Báo cáo đồ án quá trình thiết bị công nghệ hóa học thiết kế trạm chiết nạp CNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC THIẾT KẾ TRẠM CHIẾT NẠP CNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ths. Trần Quang Khải Ts. Lê Thị Mỹ Linh Tháng 062015 Mục lục 1. Mục lục 2. Giới thiệu đề tài đồ án Chương I: Tổng Quan Các công nghệ trạm chiết nạp CNG phổ biến Thuyết trình về công nghệ trạm CNG sẽ thiết kế Chương II: Thiết kế thiết bị chính – Bình chứa Thể tích thiết kế Vật liệu, độ dày Các chiều thiết kế Phần phụ … Chương III: Thiết kế phần phụ 1. Phần máy nén và thiết bị làm lạnh Giới thiệu về máy nén Tính toán công suất máy nén … Tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Tính toán lượng môi chất làm lạnh Tính toán các chiều thiết bị làm lạnh 2. Tính toán đường ống Tính toán độ dày ống Tính đường kính ống Tính độ sụt áp Tính chiều dài ống Chương IV: Kết luận Tài liệu tham khảo 1. Giới thiệu – tổng quát Định nghĩa CNG CNG là tên viết tắt của cụm từ tiếng Anh Compressed Natural Gas khí nén thiên nhiên, với thành phần chủ yếu là methan (CH4) được lấy từ đường ống dẫn khí, nén ở áp suất cao (200 250 bar) vào các bồn chứa chuyên dụng để vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Ưu điểm của CNG a) CNG là nguồn nhiên liệu sạch Khi Sử dụng CNG không thải ra các khí độc hại như CO, NO, SOx là các loại khí đặc biệt gây nguy hại cho môi trường và sức khỏe con người Bảng so sánh lượng khí thái của CNG so với các nguồn nhiên liệu khác. b) Tiết kiệm chi phí sử dụng nhiên liệu Chi phí dử dụng CNG thấp hơn so với FO, DO, LPG từ 10 15% sẽ giúp doanh nghiệp giảm giá thành sản phẩm. Bảng so sánh chi phí sử dụng CNG so với các nguồn nhiên liệu khác. Sử dụng CNG giúp các doanh nghiệp giảm thời gian, chi phí bảo trì, bảo dưỡng và tăng tuổi thọ máy móc, thiết bị. c) Sử dụng CNG sẽ cải thiện chất lượng sản phẩm Với thành phần ổn định, không có tạp chất, khi đốt CNG luôn duy trì nhiệt trị ổn định, giúp việc vận hành máy móc thiết bị dễ dàng hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn. Các doanh nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm sẽ tránh việc bị nhiễm chéo các chất độc hại từ DO, FO sang thực phẩm chế biến. d) Giảm chi phí sản xuất . Bảng chi phí sản xuất nhiên liệu e) Sử dụng an toàn hơn. Khí tự nhiên là một trong những nguồn năng lượng an toàn nhất trên thế giới do đặc tính của nó, do độ tin cậy của các phương tiện sử dụng khí tự nhiên (NGV) và hệ thống cung cấp nhiên liệu cho các phương tiện đó. CNG còn có nhiệt độ tự bốc cháy cao. Trong trường hợp tràn hoặc rò rỉ, khí tự nhiên sẽ bốc hơi vào không khí, không giống như xăng chảy tràn trên mặt đất gây nguy cơ hỏa hoạn. Các thùng nhiên liệu khí tự nhiên có cấu trúc vững chắc được chế tạo bằng polyme và các hợp chất bền hơn thép, điều này đồng nghĩa với việc giảm nguy cơ bị hỏng hoặc rỏ rỉ. Các trạm tiếp nhiên liệu khí tự nhiên được xây dựng theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt của liên bang nhằm đảm bảo an toàn. Vài trò của CNG với hiện tại và tương lai. Là một trong nguồn năng lượng thay thế các nguồn nguyên liệu truyền thống có tính khả thi cao nhất, bởi các nguyên nhân sau: Mang lại hiệu quả kinh tế Thân thiện với môi trường Được nhận các ưu đãi về thuế từ chính phủ Dễ dàng và linh hoạt trong sử dụng. Tình hình sử dụng CNG ở Việt Nam Hiện các khách hàng sử dụng CNG rất đa dạng, hoạt động sản xuất kinh doanh trên nhiều lĩnh vực khác nhau: ngành sắt thép, ngành gạch men, ngành thực phẩm... Sử dụng trong ngành giao thông vận tải: CNG thay thế xăng cho các phương tiện giao thông vận tải với công nghệ đơn giản, an toàn, dễ sử dụng. Việc chuyển đổi sang sử dụng CNG sẽ góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm được ít nhất 30% chi phí nhiên liệ Sử dụng cho các khu chung cư: CNG sẽ cấp cho các khu chung cư để thay thế các nhiên liệu khác nhằm đưa đến cho người dân một nguồn nhiên liệu sạch, giá rẻ. Nhiệm vụ và vai trò trạm chiết nạp CNG Một trong những thử thử thách khi sử dụng khí thiên nhiên là mật độ năng lượng thấp, do đó phải tiến hành nén hay hóa lỏng. Và trạp chiết nạp CNG (mother station) có nhiệm vụ chính là nén và phân phối dòng khí thiên nhiên có áp suất cao đến các thiết bị tồn trữ lưu động. Khí thiên nhiên được dẫn đi qua trạm đo đưa về trạm máy nén, tại đây khí được nén lên đến khoảng áp suất 200 barg và gọi là khí CNG (Compressure Natural Gas), thông qua đường ống, khí được nạp vào xe bồn chuyên dùng và chở đi giao cho khách hàng. Tại khách hàng thông qua các trạm giảm áp, khí được giảm áp xuống áp suất mà khách hàng yêu cầu để cung cấp cho các đầu đốt của khách hàng. Phân loại công nghệ Công nghệ Timefill: CNG được phân phối chậm đến xe bồn, sử dụng với vốn đầu tư thấp, thích hợp cho đoàn xe trở về nạp nạp và qua đêm tại trạm. Công nghệ fastfill: giống như trạm nạp nhiên liệu lỏng, CNG được nạp nhanh vào xe bồn. Công nghệ combinationfill: kết hợp cả timefill và fastfill.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

Mục lục

1 Mục lục

2 Giới thiệu đề tài đồ án

Chương I: Tổng Quan

- Các công nghệ trạm chiết nạp CNG phổ biến

- Thuyết trình về công nghệ trạm CNG sẽ thiết kếChương II: Thiết kế thiết bị chính – Bình chứa

- Giới thiệu về máy nén

- Tính toán công suất máy nén

- …

- Tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

- Tính toán lượng môi chất làm lạnh

- Tính toán các chiều thiết bị làm lạnh

Chương IV: Kết luận

Tài liệu tham khảo

1 Giới thiệu – tổng quát

Định nghĩa CNG

CNG là tên viết tắt của cụm từ tiếng Anh Compressed Natural Gas - khí nén thiên nhiên, với thành phần chủ yếu là methan (CH4) được lấy từ đường ống dẫn khí, nén ở áp suất cao (200 - 250 bar) vào các bồn chứa chuyên dụng để vận chuyển đến nơi tiêu thụ.

Ưu điểm của CNG

a) CNG là nguồn nhiên liệu sạch

Khi Sử dụng CNG không thải ra các khí độc hại như CO, NO, SOx - là các loại khí đặc biệt gây nguy hại cho môi trường và sức khỏe con người

Bảng so sánh lượng khí thái của CNG so với các nguồn nhiên liệu khác.

b) Tiết kiệm chi phí sử dụng nhiên liệu

Chi phí dử dụng CNG thấp hơn so với FO, DO, LPG từ 10 - 15% sẽ giúp doanh nghiệp giảm giá thành sản phẩm.

Bảng so sánh chi phí sử dụng CNG so với các nguồn nhiên liệu khác.

