Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ

Tải bản đầy đủ - 0trang

CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



– QW : nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra từ nồi đun.

QW = GW .HW =W .MW.cW .(tW –to )



,(KJ/h).



Chọn nhiệt độ chuẩn: to = 20oC.

Do sản phẩm đáy chứa nhiều nước nên nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy

có thể tính gần đúng theo công thức sau:

cW = (1-).4186=(1- 0,0019).4186= 4178,0466 (J/kg.độ).

Vậy: QW = 148,7028. 18,032 .4178,0466 .(100-20)=896244103,6(KJ/h).

– QD : nhiệt lượng do sản phẩm đỉnh mang ra từ bộ phận tách hồn lưu.

QD = GD .HD =D.MD .cD .(tD –to )



,(KJ/h).



Chọn nhiệt độ chuẩn: to = 20oC.

Ở oC

Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có nhiệt dung riêng của rượu: c R

=2830,25 (J/kg.độ).

Suy ra

cD = .cR +(1-).4186

=0,8.2882,25+(1-0,8).4186 = 3143(J/kg.độ).

Vậy: Từ (IV.1), ta được:

QF = 23,24 .28,63 .3143 .(78,5-20) =122336969,7 (KJ/h).

– Qm : nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh.

Chọn Qm = 0,05.Qđ

Vậy nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi đun ở đáy tháp:

Qđ = .(896244103,6 + 883257156,3



+ 3139940,781 –



122336969,7 )

= 1747688664 (KJ/h) = 48546 (KW).

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 53



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Chọn:

+



Nhiệt độ nguyên liệu ban đầu: t’F = 28oC.



+



Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t’D = 35oC.



+



Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt với nguyên liệu ban



đầu: t’W = 60oC.

4.2. 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: 25x2, chiều dài

ống là L = 1,5 (m).

Chọn nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ đầu: t 1 = 28oC, nhiệt độ cuối: t2 =

40oC.

Các tính chất lý học của nước làm lạnh được tra ở tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]

ứng với nhiệt độ trung bình ttbN = =34oC:

+ Nhiệt dung riêng: cN = 4,181 (KJ/kg.độ).

+ Khối lượng riêng: N = 994,4 (Kg/m3).

+ Độ nhớt động lực: N = 0,7371.10-3 (N.s/m2).

+ Hệ số dẫn nhiệt: N = 0,6242 (W/moK).

4.2.1. Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh.

GN == 17,3843 (Kg/s).

4.2.2. Xác định bề mặt truyền nhiệt.

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

Ftb =



,(m2)



(IV.2).



Với: + K : hệ số truyền nhiệt.

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 54



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



+ tlog : nhiệt độ trung bình logarit.

– Xác định tlog :

Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:

(oK).

– Xác định hệ số truyền nhiệt K:

Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:

,(W/m2.oK)



(IV.3).



Với: + N : hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m2.oK).

+ R : hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ (W/m2.oK).

+ rt : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu.

Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:

Chọn vận tốc nước đi trong ống: vN = 0,4 (m/s).

Số ống trong một đường nước:

(ống).

Chuẩn số Reynolds :

> 104 : chế độ chảy rối, công thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng:



Trong đó:

+ l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re N và tỷ lệ chiều dài ống với

đường kính ống:ReN=21247,86 và,nên l =1.

+ PrN : chuẩn số Prandlt của nước ở 34oC, nên PrN = 5.

+ Prw : chuẩn số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bình của vách.

Suy ra:

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 55



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:

N =

Nhiệt tải phía nước làm lạnh:

(W/m2)



(IV.4).



Với tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước (trong ống).

Nhiệt tải qua thành ống và lớp cặn:

, (W/m2).

Trong đó:

+ tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với rượu (ngồi ống).

+

Bề dày thành ống: t = 2 (mm).

Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ: t = 17,5 (W/moK).

Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với nước sạch:

rc = 1/5000 (m2.oK/W).

Suy ra: rt = 1/3181,818 (m2.oK/W).

Vậy: qt = 3181,818.(tw1-tw2)



(IV.5)



Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ:



Đặt: A= với [rR]=[J/kg].

Ẩn nhiệt ngưng tụ: rR = rD = 945,465 (KJ/kg).

