Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 6: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ

CHƯƠNG 6: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



K=



Khoa Công nghệ Hóa học



1

1

1

+ Σrt +

αn

αS



,(W/m2.K).



Với:

αn : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (W/m2.K).

αS : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy (W/m2.K).

∑rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu.

-



Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu



tw1 − tw2

Σrt



qt =



, (W/m2).



Trong đó:

+ tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt (trong ống), (oC).

+ tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống), ( oC).



Σrt =



δt

+ r1 + r2

λt



+ Bề dày thành ống: δt = 0,003 (m).

+ Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ

λt = 16,3 (W/mK) (Bảng XII.7, trang 313, [2])

+ Nhiệt trở lớp bẩn trong ống

r1 = 1/5800 (m2.K/W) (Bảng 31, trang 419, [3])

+ Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W).

Nên: ∑rt = 5,289.10-4 (m2.K/W).

-



Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy ngồi ống



Áp dụng công thức (V.89), trang 26, [2]



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



53



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



αS = 7,77 . 10-2.



 ρ h .r 





ρ



ρ



h 



0 ,0 33



ρ

. 

σ



Khoa Cơng nghệ Hóa học

0 ,333



λ0,75.q0 ,7

. 0,45 0 .117 0 ,37

µ .c .Ts



Nhiệt độ sơi trung bình của dòng sản phẩm ở ngồi ống



tS =



tS1 + tS2 117,1+ 117,6

=

2

2



= 117,35 (oC).



⇒ TS = 117,35 + 273 = 390,35 (K).



Tại nhiệt độ sơi trung bình thì

+ Khối lượng riêng của pha hơi trong dòng sản phẩm ở ngồi ống



ρh =



PM HW

1× 59,308

=

22,4

RTS

× (117,35+ 273)

273



= 1,852 (kg/m3).



Khối lượng riêng

+ ρN = = 945,1935 (kg/m3) (Bảng I.249, trang 310, [1])

+ ρA = 926,77 (kg/m3) (Bảng I.2, trang 9, [1])



Nên:



1 xW 1− xW

0,005 1− 0,005

=

+

=

+

= 0,001

ρ ρN

ρA

945,1935 926,77



⇒ ρ = 926,860 (kg/m3).

Độ nhớt

+ µN = 2,43.10-4 (N.s/m2) (Bảng I.249, trang 310, [1])

+ µA = 3,60.10-4 (N.s/m2) (Bảng I.101, trang 91, [1])

Nên: lgµ = xWlgµN + (1 - xW)lgµA = 0,016.lg(2,43.10-4) + (1 - 0,016)lg(3,60.10-4)

= -3,447 ⇒ µ = 3,577.10-4 (N.s/m2).

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



54



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Hệ số dẫn nhiệt

+ λN = 0,68547 (W/mK) (Bảng I.249, trang 310, [1])

+ λA = 0,15153 (W/mK) (Bảng I.130, trang 134, [1])

Áp dụng công thức (I.33), trang 123, [1])

λ = λN. xD + λA.(1 - xD) – 0,72 xD.(1 - xD)(λN - λA) = 0,152 (W/mK).

Nhiệt dung riêng

+ cN = 4245,495 (J/kgK) (Bảng I.249, trang 310, [1])

+ cA = 2521,0875 (J/kgK) (Bảng I.154, trang 172, [1])

Nên: c = cN



xW



+ cA. (1 -



xW



) = 2529,7095 (J/kgK).



Sức căng bề mặt

+ σN = 0,5542 (N/m) (Bảng I.249, trang 310, [1])

+ σA = 0,0182385 (N/m) (Bảng I.242, trang 300, [1])



σ=

Nên:



σNσA

σN + σA



= 0,018 (N/m).



Nhiệt hóa hơi

+ rN = 2214420 (J/kg) (Bảng I.250, trang 312, [1])

+ rA = 606460,6 (J/kg) (Toán đồ I.65, trang 255, [1])

Nên: r = rN

-



xW



+ rA. (1 -



xW



) = 415500,397 (J/kg)



Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi đốt trong ống



rn .ρ 2n .g.λ3n

α n = 0,7254

µ n .(tn - tW1).dtr

Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [3]

-



Dùng phép lặp: chọn tW1 = 126,1961412 (oC).



Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 126,223 (oC).

Tại nhiệt độ này thì

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



55



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



+ Khối lượng riêng của nước: ρn = 937,935 (kg/m3).

+ Độ nhớt của nước: µn = 2,25.10-4 (N.s/m2).

+ Hệ số dẫn nhiệt của nước: λn = 0,686 (W/mK).

Nên: αn = 45649,776 (W/m2K).

⇒ qn = αn (tn – tW1) = 2458,642 (W/m2).

⇒ qt = qn = 2458,642 (W/m2) (xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể).

⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 124,896 (oC).

⇒ αS = 325,828 (W/m2K) (với q = qt).

⇒ qS = αS (tW2 – tS) = 2458,641 (W/m2).

-



Kiểm tra sai số



qn − qS

ε=



qn



100% = 0,00004% < 5% (thỏa).



Kết luận: tw1 = 126,1961412 oC và tw2 = 124,896 (oC).

-



Xác định hệ số truyền nhiệt



K=



1

1

1

+ 5,289.10− 4 +

45649

,776

325,828

= 276,252 (W/m2K).



• Bề mặt truyền nhiệt

Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt





9054689,83

3× 1000

=

K .tlog 3600ì 276,252

ì 8,898

F=



= 1023,270 (m2).



Cu to thit b

Chn số ống truyền nhiệt: n = 1657 (ống). Ống được bố trí theo hình lục giác đều.



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



56



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Chiều dài ống truyền nhiệt: L =



Khoa Cơng nghệ Hóa học



F

d + dtr

nπ n

2



= 5,616 (m) ⇒ chọn L = 6 (m).



Tra bảng V.II, trang 48, [2] ⇒ Số ống trên đường chéo: b = 47 (ống).

Tra bảng trang 21, [6] ⇒ Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m).

Áp dụng cơng thức (V.140), trang 49, [2]

⇒ Đường kính trong của thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 2,36 (m).

6.2. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh

Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống loại TH, đặt nằm ngang.

Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 38 x 3

-



Đường kính ngồi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m).

Bề dày ống: δt = 3 (mm) = 0,003 (m).

Đường kính trong: dtr = 0,032 (m).



Chọn

Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t V = 25 (oC) và nhiệt độ ra tR =

40(oC).

- Dòng hơi tại đỉnh đi ngoài ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 100,1 (oC).

• Hiệu số nhiệt độ trung bình

-



Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên



∆tlog =



(100,1− 27) − (100,1− 43)

100,1− 27

Ln

100,1− 43



= 64,771 (K).



• Hệ số truyền nhiệt

Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức



K=



1

1

1

+ Σrt +

αn

α ngưng

,(W/m2.K).



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



57



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Với

+ αn : hệ số cấp nhiệt của dòng nước lạnh (W/m2.K).

+ αngưng : hệ số cấp nhiệt của dòng hơi ngưng tụ (W/m2.K).

+ ∑rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu.

- Xác định hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống

Nhiệt độ trung bình của dòng nước trong ống: tf = ½ (tV + tR) = 35 (oC).

Tại nhiệt độ này thì

+ Khối lượng riêng của nước: ρn = 994 (kg/m3).

+ Độ nhớt của nước: νn = 7,23.10-7 (m2/s).

+ Hệ số dẫn nhiệt của nước: λn = 0,626 (W/mK).

+ Chuẩn số Prandtl: Prn = 4,9

Chọn vận tốc nước đi trong ống: vn = 1 (m/s).



n=

⇒ Số ống:



Gn

4

133983

,158

4

. 2

=

.

3600ρ N π.dtr.vn 3600× 994 π.0,0322.1



= 46,556



Tra bảng V.II, trang 48, [2] ⇒ chọn n = 61 (ống).

