TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT DẠNG ỐNG CHÙM, THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT DẠNG ỐNG CHÙM

I. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Thiết bị đàm phán nhiệt loại ống chùm được sử dụng thoáng rộng trong công nghiệp Hóa- Thực phẩm. đồ vật này chỉ thao tác làm việc ổn định lúc chênh lệch ánh nắng mặt trời giữa vỏ thiết bị cùng ống ∆t ≤ 50o
C. Trường hợp ∆t ≥ 50o
C, bắt buộc tìm phương pháp bù lại sự co giãn không đều bằng cách dùng vòng bù lúc áp suất thao tác làm việc P ≥ 3,5 atm; dãn nhiều năm ≥ 10-15mm.

Trong bài xích tập này không phải sử dụng vòng bù nhiệt.

1. Cấu tạo:

– Thân thiết bị

– Nắp trên

3– Đáy dưới

4– Mặt bích và bu lông

5– Ống truyền nhiệt

6+7– Lưới đỡ ống

8– Tai đỡ

2. Nguyên tắc làm việc

Lưu thể II ( CS2 – CCl4 ) đi từ dưới mặt đáy qua những ống lên ở trên và thoát khỏi thiết bị, còn lưu giữ thể I (hơi nước bão hòa ) đi vào từ cửa ngõ trái của vỏ vào khoảng trống giữa những ống với vỏ, sau khoản thời gian trao thay đổi nhiệt làm việc thân (hơi nước bão hòa truyền nhiệt cho hỗn hợp) rồi đi ra phía bên dưới bên phải.

II. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG

1. Ưu điểm:

2. Nhược điểm:

3. Ứng dụng:

Chọn thông số kỹ thuật kỹ thuật:

I. Hiệu số nhiệt độ trung bình thân hai lưu thể:

Ở 1,6 at, hơi nước bão hòa bao gồm to = 112,7o
C, ta lựa chọn thđ= 112,7(o
C)

∆tđ = 112,7 – 20 = 92,7(o
C).

∆tc = 112,7 – 60 =62,7(o
C).

Nhiệt độ vừa đủ của từng lưu giữ thể là:

t1tb = 112,7 (o
C)

t2tb = 112,7 ­– 77,7 = 35(o
C).

CCS2 = 1010,25J/kg.độ

CCCl4 = 884,75 J/kg.độ

→ Cp = a
CS2 .CCS2 + a
CCl4 .CCCl4

Cp =0,35.1010,25 + 0,65.884,75 = 928,675 J/kg.độ

II. Tính nhiệt độ lượng thảo luận Q

Q = G.Cp(tc – tđ)

Trong đó: G – lưu lượng hỗn hợp ban đầu, G = 1,5 kg/s;

Cp – sức nóng dung riêng biệt của tất cả hổn hợp tại t2tb = 35 o
C

Với Cp = 928,675 J/kg.độ

Vậy : Q = 1,5 . 928,675 . (60 – 20) = 55720,5 (W)

III. Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu lại thể

Tính hệ số cấp nhiệt đến phía tương đối nước dừng tụ theo công thức:

, W/m2.độ

Trong đó: r – Ẩn nhiệt dừng tụ của hơi lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa, J/kg;

∆t1 – Chênh lệch ánh nắng mặt trời giữa nhiệt độ hơi đốt và ánh sáng thành ống truyền nhiệt, o
C;

H – độ cao ống chuyển nhiệt (m) ; chọn H = 1,5 m;

A – hằng số tra theo ánh sáng màng nước ngưng.

r = 2226,98.103 J/kg

1. Tính lần 1: mang sử chênh lệch ánh nắng mặt trời giữa màng cùng hơi bão hòa là 2 o
C.

→ tt1= t1tb– ∆t1= 112,7- 2= 110,7 (o
C)

Khi kia ta có ánh nắng mặt trời màng nước ngưng là:

(o
C)

Từ tm = 111,7 o
C tra bảng ta được:

A = 184,265

Vậy :

α1 =11033,71557 W/m2.độ

Chọn Re = 10500

Hệ số cấp cho nhiệt α được xem theo công thức:

Suy ra:

Trong kia :

Prt– chuẩn chỉnh số Prandtl tính theo ánh sáng trung bình của tường, còn các thông số kỹ thuật khác tính theo ánh nắng mặt trời trung bình của dòng;

ε1– hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỷ số giữa chiều nhiều năm l và đường kính d của ống.

