thiết bị trao đổi nhiệt

36 13 0
  • Loading ...
1/36 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 14/04/2018, 17:39

I. Đặt vấn đềTrong ngành công nghệ hóa học, thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều quá trình như hấp thu, chưng cất, chế biến khí…Thiết bị trao đổi nhiệt là những thiết bị (cụm thiết bị) được dùng để trao đổi nhiệt giữa hai dòng quá trình (process stream), hoặc giữa dòng quá trình và dòng hữu ích (utility stream) (có thể là nước, không khí hoặc một loại môi chất lạnh nào đó), hoặc để đun nóng (hay làm nguội) một dòng quá trình đơn giản nào đó. Thiết bị trao đổi nhiệt được mô phỏng trong PROII sử dụng một trong 4 dạng cơ bản sau: Thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản (Simple HX)Thiết bị trao đổi nhiệt phức tạp (Rigorous HX)Thiết bị trao đổi nhiệt đa dòng (LNG HX)Thiết bị trao đổi nhiệt dùng không khí làm mát (Air Cooled HX).Mục tiêu của báo cáo là phân tích ứng dụng của thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản trong các trường hợp cụ thể, từ đó đề ra phương pháp sử dụng thiết bị trong thực tế.II. Giới thiệu chung1 Thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản (Simple HX)Thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản trong PROII được dùng để mô phỏng sự truyềnnhiệt giữa hai dòng quá trình, giữa dòng quá trình và dòng chức năng, hoặc để đun nóng hay làm nguội một dòng quá trình đơn giản nào đó. Thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản không đánh giá các thông số phức tạp, như độ tổn thất áp suất, hệ số truyền nhiệt phía ống và phía vỏ, …Phương trình truyền nhiệt cơ bản: (2.1)Trong đó:Q : năng suất nhiệt tổng cộng , WhUom : hệ số truyền nhiệt tổng quát trung bình , Wh.m2.KAom : diện tích bề mặt truyền nhiệt , m2ΔTm : chênh lệch nhiệt độ trung bình , KKhi có sự trao đổi nhiệt giữa hai dòng chuyển động ngược chiều thì ΔTm trở thành: (2.2)Nếu 2 dòng chuyển động xuôi chiều thì ΔTm trở thành: (2.3) Ngoài ra, khi thực hiện qúa trình trao đổi nhiệt, theo định luật bảo toàn năng lượng thì: Trong đó: Q1 là nhiệt lượng do dòng nóng tỏa ra ; WhQ2 là nhiệt lượng do dòng lạnh thu vào ; WhQ là nhiệt lượng trao đổi tổng; Wh2 Thiết bị trao đổi nhiệt phức tạp (Rigorous HX)a) Giới thiệu:Rigorous HX dùng để mô phỏng hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt vỏ ống khi xử lý với dòng một pha:dòng hơi hoặc lỏng.Tuy nhiên, các cân bằng pha giữa lỏnghơi (hai pha) hay hơilỏnglỏng (ba pha) cũng được hỗ trợ. Ở đây, hệ số truyền nhiệt vỏống, độ hụt áp suất và các yếu tố gây cáu bẩn cũng được xét đến.Hệ thống thiết bị có thể có nhiều vỏ được sắp xếp nối tiếp, song song hoặc vừa nốitiếpsong song. Tất cả vỏ đều có hình dạng giống nhau.b ) Tính toán truyền nhiệtHệ số truyền nhiệt của hai pha có thể được xác định bằng một trong hai phương pháp:Phương pháp Modified Chen Vaporization.Phương pháp HEX5.Trong đó, phương pháp Modified Chen Vaporization được PROII sử dụng.Phía vỏ:Hệ số truyền nhiệt được tính theo các quan hệ: Trong đó:W=lưu lượng khối lượng dòng chảy trong vỏL=chiều dài đặc trưng của vỏ.C=nhiệt dung riêng củalưu chất.F=độ rỗng của vỏ.Ds=đường kính trong của vỏ.Lb=khoảng cách mỗi vách ngăn trong vỏ.μb= độ nhớt tại nhiệt độ trung bình.k= hệ số dẫn nhiệt của vỏ.Hideal=hệ số truyền nhiệt chung của vỏ trong trường hợp lý tưởng không rò rỉ.