Tải bản đầy đủ
1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU

1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU

Tải bản đầy đủ

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

t = 119,6 – 68,02= 51,58C
4.1.2. Tính lượng nhiệt trao đổi
Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng hỗn hợp đầu từ nhiệt độ 25C đến nhiệt
sôi của hỗn hợp đầu 72,63C, tính theo công thức:
Q = m.C.(t - t) (J/s)
Trong đó:
m: Lượng dung dịch đưa vào (kg/s) m = F = 5870kg/h=1,6305 (kg/s)

 t1: nhiệt độ đầu của dung dịch, oC; t1= 25oC
 t2 : nhiệt độ cuối của dung dịch, oC; t2= 72,63oC
C: Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) ở t = 48,81
Nội suy theo bảng I.153 và I.154 (Sổ tay I - 171) ta có:
CCH3OH = 2709,78(J/kg.độ);
CC2H5OH = 2824,53 (J/kg.độ)
Nồng độ đầu hỗn hợp là: a = 32,8%



C = C.a+C.(1 - a)
= 2709,78.0,328+ 2824,53.(1 - 0,328)
= 2223,26 (J/kg.độ)
t, t : Nhiệt độ vào và ra của dung dịch (C)
Vậy :
Q = 1,6305.2223,26.( 72,63- 25) = 172607,014 W
4.1.3. Tính hệ số cấp nhiệt.
Quá trình truyền nhiệt gồm 3 phần:

• Cấp nhiệt bằng hơi nước bão hòa cho thành ống truyền nhiệt:
q = α.Δ (W/m)
α : Hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (Wm.độ)
Δ : Hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và thành ống tiếp xúc với với hơi đốt

73

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Δ=t -t



Dẫn nhiệt từ thành ống phía tiếp xúc với hơi sang thành ống tiếp
xúc với lỏng (dẫn nhiệt qua 1m thành ống)
Lượng nhiệt của quá trình này:
q = .Δt (W/m)
Σ r : Tổng nhiệt trở của thành ống (m.độ/W)
Δt = t - t : Hiệu số nhiệt độ giữa hai phía thành ống (C)
t, t : Nhiệt độ hai phía thành ống



Cấp nhiệt từ thành ống phía tiếp với pha lỏng cho hỗn hơi lỏng
q = α.Δt
α : Hệ số cấp nhiệt từ thành ống (W/m.độ)
Δt = t - t

a. Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy
 Chuẩn số Re của dung dịch
-

ω: vận tốc dòng chảy trong ống, m/s
d: đường kính trong của ống, m
ρ: khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ trung bình, kg/m3
μ: độ nhớt của dung dịch ở ttb, Ns/m2
để quá trình truyền nhiệt đạt hiệu quả, dung dịch phải ở chế độ chảy xoáy
Re>10000, ω>0,5 m/s. Chọn Re = 10500.
Hệ số cấp nhiệt α được tính theo công thức:
Ta lại có:

Pr : chuẩn số Prandtl tính theo nhiệt độ trung bình của tường còn các thông số
khác tính theo nhiệt độ trung bình dòng.
εk:: hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỷ số giữa chiều dài l và đường kính
ống.
dựa vào bảng (1.3 – tr 25- qttb tập 3) ta có:

74

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

 tính chuẩn số Pr theo công thức:
Trong đó: Cp- nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở ttb;
μ – độ nhớt của hỗn hợp ở ttb;
λ- hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp ở ttb;

- ρ: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3;
- M: khối lượng mol của chất lỏng, kg/kmol;
- ε: hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, đối với nước và etylic là chất
lỏng kết hợp với nhau thì ε= 3,58.10-8.
 Tại nhiệt độ ttb= 51,58 oC nội suy theo bảng (I.153- tr 171 st I) Ta có nhiệt
dung riêng của hỗn hợp là:
CCH3OH= 2722,11J/kg.độ
CC2H5OH= 2860,51J/kg.độ

 Tại nhiệt độ ttb= 51,58oC nội suy theo bảng (I.2-tr9- ST I), thì khối lượng
riêng của chất lỏng là:
ρCH3OH= 763,578 kg/m3, ρC2H5OH761,578 kg/m3

Vậy hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng là:

 Tại nhiệt độ ttb= 51,58oC nội suy theo bảng (I.101-tr91,92 –ST I) ta xác định
độ nhớt của chất lỏng là:
μC2H5OH= 0,559.10-3 N/s.m2, μCH3OH=0,382.10-3 N/s.m2