Ta lựa chọn d = 34×2 mm. H = 1,5 m . Phụ thuộc bảng 1.3 ta bao gồm :

→ ε1 = 1

Trong đó: Cp – nhiệt độ riêng của các thành phần hỗn hợp ở t1tb;

μ – độ nhớt của dung dịch ở t1tb;

λ – hệ số dẫn ánh nắng mặt trời ở t1tb tính theo công thức:

Trong đó: ρ – khối lượng riêng của láo lếu hợp, kg/m3;

M – khối lượng phân tử của hỗn hợp, kg/kmol;

Ta bao gồm : Cp = 928,675 J/kg. độ

ε – hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của hóa học lỏng, với chất lỏng không tan lẫn ( hỗn hợp CS2– CCl4 ) thì ε kết hợp = 4,22.10-8

ρCS2 = 1240,5 kg/m3

ρCCl4 = 1565,5 kg/m3

→

λ = 0,126 W/m.độ

Tại t2tb = 35 o
C ta có:

μCS2 = 0,3045.10-3 Ns/m2

μCCl4 = 0,79.10-3 Ns/m2

→ lg(μhh) = x
F.lg(μCS2) + ( 1 – x
F ).lg(μCCl4)

lg(μhh) = 0,21lg(0,3045.10-3) + (1 – 0,21).lg(0,79.10-3)

→ μhh = 0,6467.10-3 (Ns/m2)

Do đó:

Nhiệt download riêng về phía hơi ngưng tụ:

q1 = α1.∆t1 =11033,71557 . 2

q1 = 22067,43(W/m2)

Hiệu số nhiệt độ ở hai phía thành ống:

∆tt = tt1 – tt2 = q1.∑rt

Trong đó: tt2 – nhiệt độ thành ống phía lếu hợp, o
C;

∑rt – nhiệt độ trở ở 2 bên ống truyền nhiệt, m2.o
C /W

Trong đó: rt1, rt2 – nhiệt độ trở của cặn dơ ở nhị phía của tường, m2.độ/W;

δ – bề dày của ống truyền nhiệt, (m); chọn δ = 2 milimet = 0,002 m;

λ – thông số dẫn nhiệt độ của vật liệu làm ống, W/m.độ; cùng với thép CT3 ta có

λ = 46,5 W/m.độ.

Dựa vào bảng < 3.4 > ta chọn:

rt1 = 1,16.10-3 , m2.độ/W

rt2 = 0,464.10-3 , m2.độ/W

∑rt = 1,667.10-3 (m2.độ/W)

Do đó: ∆tt = q1.∑rt= 22067,43 . 1,667.10-3 = 36,787 (o
C)

→ tt2 = tt1 –  ∆tt = (112,7 – 2) – 36,787 = 73,913 (o
C)

∆t2 = tt2 – t­2tb = 73,913- 35 = 38,913 (o
C)

Tại tt2 = 73,913 o
C nội suy ta có:

CCS2 = 1035,435 J/kg.độ

CCCl4 = 938,696J/kg.độ

→ Cpt = 0,35.1035,435 + 0,65.938,696

Cpt = 972,555 (J/kg.độ)

Tại tt2 = 73,913 o
C nội suy ta có:

ρCS2 = 1175,652 kg/m3

ρCCl4 = 1485 kg/m3

→

Tại tt2 = 73,913 o
C nội suy ta có:

μCS2 = 0,2222.10-3 Ns/m2

μCCl4 = 0,5079.10-3 Ns/m2

→ lg(μhh) = x
F.lg(μM) + ( 1 – x
F ).lg(μN)

lg(μhh) = 0,21.lg(0,2222.10-3) + (1 – 0,21).lg(0,5079.10-3)

→ μhh = 0,427.10-3 (Ns/m2)

Ta được:

λt = 0,123(W/m2.o
C)

