Ứng dụng Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Bài Giảng Phương Pháp Số TRong CNHH

PHƯƠNG PHÁP SỐ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Mã học phần: CH3454

TS Nguyễn Đặng Bình Thành

BM:Máy & TBCN Hóa chất

Numerical Methods in Chemical Engineering

Tuần 7

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Chương 1 Các phương pháp giải phương

trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Hơi nước bão hòa

Nước ngưng

Dung dịch cần gia nhiệt

Dung dịch sau gia nhiệt

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Cơ chế trao đổi nhiệt

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Biến thiên nhiệt độ trong thiết bị TĐN

Phương trình trao đổi nhiệt cơ

bản:

tb

t F K

Q  

2 1

2 1

ln

t t

1 1

K

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Biến thiên nhiệt độ trong thiết bị TĐN

Xác định diện tích bề mặt trao đổi

nhiệt và số ống của chùm ống:

tb

t F K

Q  

) (

Cp tc tđG

tb

đ c

p

t K

t t

C

G F

.

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Cơ chế trao đổi nhiệt

Để thuận tiện trong tính toán thiết

bị trao đổi nhiệt, sử dụng đại

lượng mật độ dòng nhiệt:

tb

t

K F

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Cơ chế trao đổi nhiệt

Giả thiết trao đổi nhiệt ổn định:

2

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Cơ chế trao đổi nhiệt

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Cơ chế trao đổi nhiệt

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Cơ chế trao đổi nhiệt

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

H t

r

nn

nn nn nn

t  



: ,

, , nn nn nn

nn

r    Ẩn nhiệt (J/kg), khối lượng riêng (kg/m3), hệ số dẫn

nhiệt (W/m), độ nhớt (Ns/m2) của nước ngưng

Ngưng tụ dọc theo vách đứng

Chương 1 Các phương pháp giải phương

H t

r

nn

nn nn nn

nn f t

r 

Ngưng tụ dọc theo vách đứng

) ( ,

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Phương pháp tính:

L T

Re 021 ,

dd

dd dd

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

t t

tm   

1

 q1  1 t1

1) Xác định q1:

Chương 1 Các phương pháp giải phương

t2  1    t2  tT2  t2

C

, ,

,  

 Nu , Pr, Pr  q    t

c đ

c

đ tb

t t

t t

t t

t

t t

, 2 1

, 2 1

, 2 1

, 2 1

ln

) (

) (

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt

Thuật toán:

05 , 0 03

,

0

1

2 1

q  tb  

4) Xác định mật độ truyền nhiệt q:

Chương 1 Các phương pháp giải phương

F n

t o n

o tb

o

d d

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

Chương 1 Các phương pháp giải phương

Q:=G*Cpdd*(t2c-t2d);

t2:=t1-deltaTtb;

deltat1:=0.5;

Repeat

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

Chương 1 Các phương pháp giải phương

H t

r

nn

nn nn nn

Chương 1 Các phương pháp giải phương

độ 120oC

Cho trước:

1- Chiều ống chùm: H=2m; Chiều dày ống: T = 2mm;

Vật liệu: thép CT3 (T = 46,5 W/mK).

2- Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch: 2 = 397 W/m 2

Các số liệu khác tra sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất T1,2.

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán hệ thống thiết bị cô đặc

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán hệ thống thiết bị cô đặc

đ đ đ

D, ,

1 1 1 ,

1 ,C ,t ,a

G p s

'' 1

1 ,

D 

2 2 2 ,

2 ,C ,t ,a

c s c p

G , , , 3,

1 1

' 1

'' 2 2

1 , ,C p

W 

'' 3 3

3 , ,C p

W 

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1.3 Ứng dụng

Tính toán hệ thống thiết bị cô đặc

Mục đích của việc tính toán hệ thống cô đặc (nhiều nồi liên tiếp –

multi-effect evaporation):

- Xác định các đại lượng D, W1, W2, W3 để đảm bảo

1) Nâng cao nồng độ dung dịch cần cô đặc từ ađ đến ac

2) Đảm bảo đủ khả năng trao đổi nhiệt từ hơi đốt D và hơi thứ

Wi trong từng thiết bị cô đặc

- Dựa vào hai lựa chọn chính:

1) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt trong các thiết bị là bằng

nhau

2) Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là nhỏ nhất

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

- Kết hợp với một số giả thiết nhằm đơn giản hóa mô hình

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

1 1

a G a

G

W G

G

đ đ đ

1

1

W G

a

G a

đ

đ đ





TB1 (n=1)

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

2 1

2

a G a

G

W W

G G

đ đ

đ

2 1

2

W W

G

a

G a

đ

đ đ







TB2 (n=2)

Chương 1 Các phương pháp giải phương trình và hệ phương trình

3 2

1 3

a G a

G

W W

W G

G

đ đ

đ

3 2

1

2

W W

W G

a

G a

đ

đ đ

Chương 1 Các phương pháp giải phương

1 1

1 1 1

s HT

p đ

s đ p đ p

I

D (  ''11)  , ( 1  )  1 ' 1( 1  1)  