Bài tập lớn thiết bị trao đổi nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CHẾ BIẾN – BỘ MÔN KỸ THUẬT LẠNH

BÀI TẬP LỚN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI
NHIỆT
“ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ỐNG CHÙM VỎ BỌC NẰM
NGANG, CÔNG SUẤT 30KW, MÔI CHẤT NH
3
, NHIỆT ĐỘ MÔI CHẤT NGƯNG
(t
k
= 38
0
C), NHIỆT ĐỘ NƯỚC VÀO ( t
V
= 30
0
C ), NHIỆT ĐỘ NƯỚC RA (t
R
= 35
0
C) ”
GVHD: TS.TRẦN ĐẠI TIẾN
SVTH: NGUYỄN VĂN BÌNH
MSSV: 50130094
LỚP: 50NL
Nha Trang tháng 12 năm 2010
1
LỜI NÓI ĐẦU
Kỹ thuật lạnh đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều
ngành kỹ thuật rất khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công

nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, đo lường tự động, kỹ thuật sấy nhiệt độ
thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, ngành dệt may,điện tử, thiết
kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, trong đời sống vv
Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều mục
đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng,
không thể thiếu được trong đời sống và kỹ thuật của tất cả các nước
Đặc biệt là dân dụng , nhằm thúc đẩy các ngành này và cuộc sống của người dân ngày
một phát triển,tốt đẹp hơn.
Đất nước việt nam chúng ta là một nước nhiệt đới tuy ngành kỹ thuật lạnh xuất hiện
chậm hơn các nước khác nhưng đã và đang phát triễn rất nhanh , tuy nói chỉ mới đáp ứng
phần nào nhu cầu của mọi người nhưng do nhu cầu đời sống ngày càng một tăng cao nên yêu
cầu về điện lạnh của nước ta rất lớn và nó đang được xem là một ngành theo modem ngày
nay.
Một hệ thống lạnh cơ bản nhất không thể thiếu bốn thiết bị: máy nén(compressor),thiết
bị ngưng tụ ( condenser),thiết bị bay hơi(avaporatior),van tiết lưu(expansion valave) . các
thiết bị này gây ảnh hưởng rất lớn đối với năng suất lạnh khi một trong các thiết bị có vấn đề.
Thiết bị ngưng tụ ( condenser), là một trong bốn thiệt bị chính không thẻ thiếu của hệ
thống lạnh, với vai trò đặc biệt quan trọng.
Trong bài tập lớn của môn học THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT này tôi tính toán thiết kế
dàn ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Trần Đại Tiến đã hướng dẫn tận tình để tôi hoàn thành
bài tập lớn này, bài tập này chắc chắn có nhiều sai sót, mong thầy đóng góp ý kiến để bài
được hoàn thiện hơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Bình
2
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
1.1. KHÁI NIỆM VỀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
1.2.PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

1.2.1.Phân loại theo nguyên lý làm việc của thiết bị trao đổi nhiệt
1.2.2.Phận loại thiệt bị trao đổi nhiệt theo sơ đồ chuyển động của chất lỏng
1.2.3.Phận loại thiết bị trao đổi nhiệt theo thời gian
1.2.4.Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt theo công dụng
1.3.THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ỐNG CHÙM VỎ BỌC NẰM NGANG
1.3.1Vai trò của thiết bị ngưng tụ
1.3.2.Phân loại thiết bị ngưng tụ
1.3.3.Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ
1.3.4.Ưu nhược điểm của thiết bị ngưng tụ
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DÀN NGƯNG TỤ ỐNG CHÙM VỎ BỌC NẰM NGANG
2.1. LỰA CHỌN THÔNG SỐ BAN ĐẦU
2.2.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ỐNG CHÙM
2.2.1.TÍNH TOÁN LẦN 1
2.2.2. TÍNH TOÁN LẦN 2
2.2.3. TÍNH TOÁN LẦN 3
2.3. TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC KHÁC
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TRỞ LỰC, CHỌN BƠM NƯỚC VÀ CÁC BẢN VẼ CHI
TIẾT THIẾT BỊ
3.1. TÍNH TOÁN TRỞ LỰC
3.2. CHỌN BƠM
3.3. CÁC BẢN VẼ CHI TIẾT THIẾT BỊ
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
1.1.KHÁI NIỆM VỀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị trong đó thực hiện các quá trình trao đổi nhiệt giữa các
chất mang nhiệt. Trong kĩ thuật thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng rất rộng rãi và đóng vai
trò quan trọng trong các quá trình công nghệ ví dụ như lò hơi để sản sinh hơi nước, thiết bị
ngưng tụ và bốc hơi trong thiết bị lạnh, thiết bị hồi nhiệt…
1.2. PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
1.2.1. Phân loại theo nguyên lý làm việc của thiết bị trao đổi nhiệt :