⇒ Vận tốc thực tế của nước trong ống



vn =



4G n

4× 133983

,158

=

3600ρ nnπd2tr 3600× 994× 61× π × 0,0322



= 0,763 (m/s).



Chuẩn số Reynolds



Ren =



vn.dtr 0,763× 0,032

=

νn

7,23.10− 7



= 33779,509 > 104 : chế độ chảy rối.



Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [3], công thức xác định chuẩn số Nusselt



 Pr 

Nun = 0,021.ε l .Re0n,8 Prn0,43 . n 

 Prw2 

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



0,25



58



Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Trong đó: ε1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều

dài L và đường kính d của ống.

Tra bảng 3.1, trang 110, [3] ⇒ chọn ε1 = 1



Hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống trong: αn =

-



Nun .λ n

dtr



Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu



qt =



tw1 − tw2

Σrt



, (W/m2).



Trong đó

+ tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi ngưng tụ, (oC).

+ tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước lạnh, (oC).



Σrt =



δt

+ r1 + r2

λt



+ Bề dày thành ống: δt = 0,003 (m).

+ Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ: λt = 16,3 (W/mK).

+ Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: r1 = 1/5000 (m2.K/W).

+ Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W).

+ Nên: ∑rt = 5,565.10-4 (m2.K/W).

-



Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngồi ống

Điều kiện

+ Ngưng tụ hơi bão hòa.

+ Khơng chứa khơng khí khơng ngưng.

+ Hơi ngưng tụ ở mặt ngoài ống.

+ Màng chất ngưng tụ chảy tầng.

+ Ống nằm ngang.



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



59



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Áp dụng cơng thức (3.65), trang 120, [3]⇒ Đối với ống đơn chiếc nằm ngang thì



r.ρ 2 .g.λ3

α 1 = 0,7254

µ.(tngưng- tW1).dn

Tra bảng V.II, trang 48, [2]

Với số ống n = 61 thì số ống trên đường chéo của hình 6 cạnh là: b = 9

Tra hình V.20, trang 30, [2] ⇒ hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống và số ống trong mỗi

dãy thẳng đứng là εtb = 0,62 (vì xếp xen kẽ và số ống trong mỗi dãy thẳng đứng là 9).

⇒ Hệ số cấp nhiệt trung bình của chùm ống: αngưng = εtbα1 = 0,62α1

Dùng phép lặp: chọn tW1 = 89,915675 (oC).

Nhiệt độ trung bình của màng chất ngưng tụ: tm = ½ (tngưng + tW1) = 95,008 (oC).

Tại nhiệt độ này thì

+ Khối lượng riêng của nước: ρN = 961,795 (kg/m3).

+ Khối lượng riêng của axit: ρA = 963,741 (kg/m3).



Nên:



1 xD 1− xD

0,955 1− 0,955

=

+

=

+

= 0,001

ρ ρN

ρA

961,795 963,741



⇒ ρ = 961,882 (kg/m3).

+ Độ nhớt của nước: µN = 2,97.10-4 (N.s/m2).

+ Độ nhớt của axit: µA = 4,85.10-4 (N.s/m2).

Nên: lgµ = xDlgµN + (1 – xD)lgµA = 0,986.lg(2,97.10-4) + (1 - 0,986)lg(4,85.10-4)

= -3,524 ⇒ µ = 2,990.10-4 (N.s/m2).

+ Hệ số dẫn nhiệt của nước: λN = 0,681 (W/mK).

+ Hệ số dẫn nhiệt của axit: λA = 0,156 (W/mK).

Nên: λ = λN. xD + λA.(1 - xD) – 0,72 xD.(1 - xD)(λN - λA) = 0,641 (W/mK).

+ Nhiệt ngưng tụ của dòng hơi: r = rD = 2176908 (J/kg).

Nên: α1 = 10559,531 (W/m2K).

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



60



Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



⇒ αngưng = 6546,909 (W/m2K).

⇒ qngưng = αngưng (tngưng – tW1) = 66675,849 (W/m2).

⇒ qt = qngưng = 66675,849 (W/m2) (xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể).

⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 52,813 (oC).

⇒ Prw2 = 3,393

⇒ Nun = 191,340

⇒ αn = 3743,093 (W/m2K).

⇒ qn = αn (tW2 – tf) = 66675,863 (W/m2).

Kiểm tra sai số



qngöng− qn

ε=



qngöng

100% = - 0,00002% < 5% (thoả).



Kết luận: tw1 = 89,915675 oC và tw2 = 52,813 (oC).

-



Xác định hệ số truyền nhiệt



K=



1

1

1

+ 5,565.10−4 +

66675

,863

66675

,849

= 1024,207 (W/m2K).



• Bề mặt truyền nhiệt

Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt



Qnt

8982230

,942× 1000

=

K .tlog 3600ì 1024,207ì 64,771

F=

= 37,611 (m2).

Cu to thit b

S ống truyền nhiệt: n = 61 (ống). Ống được bố trí theo hình lục giác đều.



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



61



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Chiều dài ống truyền nhiệt: L =



F

d + dtr

nπ n

2



Khoa Cơng nghệ Hóa học



= 5,607 (m) ⇒ chọn L = 6 (m).



Số ống trên đường chéo: b = 9 (ống).

Tra bảng trang 21, [6] ⇒ Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m).

Áp dụng cơng thức (V.140), trang 49, [2]

⇒ Đường kính trong của thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,536 (m).

6.3. Thiết bị đun sơi dòng nhập liệu

Chọn thiết bị đun sơi dòng nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống.

Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T.

-



Kích thước ống trong: 38 x 3

Kích thước ống ngồi: 57 x 3



Chọn

-



Dòng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t V = tFV = 25 (oC) và nhiệt

độ ra tR = tFS = 103,4 (oC).



Hơi ngưng tụ đi trong ống ngồi có áp suất 2,5 (at)

-



Nhiệt hóa hơi:



rH2O



= rn = 2189500 (J/kg).



tH2O



Nhiệt độ sơi:

= tn = 126,25 (oC).

• Hiệu số nhiệt độ trung bình

-



Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên

∆tlog =



(126,25− 56,2134) − (126,25− 103,4)

126,25− 56,2134

Ln

126,25− 103,4



= 42,128 (K).



• Hệ số truyền nhiệt

Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



62



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



K=



Khoa Công nghệ Hóa học



1

1

1

+ Σrt +

αF

αn



,(W/m2.K).



Với

+ αF : hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu trong ống (W/m2.K).

+ αn : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt ngoài ống (W/m2.K).

+ ∑rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu.

-



Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu trong ống



Kích thước của ống trong

+ Đường kính ngồi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m).

+ Bề dày ống: δt = 3 (mm) = 0,003 (m).

+ Đường kính trong: dtr = 0,032 (m).

Nhiệt độ trung bình của dòng nhập liệu trong ống: tF = ½ (tV + tR) = 79,8067 (oC).

Tại nhiệt độ này thì

+ Khối lượng riêng của nước: ρN = 971,916 (kg/m3).

+ Khối lượng riêng của axit: ρA = 981,222 (kg/m3).



Nên:



1 xF 1− xF

0,3

1− 0,3

=

+

=

+

= 0,001

ρF ρN

ρA

971,916 981,222

⇒ ρF = 978,412 (kg/m3).



+ Độ nhớt của nước: µN = 3,56.10-4 (N.s/m2).

+ Độ nhớt của axit: µA = 5,61.10-4 (N.s/m2).

Nên: lgµF = xFlgµN + (1 – xF)lgµA = 0,588.lg(3,56.10-4) + (1 - 0,588)lg(5,61.10-4)

= -3,367 ⇒ µF = 4,294.10-4 (N.s/m2).

+ Hệ số dẫn nhiệt của nước: λN = 0,675 (W/mK).

+ Hệ số dẫn nhiệt của axit: λA = 0,160 (W/mK).

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



63



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 6: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×