Nhiệt tải ngoài thành ống:

qR = R.(78,5-tw1) = A.(78,5-tw1)0,75



(IV.6).



Từ (IV.4), (IV.5), (IV.6) ta dùng phương pháp lặp để xác định tw1, tw2 :

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 56



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Chọn tw1 = 53,7oC:

Các tính chất lý học của rượu ngưng tụ được tra ở tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]

ứng với nhiệt độ trung bình ttbD = oC:

+ Khối lượng riêng: R = 767,68 (Kg/m3).

+ Độ nhớt động lực: R = 0,6018.10-3 (N.s/m2).

+ Hệ số dẫn nhiệt: R = 0,2073 (W/moK).

Khi đó: A = 3090,099

Từ (IV.6): qR = 3090,099.(78,5-53,7)0,75 = 34340,859 (W/m2).

Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể: qt = qR =34340,859 (W/m2).

Từ (IV.5), ta có: tw2 = tw1- =42,907oC

Suy ra: ttbw = =oC

Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], Prw = 3,672

Từ (IV.4): qN = (W/m2).

Kiểm tra sai số:

 = =1,2% < 5% : thoả.

Vậy: tw1 = 53,7oC và tw2 = 42,907oC.

Khi đó: (W/m2.oC).

(W/m2.oC).

Từ (IV.3): (W/m2.oC).

Từ (IV.2), bề mặt truyền nhiệt trung bình:

= 7,1384 (m2).

Suy ra chiều dài ống truyền nhiệt :

L’= (m).

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 57



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



So với L = 1,5(m) thì số đường nước là (đường nước).

Khi đó số ống tăng lên 4 lần: n=19.4 =76 (ống) ~ chọn n=91(ống).

Kiểm tra hệ số cấp nhiệt của rượu khi có kể đến sự ảnh hưởng của sự sắp sếp,

bố trí ống. Chọn cách xếp ống thẳng hàng, bố trí theo dạng lục giác đều,vậy với 91

ống thì ta sếp được 9 hàng.

Số ống trung bình trong 1 hàng: , tra tài liệu tham khảo II, ta có tb = 0,58.

Khi đó: R = 0,58.1384,712 = 803,133 (W/m2.oC).

Tính lại hệ số truyền nhiệt K từ CT(IV.3), ta có: K = 550,749 (W/m2.oC).

Suy ra: bề mặt trung bình: (m2).

Khi đó: chiều dài ống truyền nhiệt:

L’= < 1,5(m) : thoả.

Vậy thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt vỏ– ống gồm

n=91(ống), dài L=1,5(m).

Ống được bố trí theo hình lục giác đều. Nên ta có số ống trên đường chéo

hình lục giác: b = 9(ống). Chọn bước ngang giữa hai ống:

t = 1,4.dng = 1,4.0,025 = 0,035 (m).

Đường kính vỏ thiết bị:

Dv = t.(b-1)+4.dng = 0,035(9-1)+4.0,025= 0,380(m).

4.3. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.

Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống.

Oáng truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống trong: 16x1,6 ;

kích thước ống ngồi: 25x2,5.

Chọn: + Nước làm lạnh đi trong ống 16x1,6 (ống trong) với nhiệt độ đầu: t 1

= 28oC, nhiệt độ cuối: t2 = 40oC.

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 58



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



+ Sản phẩm đỉnh đi trong ống 25x2,5 (ống ngồi)

với nhiệt độ đầu: tD = 78,5oC, nhiệt độ cuối: t’D = 35oC.

Các tính chất lý học của nước làm lạnh được tra ở tài liệu tham khảo [4

(tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbN = =34oC:

+ Nhiệt dung riêng: cN = 4,181 (KJ/kg.độ).

+ Khối lượng riêng: N = 994,4 (Kg/m3).

+ Độ nhớt động lực: N = 0,7371.10-3 (N.s/m2).

+ Hệ số dẫn nhiệt: N = 0,6242 (W/moK).

Các tính chất lý học của sản phẩm đỉnh được tra ở tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]

ứng với nhiệt độ trung bình

ttbD = oC:

+ Nhiệt dung riêng: cD= 3014,63 (J/kg.độ).

+ Khối lượng riêng: D = 775,95 (Kg/m3).