- Thiết bị trao đổi nhiệt tiếp xúc ( hay hỗn hợp ), là loại thiết bị trao đổi nhiệt trong đó
chất gia công và môi chất tiếp xúc với nhau, thực hiện cả quá trình trao đổi nhiệt và
trao đổi chất với nhau tạo ra một hỗn hợp.
- Thiết bị trao đổi nhiệt dạng hồi nhiệt là loại thiết bị trao đổi nhiệt có mặt trao đổi nhiệt
được quay, khi tiếp xúc chất lỏng 1 mặt nhận nhiệt , khi tiếp xúc chat lỏng 2 mặt tỏa
nhiệt . quá trình trao đổi nhiệt là không ổn định và trong mặt trao đổi nhiệt có sự dao
động nhiệt
- ví dụ : bộ sấy không khí quay trong lò hơi nhà máy nhiệt điện .
- Thiết bị trao đổi nhiệt vách ngăn là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách rắn ngăn chất
lỏng nóng và chất lỏng lạnh và 2 chất lỏng trao đổi nhiệt theo kiểu truyền nhiệt . Loại
thiết bị trao đổi nhiệt vách ngăn bảo đảm độ kín tuyệt đối giữa 2 chất , làm cho chất
gia công được tinh khiết và vệ sinh , an toàn , do đó được sử dụng rộng rãi trong mọi
công nghệ .
- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt , là loại thiết bị trao đổi nhiệt dùng ống nhiệt để
truyền tải nhiệt từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh . Môi chất trong các ống nhiệt
nhận nhiệt từ chất lỏng 1, sôi và hóa hơi thành hơi bảo hòa khô, truyền đến vùng tiếp
xúc chất lỏng 2 , ngưng thành lỏng rồi quay về vùng nóng để lặp lại chu trình . Trong
ống nhiệt môi chất sôi ngưng và chuyển động tuần hoàn , tải 1 lượng lớn nhiệt từ chất
lỏng 1 đến chất lỏng 2.
4
1.2.2. Phận Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Theo Sơ Đồ Chuyển Động Chất Lỏng , Với
Loại Thiết Bị Có Vách Ngăn :
- a.Sơ đồ song song cùng chiều
- Sơ đồ song song ngược chiều
- Sơ đồ song song đổi chiều
- Sơ đồ giao nhau 1 lần
- Sơ đồ giao nhau nhiều lần
1.2.3. Phận Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Theo Thời Gian : Phận làm 2 loại
- Thiết bị liên tục : Như bình ngưng , calorifer
- Thiết bị làm việc theo chu kỳ : như nồi thanh trùng , thiết bị sấy theo mẻ

1.2.4. Phân Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Theo Công Dụng :
- Thiết bị gia nhiệt dùng để gia nhiệt cho sản phẩm : như nồi nấu lò hơi
- Thiết bị làm mát để làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường : như tháp giải
nhiệt, binh làm mát dầu.
- Thiết bị lạnh để hạ nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ nhở hơn nhiệt độ môi trường : như
tủ lạnh, tủ đông.
1.3.THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
1.3.1. vai trò của thiết bị ngưng tụ
- Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh
trạng thái lỏng. Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng quyết định đến áp suất
và nhiệt độ ngưng tụ và do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ
thống lạnh. Khi thiết bị ngưng tụ làm việc kém hiệu quả, các thông số của hệ thống sẽ thay
đổi theo chiều hướng không tốt, cụ thể là:
- Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng.
- Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng.
5