Vậy

:

 Tính chuẩn số Prt:
75

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

b. Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ đối với ống chùm:
(W/m2.độ) [V.101-tr28-II]
 A: hệ số phụ thuộc màng nước ngưng.
 r: ẩn nhiệt nước ngưng, J/kg.độ
r= 2208. 103 J/kg
 H: chiều cao ống chùm: H=ho= 2 m
 ∆t1: hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và hơi ngưng tụ mặt ngoài ống,
+ th: nhiệt độ hơi bão hòa
+ tT1: nhiệt độ thành ống phía hơi ngưng tụ
Giả sử độ chênh lệch nhiệt độ giữa hơi bão hòa và hơi ngưng tụ là: ∆t1= 4,7oC

 Nhiệt độ màng:
Theo bảng số liệu A-tm (II-tr29) nội suy ta có: A= 186,7625
Vậy hệ số cấp nhiệt ngưng tụ là:

♦ Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
♦ Hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt thành ống là:
 tT2: nhiệt độ thành ống phía dung dịch lỏng, oC
 ∑rt: nhiệt trở hai bên ống truyền nhiệt, m2.oC/W
Tổng nhiệt trở thành ống:

 rt1, rt2: nhiệt trở do lớp cặn bám bên ngoài thành ống, m2.oC/W
 δ: bề dày của ống truyền nhiệt, chọn δ = 2mm=0,002m
 λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống, W/m.độ. với thép X18H10T có hệ số
dẫn nhiệt: λ=16,3 W/m.độ
dựa vào bảng PL.12-tr 346- TTQTTB tập 1 ta chọn :
+ rt1=0,464.10-3 m2.độ/W .
+ rt2= 0,116.10-3 m2.độ/W.

76

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Vậy

 tại tT2=87,19836oC nội suy theo bảng (I.153- tr 171 st I) Ta có nhiệt dung
riêng của hỗn hợp là:
CCH3OH= 2897,791 J/kg.độCC2H5OH= 3527,9754 J/kg.độ

 Tại nhiệt độ ttb= 87,19836oC nội suy theo bảng (I.2-tr9- ST I), thì khối lượng
riêng của chất lỏng là:
ρCH3OH= 728,081 kg/m3, ρC2H5OH= 728,16156 kg/m3

 Tại nhiệt độ ttb= 87,19836oC nội suy theo bảng (I.101-tr91,92 –ST I) ta xác
định độ nhớt của chất lỏng là:
μCH3OH=0,42385.10-3 N/s.m2, μC2H5OH=0,39577.10-3 N/s.m2

Vậy

:

Xét:
Vậy giả sử ∆t=4,7oC là đúng.

 Do đó qtb được xác định:
[V.2.tr3-ST II]
K : hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ

77

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

c. xác định bề mặt truyền nhiệt
1. Số ống truyền nhiệt

♦ Dựa vào bảng ( V.11-tr48- ST II), ta quy chuẩn và chọn tổng số ống
với cách sắp xếp theo hình lục giác là n= 37 ống.

Số ống trên mỗi cạnh của hình 6 cạnh là: 3 ống

Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh: 7 ống

Tổng số ống không kể các ống trong các hình viên phấn : 37
ống
2. Đường kính trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

 t: bước ống, thường lấy t= (1,2÷1,5).dn ;
 dn : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m ;
 b : số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh ;
vậy :
D= 1,2.0,025.(7- 1)+ 4. 0,025
= 0,28 m.
Quy chuẩn đường kính D= 0,3m = 300mm.

3. Tính lại vận tốc và chia ngăn
♦ Xác định vận tốc thực :
- F= 5,78.103 kg/h=1,6055 kg/s
- n = 37 ống
- d = 0,02 m
 ρ : khối lượng riêng dung dịch ở t = ttb= 51,58oC→

♦ Xác định vận tốc giả thiết :


78

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội



 Nên ta cần phải chia số ngăn để quá trình cấp nhiệt ở chế độ xoáy :
• Số ngăn :


 Quy chuẩn m= 2 ngăn
• Tính lại chuẩn số Reynolds :




