Tính caloriphe trong hệ thống sấy

a) Tính caloriphe
Trong kỹ thuật sấy người ta thường sử dụng 2 loại calorife
để đốt nóng không khí: calorife khí-hơi và calorife khí- khói. Đối
với hệ thống sấy khí động người ta sử dụng khí-hơi. Trong đồ án này
tôi cũng chọn calorife khí-hơi, loại thiết bị truyền nhiệt ống chùm.
Trong là hơi nước bão hòa ngưng tụ và ống ngoài là không khí
chuyện động. Hệ số trao đổi nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so
với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống và không khí,
do đó, bên ngoài ống phía không khí được bố trí thêm cách để tăng
cường độ truyền nhiệt. Vậy calorife được sử dụng là loại ống chùm,
có cánh và được bố trí nằm ngang.
Các thông số ban đầu của calorife:
Đường kính
ống d
2
/d
1
:
34/30(mm)
Nhiệt độ không
khí vào
caloriphe (
o
C)
Nhiệt độ không
khí ra (
o
C)
Nhiệt độ hơi
nước vào (
o

C)
Nhiệt độ hơi
nước ra
(
o
C)
30 70 220 220
- Ống inox 304 có hệ số dẫn nhiệt λ =25 W/mK;
- Chùm ống bố trí so le với bước ống: s1=0,1 m, s2=0,1 m;
- Cách làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λc = 110 W/mK;
- Đường kính cách dc = 40 mm;
- Chiều dày cách δc = 0,5 mm;
- Bước cách t = 3mm;
- Bước ống s = 110 mm;
- Chiều dài phần nằm ngang của ống l = 1,5 m;
Từ các thông số trên ta xác định được diện tích trao đổi nhiệt cho 3m chiều
dài ống như sau:
Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của calorifer:
Δtmax = t
2ra
– t
1vao
= 220 – 30 = 190
o
C
Δtmin = t
2vao
– t
1ra
= 220 – 70 = 150

o
C
Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và hơi nước cấp nhiệt:
0
max min 190 150
169,21
max 190
ln ln
min 150
tb
t t
t C
t
t
∆ − ∆ −
∆ = = =
∆
∆
Tính hệ số cấp nhiệt cho ống ngoài α2
Bước cách :
0,003 0,0005 0,0035( )
C C
S t m
δ
= + = + =
Số cánh trên một ống :
1 1
n 428,57
0,0035
C

C
S t
= = =
+
cánh
làm tròn nc = 429 cánh
Chiều cao của cách :
Diện tích phần không làm cánh của một ống:

1 1
n 428,57
0,0035
C
C
S t
= = =
+
cánh
1 2
0 2
. . . 3,14.0,034.0,003.429 0,137( )
C
F d t n m
π
= = =
Diện tích phần cách của một ống :
2 2
2 2
1 2
2

3,14.0,04 3,14.0,034
2. . 2. .429 0,3( )
4 4
C
c C
d d
F n m
π π
 
 
−
−
= = =
 ÷
 ÷
 
 
Đường kính tương đương của ống :
= 0,023 m
Vận tốc không khí đi trong calorife :
Lưu lượng không khí vào calorife :
3
0 0
.v 42451.0,858 36423( / )V L m h= = =
Trong đó :
V
o
: thể tích riêng của không khí tại 30
o
C, m

3
/kg
L : lưu lượng tác nhân khô, kg/h.
Chọn đường kính của ống trong hệ thống là 0,6 m
2
4. 4.
3( / )
3600. .V 3600. .( )
k k
ong k
k ong
V V
D V m s
D
π π
= → = =
Vận tốc không khí tại khe hẹp nhất của calorife :
max
2
1 1
3
4,65( / )
0,034 2.0,005.0,0005
2. .
1
1
0,1 0,1.0,0035
.s
C
C

m s
h
d
s s
ω
ω
δ
= = =
   
− +
− +
 ÷
 ÷
 
 
Chuẩn số Reynolds :
Với nhiệt độ trung bình không khí
0
0,5.(30 70) 50
tb
t C
= + =
ta tìm được :
�=17,95.10
-6
m2/s ;λ=2,83.10
-2
W/mK
max
6

.
4,65.0,023
Re 5958
17,95.10
E
d
ω
υ
−
= = =
Với ống so le,chuẩn số Nusselt :
0,2
0,2
0,67
1 2 1 2
2
0,251.Re . . 1
s d s d
Nu
d t
−
−
 
