bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt [link tải bản vẽ dưới phần mô tả]

Thông tin tài liệu

link bản vẽ: https://drive.google.com/file/d/0B6-UeUfyAP6cbDV4WGRuT3FKTmc/view?usp=sharing bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt (thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống cần làm nóng nước, lưu lượng nước 7000kg , tv = 200C, tr = 900C ; hơi nước bảo hòa ts =1350C)

GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH BÀI TẬP THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Bài tập được giao : thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống cần làm nóng nước, lưu lượng nước 7000kg , t v = 20 0 C, t r = 90 0 C ; hơi nước bảo hòa t s = 135 0 C. (kèm bản vẽ) GVHD : TS. Trần Đại Tiến SINH VIÊN : Trương Minh Quỳnh MSSV : 50131302 LỚP : 50NL Page 1 NhaTrang,ngày 8 tháng 1 năm 2011 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH LỜI NÓI ĐẦU Trong đời sống sinh hoạt hay trong công nghiệp, chúng ta luôn gặp yêu cầu cần làm nóng hay làm nguội một chất lỏng hoặc chất khí nào đó, thiết bị nhằm thực hiện yêu cầu này được gọi là thiết bị trao đổi nhiệt. Chất lỏng hay chất khí tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt được gọi là chất mang nhiệt hay môi chất. Quá trình làm nóng hay làm lạnh môi chất phụ thuộc rất nhiều vào việc tính toán, lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt sao cho phù hợp với mục đích sử dụng. Trong môn học “ Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt ” dưới sự giảng dạy và hướng dẫn của “ T.S Trần Đại Tiến ”. Tôi được giao bài tập lớn về tính toán và thiết kế thiết bị ống lồng ống để làm nóng nước bằng hơi bảo hòa ngoài ra còn có phần tinh toán chọn bơm cho hệ thống . Bài tập thiết kế này rất bổ ích đối với chúng ,cho chúng ta thấy được quy trình để thiết kế một thiết bị và từ một thiết bị đó chúng ta vận dụng để thiết kế những thiết bị khác,chúng ta có thể so sánh nó với các thiết bị trên thi trường hiện nay và từ đó để có xu hướng thiết kế những thiết bị phục vục đúng nhu cầu của việc sử dụng. Page 2 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH Tôi chân thành cảm ơn giảng viên phụ trác“Trần Đại Tiến ”hướng dẫn tôi làm bài báo cáo này. Báo cáo này chắc không thể tránh khỏi những thiếu xót. Tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ giảng viên để báo cáo này được hoàn thiện hơn. Tác giả Trương Minh Quỳnh Page 3 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH Chương I : Tổng Quan Về Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt I. Định Nghĩa . Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị trong đó thực hiện sự trao đổi nhiệt giữa chất cần gia công với chất mang nhiệt hoặc lạnh. Chất mạng nhiệt hoặc lạnh được gọi chung là môi chất có nhiệt độ cao hơn thấp hơn nhiệt độ chất gia công, dùng để nung nóng hoặc làm nguộ chất gia công . Chất gia công và môi chất thường là ở pha lỏng hoặc hơi, gọi chung là chất lỏng. Các chất này có nhiệt độ khác nhau. II. Phân Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt : 1. Phân Loại Theo Nguyên Lý Làm Việc Của Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt : a. Thiết bị trao đổi nhiệt tiếp xúc ( hay hỗn hợp ) b. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng hồi nhiệt ví dụ : bộ sấy không khí quay trong lò hơi nhà máy nhiệt điện . c. Thiết bị trao đổi nhiệt vách ngăn d. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt 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 b) Sơ đồ song song ngược chiều c) Sơ đồ song song đổi chiều d) Sơ đồ giao nhau 1 lần e) Sơ đồ giao nhau nhiều lần. 3. Phận Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Theo Thời Gian : Phân làm 2 loại - Thiết bị liên tục : Như bình ngưng , calorifer Page 4 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH - Thiết bị làm việc theo chu kỳ : như nồi thanh trùng , thiết bị sấy theo mẻ 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 III. Cấu tao , nguyên lí làm việc ,ưu nhược điểm của một số thiết bị trao đổi nhiệt : 1. Loại võ bọc : a. Cấu tạo Hình1: thiết bị võ bọc b. Nguyên lí hoạt động: • Quá trình truyền chất tải nhiệt sẽ được đưavào khoảng trống giữa hai lớp vỏ để thực hiện đun nóng hay làm nguội. • Chiều cao của vỏ ngoài không được thấp hơn mực chất lỏng trong thiết bị. • Để tăng hiệu suất truyền nhiệt người ta thường đặt thêm cánh khuấy. c. Ưu , nhược điểm: - Ưu điểm : Chế tạo đơn giản, dễ vận hành,dễ bảo dưỡng sửa chữa Page 5 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH - Nhược điểm :Hệ số truyền nhiệt không cao,thiêt bị cồng kềnh 2. Dạng ống xoắn: a. Cấu tạo: Hình 2:Thiết bị dạng ống xoắn b. Nguyên lí hoạt động: - Khi làm việc thì một môi chất đi ngoài ống, còn môi chất kia đi trong ống. Chất lỏng đi trong ống thì phải đi từ dưới lên, hơi nướcdùng trong truyền nhiệt thì phải đi từ trên xuống. c. Ưu nhược điểm: - Ưu điểm : tạo bề mặt trao đổi nhiệt lớn - Nhược điểm : chế tạo phức tạp, hệ số truyền nhiệt nhỏ, khó làm sạch phía trong ống 3. Loại ống tưới a. Nguyên lí làm việc: - Chất lỏng tưới bên ngoài thường là nước, chảy lần lượt từ ống trên xuống ống dưới rồi chảy vào máng. - Mật độ tưới khoảng 200 -1500 l/h/1m chiều dài của ống tưới dãy trên cùng. - Chất tải nhiệt sẽ đi bên trong các ống b. Ưu ,nhược điểm,ứng dụng : • Ưu điểm: - Lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ làmsạch bề mặt ngoài, dễ thay thế, sửa chữa • nhược điểm: - Cồng kềnh, lượng nước không được tưới đều trên bề mặt ống Page 6 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH • ứng dụng : - Thường dùng làm thiết bị làm lạnh và ngưng tụ 4. Dạng ống chùm: a. Cấu tạo : - Có vỏ hình trụ, bên trong lắp các ống traođổi nhiệt. - Trên vỏ và nắp thiết bị có các cửa để dẫn chất tải nhiệt vào và ra. - Các ống trao đổi nhiệt bên trong có thể bố trí theo hình lục giác đều, hình tròn đồng tâm, hình vuông Hình 3 :thiết bị dạng ống chùm b. Nguyên lí hoạt động: - Hai môi chất trao đổi nhiệt với nhau thông qua vách ống. - Môi chất lỏng thường đi trong ống, môi chất khí và hơi đi ngoài ống. Môi chấtnóng cũng thường được bố trí đi trong ống. c. Ưu,nhược điểm, ứng dụng : • Ưu điểm: - Kết cấu gọn, chắc chắn, công nghệ chế tạo không phức tạp, bề mặt truyền nhiệt lớn, dễ vệ sinh, sửa chữa. • Nhược điểm: - Khó chế tạo bằng vật liệu dòn, giá thành cao. • Ứng dụng: Page 7 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH - Dùng làm bình ngưng tụ và hơi môi chất, bình bốc hơi cho máylạnh làm bình quá lạnh 5. Dạng tấm: a. Cấu tạo: - Có thành phần cơ bản là các tấm trao đổi nhiệt cơ bản. - Bề mặt gồm nhiều tấm xếp lên một khung đỡ, bên trong có các khe rãnh để lưu chất chuyển động. - Vật liệu thường là thép không gỉ, nhôm… Hình 4 :thiết bị dạng tấm b. Nguyên lý hoạt động: - Khi chất lỏng lưu động qua các khe rãnh, môi chất sẽ chuyển động dưới dạng màng mỏng nên tạo ra hệ số trao đổi nhiệt rất cao tạo điều kiện tốt để đốt nóng hay làm lạnh môi chất. - Các tấm thường đặt song song với nhau tạo ra các khỏang không gian hẹp tạo nên các kênh dẫn riêng biệt cho các môi chất khác nhau c. Ưu Nhược điểm: • Ưu điểm: - Đảm bảo hệ số truyền nhiệt cao với hiệu sốtrở kháng thủy lực thấp - Thiết bị gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp - Làm việc đáng tin cậy, không bị rò rỉ - Kết hợp hài hòa giữa lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị Page 8 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH • Nhược điểm : - Chế tạo các tấm truyền nhiệt thường phải qua xử lý nhiệt và gia công phức tạp  Trong bài tập thiết kế này thì em chọn thiết kế thiết bị dạng ống lồng ống : a. Cấu tạo : Hình 5 :thiết bị ống lồng ống - Một ống có đường kính lớn bọc một hoặc nhiều ống nhỏ bên trong hoặc gồm nhiều ống nối tiếp với nhau, mỗi đoạn có hai đoạn ống lồng vào nhau. - Ống trong có thể trơn hoặc có cánh dọc theo chiều dài của ống. b. Nguyên lí hoạt động: - Chất tải nhiệt một đi giữa hai ống, chất tải nhiệt hai đi trong ống trong. - Chuyển động của môi chất thường được bố trí ngược chiều nhau c. Ưu, nhược điểm ,ứng dụng: • Ưu điểm: - Có hệ số truyền nhiệt lớn, dễ điều chỉnh tốc độ chảy của môi chất chế tạo đơn giản. • Nhược điểm: - Cồng kềnh, giá thành cao, khó vệ sinh, khó sửa chữa. • ứng dụng : - Dùng để ngưng tụ hoặc bay hơi môi chất lạnh, làm quá lạnh môi chất lạnh ở thể lỏng Page 9 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH - Hay dùng đun nóng nước,làm mát dầu… Chương II : Tính toán thiết kế thiết bị I. Các thông số ban đầu : Nhiệt độ hơi vào : 135 0 C Nhiệt độ nước vào : 20 0 C Nhiệt độ nước ra : 90 0 C Lưu lượng nước : 7000 kg/h II. Tính toán : (thiết kế thiết bị ngưng tụ ống lồng ống )  Nhiệt do nước thu vào: . .Q m C t = ∆ Trong đó : :m khối lượng của nước (kg) C : nhiệt dung riêng của nước (C = 1kcal/kgđộ = 4,186 kj/kgđộ) :t ∆ độ chênh lệch nhiệt độ nước ra và vào (độ C) 7000.1.(90 20) 490000( / )Q kcal h = − =  Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị Ta có : . . tb Q F k t = ∆ Trong đó : k : hệ số truyền nhiệt F : diện tích trao đổi nhiệt : tb t ∆ độ chênh lệch nhiệt trung bình Page 10 [...]... Sơn Kỹ Thuật Nhiệt Nhà Xuất Bản Khoa Học Kĩ Thuật (2*): Tác giả - Hoàng Đình Tín Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Nhà Xuất Bản Khoa Học (3*): Tác giả - Nguyễn Đức Lợi Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Lạnh Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội (4*): PGS.TS.Hoàng Văn Quý – GS.TS.Nguyễn Cảnh Cầm Bài Tập Thủy Lực Page 26 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH Nhà Xuất Bản Xây Dựng... chỉnh nhiệt độ (ε ∆t = 0,97 ÷ 0, 99) Chọn ε ∆t = 0,98 Hình 8:biểu diễn quá trình biến đổi nhiệt độ ∆tbnc = t  ∆max −∆min t t 115 −45 = =74, 60 C ∆max t 115 ln ln 45 ∆min t ∆ttb = 0, 98.74, 6 = 73,1080 C Vì chọn thiết bị dạng ống lồng ống : Ta có : k = 300 ÷ 1200 (kcal/hm2độ) chọn k = 1000 (kcal/hm2độ)  F= Q 490000 = = 6, 7( m 2 ) k ∆t 1000.73,108 Giả sử chọn thiết bị có hai hành trình như hình vẽ :... T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH Hình 7 :thiết bi ống lồng ống Chọn ống thép inox: d t = 22mm d n = 27mm L = (2 ÷ 5)m chọn L = 2m Hình 8:hình biễu diễn ống của thiết bị  Số ống trong thiết bị : Ta có : F = n.d n L.π  n= F 6, 7 = = 39, 5 (ống) chọn n=40 (ống) L.π.d n 2.π.0, 027 , Chọn hai hành trình : suy ra n = n 40 = = 20 (ống) 2 2  Hệ số truyền nhiệt kt (tính theo vách phẳng) Page 12 GVHD... 705.3,14.0,12 2 Kích thướt Miệng ra môi chất lỏng: Có kích thướt bằng kích thướt đường ống dẫn lỏng: Chọn : ω = 1(m/s) (ω = 0.5 ÷ 2m/s, đối với nước) ρ = 1000 (kg/m3 m = 0.2638(kg/s) dT = 4.0, 2638 = 0, 01833(m) = 18, 33( mm) 1000.3,14.1 Chọn dt = 19(mm) khi đó : ω= 4m 4.0, 2638 = 0,93(m / s ) 2 = ρ π dT 1000.3,14.0, 0192 3 Chọn đường ống nối từ bơm đến đầu vào của thiết bị : Ta có : d= 4.G ρ π ω Page 17... góc cần tính tổn thất cục bộ r/R =25/172,5 = 0,145 tra bảng ta thấy: ξ c (900 ) = 0,134  ξc (180 ) = 0,134 0 180 = 0, 268 90 Và ω = 1 (m/s) ∆P 5 = ξc1800 c ρ.ω2 2 985, 65.12 = 0, 268 =132( Pa) 2  Tổng tổn thất cục bộ là: ∆ c =∆ c1 +∆ c 2 +∆ c 3 +∆ c 4 +∆ c 5 P P P P P P = 733 + 246, 4 + 25,8 + 62 +132 = 1199, 2( Pa)  Vậy: Tổng tổn thất của thiết bị là: ΔP = ΔPms + ΔPcb = 585,84+1199,2 = 1785,04(Pa)... nên chọn a = 1,13 ) D =1,13 20.(1, 5.0, 027) 2 = 228,825(mm) chọn D = 230( mm) 0,8  Tính toán miệng vào và ra của hơi: 1 Miệng vào của hơi môi chất: Chọn: ω = 20(m/s) (đối với hơi bảo hòa) r = 2159,65(kj/kg) Q = 490000 (kcal/h) Mặt khác: lưu lượng hơi qua thiết bị là: Từ công thức: Q = m.r => m = 490000.4,186 Q = 0, 2638(kg / s) = 2159, 65.3600 r Ta có : dT = 4m ρ *π *ω (3*) Trong đó: m: khối lượng... d1 230 = = 4, 6 d 2 50 Tra bảng ta được: (4*) ζc = 0.25 ρ.ω2 ∆Pc 2 = ξc 2 985, 65.12  ∆Pc 2 = 0, 25 = 123, 2( Pa ) 2 Vì có hai hành trình: ∆Pc 2 = 2.123, 2 = 246, 4( Pa)  Tại vị trí thu hẹp đột ngột: Hình 11:biểu diễn vi trí thu hẹp đột ngột Ta có: π d12 π 0, 232 f1 = = = 0, 0415(m 2 ) 4 4 f2 = π d 22 π 0, 022 2.20 = = 0, 0076(m 2 ) 4 4 f1 0.0076 = = 0,18 f 2 0.0415 Tra bảng ta được: ξ = 0, 4 (4*)... 2187, 44 (w/m2.độ) λ dt 0, 022 =1881(kcal/hm2.độ) ⇒KT = 1 1 0, 0025 1 + +(0, 3.10 −3 ) + 13240 43 1881 =1035, 95 (kcal/hm2.độ) Sai số : K − KT 1000 −1035, 95 100 = 100% = 3, 595% < 5% K 1000 Chi tiết thiết bị : Chọn chiều dài L = 2m Một hành trình 20 ống Chọn 2 hành trình Đường kính lớn của ống bọc D  Tính D: Page 15 Đạt yêu cầu GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN D = a SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH n.t 2 k Trong đó... Raynoon: Re =  ξ= ω.dt 0, 2557.0, 022 = =10880, 85 > 2030 chảy rối ν 0, 517.10−6 1 1 = = 0,1 2 (1,821.lg Re − 1, 64) (1,1821.lg10880,85 −1, 64) 2  ∆PM = 0,1 2 0, 2557 2 985, 65 = 292.92( Pa) 0, 022 2 Vì thiết bị chọn hai hành trình nên ∑∆P M = 2.∆PM = 2.292, 92 = 585,84( Pa) 2) Trở kháng cục bộ:  Tổn thất tại vị trí chuyển tiếp mở rộng : ( có hai vị trí) Hình 9: biểu diễn đoạn ống loe 2 ρ ω2 ∆Pc1 = ζ c1... α n Với : δ = 0,3.10−3 m2.h.độ/kcal λ cc Chọn vật liệu ống thép : λ = 50 N/m2 độ =( 43 kcal/h.m2 độ)  Tính α h : Ta có : α h = 0, 72 4 ρ g r.λ 3 ν d (tS − tW ) (w/m2.độ) (1*) Với ts = tk = 1350C (tra bảng thông số của hơi trên đường bảo hòa bảo hòa ) r = 2159, 65( kj / kg ) λ = 0, 6855(w / m0C ) ρ = 930, 45( kg / m3 ) ν = 0, 225.10−6 (m 2 / s) tS − tW = ∆t = (5 ÷ 10)0 C Chọn ∆t = 50 C d = d n = 27mm . : TS. Trần Đại Tiến SINH VIÊN : Trương Minh Quỳnh MSSV : 50131302 LỚP : 50NL Page 1 NhaTrang,ngày 8 tháng 1 năm 2011 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH LỜI NÓI ĐẦU Trong đời sống. góp từ giảng viên để báo cáo này được hoàn thiện hơn. Tác giả Trương Minh Quỳnh Page 3 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH Chương I : Tổng Quan Về Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt I. Định. những thiết bị phục vục đúng nhu cầu của việc sử dụng. Page 2 GVHD : T.S TRẦN ĐẠI TIẾN SV : TRƯƠNG MINH QUỲNH Tôi chân thành cảm ơn giảng viên phụ trác“Trần Đại Tiến ”hướng dẫn tôi làm bài báo cáo

Ngày đăng: 11/05/2015, 15:18

Xem thêm: bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt [link tải bản vẽ dưới phần mô tả], bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt [link tải bản vẽ dưới phần mô tả]

bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt [link tải bản vẽ dưới phần mô tả]

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan