CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ NHẰM TĂNG HIỆU QUẢ TÁCH NƯỚC RA KHỎI DẦU TẠI GIÀN CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM SỐ 2
3.1 Phương pháp hóa nhiệt
3.1.3. Cung cấp và trao đổi nhiệt
Chất lỏng sau khi qua thiết bị tách lạnh ba pha được tăng nhiệt độ sơ bộ nhờ trao đổi nhiệt, sau đó qua bếp lò đốt nóng bằng khí. Trong đó các ống dẫn chất lỏng tiếp nhận nhiệt nhờ khí cháy. Để tăng hiệu quả chuyển động ta phải tăng thời gian tiếp xúc và quãng đường chuyển động của chất lỏng bằng cách tăng chiều đạo hình vít với tốc độ cao. Các thông số cơ bản của bếp lò như áp suất khí đốt, nhiệt độ của hóa phẩm, áp suất đốt… cần được kiểm tra từ a và cần được kiểm soát. Việc sử dụng các bếp khí là phổ biến vì cho hiệu suất cao, trên 20%, năng suất cao và tiêu tốn ít kim loại so với các loại bếp khác.
Với lý thuyết người ta phân ra ba loại trao đổi nhiệt và truyền nhiệt, đối lưu và bức xạ. trong thiết bị trao đổi nhiệt thì hai quá trình truyền nhiệt và đối lưu diễn ra đồng thời và cùng phát huy tác dụng. Việc đánh giá số lượng của quá trình thường thông qua hệ số truyền nhiệt K là số lượng truyền nhiệt qua một đơn vị diện tích bề mặt trong một giờ từ chất lỏng này qua chất lỏng khác có chênh lệch nhiệt độ là một độ.
Đối với bộ truyền nhiệt gồm nhiều lớp phẳng, ở chế độ ổn định , K xác định theo công thức :
K= 1
1
𝛼1 + ∑ 𝛿𝑖
𝑛 λ𝑖
𝑖 + 𝛼21
Đối với bộ truyền nhiệt hình trụ một lớp :
K = 1
1
𝛼1𝑑1+2λ1 ln𝑑2
𝑑1+ 1
𝛼2𝑑2
Và hình trụ nhiều lớp :
K= 1
1
𝛼1𝑑1+∑𝑛𝑖 21λln𝑑𝑖+1𝑑1 +𝛼2𝑑𝑖+11
Trong đó :
𝛼1: Hệ số truyền nhiệt từ chất lỏng tới thành ống, wat/m2.oC .
𝛼2: Hệ số truyền nhiệt từ thành ống tơi môi trường bên ngoài, wat/m2.oC . 𝑑1𝑑2: Đường kính trong và ngoài của dủa ống dẫn, m.
λ: Hệ số dẫn nhiệt,wat/m2.oC . 𝛿: Bề dày của tấm phẳng.
Lượng nhiệt được truyền ở chế độ ổn định xác định theo công thức : Q=K.S.(𝑡1− 𝑡2)
S: Diện tích mặt truyền.
Khi tính toán cho một thiết bị trao đổi nhiệt ta phải xác định :
+Diện tích bề mặt đốt nóng S cần thiết để truyền một nhiệt lượng Q +Tính toán lượng nhiệt Q có thể truyền qua mặt phẳng S
+Tính nhiệt độ của nguồn nhiệt khi biết Q và S
Đồng thời ta cũng phải biết phương trình cân bằng nhiệt : Q =𝐺1𝐶1(𝑇𝑛− 𝑇1)=𝐺2𝐶2(𝑡𝑛 − 𝑡1)
Q: Số nhiệt lượng , J/s.
𝐺1𝐺2: Lưu lượng của nguồn nóng và lạnh kg/s.
𝐶1𝐶2: Tỷ nhiệt dung của nguồn nóng và lạnh kJ/kg.oC .
𝑇𝑛, 𝑇1, 𝑡𝑛, 𝑡1: Nhiệt độ đầu và cuối của các nguồn nóng và lạnh .