Để tính h khi kể đến sự rò rỉ dòng chảy thì phải theo phương pháp BellDelaware với các hệ số hiệu chính:h=hidealJc.Jl.Jb.JsJrVới: Jc= hệ số hiệu chỉnh đối với khoảng cách giữa các tấm ngăn.Jl= hệ số hiệu chỉnh đối với sự rò rỉ ở tấm ngăn.Jb= hệ số hiệu chỉnh khi dòng chảy chảy qua các chặng của chùm ốngJs= hệ số hiệu chỉnh đối với khoảng cách tấm ngăn phía trong và ngoài vỏJr= hệ số hiệu chỉnh đối với sự tổ hợp các vec tơ gradient nhiệt.Phía ống:Đối với dòng chảy tầng trong ống tròn, hệ số truyền nhiệt của ống xác định theophương trình SiederTate : Trong đó:μw: độ nhớt lưu chất tại nhiệt độ thành ống.L: chiều dài ống.D: đường kính hiệu dụng của ống.W: lưu lượng khối lượng của dòng trong ống.c)Yếu tố bẩn do cáu cặn (fouling factors):Trong hầu hết các thiết bị trao đổi nhiệt, lớp cáu cặn khi thành ống bị bào mòn hoặc bị các hydrat của dòng chảy bám vào sẽ ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt (tạo ra nhiệt trở) cũng như tổn thất áp suất (tạo ra trở áp). Nhiệt trở này không thể tính chính xác bằng phương pháp phân tích được mà phải dựa vào các thiết bị tiêu chuẩn mà suy ra, ví dụ trong Perry’s handbook . Đối với trở áp, ProII có thể xác định khi người dùng cung cấp bề dày của lớp cặn.3 Thiết bị trao đổi nhiệt đa dòng (LNG HX)Thiết bị trao đổi nhiệt đa dòng dùng để mô phỏng quá trình trao đổi nhiệt giữa một số dòng nóng và một số dòng lạnh xác định. Thiết bị được chia thành các vùng nhỏ hơn để thực hiện trao đổi nhiệt, được gọi là cell. Nguyên tắc làm việc của thiết bị này dựa theo định luật bảo toàn năng lượng: Trong đó:Q1: nhiệt lượng do tất cả các dòng nóng tỏa ra (được quy ước là âm); WhQ2: nhiệt lượng do tất cả các dòng lạnh thu vào (được quy ước là dương); WhQ: nhiệt lượng trao đổi tổng cộng giữa các cell; WhĐối với LNG HX, cần có ít nhất một cell thực hiện quá trình làm nguội (đối với hot stream, tương ứng là hot type) và một cell thực hiện quá trình đun nóng (đối với coldstream, tương ứng là cold type).Có ít nhất một cell sẽ không có khai báo thông số sản phẩm (với LNG HX đó là năng suất trao đổi nhiệt của cell đó hoặc nhiệt độ dòng sản phẩm). Điều này có thể giải thích như sau: giả sử có n cell bất kì, các thông số sản phẩm hoặc năng suất nhiệt của (n1) cell đa được khai báo; trên cơ sở đó, theo nguyên tắc bảo toàn năng lượng trên thì năng suất nhiệt của cell còn lại đa được tính và do đó, bài toán trở về dạng cho biết duty của thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản, nên dĩ nhiên cell này không cần phải khai báo thông số sản phẩm nữa. Giáo viên hướng dẫn : Trịnh Hoài Thanh Nhóm (chiều thứ 6) : SVTH : 1.Hoàng Ngọc Thạch 2.Phan Trung Thành 3.Phạm Văn Dương Lâm 4.Đinh Thanh Hà 5.Trương Thiên Vũ 6.Võ Ngọc Trường 7.Nguyễn Quang Tuyến 60602271 60602229 60601213 60600567 60603093 60602752 60602849 NỘI DUNG  PHẦN : ĐẶT VẤN ĐỀ  PHẦN : VÍ DỤ CỤ THỂ  PHẦN : ỨNG DỤNG Phần : Đặt vấn đề   Trong ngành công nghệ hóa học, thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị sử dụng rộng rãi nhiều trình hấp thu, chưng cất, chế biến khí… Thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị (cụm thiết bị) dùng để trao đổi nhiệt hai dòng trình (process stream), dòng q trình dòng hữu ích (utility stream) (có thể nước, khơng khí loại mơi chất lạnh đó), để đun nóng (hay làm nguội) dòng q trình đơn giản  Thiết bị trao đổi nhiệt mô PRO/II : Simple HX Rigorous HX LNG HX Air Cooled HX Mục tiêu phân tích ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản, từ đề phương pháp sử dụng thiết bị thực tế Phần : Ví dụ cụ thể  Bài tốn ví dụ: Sử dụng thiết bị phản ứng chuyển đổi (Conversion Reactor), với thiết bị trao đổi nhiệt đơn giản (Simple HX) phận điều khiển (Controllers) Ta có dòng nhập liệu 390F 390 psia với thành phần tốc độ dòng thành phần trình bày bảng sau: Thành phần H2 N2 CO CO2 Tốc độ, lbmol/h 10.000 5.000 50 Để loại bỏ CO CO2 khỏi dòng nhập liệu người ta sử dụng phản ứng metan hóa sau: 4H2 + CO2 ↔ CH4 + 2H2O 3H2 + CO ↔ CH4 + H2O Sau dòng sản phẩm sau phản ứng làm mát tới 25oF cách dùng NH3 -25oF 20 psia Vì phản ứng metan hóa phản ứng tỏa nhiệt, nên dòng sản phẩm sau phản ứng thường đem trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu ban đầu thiết bị trao đổi nhiệt E1 trước trao đổi nhiệt với dòng NH3 thiết bị trao đổi nhiệt E2 -25oF 20 psia Dòng nhập liệu H2 10000 Lb-Mol/Hr N2 5000 CO 50 CO2 CH4 NH3 H2O Nhiệt độ 39 F Áp suất 390 Psia Sản phẩm Nhiệt độ 25 Càng CO CO2 tốt Dòng NH3 bổ sung vào thiết bị trao đổi nhiệt E2 -25 oF 20 Psia Áp suất giảm bên thiết bị trao đổi nhiệt/phản ứng Psia Nhiệt độ tăng thiết bị phản ứng 10oF F B1: Nhập cấu tử B2: Nhập hàm nhiệt động B3: Vẽ mô B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt E2 B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt E2 B4: Nhập thơng số đầu vào cho dòng S6 B4: Nhập thơng số đầu vào cho dòng S6 B4: Nhập thơng số đầu vào cho dòng S6 B4: Nhập thơng số đầu vào cho phận điều khiển B4: Nhập thông số đầu vào cho phận điều khiển B4: Nhập thông số đầu vào cho phận điều khiển B4: Nhập thông số đầu vào cho phận điều khiển B5: Chạy mô B6: Xuất kết B6: Xuất kết Phần : Ứng dụng Đun nóng (hay làm nguội) dòng :  Hot (Cold) product temperature  Duty (Overall exchanger)  Hot (Cold) liquid fraction  Hot (Cold) side temperature drop below bubble point Hot (Cold) side temperature rise above dew point   Trao đổi nhiệt hai dòng: Tương tự dòng chiều, ứng dụng cụ thể thiết bị trao đổi nhiệt miêu tả box Specification ... cho thiết bị trao đổi nhiệt E1 B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt E1 B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt E1 B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt. .. cho thiết bị trao đổi nhiệt E2 B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt E2 B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt E2 B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt. .. cơng nghệ hóa học, thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị sử dụng rộng rãi nhiều trình hấp thu, chưng cất, chế biến khí… Thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị (cụm thiết bị) dùng để trao đổi nhiệt hai dòng
- Xem thêm -

Xem thêm: thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt, Phần 2 : Ví dụ cụ thể, B4: Nhập thông số đầu vào cho dòng S1, B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt E1, B4: Nhập thông số đầu vào cho thiết bị trao đổi nhiệt E2, B4: Nhập thông số đầu vào cho dòng S6, B4: Nhập thông số đầu vào cho bộ phận điều khiển

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay