ngoài ống nhỏ:
Đường kính tương đương: dtd = Dtr –dng = 0.034- 0.025 = 0.009 (m) Hệ số cấp nhiệt của hơi nước được xác định theo công thức:
αN=
25 , 0 25
, 0
009 . 0 ).
100 05 . 110 (
1000 . 32 . . 2219 . 725 , ). 0
. ( . 725 ,
0
= −
− A
d t t A r
td w sN
N
Với: + A : hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ, được tra ở tài liệu tham khảo [2]ở tm=(110.05+(105+95)/2)/2=105.025 ta được A=181.27
aN= 9249.47 (W/m2.oK).
Nhiệt tải phía hơi nước:
75 , 0 1 1) 91,265. .(100 )
.( sN w w
N
N t t A t
q =α − = − (W/m2) (IV.26).
Từ (IV.23): 1538.9
47 . 9249
1 66
. 2054
1 38
. 18181
1
1 =
+ +
=
K (W/m2.oC).
Từ (IV.22), bề mặt truyền nhiệt trung bình:
35 . 25 . 9 . 1538
1000 . 87 .
= 228
Ftb =5.87 (m2).
Suy ra chiều dài ống truyền nhiệt : 1294
1295 1296 1297 1298 1299 1300 1301 1302 1303 1304 1305 1306 1307 1308 1309 1310 1311 1312 1313 1314 1315 1316 1317 1318 1319 1320 1321 1322 1323 1324 1325
L 81.24 2
021 . 0 025 . .0
87 .
5 + =
=π (m).
Chọn: L = 92(m)
Vậy: thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L =92 (m), chia thành 23 dãy, mỗi dãy dài 4(m).
II. TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ:
Trong quá trình hoạt động của tháp, do tháp tiếp xúc với không khí nên nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh ngày càng lớn. Để tháp hoạt động ổn định, đúng với các thông số đã thiết kế, ta phải tăng dần lượng hơi đốt gia nhiệt cho nồi đun để tháp không bị nguội (nhất là sản phẩm đỉnh, ảnh hưởng đến hiệu suất của tháp). Khi đó, chi phí cho hơi đốt sẽ tăng.
Để tháp không bị nguội mà không tăng chi phí hơi đốt, ta thiết kế lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp.
Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp là amiăng có bề dày là δa .Tra tài liệu tham khảo [2], hệ số dẫn nhiệt của amiăng là λa = 0,151 (W/m.oK).
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:
Qm = 0,05.Qd = 0,05.265,148 = 13,2574 (KW).
Nhiệt tải mất mát riêng:
qm = v
a a v v a a tb
m t t t
f
Q = .( 1− 2)= .∆ δ λ δ
λ (W/m2). (IV.27)
Với: + tv1 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngoài của tháp.
+ tv1 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với không khí.
+ ∆tv : hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt của lớp cách nhiệt.
Nhận thấy: qm = const, nên chọn ∆tv = ∆tmax = tđáy -tkk ,tkk = 28oC.
Suy ra ∆tv = 100 – 28 = 72oC.
+ ftb : diện tích bề mặt trung bình của tháp (kể cả lớp cách nhiệt).
ftb = π.H.Dtb = π.H.(Dt + Sthân + δa) Từ (IV.27), ta có phương trình:
72 151. , 0 ) 003 , 0 500 , 0 .(
5 , 14 .
1000 . 2574 , 13
a
a δ
δ
π =
+ +
Suy ra: δa = 0,0195(m).
Vậy: chọn δa = 20 (mm).
1326 1327 1328 1329 1330 1331 1332 1333 1334 1335 1336 1337 1338 1339 1340 1341 1342 1343 1344 1345 1346 1347 1348 1349 1350 1351 1352 1353 1354 1355 1356