− −
 
= +
 ÷
 ÷
 
 

0,2 0,2
0,67
0,1 0,034 0,1 0,034
0,521.5958 . . 1 39,72
0,034 0,003
− −
− −
   
= + =
 ÷  ÷
   

Hệ số cấp nhiệt cách :
Hệ số cấp nhiệt tương đương phía ống có cách :
Trong đó :
1 1 1
2 0
0,137 0,3 0,437
C
F F F
= + = + =
1
0
1
0,137
0,46
0,3
C
F
F

χ
= = =
Hiệu suất cánh tròn
Với
2
0,04
1,17
0,034
C
d
d
= =
2.
2.48,87
42
. 110.0,0005
C
C C
α
β
λ δ
= = =
. 42.0,00 0,21h h
β β
= = =
Với dc/d2 và h= 0,2, từ biểu đồ ta tim được :
Vậy hệ số trao đổi nhiệt phía ngoài ống :
( ) ( )
1
2

2
1
2
0,3
. . 48,87. . 0,93 0,46 46,63( / . )
0,437
C
C C
F
W m K
F
α α η χ
= + = + =
Hệ số làm cách ε
c
( )
2 2
2 2
2
1
.
429.(0,04 0,034 )
1 1 3,1
2. . 2.0,03.1,5
C C
C
d d
d l
η
ε

−
−
= + = + =
Tính hệ số cấp nhiệt α1
Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước bão hòa trên đường ống khi màng
chất ngưng tự chảy tầng :
0,25
1
1,13. .
.
r
A
l t
α
 
=
 ÷
∆
 
Nhiệt độ hơi nước bao hòa trong ống là tb= 220°C.
Chọn nhiệt độ phía thành ống tiếp xúc hơi nước là tw=214°C.
Từ
0
220 214
217
2
tb
t C
+
= =

ta được các thông số sau :
ρ
n
= 844,05 kg/m
3
;λ
n
= 64,8.10
-2
W/m.K ; r = 92,99.10
4
j/kg ;
= 0,1481.10
-6
m
2
/s ;μ
n
=126,37.10
-6
N.s/m
2
Trong đó :
( )
0,25
3
0,25
2 2
3 2
6

64,8.10 .844,05
.
197,9
126,37.10
n n
n
A
λ ρ
µ
−
−
 
 
 ÷
= = =
 ÷
 ÷
 
 
220 214 6t
∆ = − =
Hệ số cấp nhiệt
1
α
:
0,25
0,25
4
2
1

92,99.10
1,13. , 1,13.179,9. 3644( / )
. 1,5.6
r
A W m K
l t
α
 
 
= = =
 ÷
 ÷
∆
 
 

Hệ số dẫn nhiệt:
1 2
1 1
137,5
1 1 1 0,002 1
. 3644 25 46,63.3,1
inox C
k
δ
α λ α ε
= = =
+ + + +
Kiểm tra lai việc chọn tw =214:
Theo phương trình truyền nhiệt, ta có mật độ truyền nhiệt qua mặt phẳng :

1 1 2
. . .
C tb k
q k t t t
α α
= ∆ = ∆ = ∆
Ta có :
. .137,5.169,21 23266( / )
tb
q k t W m= ∆ =
1
1
23266
( ) 6,3 6
3644
C
q
t tt
α
∆ = = = ≈
Như zậy,giả thiết tw= 218 là đúng.
Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt và kích thước calorife
Lấy hiệu suất calorife là ɳ=0,9
Nhiệt lượng cần cung cấp cho calorife
10% 493,9 0,1.493,9 543,29( )
Caloriphe C C
Q Q Q kw
= + = + =
3
543,29( ) 543,29.10 ( / )Q kw j s= =

Diện tích các bề mặt trong ống :
3
2
1
43,29.10
23,35( )
. 137,5.169,21
tb
Q
F m
k t
= = =
∆
Tổng số ống trong calorife :
1
1
23,35
165,23
. . 0,03.3,14.1,5
F
n
d l
π
= = =
Chọn n= 168 ống
Với kiểu bố trí ống so le, tổng số ống thiết bị n = 168 ống.
Ta chọn số ống trong mỗi hàng ống m= 14
Số hàng trong mỗi ống :
168
12

14
n
Z
m
= = =
Kích thước thiết bị :
1
2
. 14.0,1 1,4( )
. 12.0,1 1, 2( )
b m s m
c Z s m
= = =
= = =