Vậy:

α2 = 302,69 (W/m2.độ)

→ quận 2 = α2.∆t2 = 302,69. 38,913

q2 = 11778,594 (W/m2)

Ở phía trên ta thấy rằng nhiệt tải riêng rẽ về phía tương đối ngưng tụ q1= 22067,43 W/m2 khác rất xa với nhiệt tải riêng rẽ về phía hỗn hợp chảy xoáy q2= 11778,594 W/m2. Mà bài toán ta đã xét là truyền nhiệt ổn định nên q1= q2= qtb, vì vậy, để tìm giá trị qtb ta phải tính lặp.

2. Tính lần2: đưa sử chênh lệch ánh nắng mặt trời giữa màng và hơi bão hòa là 0,8o
C

→ tt1= t1tb– ∆t1= 112,7- 0,8= 111,9(o
C)

Khi kia ta có ánh nắng mặt trời màng nước dừng là:

(o
C)

Từ tm = 112,3o
C tra bảng ta được:

A = 184,535

Vậy :

α1 =13894,4924 W/m2.độ

Chọn Re = 10500

Nhiệt download riêng về phía tương đối ngưng tụ:

q1 = α1.∆t1 =13894,4924 . 0,8

q1 = 11115,5939(W/m2)

Hiệu số ánh nắng mặt trời ở nhị phía thành ống:

∆tt = tt1 – tt2 = q1.∑rt

Ta có ∑rt = 1,667.10-3 (m2.độ/W)

Do đó: ∆tt = q1.∑rt= 11115,5939 . 1,667.10-3 = 18,53 (o
C)

→ tt2 = tt1 –  ∆tt = (112,7 – 0,8) – 18,53 = 93,37 (o
C)

∆t2 = tt2 – t­2tb = 93,37- 35 = 58,37 (o
C)

Tại tt2 = 93,37 o
C nội suy ta có:

CCS2 = 1050,03 J/kg.độ

CCCl4 = 966,06/kg.độ

→ Cpt = 0,35.1050,03 + 0,65.966,06

Cpt = 995,45(J/kg.độ)

Tại tt2 = 93,37 o
C nội suy ta có:

ρCS2 = 1138,26 kg/m3

ρCCl4 = 1446,27 kg/m3

→

Tại tt2 = 93,37 o
C nội suy ta có:

μCS2 = 0,1966.10-3 Ns/m2

μCCl4 = 0,4152.10-3 Ns/m2

→ lg(μhh) = x
F.lg(μM) + ( 1 – x
F ).lg(μN)

lg(μhh) = 0,21.lg(0,1966.10-3) + (1 – 0,21).lg(0,4152.10-3)

→ μhh = 0,355.10-3 (Ns/m2)

Ta được:

λt = 0,121(W/m2.o
C)

Vậy:

α2 = 308,77 (W/m2.độ)

→ quận 2 = α2.∆t2 = 308,77. 58,37 q2 = 18022,9049 (W/m2)

Dựa vào gấp đôi tính, ta có đồ thị:

3. Tính lần 3: Chênh lệch ánh nắng mặt trời giữa màng và hơi bão hòa tính theo thứ thị trên là 1,23 o
C.

Dựa vào đồ thị ta suy ra được ∆t1 = 1,23 o
C vậy ta có:

tt1 = t1tb– ∆t1= 112,7– 1,23 = 111,47 (o
C)

(o
C)

– tự tm = 112,085 o
C tra bảng ta được:

A = 184,438

Vậy :

α1 =12471,267 (W/m2.độ)

Nhiệt thiết lập riêng về phía khá ngưng tụ:

q1 = α1.∆t1 = 12471,267.1,23= 15339,658 (W/m2)

Hiệu số nhiệt độ ở nhì phía thành ống:

∆tt = tt1 – tt2 = q1.∑rt= 15339,658.1,667.10-3

∆tt = 25,57 (o
C)

tt2 = tt1 –  ∆tt = 111,47 – 25,57 = 85,9 (o
C)

∆t2 = tt2 – t2tb = 85,9 – 35 = 50,9 (o
C)

Tại tt2 =85,9 o
C nội suy ta có:

