Trong công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp hóa chất và dầu khí, thiết bị trao đổi nhiệt có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc tăng, giảm hoặc duy trì nhiệt độ các dòng công nghệ ở giá trị thích hợp. Bởi trong công nghiệp hóa học nhiều quá trình cần được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ xác định thì hiệu quả của quá trình và chất lượng sản phẩm mới đảm bảo. Và các thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệm vụ thực hiện các quá trình đun nóng, làm nguội hoặc làm lạnh. Ngoài ra, thiết bị trao đổi nhiệt còn góp phần trực tiếp hoặc gián tiếp giảm chi phí vận hành của nhà máy nhờ khả năng tận dụng nhiệt thừa từ các quá trình công nghệ, từ đó giảm tiêu hao năng lượng chung của toàn nhà máy. Thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trò lớn như vậy nên để tính toán, thiết kế một thiết bị trao đổi nhiệt đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu công nghệ của dây chuyền và đạt hiệu quả cao là rất cần thiết. Vì vậy, trên cơ sở những kiến thức đã học được trong chương trình đào tạo kỹ sư máy hóa, em thực hiện đề tài tốt nghiệp: nghiên cứu, ứng dụng tiêu chuẩn TEMA và phần mềm aspen để cải tiến phương pháp tính toán, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm là thiết bị phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Mặc dù đã cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn hẹp và chưa có kinh nghiệm thực tế nên đồ án của em còn nhiều sai sót và hạn chế. Em rất mong nhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Giới thiệu
Thiết bị trao đổi nhiệt là công cụ quan trọng trong kỹ thuật, dùng để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất tải nhiệt có nhiệt độ khác nhau Chúng có cấu tạo đa dạng, tùy thuộc vào công nghệ sản xuất Dựa vào nguyên lý làm việc, thiết bị trao đổi nhiệt được phân chia thành các loại chính khác nhau, phản ánh vai trò thiết yếu của chúng trong các quy trình công nghệ.
Thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp là loại thiết bị dùng để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa hai lưu thể có khả năng trộn lẫn, từ đó tạo ra một hỗn hợp đồng nhất.
Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp hoạt động khác biệt so với thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp, khi mà quá trình trao đổi nhiệt diễn ra giữa hai lưu thể thông qua một bề mặt trung gian Trong thiết bị này, các lưu thể có nhiệt độ khác nhau di chuyển trong các không gian riêng biệt, được tách biệt bởi bề mặt truyền nhiệt.
Thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt sử dụng chất đệm, có thể là kim loại hoặc phi kim loại, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này là chất tải nhiệt có nhiệt độ cao đi qua để làm nóng chất đệm, sau đó chất tải nhiệt có nhiệt độ thấp sẽ được làm nóng nhờ vào nhiệt độ của chất đệm Thiết bị này chủ yếu được sử dụng để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất khí.
Trong các loại thiết bị trao đổi nhiệt, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng, vì vậy việc lựa chọn phụ thuộc vào công nghệ sản xuất Thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp hiện nay là phổ biến nhất, với đa dạng chủng loại và khả năng đảm bảo độ kín tuyệt đối giữa hai chất Điều này giúp các chất giữ được độ tinh khiết và an toàn, dẫn đến việc chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều công nghệ khác nhau.
Tổng quan về thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp
1.2.1 Giới thiệu Ở thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp, dòng lưu thể nóng truyền nhiệt cho dòng lưu thể lạnh qua bề mặt vách ngăn Tùy theo hình dạng của vách ngăn mà ta có thể chia thiết bị trao đổi nhiệt ra thành các loại:
- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm: bề mặt truyền nhiệt là những tấm phẳng
- Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống: bề mặt truyền nhiệt là các ống trơn Trên thực thế ta thường gặp loại này
- Thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặt mở rộng: bề mặt truyền nhiệtlà các tấm hoặc ống có các gân, cánh để tăng cường bề mặt truyền nhiệt
Sau đây, ta sẽ đi tìm hiểu một số thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp điển hình nhất
1.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống
Thiết bị truyền nhiệt loại ống lồng ống bao gồm nhiều đoạn nối tiếp, mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau Ống trong của đoạn này được kết nối với ống trong của đoạn khác, trong khi ống ngoài của đoạn này nối thông với ống ngoài của đoạn tiếp theo Để thuận tiện cho việc thay thế và vệ sinh, các ống được kết nối bằng khửu 3 và ống nối 4 có mặt bích Ống 2 được hàn kín với ống 1 bằng mối hàn, như minh họa trong Hình 1.1.
