Trình tự tính toán và vấn đề chọn thiết bị truyền nhiệt a Tính toán khi thiết kế 81, Nhiệm vụ chính khi thiết kế các thiết bị truyền nhiệt là xác định bề mặt truyền nhiệt theo điều kiệ
Trang 1
SỐ TAY QUA TRINH VA THIET Bi
CONG NGHE
HOA CHAT
Trang 2§14 Trình tự tính toán và vấn đề chọn thiết bị truyền nhiệt
a) Tính toán khi thiết kế
81, Nhiệm vụ chính khi thiết kế các thiết bị truyền nhiệt là xác định bề mặt truyền nhiệt theo điều kiện đã cho Các số liệu ban đầu thường là năng suất của một trong những chất tải nhiệt và điều kiện nhiệt độ của quá trình Cần chú ý là các số liệu ban đầu có thể thay đổi trong từng trường hợp cụ thể, do đớ ít nhiều
có thể làm thay đổi trình tự tính toán, nhưng thực chất của vấn đề vẫn giữ nguyên ˆ
82 Trong lúc thiết kế các thiết bị truyền nhiệt ta phải giải quyết một vấn đề quan trọng, đó là việc chọn thiết bị Để giải quyết vấn đề này được nhanh chóng
ta có thể dựa vào bảng đặc tính của các thiết bị cho dưới đây (bảng V.10):
Bang V.10 Các đặc tính của các thiết bị truyền nhiệt gián tiếp
! Đạt |vận tốc cao aé Bề mặt ¡ Lượng | Lượng
Chế | được TT: 7 Quan | truyền ˆ kim loại | kim loại
thứ “Tên thiết bị dễ vài chiều ¡ i sửa | wén 1 đơn vị| dùng
tự đơn |hoàn ltrong' ngoài |trong| ngoài | chữa | 1 đơn vị| bề mặt | cho 1
! giản |toàn :ống ; ống |ống | ống | dé | thề tích | đốt, đơn vị
i ImÈ/m° | kgm” | nhiệt tải
1 | Loại ống chùm:
nhiều ngăn KX |X Je |x j+ |- 1X |l5-40 |30-80: 1
ghếp bộ x + + |x fs | x 10-15 |30-80' 1
ống" + + + + + : x 4-15 | 175 15-45
3| Loại nhúng chim ` | i i
(ống xoắn) hop + + - - + + 5-10 |90 - 120| L0 - 50
4) loại tưới + + khong)X | + [+ |3-6 | 40-60] 05-20
5 Loại xoắn ốc : + + + = = 30-70 | 30 - 50 | 02-09
Trong bảng này dấu + là đạt yêu cầu, - là không đạt yêu cầu;X là đạt yêu cầu một phần
Ngoài ra khi chọn thiết bị cần chú ý những điểm sau:
- Khi dùng để truyền nhiệt cho hệ hơi - lỏng ta dùng loại thiết bị ống chùm cớ nhiều ngăn và tùy theo điều kiện nhiệt độ của quá trình mà chọn cơ cấu lắp ghép khác nhau
- Khi dùng để truyền nhiệt cho hệ lỏng - lỏng hoặc khí - khí thì tốt nhất là 44
Trang 3
Theo cốc? sop ogy
Hình V.26
45
Trang 4dùng loại ghép bộ Nếu như loại này quá cồng kềnh (ví dụ, bề mạt truyền nhiệt lớn) thì có thể dùng loại ống chùm có nhiều ngăn
- Nếu điều hiện truyền nhiệt giữa hai chất tải nhiệt khác nhau (ví dụ, khí - ` lỏng) ta nên dùng thiết bị truyền nhiệt loại gân
- Việc sử dụng các thiết bị loại vô bọc, loại tưới, loại nhúng chỉm bị hạn chế,
vì khả năng truyền nhiệt của các thiết bị này kém, chỉ dùng chúng trong trường hop nang suất nhỏ, làm việc gián đoạn, hoặc chất tải nhiệt có tính ăn mòn mạnh
ma vat liệu của bề mặt truyền nhiệt khó gia công chế tạo loại ống khác Phân loại các thiết bị truyền nhiệt xem hình V.26
83 Tính các thiết bị truyền nhiệt theo trình tự như sau:
- Xác định lượng nhiệt trao đổi theo phương trỉnh cân bằng nhiệt:
Q =G.CA¿ (G - khối lượng chất tải nhiệt; C - nhiệt dung riêng)
- Xác định lượng chất tải nhiệt cần để đun nóng hoặc làm nguội (nếu đã biết lượng chất tải nhiệt thì xác định nhiệt độ cuối của một trong hai chất tải nhiệt)
- Xác định hiệu số nhiệt độ trung bỉnh A¿
- Tính các hệ số cấp nhiệt øi, œ; Khi tính œ cần biết các kích thước hỉnh học của thiết bị, ví dụ, đường kính, bề dày có khi cả chiều dài của ống Đôi khi muốn tính thiết bị ống chùm ta chọn trước các kích thước của nó sau đó thử lại
- Tính hệ số truyền nhiệt X
- Xác định bề mặt truyền nhiệt F:
Q
ES K.At
- Kiểm tra nhiệt độ của bề mặt hoặc nhiệt tải riêng (phụ thuộc vào giả thiết lúc đầu),
Khi tính œ đối với các chất tải nhiệt không biến đổi trạng thái (lỏng hoặc khi)
ta phải chọn chế độ chảy xoáy (fe > 10000) để đảm bảo ø lớn
84 Tính các thiết bị làm nguội bằng nước thì nhiệt độ cuối của nước không được quá 40 - 50°C, vì nếu nhiệt độ cao hơn thì các muối đễ kết tủa và đóng cặn lại trên bề mật truyền nhiệt
Sau khi tính bề mặt truyền nhiệt tiếp đến tính về cơ cấu và thủy lực
È) Tính kiểm tra
85 Nhiệm vụ chính trong khi tính kiểm tra các thiết bị truyền nhiệt là xác định chế độ thích hợp của thiết bị để khi làm việc đạt được năng suất cần thiết Việc tạo ra chế độ làm việc cớ hiệu quả nhất cũng như việc lựa chọn các điều kiện làm việc của thiết bị cớ liên quan mật thiết với nhau 6 đây ta cần phân biệt rõ hai khái niệm về hiệu số nhiệt độ:
- Hiệu số nhiệt độ yêu cầu (A/,) cốt để đảm bảo năng suất quy định của thiết
bị trong điều kiện làm việc đã cho, phụ thuộc vào dây chuyền sản xuất
46
Trang 5- Hiệu số nhiệt độ sử dụng (at, là hiệu số nhiệt độ khi làm việc của thiết bị,
nó phụ thuộc vào hệ thống nhiệt trong nhà máy,
Tỉ số giữa At, và At, ky higu là a:
At
@ =
AL
œ là mức độ thích hợp hay còn gọi là năng suất dự trữ của thiết bị ở điều kiện xác định Khi làm việc ổn dinh thi a = 1 hay At = A2
Hiệu số nhiệt độ yêu cầu xác định từ phương trình truyền nhiệt:
Q
còn At, xác định theo điều kiện thực tế của quá trình Những số liệu ban đầu để tiến hành tính kiểm tra gồm cơ: nhiệt lượng @, bề mặt truyền nhiệt Ƒ và những điều kiện nhiệt độ cho thiết bị làm việc Ngoài ra còn phải biết các số liệu về kích thước hình học, vận tốc chất tải nhiệt và những số liệu cần thiết khác để tính hệ
số truyền nhiệt
Trỉnh tự thực hiện phép tính kiểm tra:
- xác định X dựa vào điều kiện thực tế của thiết bị;
- xác định A2, và Ai;
Nếu trong một chế độ làm việc mà có ø > 1 tức là thiết bị có năng suất dư thì phải nghiên cứu biện pháp sử dụng cho hợp lý, ví dụ tăng năng suất hoặc giảm năng lượng cung cấp cho quá trình (ví dụ, khi đốt nóng bằng hơi ta có thể giảm
áp suất của hơi đốt ),
Nếu z < 1 tức là chưa đâm bảo năng suất của thiết bị, cần phải nghiên cứu những biện pháp để tăng nàng suất (ví dụ, tăng hệ số truyền nhiệt, tăng thế năng của chất tải nhiệt )
§18 Một số kết cấu các chỉ tiết của thiết bị truyền nhiệt
86 Cách bố trí ống trên mạng ống Sắp xếp ống trên mang ống có hai cách chính: theo hình sáu cạnh đều (h V.27a) va theo hinh tron đồng tâm (h V.26b)
4) Gag sh theo 4) Ong sée theo
Hình Y.27 Cách sắp xếp ống trên mang ống
AT
Trang 6Số ống sắp xếp trên mạng ống cho trong bang V.11
Số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh đều tính theo công thức sau:
b = 2a - 1;
và tổng số ống n = Ba (a- 1) + 1; (V.139)
Bảng V.1I Số ống trong thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm
Sắp xếp ống thco hình sâu cạnh (kiều bàn cờ) Sắp xếp ống theo
vòng tròn
7 Số ống trong các hình [es.es.sererrrsmm
Số trên ' ống ` viên phân
hình | đường không : - `
sáu xuyên ¡ kề các Tông số
hay của trong | day | day day | trong tất, Tồng số| ở vòng
số hình các thứ thứ thứ | cảcác | ống của| ngoài | Tong vòng sấu hình nhất hai ba | viên phân| thiếtbj| cùng | số ống
phan
2 2 5 19 2 ok & = 2 19 12 19
3 7 37 * I 2 ˆ 37 18 37
4 9 61 : : 3 : 6] 25 62
S ob if 91 : : : 91 3L 93
6 7 15 B 127 : : : 5 | 27 37 130
169 3 ` 2 is 187 43 173
8 0 217 4 : 5 24 241 50 223
9 3s 271 5 š : 30 301 56 279
10 lì 21 23 31 | 6 : = 36 367 62 341
| 397 7 : ° 42 | 439 69 410