Vậy kích thước của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu là :
 F = 30 m2 – bề mặt truyền nhiệt ;
 N= 37 ống – số ống truyền nhiệt ;
 D= 300 mm – đường kính trong của thiết bị ;
 H= 2m – chiều cao giữa hai mặt bích;

79

Trường ĐH Công Nghiệp Hà NộiKhoa công nghệ Hoá học

 4.2. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ

1



1




Z




2

H0



2

H1





H2





Hình

4.1. Sơ đồ bơm và thùng cao vị




Ký hiệu:
H : Chiều cao tính từ mặt thoáng của bề chứa dung dịch đến mặt

thoáng thùng cao vị (m)



H : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m)



H : Chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến đáy tháp (m)



Z: Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vị (m)

 Trong quá trình sản xuất, muốn tính toán đưa hỗn hợp đầu lên thùng cao vị,
đảm bảo yêu cầu công nghệ cần phải tính các trở lực của các đường.



ống dẫn liệu của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu từ đó tính chiều cao

của thùng cao vị so với vị trí tiếp liệu của tháp và xác định công suất, áp suất
toàn phần của bơm.
SV: Nguyễn Hải Đăng
Mạnh

80

GVHD: Nguyễn Văn

Trường ĐH Công Nghiệp Hà NộiKhoa công nghệ Hoá học



ΔP = ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP (Sổ tay I - 376)



Trong đó:



ΔP : Áp suất động học hay áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng

chảy khi ra khỏi ống dẫn



ΔP : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng ổn định trong

ống thẳng



ΔP : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ



ΔP : Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục

áp suất thủy tĩnh



ΔP : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị



ΔP : Áp suất bổ sung ở cuối ống dẫn

 Trong thiết bị chưng luyện tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền thì ΔP = ΔP = 0


3.2.1 Tính các trở lực từ thùng cao vị đến thiết bị truyền nhiệt

a- tính áp suất động học
∆Pd =









ρ
ω

ρω 2
2

(I-377)(N/m2 )

: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3
: vận tốc của lưu thể (m/s)

Hỗn hợp đầu vào tháp ở tF =250C có:
ρ1

ρB

= 787,5kg/m3 )
=784,75 (kg/m3 )

3
⇒ ρ ( hh) = 785,64kg / m

SV: Nguyễn Hải Đăng
Mạnh

81

GVHD: Nguyễn Văn

Trường ĐH Công Nghiệp Hà NộiKhoa công nghệ Hoá học



Tốc độ trung bình của lưu thể đi trong ống dẫn liệu có

d=150(mm) ,

 ω ==0,059(m/s)




Vậy : ΔPd=1,36(N/m2)



b-áp suất khắc phục trở lực do ma sát



Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong

ống thẳng
∆Pm = λ







λ

Lρω 2
d td .2

N/m2

: hệ số ma sát( phụ thuộc vào chế độ chảy)

L: chiều dài ống dẫn(m)
d td

: đường kính tác dụng của ống (m)

Với d=dtd =0,15m
⇒ Re =


ω

ω.d .ρ
µ



Với



*Tính độ nhớt của dung dịch:

=0,059 (m/s) ,

µ hh = x F . lg µ A + (1 − x F ). lg µ B



lg



tại t=250C nội suy theo ( I.91) ta được:



µ A = 01,095.10 −3 Ns / m 2

SV: Nguyễn Hải Đăng
Mạnh

82

GVHD: Nguyễn Văn

Trường ĐH Công Nghiệp Hà NộiKhoa công nghệ Hoá học



µB

−3

2

=0,095.10 (Ns/m )
−3

2



=0,2051.10 (Ns/m )



Re= =33900,11>10-4





chế độ chảy trong ống là chế độ chảy xoáy

 *Hệ số trở lực ma sát:
 6,81  0,9 ∆ 
= −2. lg
 +

3,7 
λ
 Re 

1





(I-380)





Trong đó : -độ nhám tương đối được xác định theo công thức : =

ε
d




ε

ε

−3

là độ nhám tuyệt đối của ống dẫn =0,1.10 (m)

d :đường kính tác dụng của ống d=0,15(m)


0,1.10 −3
0,15

−3



Vậy =



Thayvàocôngthức trêncó

=0,67.10






⇒λ

=0,0246

Vậy :ΔРm=0,0246.=2,69(N/m2)

 c-Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ
 Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ
SV: Nguyễn Hải Đăng
Mạnh

83

GVHD: Nguyễn Văn