Hình 1.1.Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống
1- ống ngoài; 2- ống trong; 3- cút ống trong; 4- mặt bích
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là chất tải nhiệt II di chuyển trong ống ngoài từ dưới lên, trong khi chất tải nhiệt I di chuyển trong ống trong từ trên xuống Để đạt năng suất lớn, nhiều dãy ống được bố trí song song Hệ thống này có ưu điểm là hệ số truyền nhiệt cao nhờ khả năng tạo ra vận tốc lớn cho cả hai chất tải nhiệt, đồng thời có cấu tạo đơn giản.
Nhược Điểm: Cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều kim loại, khó làm sạch giữa
1.2.3 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn ruột gà Đây là thiết bị truyền nhiệt được ứng dụng sớm nhất trong công nghiệp Cấu tạo của thiết bị gồm hai phần chính là ống xoắn và thân thiết bị (Hình 1.2) Lưu thể G1 đi trong ống từ trên xuống, còn lưu thể G2 đi ngoài ống
Hình 1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà
Thành ống xoắn là bề mặt truyền nhiệt, vì vậy vật liệu chế tạo ống xoắn cần có hệ số dẫn nhiệt lớn, thường là đồng, nhôm hoặc thép Thân thiết bị thường có dạng hình trụ kín hoặc hở, với vật liệu chủ yếu là thép Đối với thiết bị nhỏ, thân là đoạn ống thép có đường kính và chiều dày phù hợp, trong khi thiết bị lớn thường sử dụng thép tấm cuộn lại Ống xoắn ruột gà được gia công từ các loại ống đồng, ống nhôm hoặc ống thép có kích thước tiêu chuẩn hóa.
Hình 1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn thường gặp
1- cửa vào dung dịch; 2- nắp; 3- thân; 4- ống xoắn ruột gà
5,8- cửa vào, ra chất tải nhiệt; 6- cửa ra dung dịch; 7- đáy; 9- giá treo
Trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm, thiết bị ống xoắn thường được sử dụng trong các nồi nấu hoặc thiết bị lên men, với hình dạng chủ yếu là hình trụ thẳng đứng Khi thiết bị hoạt động, hơi nước nóng vào qua cửa 8 và nước ngưng thoát ra qua cửa 5, cho phép quá trình diễn ra theo cách gián đoạn hoặc liên tục Để làm nguội dung dịch, nước lạnh được dẫn qua ống xoắn Ống xoắn được uốn cong từ ống thẳng bằng máy chuyên dụng, và sau khi lắp vào đáy 7, hai đầu vào và ra sẽ được hàn bích nối Nếu số vòng xoắn nhiều, cần thiết phải có giá đỡ để chống đỡ ống xuống đáy Sau khi định vị chính xác, đáy sẽ được lắp vào và hàn lại Ưu điểm của thiết bị này là có bề mặt trao đổi nhiệt lớn, giúp nâng cao hiệu quả trong quá trình truyền nhiệt.
Ống chế tạo phức tạp và có trở lực lớn hơn so với ống thẳng, điều này làm cho việc làm sạch trở nên khó khăn hơn Ngoài ra, hệ số truyền nhiệt của ống này cũng thấp do hệ số cấp nhiệt phía ngoài nhỏ.
