Tính kiểm tra Thiết Bị Trao Đổi nhiệt

Tính kiểm tra thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm.
Nước đi trong ống, khí gas đi giữa khoảng không của vỏ và các ống. Trao đổi nhiệt với
nước qua vách ống.
Nước vào thiết bị có nhiệt độ:

t2’= 60 0C

Chiều dài ống:

L = 2,8 m

Số lượng ống:

n = 90U

ĐK ống:

d2/d1 = 25,4/20,8 mm = 0,0254/0,0208 m

Chiều dày ống:

σ = 2,3 mm = 0,0023 m

Vật liệu ống là inox 316

λ = 23,2 W/m.K

Diện tích trao đổi nhiệt:

F = 40 m2

Đường kính vỏ ngoài:

D = 0,55 m

Nhiệt độ khí gas vào thiết bị:

t1’’ = 320 0C

-

Tra bảng thông số vật lý của nước ở 600C ta có:

KL riêng của nước:

ρ2 = 983,1 kg/m3

Độ nhớt:

υ2 = 0,478.10-6 m2/s

Nhiệt dung riêng:

Cp2 = 4179 J/kg

Độ dẫn nhiệt:

λ2 = 0,659 W/m.K

Tiêu chuẩn Prandtl:

Pr2 = 2,98

-

Tra bảng thong số vật lý của khí gas ở 320 0C ta có:

KL riêng của nước:

ρ1 = 6,783 kg/m3

Độ nhớt:

υ1 = 5.10-6 m2/s

Nhiệt dung riêng:

Cp1 = 2046 J/kg

Độ dẫn nhiệt:

λ1 = 0,04 W/m.K


Tốc độ của khí gas trong thiết bị là: ω1 = 5 m/s (Chọn)
Lưu lượng khí gas qua thiết bị là:
G1 = ω1 . ρ1.(D2 – 2.n.d22 ) = 5.6,783. (0,552 – 2.90.0,02542 ) = 6,32 kg/s
Tốc độ của nước trong ống là: ω2= 0,4 m/s ( Chọn )
Lưu lượng của nước qua thiết bị:
π .n.d1
G2 = ω 2 .ρ 2

4

2

= 0,4.983,1.

π .90.0,0208 2
= 12
4

kg/s
Ta có:
W1 = G1.Cp1 = 6,32.2046 = 12930,72
W2 = G2.Cp2 = 12.4179 = 50148
 Wmin = W1 = 12930,72

Tiêu chuẩn Reynold của khí gas:
Re f 1 =

ω1 .d td 5.0,036386
=
= 36386
υ1
5.10 −6

Trong đó: dtd = ( D2 – 2.n.d22 ) / ( D + 2.n.d)
= ( 0.552 – 2.90.0,0254 2 ) / ( 0,55 + 2.90.0,0254) = 0,036386
Vì 103 < Ref1 < 105
Ta có công thức tính tiêu chuẩn Nusselt
 Nuf1 = 0,37.Ref10,6.εφ

Trong đó: φ là hệ số hiệu chỉnh kể đến ảnh hưởng của góc va đập φ = 45 0 ,( tra biểu đồ
hình 6-5 trang 144 kỹ thuật nhiệt ) εφ = 0,8
Nuf1 = 0,37.36386 0,6.0,8 = 161,38


Hệ số tỏa nhiệt của khí :
α 1 = Nu f 1

λ1 .
0,04
= 161,38.
= 177,4W / m.K
d td
0,036386

Tiêu chuẩn Reynold của nước
Re f 2 =

ω 2 .d 2 0,4.0,0254
=
= 21255,23
υ2
0,478.10 −6

> 104 – Chảy rối

Ta có công thức tính tiêu chuẩn Nusselt
 Nuf1 = 0,021.Ref10,8.Pr20,43 = 0,021.21255,230,8.2,980,43 = 97,3

Hệ số tỏa nhiệt của khí :
α 2 = Nu f 2

λ2 .
0,659
= 97,3
= 2524,43
d2
0,0254

W/m.K

Hệ số truyền nhiệt của thiết bị là:
−1

 1. σ 1. 
0,0023
1. 
 1.
 = 
k =  + +
+
+

23.2
2524,43 
 177,4
 α1 λ α 2 

W/m2.K

Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt:
η=

Q
Q
=
Qmax Wmin .( t1' −t 2 ' )

 Q = η.Wmin.(t1’ – t2’’)

−1

= 163


Tính Tỷ số NTU:
NTU =

R=

k .F
163.40
=
= 0,5
Wmin 12930,72

Wmin 12930,72
=
= 0,257

Wmax
50148

Từ đồ thị hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt theo NTU và R trang 22 thiết bị trao đổi nhiệt ta
được:
η = 35 % = 0,35
Vậy
Q = η.Wmin.(t1’ – t2’’) = 0,35 . 12930,72 (320 – 60) = 1176695,52 W
Nhiệt độ của các môi chất khi ra khỏi thiết bị:
"

'

t1 = t1 −

0

Q 1176695,52
=
= 229
W1
12930,72

C
"

'

t2 = t2 +

0

C

Q 1176695,52
=
= 83,4
W2
50148