12 25 469 8 = 48 S17 75 485 I3 27 547 ụ 2 „ 66 6B | 81 566
4 29 631 l0 5 „ 90 721 87 653 l§ 31 721 Nl 6 : 102 823 94 747
16 33 817 2 7 ` 114 931 100 847
7 35 919 B 8 : 126 | 1045 106 953
18 37 1027 a) : 138 1165 18 1066
¡9 397 THỊ 15 12 ° 162 1303 19 185
20 21 43 41 1261 1387 16 B 4 98 | 1459 125 B10
7 “4 Ỹ 228 1615 BI 1441
22 45 1519 18 15 8 | 246 1765 138 1579
23 47 1657 19 16 9 264 1921 14 1723
48
Trang 7
Hình V.28 Cách lắp ống vào mang ống
1, HH, II- nong ống; IV - hàn; V - ghép bằng ồ đệm
đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt tính theo công thức:
D = t.(b - 1) + 4d, m;
trong các công thức trên ø - số ống
trên một cạnh của hình sáu cạnh
ngoài cùng; đ - đường kính ngoài
của ống, m; ¿ - bước ống, m Thường
chọn bước ống £ = 1,9 - 1,5đ Đường
kính trong của thiết bị khi xếp ống
theo vòng tròn đồng tâm:
D = t.(2n, + 1), m; (V.141)
trong do tn, - s6 vong tròn
87 Phương pháp lắp ống vào lưới
đỡ ống (mạng ống) (h V.28)
Ống được lấp vào mạng chủ yếu
bằng phương pháp nong hoặc han
HP
(V.140)
Hình V.29 Cách hàn mạng ống vào vỏ thiết bị
fh
Hình V.30 Cách ghép mạng ống vào vỏ bằng bulông
Trang 8
2) 4)
Hình V.31 Kết cấu vành đàn hồi Đôi khi người ta còn ghép ống vào mạng bằng ổ đệm
Phương pháp này khá phức tạp, song cho phép ống dịch
chuyển khi dãn dài
88 Cách ghép mạng ống cho vỏ thiết bị
Có nhiều cách kết cấu lắp ghép mạng ống với vỏ thiết bị
Trên hình V.29 thể hiện kiểu ghép cứng bằng cách hàn
mạng ống với vỏ thiết bị
Trên hình V.30 thể hiện kiểu ghép có thể tháo rời được
89 Kết cấu một số kiểu bù giãn nở
Đối với các thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm khi nhiệt
độ giữa ống và vỏ chênh lệch nhau quá lớn sẽ làm cho sự
giãn nở của vỏ và ống khác nhau gây ra ứng suất giữa mạng
ống và vỏ Chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì ứng suất càng
tăng, có thể làm hỏng thiết bị, nên người ta coi rằng khí A/
> 40°C (At = ¢, - #5 t, - nhiét độ trung bình của ống, lấy
trung bình số học của nhiệt độ mặt trong và mặt ngoài ống;
Hình V.32 Ống đàn hồi
(có hai đầu uốn cong)
¿¿, - nhiệt độ trung bỉnh của vẻ lấy bằng nhiệt độ của chất tải nhiệt phía ngoài ống) cần phải có kết cấu bù dãn nở cho thiết bị
Có hai kiểu kết cấu bù giãn nở:
a) ghép vào vỏ một vành có tính đàn hồi (h V.31), hoặc ống đàn hồi (ống có
hai đầu uốn cong) (h V.32)
b) ống giãn nở tự do; loại vòng đệm (h V.33a), loại đầu phao hở (h V.38b); loại đầu phao kín (h V.33c); loại chữ U (hình V.33d); loại ống kép (h V.33e)
50
4.STQT/T2-8
Trang 9
Hình V.33 Các phương pháp dãn nở tự do:
a) loại vòng đệm; b) đầu phao hở; c) đầu phao kín; d) ống chữ U; e) ống kép
Hor
Hình V.34 Cách lấp ghép ống dẫn hơi
51
Trang 10
Hình V.37 Ngăn hình tròn và vành khăn
90 Cửa dẫn hơi đốt Hơi đốt đưa vào thiết bị thường cho vào từ phía trên, để tránh va đập vào dòng hơi vào ống và hơi phân phối đều, người ta kết cấu cửa hơi
52
Trang 11
gà
& 2) ‘ 2 ’ Z4
Gốc aác* lăo lâ/0 ngšn ở nào ;
3h) song song; 60) hudng tam
Tim ngén We bing gang
:
PROX RH RO KEN
Coch chia ngén
Hình V.39 Chia ngăn phía trong ống
Trang 12vào như hình V,34,
91 Cửa tháo nước ngưng: thường gặp bốn kiểu cửa tháo nước ngưng sau đây
92 Chia ngàn Chia ngàn ở phía ngoài ống thường cơ hai kiểu: chia ngăn đọc
và chia ngăn ngang Chia ngăn ngang thường dùng phổ biến là loại viên phân (h V.36), loại hình tròn (h V.87) Chia ngăn dọc (h V.88) kết cấu ghép kín phức tạp
nên thường chỉ chia hai ngăn
Chia ngăn phía trong ống thường gặp mấy loại như hình V.39
54