HÌNH 1 : SƠ ĐỒ CHU TRÌNH THỂ HIỆN VỊ TRÍ VÀ VAI TRÒ CỦA THIẾT BỊ
NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH
- Công nén tăng, mô tơ có thể quá tải
6
- Độ an toàn giảm do áp suất phía cao áp tăng, rơ le HP có thể tác động ngừng máy nén, van
an toàn có thể hoạt động.
- Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn như cháy dầu.
1.3.2.Phân loại thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ có rất nhiều loại và nguyên lý làm việc cũng rất khác nhau. Người ta
phân loại thiết bị ngưng tự căn cứ vào nhiều đặc tính khác nhau.
- Theo môi trường làm mát.
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước. Để làm mát bằng nước cấu tạo của thiết bị thường
có dạng bình hoặc dạng dàn nhúng trong các bể.

+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và không khí. Một số thiết bị ngưng tụ trong đó kết
hợp cả nước và không khí để giải nhiệt, trong thiết bị kiểu đó vai trò của nước và không khí
có khác nhau: nước sử dụng để giải nhiệt cho môi chất lạnh và không khí giải nhiệt cho
nước. Ví dụ như dàn ngưng tụ bay hơi, dàn ngưng kiểu tưới vv…
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí. Không khí đối lưu cưỡng bức hoặc tự nhiên
qua thiết bị và trao đổi nhiệt với môi chất.
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng chất khác. Có thể thấy thiết bị kiểu này trong các hệ thống
máy lạnh ghép tầng, ở đó dàn ngưng chu trình dưới được làm lạnh bằng môi chất lạnh bay
hơi của chu trình trên.
- Theo đặc điểm cấu tạo:
+ Bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước.
+ Dàn ngưng tụ bay hơi.
+ Dàn ngưng kiểu tưới.
+ Dàn ngưng tụ làm mát bằng không khí.
+ Dàn ngưng kiểu ống lồng ống.
+ Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản.
- Theo đặc điểm đối lưu của không khí:
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát nhờ đối lưu tự nhiên
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát nhờ đối lưu cưỡng bức.
7
Ngoài ra có thể có rất nhiều cách phân chia theo các đặc điểm khác như: theo chiều chuyển
động của môi chất lạnh và môi trường giải nhiệt. Về cấu tạo cũng có nhiệt kiểu khác nhau
như kiểu ngưng tụ bên ngoài bề mặt ống trao đổi nhiệt, bên trong ống trao đổi nhiệt hoặc trên
các bề mặt phẳng.
1.3.4.Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt đông : Gas từ máy nén được đưa vào bình từ 2 nhánh ở 2 đầu và bao
phủ lên không gian giữa các ống trao đổi nhiệt và than bình . Bên trong bình gas quá nhiệt
trao đổi nhiệt với nước lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt và ngưng tụ lại
thành lỏng . Lỏng ngưng tụ bao nhiêu lập tức được chảy về bình chứa đặt dưới bình ngưng.
Một số hệ thống không có bình chứa cao áp mà sử dụng một phần bình ngưng làm bình

chứa. Trong trường hợp nay người ta không bố trí các ống trao đổi nhiệt phần dưới của bình.
Để lỏng ngưng tụ chảy thuấn lợi phải có ống cân bằng nối phần hơi bình ngưng với bình
chứa cao áp.
Hình 2 : Cấu Tạo Bình Ngưng Ống Chùm Nằm Ngang
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DÀN NGƯNG TỤ ỐNG CHÙM VỎ BỌC NẰM NGANG
2.1. LỰA CHỌN THÔNG SỐ BAN ĐẦU
Thiết bị ống chum vỏ boc nằm ngang công suất 30KW, môi chất NH
3
.
Nhiệt độ ngưng môi chất: t
k
= 38
0
C.
8
Nhiệt độ nước vào : t
V
= 30
0
C.
Nhiệt độ nước ra : t
R
= 35
0
C.
Vỏ bên ngoài và các ống được chế tạo bằng thép, dàn ngưng là thiết bị trao đổi nhiệt ngược
chiều (nước đi trong ống), sử dụng nước sạch để làm mát, thiết kế DN loại không có cánh
tản nhiệt.
Các ống được bố trí so le nhau với các kích thước cụ thể như sau:
- Đường kính trong ống : d

T
= 18mm = 0.018m.
- Đường kính ngoài ống : d
N
= 22mm = 0.022m.
- Chiều dài ống: L
1
= 2500mm = 2.5m.
- Chọn số hành trình là 2.
2.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÙM ỐNG
2.2.1. TÍNH TOÁN LẦN 1
Chọn k = 800W/m
2
độ
*Tính nhiệt độ trung bình logarit (
0
C)
Ta có: ∆t
TB
= ε
Δt
. ∆t
TBNC
Trong đó : ε
Δt
: hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, đối với môi chất NH
3
giải nhiệt bằng nước thì
ε
Δt

= 0,97 ÷ 0,99 ta lấy ε
Δt
= 0.98.
∆t
TBNC
: nhiệt độ trung bình ngược chiều
0
C.

t
0
C
NH
3
38
0
C
35
0
C
H
2
O
30
0
C
F m
2
9
= 38

0
C – 30
0
C = 8
0
C
= 38
0
C – 35
0
C = 3
0
C
0
C
Vậy : ∆t
TB
= 0,98 . 5,098 = 4,996
0
C
* Tính diện tích trao đổi nhiệt F( m
2
), và số ống n
- Ta có: Q
K
= F.K. ∆t
TB
Trong đó : Q
K
: công suất của dàn ngưng

Q
K
= 30KW = 30 KJ/S = ( 30.3600 )/( 4,186 ) = 25800,287 Kcal/h
Vậy diện tích trao đổi nhiệt là:hghgh
 F = Q
K
/ ( K. ∆t
TB
) = 25800,290 / ( 800 . 4,996 ) = 6,455 ( m
2
)
- Ta có: F = n. π.d
N
.L
1
Số ống là:
 n = F / ( π.d
N
.L
1
)
= 6,455 / ( 3,141. 0.022. 2.5) = 37,385 (ống)
Ta chọn n = 38 ống, vì ta chọn 2 hành trình nên mỗi hành trình là n’ = 19 ống.
* Tính hệ số truyền nhiệt thực K
t
(Kcal/hm
2
độ)
- Hệ số truyền nhiêt thực được tính theo công thức:
( kcal/h )

10
Trong đó: : hệ số tỏa nhiệt của nước ( Kcal/hm
2
độ)

= ( 0,5.10
-3
– 0,7.10
-3
) m
2
hđộ/ kcal, ta chọn = 0,6.10
-3
(m
2
hđộ/ kcal)
= 0,2.10
-3
(m
2
hđộ/ kcal)
: chiều dày của ống thép = 2mm = 0.002 (m)
= 45 – 55 W/ m
2
độ, ta chọn = 50 W/ m
2
độ = 50 J/s = 43 (kcal/hm
2
độ)
: hệ số tỏa nhiệt của NH

3
(kcal/hm
2
độ)
- Tính hệ số tỏa nhiêt của nước :
Ta có : Q
k
= .C.( t
R
- t
V
)
g: lưu lượng khối lượng (kg/s).
C: nhiệt rung riêng của nước. C = 1cal/kgđộ = 4,186 KJ/ kgđộ.
Lưu lượng khối lượng :
= Q
K
/ [ C.( t
R
- t
V
) ]
= 30 / (4,186 . 5) = 1,433 (kg/s).
Lưu lượng thể tích :
v = kg/s
11
Diện tích bề mặt trong của hệ thông trao đổi nhiệt:
f = = 4,835.10
-3
( m

2
)
Vận tốc nước chuyển động trong ống:
( m/s )
Với: t
f
=
0
C
Tra bảng các thông số vật lý của nước trên đường bão hòa theo nhiệt độ t
f
= 32,5
0
C, ta được:
W/m.độ
m
2
/s
Pr
32,5
0
C = 5,143
Pr
35
0
C = 4,865
Chuẩn số Reynolds:
Re =
Với: l = d
T

= 0,018 m ( vì nước chuyển đông trong ống nằm ngang )
Do đó : Re
f
= = 6932,986 > 2320 => nước chảy rối trong ống.
Chuẩn số Nusel cho trường hợp nước chảy rối trong ống:
12
Với : ε
S
.ε
R
= 1
=
Vậy hệ số tỏa nhiệt của nước là :
(W/m
2
độ)
= 1513,587 (kcal/hm
2
độ)
- Xác đinh hệ số tỏa nhiệt của NH
3.
α
NH3
= 0.72.
Tra bảng tính chất vật lý của lỏng NH
3
đường bão hòa theo nhiệt độ t = 38
0
C (TL2-546), ta
được:

W/m.độ
m
2
/s
= 582,64 kg/m
3
TL4 – 343. Ta tra được r
NH3
= 1107,9 kJ/kg.
= 1107,9.10
3
J/kg.
t
S
– t
W
= 2- 3
0
C, ta chọn 3
0
C.
Do đó
13
α
NH3
= 0.72. = 0.72* = 10329,694 (W/m
2
K)
= = 8883,636 (kcal/hm
2

K)
Vậy hệ số truyền nhiêt thực là:
(kcal/hm
2
độ)
Sai số : = 22,828 % > 5 % => chưa được, ta tính
lại lần 2.
2.2.2. TÍNH TOÁN LẦN 2
Chọn k = 600 kcal/hm
2
độ
Diện tích trao đổi nhiệt
F = Q
K
/ ( K. ∆t
TB
) = 25800,290 / ( 600 . 4,996 ) = 8,609 ( m
2
)
Số ống thiết bị trao đổi nhiệt :
F = π.d
N
.n.L => n = Ống
 Chọn 50 Ống.
 Ta chọn 2 hành trình mỗi hành trình n’ = Ống
Diện Tích Của Ống
14
f = = 6,362.10
-3
( m

2
)
Vận tốc nước đi trong ống:
( m/s )
Chuẩn số Reynolds:
Re =
Với: l = d
T
= 0,018 m ( vì nước chuyển đông trong ống nằm ngang )
Do đó : Re
f
= = 5277,033 > 2320 => nước chảy rối trong ống.
Chuẩn số Nusel cho trường hợp nước chảy rối trong ống:
Với : ε
S
.ε
R
= 1
=
Vậy hệ số tỏa nhiệt của nước là :
(W/m
2
độ)
= 1216,702 (kcal/hm
2
độ)
Vậy hệ số truyền nhiêt thực là:
15
(kcal/hm
2

độ)
Sai số : = 6,418 % > 5 % => chưa được, ta tính
lại lần 3.
2.2.3. TÍNH TOÁN LẦN 3
Chọn k = 530 kcal/hm
2
độ
Diện tích trao đổi nhiệt
F = Q
K
/ ( K. ∆t
TB
) = 25800,290 / ( 530 . 4,996 ) = 9,744 ( m
2
)
Số ống thiết bị trao đổi nhiệt :
F = π.d
N
.n.L => n = Ống
 Chọn 61 Ống.
 Ta chọn 2 hành trình với 1 hành trinh là 31ống, một hành trình là 30 ống.
Diện Tích Của Ống
f = = 7,761.10
-3
( m
2
)
Vận tốc nước đi trong ống:
( m/s )
Chuẩn số Reynolds:

16
Re =
Với: l = d
T
= 0,018 m ( vì nước chuyển đông trong ống nằm ngang )
Do đó : Re
f
= = 4333,116 > 2320 => nước chảy rối trong ống.
Chuẩn số Nusel cho trường hợp nước chảy rối trong ống:
Với : ε
S
.ε
R
= 1
=
Vậy hệ số tỏa nhiệt của nước là :
(W/m
2
độ)
= 1039,244 (kcal/hm
2
độ).
Vậy hệ số truyền nhiêt thực là:
(kcal/hm
2
độ)
Sai số : = 1,797% < 5 % Vậy đã đạt yêu cầu vậy
ta chọn.
2.3.TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC KHÁC
17

2.3.1.Tính kích thướt vỏ ngoài cho thiết bị:
Ta có: D =
Trong đó: n - Số ống
t – khoảng cách giửa 2 ống ( t = 1.3 ÷ 1.6 d
N
)
k – hệ số sắp xếp ống ( 0.75 ÷ 0.85 )
a – hệ số hiệu chỉnh,
a = 1.05 ống sắp xếp theo 6 cạnh
a = 1.13 ống sắp xếp so le, song song, hình vuông.
Ta chọn: t = 1.555 d
N
= 1.555*22 = 34.2 (mm) = 0.0342 (m)
k = 0.8
n = 61 ống
ống sắp xếp theo hình thức lục giác nên chọn a = 1.05
Từ đó ta có: D = = 1.05 =0.313570(m) = 313,570(mm)
Chọn ống thép có kích thướt tiêu chuẩn sau: d
T
= 320 mm;d
N
= 328 mm
2.3.2.Tính toán kích thướt miệng ống thép dẫn nước nối với bơm, ống dẫn nước từ bơm
tới tháp giải nhiệt.
Đường kính trong của ống được tính theo công thức sau:
d
T
= (m)
Trong đó: G -lưu lượng khối lượng (kg/s)
18

ρ -khối lượng riêng của nước (ρ = 1000kg/m
3
)
ω -vận tốc dòng chảy trong ống (m/s).
Ta có: ω = 2÷3 (m/s) đối với nước, ta chọn ω = 2 m/s
Mặt khác: G = = = 1,433 (kg/s)
d
T
= = = 0,030212(m) = 30,212(mm)
Vì thực tế không có ống có kích thướt như trên nên ta chọn ống có d
T
= 35,9 (mm).
Khi đó vận tốc thực của nước trong ống là:
ω = = = 1,416 (m/s) thỏa mãn
vậy đường kính ống nước cần chọn là: d
T
= 35,9 mm;d
N
= 42,3 mm (TL5-347)
2.3.3.Tính toán miệng vào và ra của môi chất cho thiết bị:
Tiết diện miệng hơi môi chất được tính như phần tính toán miệng của ống cong hay ống
dẫn nước. tuy nhiên thông số vận tốc có giá trị khác.
a.Miệng vào của hơi môi chất:
Có kích thướt giống như đường ống đẩy của máy nén:
Ta có: Chọn ω = 20 (m/s) (ω = 15 ÷ 25 m/s, đối với gas NH
3
) (TL5 -345)
Và
380C
= 11,411 (kg/m

3
); m = 0.0271(kg/s)
Mặt khác: lưu lượng gas qua thiết bị là:
19
Từ công thức: Q = m*r => m = = = 0.0271(kg/s)
d
T
= = = 0.012299(m) = 12,299 (mm)
chọn đường kính trong ống bằng 14 mm, khi đó:
ω = = = 15,435 (m/s) (thỏa mãn)
Vậy đường kính ống cần chọn là: d
T
= 14mm; d
N
= 18 mm
b.Kích thước miệng ra môi chất lỏng:
có kích thướt bằng kích thướt đường ống dẫn lỏng:
Ta có: Chọn ω = 1,2 (m/s), (ω = 0,5 ÷ 2 m/s, đối với gas NH
3
) (TL5-345)
Và = 582,64 (kg/m
3
); m = 0,0271 (kg/s)
d
T
= = = 0,007027 (m) = 7,027(mm)
Vậy đường kính trong ống cần chọn: d
T
= 8 mm; d
N

= 12mm
KL: SAU KHI TÍNH TOÁN TA CHỌN DÀN NGƯNG TỤ ỐNG CHÙM VỎ BỌC
NẰM NGANG VỚI CÁC THÔNG SỐ SAU:
*Thiết bị ống chum vỏ bọc nằm ngang công suất 30KW, môi chất NH
3
.
Nhiệt độ ngưng môi chất: t
k
= 38
0
C.
Nhiệt độ nước vào : t
V
= 30
0
C.
Nhiệt độ nước ra : t
R
= 35
0
C.
20
*Vỏ bên ngoài và các ống được chế tạo bằng thép, dàn ngưng là thiết bị trao đổi nhiệt
ngược chiều (nước đi trong ống), sử dụng nước sạch để làm mát, thiết kế DN loại
không có cánh tản nhiệt.
* Các ống được bố trí so le nhau và các ống được sắp xếp theo hình lục giác đều với các
kích thước cụ thể như sau:
Số ống 61
- Ta chọn 2 hành trình với 1 hành trình là 31ống, một hành trình là 30
- Đường kính trong ống : d

T
= 18mm = 0.018m
- Đường kính ngoài ống : d
N
= 22mm = 0.022m
- Chiều dài ống: L
1
= 2500mm = 2.5m.
- Bước ngang ống: t
1
= 1,554.d
N
= 1,554.0,022 = 0.0342 m = 34,200 mm
- Bước dọc ống: t
2
= 1,345.d
N
= 1,3455.0,022 = 0,02960 = 29,60 mm
*Kích thướt vỏ ngoài cho thiết bị ngưng tụ: d
T
= 320 mm, d
N
= 328 mm
*Kích thướt miệng ống thép nước nối bơm bằng kích thước ống nươc ra : d
T
= 35,9
mm, d
N
= 42,3 mm
*Miệng vào của hơi môi chất d

T
= 14mm, d
N
= 18 mm
*Kích thước miệng ra môi chất lỏng: d
T
= 8 mm, d
N
= 12mm
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TRỞ LỰC, CHỌN BƠM NƯỚC VÀ CÁC BẢN VẼ CHI TIẾT
THIẾT BỊ
3.1.TÍNH TOÁN TRỞ LỰC
Tổng trở lực ΔP = ΔP
ms
+ ΔP
cb
Trong đó: ΔP
ms
- Tổn thất ma sát toàn thiết bị và đường ống
ΔP
cb
– Tổn thất cục bộ toàn thiết bị và đường ống
1-1
Đường ống
2
2m
1,5m
5m
2-2
DN

Đường ống 1
1m
21
HÌNH 3: SƠ ĐỒ BỐ TRÍ ĐƯỜNG ỐNG VÀ THIẾT BỊ
3.1.1. Tính toán trở lực ma sát ΔP
ms
ΔP
ms
= ΔP
msTB
+ ΔP
msĐÔ

ΔP
msTB
: trở lực ma sát của thiết bị
ΔP
msĐÔ
:trở lực ma sát trên đường ống
Ta có: ΔP
ms
=
a. Tính trở lực ma sát của thiết bị: ΔP
msTB
ΔP
msTB
=
Trong đó: L- chiều dài ống hoặc kênh (m)
d – đường kính trong ống (m)
ρ – khối lượng riêng chất lỏng, (kg/m