+ Độ nhớt động lực: D = 0,6988.10-3 (N.s/m2).

+ Hệ số dẫn nhiệt: D = 0,2029 (W/moK).

4.3.1. Suất lượng nước cần dùng để làm mát sản phẩm đỉnh.

+ Suất lượng sản phẩm đỉnh:

GD = 815,4390 (Kg/h) = 0,226 (Kg/s).

+ Lượng nhiệt cần tải:

Qt = GD.cD.(tD-t’D) = 0,226.3014,63.(78,5-35) =29636(J/s) =29,63 (KJ/s).

+ Suất lượng nước cần dùng:

= 0,5905 (Kg/s).

4.3.2. Xác định bề mặt truyền nhiệt.

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 59



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



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

,(m2)



(IV.7).



Với

+ K : hệ số truyền nhiệt.

+ tlog : nhiệt độ trung bình logarit.

– Xác định tlog :

Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:

(oK).

– Xác định hệ số truyền nhiệt K:

Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:

,(W/m2.oK)



(IV.8).



Với

+ N : hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m2.oK).

+ D : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh (W/m2.oK).

+ rt : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu.

Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ở ống ngồi:

Vận tốc của sản phẩm đỉnh đi trong ống ngồi:

(m/s).

Đường kính tương đương: dtd = Dtr –dng = 0,02- 0,016 = 0,004 (m).

Chuẩn số Reynolds :

> 2320 : chế độ q độ, cơng thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng:



Trong đó:

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 60



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



+ l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ơng1,

chọn l =1.

+ C : hệ số phụ thuộc vào chuẩn số Reynolds, ReD = 3291,24 nên

C = 7,252.

+ PrD : chuẩn số Prandlt của sản phẩm đỉnh ở 56,75oC, nên

+ Prw1 : chuẩn số Prandlt của sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ trung bình của vách.

Suy ra:

Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh trong ống ngồi:

D =

Nhiệt tải phía sản phẩm đỉnh:

(W/m2) (IV.9).

Với tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đỉnh (ngồi ống nhỏ).

Nhiệt tải qua thành ống và lớp cặn:

, (W/m2).

Trong đó:

+ tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước (trong ống nhỏ).



+



Bề dày thành ống: t = 1,6 (mm).



+



Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ: t = 17,5 (W/moK).



+



Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với nước sạch:

r1 = 1/5000 (m2.oK/W).



+



Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đỉnh:

r2 = 1/5000 (m2.oK/W).



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 61



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Suy ra rt = 1/2034,884 (m2.oK/W).

Vậy

qt = 2034,884.(tw1-tw2)



(IV.10).



Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống nhỏ:

Vận tốc nước đi trong ống:

(m/s).

Chuẩn số Reynolds :

> 104

Chế độ chảy rối, công thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng:



Trong đó:

+ l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re N và tỷ lệ chiều dài ống với đường

kính ống:ReN=22941,04 ø,chọn l =1.

+ PrN : chuẩn số Prandlt của nước ở 34oC, nên PrN = 5.

+ Prw2 : chuẩn số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bình của vách.

Suy ra



Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:

N =

Nhiệt tải phía nước làm lạnh:

(W/m2)



(IV.11).



Chọn tw1 = 42,65oC :



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 62



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Các tính chất lý học của sản phẩm đỉnh được tra ở tài liệu tham khảo [4

(tập 1)] ứng với nhiệt độ tw1=42,65oC:

+ Nhiệt dung riêng: cR= 2841,64 (J/kg.độ).

+ Độ nhớt động lực: R = 0,9049.10-3 (N.s/m2).

+ Hệ số dẫn nhiệt: R = 0,1966 (W/moK).

Khi đó xem

Prw1 ~

Từ (IV.9) qD = (W/m2).

Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể

qt = qD =13392,391 (W/m2).

Từ (IV.10), ta có

tw2 = tw1- =36,069oC

Suy ra

ttbw = =oC

Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], Prw2 = 4,386

Từ (IV.11): qN = (W/m2).

Kiểm tra sai số:

 = =0,58% < 5% : thoả.

Vậy tw1 = 42,65oC và tw2 = 36,069oC.

Khi đó

(W/m2.oC).

(W/m2.oC).

Từ (IV.8)

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 63



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×