CCS2 = 1044,425 J/kg.độ

CCCl4 = 954,85 J/kg.độ

→ Cpt = 0,35.1044,425 + 0,65.965,85

Cpt = 993,35 (J/kg.độ)

Tại tt2 = 85,9 o
C nội suy ta có:

ρCS2 = 1153,2 kg/m3

ρCCl4 = 1460,085kg/m3

→

Tại tt2 = 85,9 o
C nội suy ta có:

μCS2 = 0,2041.10-3 Ns/m2

μCCl4 = 0,4469.10-3 Ns/m2

→ lg(μhh) = x
F.lg(μM) + ( 1 – x
F ).lg(μN)

lg(μhh) = 0,21.lg(0,2041.10-3) + (1 – 0,21).lg(0,4469.10-3)

→ μhh = 0,394.10-3 (Ns/m2)

Ta được:

λt = 0,1228 (W/m.độ)

Ta có

Vậy:

α2 = 306,582 (W/m2.độ)

→ q.2 = α2.∆t2 = 306,582 . 50,9

q.2 = 15605,039 (W/m2)

Dựa bên trên số liệu đo lường và thống kê ta gồm bảng số liệu:

Từ trên ta có:

qtb = 15472,348 W/m2

( chấp nhận)

IV. Tính bề mặt truyền nhiệt.

V. Số ống truyền nhiệt.

Số ống truyền nhiệt:

n: số ống truyền nhiệt.

Dựa bảng quy chuẩn chỉnh và chọn tổng số ống với giải pháp sắp xếp theo hình lục giác là :

n = 37 ( ống ).

VI. Đường kính trong đồ vật đun nóng

D = t.( b – 1 ) + 4.dn, m

Trong đó : t – cách ống, thường rước t = 1,2 – 1,5 doanh nghiệp ;

dn – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m;

b – số ống trê tuyến phố xuyên trung tâm sáu cạnh.

Vậy: D = 1,4.0,034.(7 – 1 ) + 4.0,032

D = 0,414 (m)

Làm tròn: D = 0,4 m = 400 mm.

VII. Tính độ cao của thiết bị.

Với D = 400 mm,chọn nắp máy hình elip tất cả gờ, tra bảng số liệu ta chọn:

Chiều cao của gắn thêm thiết bị: hl = ht + h

Trong kia dựa bảng số liệu ta có: ht = 100 mm.

h = 25 mm

Vậy chiều cao của thiết bị:

L = H + 2.hl = 1,5.1000 + 2.( 100 + 25 ) = 1750 mm

VIII. Tính lại tốc độ chia ngăn:

G = 1,5 (kg/s)

n = 37 ống

d = 0,03 m

ρ = 826,015 kg/m3

→

ωt = 0.04 (m/s)

ωgt = 0,158 (m/s)

Vì:

Nên ta rất cần phải chia ngăn để quá trình cấp nhiệt ở cơ chế xoáy.

Số ngăn bắt buộc thiết:

m = 3,95 ( phòng )

Quy chuẩn m = 4 ( ngăn ).

Tại nhiệt độ t = 112,7o
C ta có:

Cấu tạo bình thường của thiết bị hiệp thương nhiệt dạng ống chùm ?

Mặt sàng ống (tube sheet)

Vỏ và cửa lưu hóa học vào/ra (Shell và Shell-Side Nozzles)

Khoang đầu cùng đầu đưa hóa học lỏng vào/ra phía trong ống (Tube-Side Channel và Nozzles)

Nắp bịt (Cover)

Tấm chia khoang (Pass Divider)

Vách ngăn (Baffles)

Ứng dụng của một vài dạng thiết bị thương lượng nhiệt dạng ống chùm

Như nói nghỉ ngơi trên, thiết bị dàn xếp nhiệt dạng ống chùm được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp vừa và nặng: lọc hóa dầu, nhiệt độ điện, thủy điện, đóng góp tàu, hàng không, ngành công nghiệp thực phẩm, năng lượng…

Theo TEMA, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể mà bao hàm dạng kết cấu của thiết bị dàn xếp nhiệt như sau: