Các vấn đề của thiết bị trao đổi nhiệt

Các vấn đề về thiết bị troa đổi nhiệt loại vỏ ống: mô hình dòng chảy, biên dạng nhiệt độ, cấu trúc dòng, hệ số truyền nhiệt, các vấn đề liên quan đến trao đổi nhiệt có diễn ra sự thay đổi pha, tính toán và điều chỉnh các giá trị

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

( Heat Exchangers )

Mô hình dòng chảy

• Dòng chảy song song

• Dòng chảy ngược chiều

• Vỏ-ống có vách ngăn

• Dòng chảy chéo

Temperature Profiles

ΔT = Nhiệt độ tiếp cận (Approach Temperature)T = Nhiệt độ tiếp cận (Approach Temperature)

Biên dạng nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt

in cold out cold in

cold out

cold

out hot

in

hot

T T

T T

S T

S

R R

S R

RS

S R

2

1 1

2 ln

1

1

1 ln 1

2 2 2

Hệ số truyền nhiệt tổng

• Dòng trở lực

• Yếu tố cơ bản:

– Bên trong – Bên ngoài

A

A R

U

Trong ống

Rf=yếu tố tắc nghẽn, bên trong và bên ngoài

Xem bảng 18.5 cho khoảng giá trị U trong các trường hợp khác nhau.

Trao đổi nhiệt bên trong một ống

Turbulent 000

, 10 Re

700 ,

16 Pr

7 0

e smooth tub ,

60 /

Pr Re

027

0

14.03

/18

.0

w

b f

k C

D L

k

hD Nu

Trao đổi nhiệt bên ngoài một ống

000 ,

100 Re

40

300 Pr

67 0

2 5 25

0

Pr ) Re

06 0 Re

4 0 (

25 0 4

0 3

/ 2 5

0

b

w

b f

k C

k

hD Nu

Dẫn nhiệt

Nhiệt độ tiếp cận là gì ?

• Heuristic 26

– Nhiệt độ tối thiểu gần tối ưu đạt được trong

thiết bị trao đổi nhiệt phụ thuộc vào mức nhiệt,

Thiết bị trao đổi nhiệt là gì?

Điều gì diễn ra bên trong?

Thiết bị trao đổi nhiệt là gì?

Trao đổi nhiệt có sự đổi pha

• Khó khăn:

– Ví dụ như

• Nồi đun trong thiết bị chưng cất

• Bình ngưng tụ trong thiết bị chưng cất

• Thiết bị tách pha

• Nồi đun

Hơi nước ( Steam)

• Các giả định

– Đầu vào – Hơi bão hòa

– Áp suất– 100% hơi

– Đầu ra – Lỏng bão hòa

• Chất lỏng chỉ đi ra qua bẫy hơi

– Áp suất = Pvào- ΔT = Nhiệt độ tiếp cận (Approach Temperature)P (1.5 psi, Heuristic-31)– 100% Lỏng

Thiết bị trao đổi nhiệt phức tạp là gì?

Trao đổi nhiệt ngưng tụ

) (

4

) (

k H g

k

x h Nu

w v

l

l vap v

l l l

x x









Dòng ngưng tụ từ êm dịu (laminar) đến rối loạn (turbulent)

Hệ số truyền nhiệt đun sôi

Các mối tương quan phụ thuộc vào cơ chế đun sôi

Hệ số truyền nhiệt cao nhất.Nhưng khó điều khiển HX hoạt động ở vùng này

Effective Flow

Conditions with

Boiling in Thermo

siphon

Kettle (Re)Boiler Design

Aspen - Zone Analysis

ProMax – Heat Release Increments

• Heuristic 29

– Khi làm mát và ngưng tụ một dòng trong bộ trao đổi nhiệt, vùng được phân tích, được mô tả trong Phần 18.1 nên được đảm bảo rằng chênh lệch nhiệt độ giữa dòng nóng và dòng lạnh bằng hoặc lớn hơn nhiệt độ tiếp cận tối thiểu tại tất cả vị trí trong bộ trao đổi nhiệt Phân tích vùng được thực hiện bằng cách chia bộ trao đổi nhiệt thành một số phân đoạn và áp dụng cân bằng năng lượng cho mỗi phân đoạn để xác định nhiệt độ đầu vào và đầu ra của luồng tương ứng cho phân đoạn, có tính đến bất kỳ thay đổi pha nào

Một chương trình mô phỏng quá trình thuận tiện hoàn thành việc phân tích vùng

Độ giảm áp và lưu lượng dòng

• Êm dịu và rối loạn

– Heuristic 31.

• Ước lượng độ giảm áp như sau:

– 1.5 psi đối với đun sôi và ngưng tụ,– 3 psi đối với khí,

– 5 psi với chất lỏng có độ nhớt thấp, – 7-9 psi với chất lỏng có độ nhớt cao, – 20 psi với dòng lưu chất qua lò nung

Điều khiển ΔT = Nhiệt độ tiếp cận (Approach Temperature)P giả lập

Đầu vỏ, Loại vỏ

• Xem ProMax Help/index “Shell, types”

• Đường kính ống

• Số ống(shell diameter and tube pitch)

• Số pass – Nếu có gì lạ xảy ra, hãy kiểm tra xem có sử dụng cùng giá trị trở nhiệt cần

kiểm soát không

Chú ý các tương tác!

Các vấn đề của thiết bị trao đổi nhiệt

• Đường nhiệt giao nhau

– Thiết bị không hoạt động

– Cần tăng ΔT = Nhiệt độ tiếp cận (Approach Temperature)T lên

• Ngưng tụ/Bốc hơi

Truyền nhiệt với nhiều hệ số truyền

nhiệt trong một thiết bị

- Các chế độ sôi khác nhau

- Các chế độ ngưng tụ khác nhau