3
)
ω – vận tốc trung bình dòng chảy trong ống (m/s)
ζ – hệ số ma sát, phụ thuộc vào chế độ dòng chảy (là đại lường thứ
nguyên)
-Ta có: Chiều dài cần để tính ΔP
msTB
L
TB
= L
1
.n = 2,5.2 = 5 (m)
d
T
= 0,018 (m), ρ
32,5
0
C = 994,825 (kg/m
3
), ω = 0,185 (m/s)
22
-Ta có số reynol tính được là: R
e
= 4333,116 > 2300. Do dó nước chảy rối trong ống,
nhưng ta chưa biết là chảy rối trong khu vực nào, ta phải đi tính:
+ So sánh R
ed trơn
và R
ed nhám
R

ed trơn
= 27.( )
8/7
. Trong đó : độ nhám tương đương (mm)
(TL4- 248). Ta tra bảng độ nhám tương đương đối với ống thép mới đặt cẩn thận được:
= 0,04÷0,17 (mm), ta chọn = 0,11 (mm)
 R
ed trơn
= 27.( )
8/7
= 9151,918
Ta thấy R
ed trơn
> R
ed
. vì vậy dòng chảy rối trong khu vực thành trơn thủy lực nên không
cần tính R
ed nhám
nữa.
Hệ số sức cản ma sát được tính ứng với thành trơn thủy lực là:
ζ = = = 0,0393
Vậy: ΔP
msTB
= = = 185,845 (Pa) = 185,845 (N/m
2
)
= 0,0189 (mH
2
O)
b.Tính trở lực ma sát trên đường ống ΔP

msĐÔ

Vì nước vào và ra có nhiệt độ khác nhau do đó khối lượng riêng khác nhau do dó ta phải
tính riêng 2 trường hợp:
 Trở lưc ma sát trên đường ống dẫn nước từ bơm vào dàn ngưng: ΔP
msĐÔ1
23
ΔP
msĐÔ1
=
Dựa vào sơ đồ bố trí thiết bị và đường ống ta có: L
ĐÔ1
= 1 (m)
Các thông số: d
T
= 0,0359 (m), ρ
30
0
C = 995,7 (kg/m
3
), ω = 1,416 (m/s)
-Ta có số reynol tính được là: Re
d
= = = 50911,106 > 2300
ν
30
0
C = 0,805.10
-6
(m

2
/s)
Do dó nước chảy rối trong ống, nhưng ta chưa biết là chảy rối trong khu vực nào, ta phải
đi tính:
+ So sánh R
ed trơn
và R
ed nhám
• R
ed trơn
= 27.( )
8/7
. Trong đó : độ nhám tương đương (mm)
(TL4- 248). Ta tra bảng độ nhám tương đương đối với ống thép mới đặt cẩn thận được:
= 0,04÷0,17 (mm), ta chọn = 0,12 (mm)
 R
ed trơn
= 27.( )
8/7
= 18238,069
• Re
d.nhám
= 560. = 560.35,9 / 0,12 = 167533,333
Vậy: R
ed trơn
< Re
d
< Re
d.nhám
: nước chảy rối trong khu vực quá độ.

Hệ số sức cản ma sát được tính ứng với nước chảy rối quá độ từ thành trơn sang thành
nhám là:
24
Công thức ANTOSUN: ζ =0,1. ( . )
0,25
= 0,1. ( . )
0,25

= 5,564.10
-3
Vậy: ΔP
msĐÔ1
= = = 154,209 (Pa)
=154,209 (N/m
2
) = 0,0157 (mH
2
O)
 Trở lưc ma sát trên đường ống dẫn nước từ bơm vào tháp giải nhiệt: ΔP
msĐÔ2
ΔP
msĐÔ2
=
Dựa vào sơ đồ bố trí thiết bị và đường ống ta có:
L
ĐÔ2
= 5+ 1,5 = 6,5 (m)
Các thông số: d
T
= 0,0359 (m), ρ

35
0
C = 993,95 (kg/m
3
), ω = 1,416 (m/s)
-Ta có số reynol tính được là: Re
d
= = = 50911,106 > 2300
ν
30
0
C = 0,805.10
-6
m
2
/s
Do dó nước chảy rối trong ống, nhưng ta chưa biết là chảy rối trong khu vực nào, ta phải
đi tính:
+ So sánh R
ed trơn
và R
ed nhám
• R
ed trơn
= 27.( )
8/7
. Trong đó : độ nhám tương đương (mm)
(TL4- 248). Ta tra bảng độ nhám tương đương đối với ống thép mới đặt cẩn thận được:
25