- Sử dụng CNG giúp các doanh nghiệp giảm thời gian, chi phí bảo trì, bảodưỡng và tăng tuổi thọ máy móc, thiết bị

c) Sử dụng CNG sẽ cải thiện chất lượng sản phẩm

Với thành phần ổn định, không có tạp chất, khi đốt CNG luôn duy trì nhiệt trị ổn định, giúp việc vận hành máy móc thiết bị dễ dàng hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn Các doanh nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm sẽ tránh việc bị nhiễm chéo các chất độc hại từ DO, FO sang thực phẩm chế biến.

d) Giảm chi phí sản xuất

Bảng chi phí sản xuất nhiên liệu

e) Sử dụng an toàn hơn.

Khí tự nhiên là m t trong những nguồn năng lượng an toàn nhất trên thế giới do đ c tính của nó, do ặc tính của nó, do

đ tin c y của các phương ti n sử dụng khí tự nhiên (NGV) và h thống cung cấp nhiên li u cho các phương tiện đó.

CNG còn có nhiệt độ tự bốc cháy cao Trong trường hợp tràn ho c rò rỉ, khí tự nhiên sẽ bốc hơi vào ặc tính của nó, do không khí, không giống như xăng chảy tràn trên m t đất gây nguy cơ hỏa hoạn ặc tính của nó, do

Các thùng nhiên li u khí tự nhiên có cấu trúc vững chắc được chế tạo bằng polyme và các hợp chất bền hơn thép, điều này đồng nghĩa với việc giảm nguy cơ bị hỏng ho c rỏ rỉ ặc tính của nó, do

Các trạm tiếp nhiên li u khí tự nhiên được xây dựng theo tiêu chuẩn nghiêm ng t của liên bang ặc tính của nó, do nhằm đảm bảo an toàn.

Vài trò của CNG với hiện tại và tương lai.

Là một trong nguồn năng lượng thay thế các nguồn nguyên liệu truyền thống có tính khả thi cao nhất, bởi các nguyên nhân sau:

- Mang lại hiệu quả kinh tế

- Thân thiện với môi trường

- Được nhận các ưu đãi về thuế từ chính phủ

- Dễ dàng và linh hoạt trong sử dụng

Tình hình sử dụng CNG ở Việt Nam

Hiện các khách hàng sử dụng CNG rất đa dạng, hoạt động sản xuất kinh doanh trên nhiều lĩnh vực khác nhau: ngành sắt thép, ngành gạch men, ngành thực phẩm

Sử dụng trong ngành giao thông vận tải: CNG thay thế xăng cho các phương tiện giao thông vận tải với công nghệ đơn giản, an toàn, dễ sử dụng Việc chuyển đổi sang sử dụng CNG sẽ góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm được ít nhất 30% chi phí nhiên liệ

Sử dụng cho các khu chung cư: CNG sẽ cấp cho các khu chung cư để thay thế các nhiên liệu khác nhằm đưa đến cho người dân một nguồn nhiên liệu sạch, giá rẻ.

Nhiệm vụ và vai trò trạm chiết nạp CNG

Một trong những thử thử thách khi sử dụng khí thiên nhiên là mật độ năng lượng thấp, do đó phải tiến hành nén hay hóa lỏng Và trạp chiết nạp CNG (mother station) có nhiệm vụ chính là nén và phân phối dòng khí thiên nhiên có áp suất cao đến các thiết bị tồn trữ lưu động

Khí thiên nhiên được dẫn đi qua trạm đo đưa về trạm máy nén, tại đây khí được nén lên đến khoảng

áp suất 200 barg và gọi là khí CNG (Compressure Natural Gas), thông qua đường ống, khí được nạp vào xe bồn chuyên dùng và chở đi giao cho khách hàng Tại khách hàng thông qua các trạm giảm áp, khí được giảm áp xuống áp suất mà khách hàng yêu cầu để cung cấp cho các đầu đốt của khách hàng.

Phân loại công nghệ

- Công nghệ Time-fill: CNG được phân phối chậm đến xe bồn, sử dụng vớivốn đầu tư thấp, thích hợp cho đoàn xe trở về nạp nạp và qua đêm tại trạm

- Công nghệ fast-fill: giống như trạm nạp nhiên liệu lỏng, CNG được nạpnhanh vào xe bồn

- Công nghệ combination-fill: kết hợp cả time-fill và fast-fill

đi ra khỏi máy nén thì được nạp trực tiếp vào phương tiện luôn, không đi qua các bể chứa Mặc dù vậy thì vẫn có 1 bình chứa nhỏ chứa khí để phòng trường hợp không có phương tiện nạp khí, nó giữ cho máy nén ở trạng thái hoạt động hay không hoạt động

để tránh sự lãng phí năng lượng Thời gian nạp liệu đối với loại phương tiện này là tùyvào thiết phương tiện nạp liệu, có thể là vài phút cũng có thể là vài giờ Một lợi thế nữa từ time-fill là lượng nhiệt tỏa ra từ quá trình nén đối với trạm này là nó nhở hơn,

do đó tiết kiệm được năng lượng và dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị có thể hoạt động cả đêm mà không sợ quá nhiệt

Thuận lợi mang lại từ Time-fill

 Có thể nạp nhiên liệu cho phương tiện xuyên đêm khi mà phương tiện không phải hoạt động

 Giảm được chi phí chờ đợi mà lái xe phải chờ nếu phải nạp vào ban ngày, nó cóthể tiết kiệm được khoảng 60 giờ trên 1 năm

 Sử dụng máy nén nhỏ hơn, giảm thiểu được chi phí thiết bị, chi phí cho trạm CNG loại này có thể giảm tới 30% so với fast-fill

 Giảm được chi phí điện để vận hành máy nén

 Máy nén chỉ tắt và mở 1 lần trong ngày do đó giảm được chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ của thiết bị

 Không yêu cầu vận tốc thể tích dòng khí cao bằng fast-fill

 Chi phí sản xuất ít hơn

 Có thể nạp liệu tự động cho thiết bị khi thiết bị gắn vào và tự động ngắt khi phương tiện đầy nhiên liệu

mà lại vận hành linh hoạt hơn

2 Thuyết trình công nghệ trạm CNG sẽ thiết kế

Chương II: Tính toán các thiết bị chính

Chương III: Tính toán các thiết bị phụ

1 Máy nén và thiết bị làm mát

I Tính toán lựa chọn máy nén

các thông số giúp ta trong việc tính toán và lựa chọn công suất máy nén

 Áp suất đầu vào: 22 bar

 Áp suất đầu ra: 250 bar

 Lưu lượng 2500 sm3/h

 Nhiệt độ khí đầu vào 200C

Thông số về dòng khí thiên nhiên do của mình, được lấy tại các nguồn:

Việc sử dụng nhiều cấp nén trong máy nén bởi các lý do sau đây

 Tiết kiệm năng lượng

 Giới hạn nhiệt độ đầu ra của khí vì khi nén khí lên áp suất cao mà không

có làm lạnh trong máy nén thì có thể dẫn tới sự tăng nhiệt độ quá mức cho phép

 Nén với áp suất cao với chỉ 1 cấp máy nén cũng đòi hỏi máy nén phải có cấu tạo phức tạp, tính bền cơ khí của máy nén

 Với này nén nhiều cấp thì có sử dụng thiết bị làm lạnh giữa các cấp của máy nén

1) Máy nén 2 bậc

Trước tiên ta xem xét đối với máy nén 2 bậc lý tưởng với các đặc điểm sau

 Công tại mỗi bậc máy nén là bằng nhau (W1=W2)

 Khí sau khi đi ra khỏi thiết bị làm lạnh trong thì được đưa lại đến nhiệt

độ ban đầu ( T1=T3)

 Không có sự mất áp suất trong thiết bị làm lạnh intercooler (P2=P3=PX) :

Px là áp suất tại thiết bị làm lạnh

Đồ thị biểu thị quá trình nén 2 bậc lý tưởng ( P,V)

Công thực hiện tại tại từng cấp nén được biểu thị như sau:Tại cấp nén thứ nhất

Đồ thị T-S trong quá trình nén khíĐối với máy nén không lý tưởng, tức là

o có sự mất áp suất trong quá trình làm lạnh trong P2≠P3

o thiết bị làm lạnh trong có thể không làm lạnh hỗn hợp sau khi nén về lại nhiệt độ ban đầu T1≠T3

o công tại mỗi cấp máy nén là có thể không bằng nhau W1≠W2

khi đó công tại mỗi cấp của máy nén vẫn như cũ, nhưng công suất tổng cộng của 2 cấpmáy nén không rút gọn được như công thức cũ

Đồ thị P,V của máy nén 2 bậc với trường hợp không lý tưởng

2) Máy nén 3 bậc

Cũng như máy nén 2 bậc đầu tiên ta tính toán công của máy nén trong điều kiện lý tưởng, với điều kiện lý tưởng như đối với máy nén 2 bậc

Với điều kiện làm lạnh trong lý tưởng thì ta có:

Công của máy nén tại cấp thứ nhất:

Đồ thị P,V của máy nén 3 bậc lý tưởngĐối với máy nén 3 cấp không lý tưởng, tức là có sự mất áp trong thiết bị làm lạnh, nhiệt độ sau khi đi ra khỏi thiết bị làm lạnh k được đưa trở lại nhiệt độ ban đầu, công của mỗi cấp máy nén là không bằng nhau Đối với loại này thì tính toán hết sức phứctạp, do đó để đơn giản hóa thì ta chỉ xem xét là có sự mất áp trong quá trình làm lạnh

để tiện tính toán Việc mất áp trong quá trình làm lạnh nó phụ thuộc vào mỗi loại máy nén khác nhau và công nghệ của các khác sản xuất nên cũng rất khó để biết chính xác chi tiết được, do đó nhóm em quyết định lựa chọn áp suất lý thuyết lý tưởng của máy nén là 260bar để bù trừ vào mất áp suất ở thiết bị làm lạnh và đường ống

3) Tính toán công suất cho máy nén của mình.

Trong quá trình tính toán công suất, nhóm em quyết định tính toán công suất đầu ra của máy nén là 250bar, với giá trị đầu ra lớn hơn Hiệu suất thể tích thể hiện sự mất mát thể tích do sự rò rỉ qua các vách làm kín nhóm em lấy là 90% Hiệu suất cơ khí

là do khắc phục ma sát cơ khí và truyền dẫn của các cơ cấu cơ học phục như mất máttrong thiết bị làm lạnh, mất áp trong đường ống trong nhóm em lấy 85%

Tiến hành tính toán công suất cho máy nén:

Với khí của mình là khí thiên nhiên, không phải là khí lý tưởng, nên công thứccủa khí lý tưởng không áp dụng được mà khi đó công thức được áp dụng là:P.V=z.n.R.T với z là hệ số nén, với khí của mình thì hệ số nén thì hệ số nén là 0.937

Dòng nguyên liệu ban đầu của mình là khí với lưu lượng là 2500m3/h với đơn vị nàythì dòng khí được đo ở điều kiện là 200C và áp suất là 22bar

Từ điều kiện đề bài và phương trình liên hệ P.V=z.n.R.T ta có

4) Tính toán nhiệt độ đầu ra cho máy nén

Trước khi tiến hành tính toán ta phải giả thiết các điều kiện lý tưởng sau đây

 Tỉ số nén tại mỗi cấp máy nén là bằng nhau

 Hỗn hợp khí sau khi đi qua thiết bị làm lạnh trong thì được đưa về lại nhiệt độban đầu

Nhờ các điều kiện đó ta có các kết quả sau

T1 = T3 = T5

T2 = T4 =T6

P2/P1 = P4/P3 = P6/P5

Gọi x là tỉ số nén cho từng cấp nén thì ta có: x3 = P6/P1 = 255/22 =15.59

Đối với máy nén của mình thì nó đang hoạt động ở quá trình đa biến, khi ở quá trình

đa biến thì ta có công thức liên hệ giữa nhiệt độ và áp suất là: ( n chọn =1,2)

T2= T1

T2 = 293 = 335,70K = 630C

Vậy nhiệt độ ra khỏi máy nén là 630C

Lưu lượng dòng khí đi ra khỏi máy nén được tính theo công thức:

PVn = Const

Ta có 22.25001,2 = 250 V1,2

Từ đó tính được V= 330m3/h

5) Tính toán thiết bị làm mát khí sau khi nén.

Các thông số tính toán, nhiệt độ khí trước khi làm mát: 630C làm mát đến nhiệt độ môitrường 250C

Ở đây ta sử dụng nước để làm mát, nhiệt độ nước làm mát vào là 00C và nhiệt dộ dòng nước ra ra là 200C Ta xét quá trình làm mát khí là quá trình đẳng áp

Lượng nhiệt mà khí sau khi nén tỏa ra để giảm nhiệt độ từ 630C xuống 250C được tính theo công thức:

Q=K.A.▲ttb

Trong đó: K là hệ số truyền nhiệt

A là diện tích bế mặt truyền nhiệt

▲ttb = ln

d c

t t t t

ln 20

 = 300C

Để tính toán diện tích bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt thì trước tiên ta phải lựa chọn thiết

bị trao đổi nhiệt, ở đây vì hệ số truyền nhiệt của khí là khá nhỏ, do đó phải chọn thiết

bị truyền nhiệt có diện tích bề mặt lớn Ở đây nhóm em chọn thiết bị loại ống có cánh (Tube fin)

Dòng nước được cho di chuyển trong ống, dòng khí được chạy bên ngoài

Tính toán hệ số tỏa nhiệt của khí nén

Hệ sộ tỏa nhiệt của khí nén đối với thiết bị truyền nhiệt loại này được tính theo công thức

α1 = C ( ( công thức 16.3 Tr 494, Truyền nhiệt và tính toán thiết bị truyền nhiệt)

với C và n lấy được từ thực nghiệm C=0,094 và n=0.72 đối với cánh hình chữ nhật và chùm ống song song

Sp là bước cánh (m)

do là đường kính ngoài ống (m)

Hệ số dẫn nhiệt của hốn hợp khí được tính theo công thức: ( I.35 tr 125 Sổ tay QTTB 1)

ℷ= B.Cv.ℰ W/m.độVới:

Vậy hệ số dẫn nhiệt của hốn hợp khí là ℷ= 3,9.10-4 W/m.K

Tính chuẩn số Renol cho hỗn hợp khí

Re =

Thay vào công thức để tính hệ số tỏa nhiệt của hốn hợp khí ta được

α1 = C

Hệ số tỏa nhiệt của khí: α1 = 18,4 W/m2.K

Do nhiệt độ ngoài cánh phân bố không đều, ở gốc cánh nhiệt độ cánh gần bằng nhiệt

độ dòng nước phía trong, nên ở đó độ chênh lệch nhiệt độ là lớn nhất Càng ra xa ngoài cánh nhiệt độ càng tăng, do đó độ chênh lệch nhiệt độ cũng giảm dần nên khả năng truyền nhiết cũng kém hơn, do đó người ta đưa ra khái niệm hiệu suất cánh Theotài liệu tham khảo với thông số về cánh như trên thì hiệu suất cánh là 0,94 Một điểm nữa là do cường độ tỏa nhiệt trên cánh không đều, nên khi tính toán người ta cũng tínhđến hệ số không đều, ở đây nhóm chọn hệ số không đều là 0.85

Do đó cường độ tỏa nhiệt của cánh là:

α= 18,4.0,94.0,85 = 14,7 W/m2.KDiện tích cánh trên 1m ống:

Việc tính toán giá trị 2 là rất phức tạp nó phụ thuộc vào chế độ dòng chảy, chiều dàicũng như đường kính của ống thiết bị trao đổi nhiệt Ta cũng đồng thời chọn thiết bịtrao đổi nhiệt được làm bằng thép không rỉ, với độ dày của ống thiết bị trao đổi nhiệt là2mm., và hệ số truyền nhiệt của thép không rỉ là ℷ= 23.2 W/m0C chọn ống loại

⌽=20/18mm

Vận tốc nước chảy trong ống là ꙍ=0,5m/s ( thông thường thì vận tốc dòng chất lỏngchảy trong ống được giới hạn trong khoảng từ 0,5-2m/s)

nhiệt độ trung bình của nước trong thiết bị là ttb = = 12,50C

tại 12,50C ta tra được các giá trị của nước ( tra ở tr 552 Cuốn Truyền nhiệt và tính toánthiết bị truyền nhiệt)

Hệ số truyền nhiết được quy về 1 đơn vị diện tích bề mặt ngoài sẽ là ( Công thức 16.11

Tr 497 sách Truyền nhiệt và tính toán thiết bị truyền nhiệt)

K = ( + Rb + + ( Rc + ). ᵝ )—1

Trong đó Rb là nhiệt trở do bụi khoảng 0,0003 m2.K/W

Rc Là nhiệt trở do cáu cặn từ 0,0002-0,0005 ở đây chọn là 0,0004 m2.K/W

K = ( + 0,0003 + + ( 0,0004 + ) 13,8)—1 = 15,65 W/m2.KDiện tích cần cho thiết bị trao đổi nhiệt là:

A = K t.Q#tb = = 3386,6 m2

Kiểm tra lại các giả thuyết:

Nhóm em chọn thiết bị trao đổi nhiệt có 200 ống, với chiều cao 10 ống và chiều rộng

có 20 ống Diện tích bề mặt của mỗi ống là: A0 = 3,14 = 3,14 = 2,54.10-4

m2

Vậy tổng diện tích bề mặt của 200 ống là: Aot = 200.2,54.10-4

= 0,05 m2

Lưu lượng nước mình tính toán ở trên là m=91387 kg/h = 0,0254m3/s

Từ đó ta có vận tốc nước đi trong ống là: vnc = m/ Aot = = 0,5 m/s

Từ đó ta thấy vận tốc nước đúng với giá trị mình giả thiết

Kiểm tra vận tốc dòng khí so với giả thuyết

Lưu lượng khí ra khỏi máy nén là 330m3

/h = 0,092m3

/sVới chiều cao là 10 ống, chiều rộng là 20 ống, với bươc ống lần lượt là 9mm và 8,5mm

ta tính được diện tích bề mặt cắt ngang của thiết bị trao đổi nhiệt là:

Abm = 10.0,009.20.0,0085= 0,0153 m2

Từ đó ta tính được vận tốc khí khi chuyển trong thiết bị trao đổi nhiệt là:

Vkhi = Q/A = = 6,01m/s

Ta cũng có thể thấy giá trị vận tốc dòng khí của mình cũng đúng với giá trị mà mình giả thiết.

Tính độ dài thiết bị trao đổi nhiệt:

Diện tích mình cần cho thiết bị trao đổi nhiệt của mình là 3386,6m2

Diện tích bề mặt ngoài của 1 ống trên 1m ống là 0,7805 m2/m

Từ đó ta tính được giá trị chiều dài của ống là:

2 Tính toán đường ống

Tính Toán Đường Ống

1 Đường kính trong đường ống

- Đường kính trong của đường ống (Inner Dimeter) phụ thuộc vào vận tốccủa dòng khí đi trong ống Giá trị vận tốc này thường không vượt quá 60-80 ft/s(18 – 24 m/s) và cũng không được nhỏ hơn 10-15 ft/s (3 – 5 m/s) Lý do vận tốc

đi trong ống không được quá lớn vượt quá giá trị 60 – 80 ft/s là để đảm bảo vấn

đề tiếng ồn nhỏ nhất và không có quá trình ăn mòn Ngược lại vận tốc cũngkhông được quá nhỏ để tối thiểu

- Để đảm bảo quá trình vận hành bình thường ta chọn tốc độ của dòng khíđạt trung bình 30 ft/s tương đương 9.14 m/s

- Ta có mối quan hệ giữa vận tốc của dóng khí với đường ống như sau:

1.1 Tính toán các giá trị đường kính tới hạn

- Từ mối quan hệ giữ vận tốc dòng khí và đường kính ống dẫn ta có công thứctính đường kính

Các ký hiệu có ý nghĩa tương tự công thức (1)

 Các thông số của dòng khí

- Điều kiện vận hành của dòng khí sau khi qua máy nén

- Áp suất: P = 255 barg = 3698.46 psig = 3713.16 psia

- Nhiệt độ: T = 25oC = 536.69oR = 298K

- Lưu lượng dòng khí ra khỏi máy nén:

- Qg = 330 m3/h = 3.24 ft3/s

- Hệ số nén của dòng khí có giá trị: 0.937

 Đường kính trong của đường ống

- Với vận tốc của dòng khí (30 ft/s) ta có giá trị tương ứng của đường kínhtrong