Tính Diện Tích Trao Đổi Nhiệt Của Thiết Bị Ngưng Tụ:

Nguyên lý làm việc: Hơi nước được tạo ra ở dàn bay hơi sẽ được dung dịch loãng hấp thụ ở thiết bị phận hấp thụ , trong quá trình hấp thụ nhiệt lượng tỏa ra sẽ được nước làm mát lấy đi. Nước làm chuyển động cưỡng bức trong ống, nhận nhiệt hấp thụ của dung dịch loãng được tưới tự nhiên thành màng bên ngoài ống.

Trong thiết kế này các ống trao đổi nhiệt được làm bằng inox có Đường kính trong dta= 0,015 m

Đường kính ngoài dna= 0,017 m Phụ tải nhiệt của thiết bị hấp thụ

Qa = Gd . i6+ Ga’ .i3’- Gr . i1 , [W]

Qa = Gw .Cpw.(tw2 - tw1) , [W] Qa = Ka.Fa.ttba , [W]

Trong đó:

 i6: Entanpi của hơi nước bảo hòa khô ra khỏi thiết bị bay hơi ở t0

,[kj/kg]

 i3’ , i1 : Entanpi của dung ịch vào và ra khỏi thiết bị hấp thụ

,[kj/kg]

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 81 trang tài liệu này.

 Gw: Lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị hấp thụ

,[kg/s]

 Cpw : Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước làm mát thiết bị hấp thụ,[kj/kg.độ]

 tw1 ,tw2 : nhiệt độ vào và ra của nước làm mát

,[oC]

 Fa : Diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ

,[m2]

ttba : Độ chênh nhiệt độ trung bình

,[oC]

 Ka : Hệ số truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ

,[W/m2.độ] Ta có :

Qa = 7,26KW

Cpw= 4,186 kj/kg.độ

tw1= 25,6  26 [oC]

tw2= ( tw1+ 2 ) [oC] theo [TL4-tr10] tw2= 26 + 2 = 28 oC

Suy ra :

Gw=

Gw =

Qa

C pw (tw2 tw1 )

7,26

,[kg/s]

= 0,867kg/s

4,186 28  26

Xem gần đúng nhiệt độ dung dịch trong bình hấp thụ là không đổi và bằng nhiệt độ ngưng tụ nên ta có:

ttba=

tw2 tw1 ln tK tw1 tK tw2

= 28  26

ln 35  26

35  28

ttba= 7,96 oC

Ka =

1

1i

 1

,[W/m2.độ]

a

Với:



- i

i

i w1

: Nhiệt trở của các chất bẩn và của vách ống. Trong tính toán này



theo [TL4-tr10] giá trị i

i

được chọn bằng 0,000568 m2

a: Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch theo[TL4-11] , hệ số tỏa nhiệt từ màng của dung dịch đến thành ống nằm ngang:

a= 1,03  (Rea.Pra. a ) 0,46. a

La á

tiêu chuẩn Rea được xác định như sau:Rea = a

á

a = Ga

Ba

: mật độ tưới nước,[kg/m.s]

Ba: Bề mặt tưới vì ống nằm ngang nên Ba= 2.la.Na la : Chiều dài đoạn ống ,[m]

Na: Số cụm ống thẳng đứng Suy ra Ba = 2  1,2  4 = 9, 6 m

Suy ra a =

0,024

9,6

= 0,0025 kg/m.s

+ La=

.d na

2

; dna: Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt ,[m]

suy ra La=

 0,017 2

3.a .a

= 0,0267 m

+ a= 1,27. 3

trong đó:

2.g.a

:Độ dày của lớp màng mỏng của dung dịch loãng , [m]

Cp: nhiệt dung riêng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC , theo công thức (1.3), Cp= 3,6371- 0,029  0,365 + 1,4285714.10-5 (65  35 +

30  0,365 - 0,365 35) = 3,66 kj/kg.độ

a: hệ số dẫn nhiệt của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC ,theo công thức (1.6) a = - 3,5552933 + 3,407759.10-2  308 - 9,381419.10-5 3082 +

+ 8,834924.10-8  3083 - 0,03456 = 0,588 W/m.độ, với A() = 0,4923607 

0,365 - 0,422476.10-2  308  0,365 + 5,658527.10-6  3082  0,365 -

- 0,1522615  0,365 2 - 1,730562.104  308  0,365 2 + 1,895136  0,365 3

A() = - 0,03456

a: độ nhớt động lực học của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk = 35oC, theo công thức (1.9) a= (1,87930 - 0,025765  0,365 + 0.035  35 + 0,0004

