ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KĨ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH II
------
BÀI TẬP LỚN
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIÁN TIẾP LOẠI
ỐNG CHÙM THẲNG ĐỨNG
Giáo viên bộ môn: Đặng Thị Tuyết Ngân
Họ tên sinh viên: Trần Bảo Ngọc
MSSV: 20211922
Lớp học: CH1 – 07
Hà Nội 6/2023
1
LỜI MỞ ĐẦU
Thiết bị trao đổi nhiệt là một thiết bị quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong
rất nhiều lĩnh vực khác nhau.
Nhiệm vụ của bài tập lớn này là tính toán thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại ống
chùm thẳng đứng (Xác định bề mặt truyền nhiệt, số ống truyền nhiệt, đường kính,
chiều cao thiết bị) để đun sôi dung dịch NaCl nồng độ 20% khối lượng từ nhiệt độ
đầu bằng 25
℃
. Biết:
Năng suất thiết bị: 3 kg/s
Dùng hơi nước bão hòa (P=3at) làm chất tải nhiệt
Bằng cách sử dụng các số liệu đề bài, thông số trong Sổ tay quá trình thiết bị tập
1, tập 2 để tính toán các dữ liệu cần tìm.
Trong quá trình hoàn thành bài tập lớn này, do có những hạn chế về mặt chủ quan
và khách quan nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Mong quý thầy cô nhận xét và
bổ sung để bài tiểu luận này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!
2
MỤC LỤC
A. LÝ THUYẾT................................................................................................................................................ 4
I. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại ống chùm thẳng đứng.....................4
1. Cấu tạo [1].............................................................................................................................................. 4
2. Nguyên lý làm việc................................................................................................................................. 7
II. Tổng quan về nguyên liệu NaCl................................................................................................................. 8
B. TÍNH TOÁN................................................................................................................................................. 9
I. HIỆU SỐ NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH GỮA HAI LƯU THỂ......................................................................9
II. NHIỆT LƯỢNG TRAO ĐỔI Q............................................................................................................... 10
III. HỆ SỐ CẤP NHIỆT CỦA TỪNG LƯU THỂ......................................................................................... 11
1. Tính lần 1: Giả sử chênh lệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa là 2
℃
............................................11
2. Tính lần 2: Giả sử chênh lệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa là 0,8
℃
.........................................16
3. Tính lần 3: Giả sử chênh lệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa là 1,734
℃
.....................................18
IV. BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT.................................................................................................................... 21
V. SỐ ỐNG TRUYỀN NHIỆT..................................................................................................................... 21
VI. ĐƯỜNG KÍNH CỦA THIẾT BỊ ĐUN NÓNG TRONG........................................................................22
VII. CHIỀU CAO CỦA THIẾT BỊ............................................................................................................... 22
VIII. TÍNH LẠI VẬN TỐC VÀ CHIA NGĂN............................................................................................. 22
3
A. LÝ THUYẾT
I. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại
ống chùm thẳng đứng
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là một trong những dạng thiết bị trao đổi
nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các ngành công nghiệp, ước tính có
tới 60% số thiết bị trao đổi nhiệt hiện nay trên thế giới là thiết bị trao đổi nhiệt dạng
ống chùm. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khoảng áp dụng rất rộng, gần
như ở mọi công suất, trong mọi điều kiện hoạt động từ chân không đến siêu cao áp,
từ nhiệt độ rất thấp đến nhiệt độ rất cao và cho tất cả các dạng lưu thể ở nhiệt độ, áp
suất khác nhau ở phía trong và ngoài ống. Vật liệu để chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt
ống chùm chỉ phụ thuộc vào điều kiện hoạt động, vì vậy cho phép thiết kế để đáp
ứng được các yêu cầu khác như độ rung, khả năng sử dụng cho các lưu thể có
những tính chất đóng cặn, chất có độ nhớt cao, có tính xâm thực, tính ăn mòn, tính
độc hại và hỗn hợp nhiều thành phần. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có thể được
chế tạo từ vật liệu là các loại kim loại, hợp kim cho tới các vật liệu phi kim với bề
mặt truyền nhiệt từ 0,1m2 đến 100.000m2.
1. Cấu tạo [1]
4
Thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm này có được dùng phổ biến nhất trong công
nghiệp hóa chất, nó có những ưu điểm là kết cấu gọn, chắc chắn, có bề mặt truyền
nhiệt lớn. Thiết bị đơn giản của loại này là ống chùm kiểu đứng gồm có vỏ hình trụ
hai đầu hàn hai lưới ống, các ống truyền nhiệt được ghép chắc, kín vào lưới ống.
Đáy và nắp nối với vỏ thiết bị bằng mặt bích có bulong ghép chắc. Trên vỏ, nắp và
đáy có cửa (ống nối) để dẫn chất tải nhiệt. Thiết bị truyền nhiệt được đặt trên chân
đỡ hoặc tai treo hàn vào vỏ. Chất tải nhiệt I đi vào đáy dưới qua các ống lên trên và
ra khỏi thiết bị, còn chất tải nhiệt II đi từ cửa trên của vỏ vào khoảng trống giữa
ống và vỏ rồi đi ra phía dưới. Các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bằng cách
nung hoặc hàn, đôi khi người ta còn dung đệm để khép kin. Trong trường hợp này
ống có thể di chuyển dọc theo chiều dọc khi giãn nở, nhưng lắp như vậy rất phức
tạp.
1.1. Ống truyền nhiệt
Ống trao đổi nhiệt là thành phần cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm,
bề mặt của ống trao đổi nhiệt chính là bề mặt truyền nhiệt giữa lưu thể chảy bên
trong ống và bên ngoài ống. Các ống trao đổi nhiệt có thể được gắn vào mặt sàng
bằng phương pháp nong ống hay phương pháp hàn. Ống trao đổi nhiệt thường được
làm bằng đồng hoặc thép hợp kim, trong một số ứng dụng, đặc biệt ống trao đổi
nhiệt có thể được chế tạo từ hợp kim Niken, Titanium hoặc hợp kim nhôm.
Ống trao đổi nhiệt có thể là ống trơn hoặc ống được tăng cường bề mặt bằng các
cánh (Fin Tube- như dạng thiết bị trao đổi nhiệt không khí) khi một lưu chất có hệ
số truyền nhiệt thấp hơn rất nhiều so với lưu chất kia. Với kết cấu ống này có tăng
bề mặt trao đổi nhiệt so với dạng ống trơn từ 2 tới 4 lần cho phép bù lại hệ số
truyền nhiệt ở phía ngoài ống.
1.2. Lưới đỡ ống
Các ống được định vị cố định nhờ được gắn chặt vào các lỗ trên lưới. Ống gắn
vào mặt lưới bằng phương pháp làm biến dạng ống (nong ống) hoặc phương pháp
hàn tùy theo dạng vật liệu chế tạo ống và lưới và điều kiện hoạt động của thiết bị.
Lưới đỡ ống thường là một tấm kim loại phẳng hình tròn, được khoan lỗ (theo
một kiểu bố trí thích hợp) và soi rãnh để cố định ống, lắp vòng đệm, bu lông mặt
5