Mặt khác tượng quan thay đổi nhiệt độ tỷ lệ nghịch với đương lượng nước.Đặc trưng thay đổi nhiệt độ trong bộ truyền nhiệt phụ thuộc sơ đồ chuyển động, có thể cùng chiều ngược chiều, ngược chiều hoặc giao nhau. Sơ đồ thuận và ngược chiều chỉ ra cùng với một sự biến thiên nhiệt độ theo chiều dài. Ta thấy rằng hiệu nhiệt độ của hai nguồn nhiệt là một giá trị biến thiên. Mặt khác ở chế độ chảy thuận không nên thực hiện chế độ 𝑡1>𝑇𝑛 vì sẽ gây ra sức kháng nhiệt trên thành ống. Còn ở chế độ chảy ngược thì điều này có thể chấp nhận được .Nhiệt áp có thể xác định theo hiệu số nhiệt độ trung bình số học hoặc trung bình logarit, với cả dòng chảy thuận và nghịch ta đều có thể dùng chung công thức :
∆𝑡̅̅̅= ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 − ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 2,303 . log∆𝑡𝑚𝑎𝑥
∆𝑡𝑚𝑖𝑛
∆𝑡𝑚𝑎𝑥, ∆𝑡𝑚𝑖𝑛: chênh lệch nhiệt độ lớn nhất và bé nhất .
Khi mà ∆𝑡𝑚𝑎𝑥/∆𝑡𝑚𝑖𝑛> 2 thì ta tính nhiệt trung bình số học theo công thức trên còn khi ∆𝑡𝑚𝑎𝑥/∆𝑡𝑚𝑖𝑛< 2 thì dùng công thức
∆𝑡̅̅̅ =∆𝑡𝑚𝑎𝑥+∆𝑡𝑚𝑖𝑛 2
Trong quá trình truyền ổn định, lượng nhiệt truyền từ nguồn nóng tới thành ống là 𝑄1, qua thành ống là 𝑄0, từ thành ống tới nguồn lạnh là 𝑄2thì ta có sự cân bằng :
𝑄1 = 𝑄0 = 𝑄2
Trường hợp nhũ dầu và dầu nóng đã tách nước thì phương trình cân bằng có dạng :
𝐺1𝐶1(𝑡2− 𝑡3) = 𝐺2𝐶2(𝑡𝑥 − 𝑡1) + 𝐺3𝐶3(𝑡𝑥 − 𝑡1) Trong đó :
𝐺1,𝐺2: Lượng dầu nóng tách nước và dầu lạnh ngậm nước, kg/h 𝐺3: Lượng nước vỉa vào thiết bị cùng với dầu lạnh , kg/h.
𝐶1 , 𝐶2: Tỷ nhiệt dung của dầu nóng và dầu lạnh J/kg.oC 𝐶3: Tỷ nhiệt nhiệt dung của nước vỉa
𝑡1: Nhiệt độ nhũ ở điểm vào , oC
𝑡2: Nhiệt độ dầu nóng tách nước ở điểm vào 𝑡3: : Nhiệt độ dầu nóng tách nước ở điểm ra
𝑡𝑥: Nhiệt độ của nhũ khi được nung trong thiết bị , thường là chưa biết.
Ta gọi Q là tiêu hao nhiệt cần cho việc nung nhũ,J/s hoặc kW.h thì : Q = 𝐺2𝐶2(𝑡𝑥− 𝑡1) + 𝐺3𝐶3(𝑡𝑥− 𝑡1)
Tiêu hao khí : G = 𝑄 𝑄𝑟𝜂
𝑄𝑟: Nhiệt ta thu khi đốt cháy 1 kg khí, kcal/kg . 𝜂: Hiệu suất thiết bị , với bếp khử nhũ tương 𝜂 =0,7 .
Khi thiết thiết bị khử nước thường phải tính toán các yếu tố : + Lượng nhiệt cần thiets để đốt nóng nhũ.
+Tổn hao thủy lực.
+Tiêu tốn điện năng.
+Bề mặt thiết bị trao đổi.
Trong đó phức tạp và khó khăn nhất là lượng nhiệt cần thiết và diện tích bề mặt vì dòng chảy của nguồn mang nhiệt không phải đơn pha mà là đa pha:
dầu với nước hoặc dầu với khí. Khi dầu và nhũ chuyển động, có thể xảy ra sự đối lưu của nhũ làm thay đổi chế độ nhiệt. Nếu như dầu vào ta truyền nhũ nước trong dầu thì ở tâm dòng do kết quả đốt nóng và sự nhào trộn với hóa chất, sự đối lưu của nhũ sẽ xảy ra, yêu cầu nhiệt lượng đốt nóng nhũ tới nhiệt độ cần thiết sẽ giảm khoảng cách hai lần vì tỷ nhiệt dung của nước lớn dầu khoảng chừng ấy.
Ngoài ra sự phức tạp còn có thể gặp phải khi vận chuyển dầu cùng khí vì có thể gặp nguy hiểm .[1]