 0,365  35 +

169,263  6,989  0,365 )  10-3 = 0,001782 N.s/m2

35  223,95  363 0,365

a: khối lượng riêng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk= 35oC, theo công thức (1.5) a= 1049 + 53,54  0,04218 - 0,718  0,042182 - 35  (0,584 -

- 0,0146  0,04218) -

5,7.108

(35  273,15)3

= 1011,3 kg/m3,

với: m =11,514 

0,43

100  0,43

= 0,04218

a: độ nhớt động học của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk= 35oC , a= 1,782.10 -6 m2/s

Pra:tiêu chuẩn Prăng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC,

Pra =

.C p



= 1178.106  3,66.103

0,588

= 7,33

Suy ra độ dày của lớp màng mỏng của dung dịch loãng.

a 3

 = 1,2731,782.106  0,0025 = 1,1.10-4 m

2  9,8 1011,3

Re =

0,00375 = 2,1

0,001782

Vậy suy ra a= 1,03  (2,1  7,33 

1,1.104 ) 0,46 

0,0267

0,588

1,1.104

= 1548,23

W/m2.độ

w1: Hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát , theo [TL4- tr11] , nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống hệ số tỏa nhiệt được tính bằng:

0,8 0,2 2

w1 = 1780.w1 /dta ,[W/m .độ]

w1: Tốc độ của nước làm mát : w1 =

4Gw

2

.na ..dta

: khối lượng riêng của nước làm mát, = 1000 kg/m3

na: số ống trong một hành trình(chọn [TL-tr] w1= 1,5 m/s ,tính ra na, rồi làm tròn navà tính ngược lại w1)

na =

4.Gw =

4  0,867

= 3, 27 ống

2

.w1..dta

1000 1,5  0,0152

chọn na = 3 ống

suy ra w1 =

4.Gw =

4  0,867

= 1,62 m/s.

2

.na ..dta

1000  3 0,0152

Suy ra w1=1780  1,620,8/0,0150,2 = 6064,76 W/m2.độ

Suy ra Ka=

1

1548,23

1

 0,000568 

1

6064,76

= 725,27 W/m2.độ

Vậy suy ra diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ là:

Fa=

Qa Ka t

tba

=7,26.103

725,27  7,96

= 1,26 m2

4.1.4.Tính toán thiết kế thiết bị hấp thụ:

Chọn các thông số kết cấu: Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều.

- bước ống ngang [TL1-tr86]:

S = 1,3.dna= 1,3  0,017 = 0,022m

- diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài la= 1,2 m Fxqa= .dna.la=  0,017  1,2 = 0,064 m2

- tổng số ống của thiết bị bay hơi

Na=

Fa =

Fxqa

1,26

0,064

= 19,7 ống , chọn Na= 20 ống

 Vậy đường kính của bình chứa hai thiết bị bay hơi và hấp thụ:

m: Tổng số bước ống lớn nhất tính theo phương ngang, m=10 ống D = m  S

D = 10  0,022 = 0,22 m

4.2.Thiết bị ngưng tụ và sinh hơi:

4.2.1.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ:

Nguyên lý làm việc: Hơi môi chất từ thiết bị sinh hơi đi vào bình sinh hơi và nhã nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống và ngưng tụ lại thành lỏng cao áp .Ống trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ được làm bằng inox

Dung dëch âámû âàcûâi vaoì

ApÏ kãú

næåïc lamì matï âi ra

A

Næåïc gia nhiãût âi ra

næåïc lamì matï âi vaoì

Næåïc gia nhiãtûâi vaoì

ADung dëch âáûm

âàûc âi vaìo

Mäi chátúlanûh ngæng tuû

Dung dëch

loanî g âi ra

A-A

35

Mäi chátúlanûh ngæng tuû

Dung dëch loanî g âi ra

Có đường kính trong dtK = 0,015 m Có đường kính ngoài dnK= 0,017 m

Hình4.2.Thiết bị sinh hơi và ngưng tụ ống vỏ nằm ngang.

Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ:

QK=7,04 KW

QK= Gw.Cpw.(tw4-tw3) ,[KW] QK= KK.FK.ttbK ,[KW]

Trong đó:

Gw: Lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị ngưng tụ, cũng chính là lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị hấp thụ.

Gw= 0,867 kg/s

Cpw: Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước làm mát,Cpw= 4,186

kj/kg.độ

tw3, tw4: Nhiệt vào và ra của nước làm mát , do nước làm mát thiết bị

hấp thụ trước rồi đến làm mát thiết bị ngưng tụ nên nhiệt độ vào của nước làm mát thiết bị hấp thụ tw3= tw2= 27,6 oC, theo [TL1-tr83]ta có tw= 6oC nên

tw4= tw3+ tw= 27,6 + 6 = 33,6 oC

tK: Nhiệt độ ngưng tụ theo [TL4-tr12] tK=

tw3 tw4  5 = 27,6  33,6  5

2 2

tK= 35,6oC

phẳng)

FK: Diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ ,[m2]

ttbK: Độ chênh nhiệt độ trung bình .

KK: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ (ống trơn xem như vách

ttbK=

 KK=

tw4 tw3 ln tK tw3 tK tw4

1

= 33,6  27,6

ln 35,6  27,6

35,6  33,6

= 4,33oC

1i  1

K i w2

Với:



+ i

i

:Nhiệt trở của các chất bẩn và của vách ống.Trong tính toán này



theo [TL4-tr12] giá trị i

i

được chọn bằng 0,00026 m2.độ/W

+ w2: Hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát, theo [TL4-tr12],nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống , hệ số tỏa nhiệt được tính bằng:

w2=

1780.w2

d

0,8

0,2

tK

,[W/m2.độ]

+ dtK: Đường kính trong của ống trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ

+ w2: Tốc độ nước làm mát của thiết bị ngưng tụ cũng chính bằng tốc độ của nước làm mát thiết bị hấp thụ , nên w2 = w1= 1,62 m/s

Do đó số ống trong một hành trình là:

nK =

4Gw 

4  0,867

= 3 ống , nK= 3 ống

2

w .w2 ..dtK

1000 1,62  0,0152

w: khối lượng riêng của nước làm mát, w=1000 kg/m3

 Suy ra hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát là:

w2

= 1780 1,620,8 = 6064,76 W/m2.độ

0,0150,2

+ K: Hệ số tỏa nhiệt của hơi môi chất lạnh (nước) ,theo [TL4-tr12],hệ số tỏa nhiệt của hơi môi chất ngưng tụ trên bề mặt chùm ống nằm ngang được tính theo công thức:

r .3 .g.2 1

K= 0,72 

4K K K.n 6

K

K .dnK .ta

+ rK, K, K, K: Nhiệt ẩn hóa hơi, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêngvà độ nhớt động lực học của nước ngưng ở áp suất ngưng tụ PK= 0,0562 Bar.

- Theo [TL5-tr284], rK= 2418 kj/kg

- Theo [TL5-tr330], K= 62,65.10-2 W/m.độ, K= 993,95 kg/m3,

K = 727,4.10-6 Ns/m2.

+ dnK: Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt.

+ nK: Số ống trao đổi nhiệt theo chiều thẳng đứng trong một dãy ống.

Chọn nK = 4 ống

+ ta = tK- tv : Độ chênh nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ vách ngoài của

ống.

Để giải bài toán này ta dùng phương pháp lặp

a/ Mật độ dòng nhiệt về phía nước làm mát có kể đến nhiệt trở của vách



q1=

tv tw

1i

w2 i

Coi độ chênh nhiệt độ trung bình ttbK là độ chênh giữa nhiệt độ ngưng tụ



và nhiệt độ trung bình của nước làm mát t w :



ttbK= tK- t w = (tK - tv) + (t v- t w ) = ta + (tv - t w )

Suy ra: q1=

ttbK ta

1i

, trong thiết kế này giá trị i



i

được chọn bằng

w2 i

0,00026 m2độ/W

Suy ra: q =

4,33 ta

,[W/m2]

1 1

6064,76

 0,00026

b/Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh đối với bề mặt trong:

d r .3 .g.2

 1 d

d

K a

q =  .t .nK=0,72. 4K K Kn

6 .nK.t 0,75

,[W/m2]

2 K a

dtK

K .dnK tK

q2= 0,724

a

,[W/m2]

2481.103  (62,65.102 )3  9,8  993,952

727,4.106  0,011

 1

 4 6 

0,011

0,009

t 0,75

a

q2= 20473 

t 0,75

,[W/m2]

Ở chế độ ổn định ta có : q1=q2 

4,33 ta

a

1 0,00026 =

17215,8 

t 0,75 (*)

6064,75

Giải phương trình (*) bằng phương pháp lặp với sai số

q1 q2

q1

< 0,02%

Với ta= 3oC ta có

q1 q2

q1

= 0,014% < 0,02% thỏa mãn điều kiện

2481.103  (62,65.102 )3  9,8  993,952

4

727,4.106  0,011 3

1 / 6

Suy ra K= 0,724

K = 12728 W/m2.độ

 Suy ra KK=

1

12728

1

 0,00026 

1

6064,76

= 1986,27 W/m2.độ

 Vậy suy ra diện tích truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ FK là:

F = QK =

7,04.103

,[m2]

K

K K .t

tbK

1986,27  4,33

FK= 0,82 m2

4.2.2.Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ:

Chọn các thông số kết cấu: Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều.

- bước ống ngang [TL1-tr86]:

S= 1,3dnK= 1,30,017 = 0,022 m

- diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài la=1,2 m FxqK= .dnK.lK =  0,017  1,2 = 0,064 m2

- tổng số ống của thiết bị ngưng tụ

NK =

FK

FxqK

= 0,82

0,064

= 12,8 ống , chọn NK= 13 ống

4.2.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi:

Nguyên lý làm việc: Nước nóng từ nguồn gia nhiệt chuyển động cưỡng bức trong ống trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi , truyền nhiệt cho dung dịch đậm đặc sôi màng do bơm tưới liên tục bên ngoài ống.

Ôúng trao đổi nhiệt được làm bằng inox, có đường kính trong dtH= 0,02 m Đường kính ngoài dnH= 0,022 m.

Phụ tải nhiệt của thiết bị sinh hơi: QH= 8,64 KW

QH= GH .CpH.(tH1-tH2) ,[KW] QH= KH.FH.ttbH ,[KW]

Trong đó:

GH: Lưu lượng khối lượng của nước gia nhiệt thiết bị sinh hơi ,[kg/s] CpH: Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước gia nhiệt ,CpH= 4,186 kj/kg.độ tH1,tH2: Nhiệt độ vào và ra của nước gia nhiệt ,theo mục 3.1.1,ta có tH1= 90oC.theo mục 3.1.4,ta có tH2 = 88oC.

FK: Diên tích truyền nhiệt của thiết bị sinh hơi ,[m2].

ttbH: Độ chênh nhiệt độ trung bình ,[oC].

KH: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị sinh hơi ,[W/m2.độ]. th: nhiệt độ dung dịch đâm đặc trong bình sinh hơi,

ta có th= 85oC.

suy ra: GH=

QH

C pH .(tH1 tH 2 )

 8,64

4,186  (90  88)

1,03 kg/s.

ttbH=

 KH=

tH 1 tH 2 =

ln tH 1 th

tH 2 th

1

90  88

ln 90  85

88  85

= 3,9 oC

1i  1

Với:

H i h



+ i

i

: Nhiệt của các chất bẩn và của vách ống ,[m2độ/W]



trong thiết tính toán này ,theo[TL4-tr14] giá trị i

i

được chọn bằng

0,000568 m2.độ/W

+ H: Hệ số tỏa nhiệt của nước gia nhiệt,[W/m2.đô],theo [TL4-tr14], nước gia nhiệt chuyển động cưỡng bức trong ống, hệ số tỏa nhiệt được tính bằng

H =

1780.0,8

d

H

0,2

tH

,[W/m2.độ]

- H: tốc độ chuyển động của nước gia nhiệt , [m/s]

H =

4GH

,[m/s]

H .nH ..d

2

tH

tH

- H: Khối lượng riêng của nước gia nhiệt, H= 1000 kg/m3

- dtH: Đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, [m].

- nH: Số ống trong một hành trình,(chọn theo [TL4-tr9] H = 1,5 m/s, tính ra nH rồi làm tròn nH và tính ngược lại H

nH =

4.GH =

4 1,03

= 2,18 ống

H .H ..d

2

tH

1000 1,5  0,022

Xem tất cả 81 trang.

Ngày đăng: 09/06/2023

Trang chủ Tài liệu miễn phí