1.2.4 Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới Đây cũng là loại thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp qua bề mặt truyền nhiệt Chúng được dùng để thực hiện việc trao đổi nhiệt giữa hai pha: lỏng-khí, lỏng-lỏng, lỏng-hơi ngưng tụ, lỏng-lỏng bay hơi Có thể sử dụng dàn ống trơn hoặc dàn ống có cánh Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới được ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí Dàn ống được chế tạo từ một ống liền nối lại thành hình rắn hoặc từ nhiều ống mà hai đầu hàn vào hai ống góp (Hình 1.4)
Hình 1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt ống tưới với dàn ống trơn a)Dàn ống đơn; b) Dàn ống kép
Dàn ống hình rắn đơn giản nhất là dàn ống đơn, trong khi dàn ống kép phức tạp hơn Quá trình trao đổi nhiệt trong ống có thể diễn ra ở trạng thái chuyển pha hoặc không Lưu thể chảy bên ngoài ống có thể là không khí hoặc chất lỏng, thường là nước, chảy từ ống trên xuống ống dưới rồi vào máng Chất tải nhiệt đi bên trong các ống Trong kỹ thuật lạnh, các dàn ống này được sử dụng để làm lạnh không khí trong phòng lạnh bằng tác nhân bay hơi hoặc dung dịch muối đã được làm lạnh Ưu điểm của dàn ống này là lượng nước làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản và dễ dàng quan sát, làm sạch bên ngoài Nếu nối ống bằng mặt bích, bề mặt trong ống cũng dễ dàng được làm sạch.
Nhược điểm: Thiết bị cồng kềnh, khó tưới đều lượng nước trên bề mặt ống
1.2.5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có cấu trúc đặc biệt, mang lại diện tích trao đổi nhiệt lớn lên đến hàng nghìn mét vuông và hệ số truyền nhiệt cao Chính vì vậy, loại thiết bị này được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm.
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là một trong những thiết bị phổ biến nhất trong ngành công nghiệp, chiếm khoảng 60% tổng số thiết bị trao đổi nhiệt toàn cầu Với khả năng hoạt động ở nhiều điều kiện khác nhau, từ chân không đến siêu cao áp và từ nhiệt độ rất thấp đến rất cao, thiết bị này phù hợp với mọi dạng lưu thể Vật liệu chế tạo thiết bị này linh hoạt, cho phép thiết kế đáp ứng các yêu cầu như độ rung, tính chất lưu thể, và khả năng chống ăn mòn Thiết bị có thể được làm từ kim loại, hợp kim, hoặc vật liệu phi kim, với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m² đến 100.000m² Tuy nhiên, nhược điểm của thiết bị ống chùm là bề mặt trao đổi nhiệt trên một đơn vị thể tích thấp hơn so với các thiết bị hiện đại khác, dẫn đến kích thước lớn hơn khi so sánh cùng một bề mặt trao đổi nhiệt.
Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm bao gồm chùm ống lắp vào vỉ ống, được bọc ngoài bằng vỏ hình trụ và có hai đầu nắp đậy Trong thiết bị có hai không gian riêng biệt: không gian giữa các ống và không gian trong ống Không gian giữa các ống là khoảng trống bên trong vỏ không bị chiếm chỗ, trong khi không gian trong ống bao gồm các phần rỗng bên trong ống và không gian giữa vỉ ống với nắp Mỗi không gian này có một lưu thể chuyển động, và chúng trao đổi nhiệt với nhau qua thành của các ống truyền nhiệt.
Hình 1.5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống cố định
1- nắp; 2- vỉ ống; 3- ống truyền nhiệt; 4,10- cửa thông với không gian giữa các ống; 5- giá; 6- vỏ; 7- nắp; 8,11- cửa thông với không gian trong ống;9- vóng đệm bịt kín
Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm được phân chia thành nhiều dạng khác nhau, với các phương pháp phân loại dựa trên kiểu dáng cấu tạo, dòng chảy trong khoang đầu, hoặc cấu tạo và phân bố dòng chảy trong vỏ Phân loại phổ biến nhất là dựa vào cấu tạo của ba phần: phần đầu, thân, và phần sau theo tiêu chuẩn TEMA, và chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về cách phân loại này ở chương sau Mặc dù có nhiều dạng khác nhau, các bộ phận chính của thiết bị trao đổi nhiệt vẫn có rất ít khác biệt Các bộ phận chính của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm sẽ được mô tả trong các mục sau.
Hình 1.6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỉ ống di động a) Vỏ
Vỏ thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm là bộ phận bên ngoài chứa lưu chất của ống trao đổi nhiệt, thường có tiết diện tròn và được chế tạo từ thép carbon hoặc thép hợp kim Thiết bị này bao gồm phần đầu và phần sau, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất của hệ thống trao đổi nhiệt.
Phần đầu và phần sau của thiết bị trao đổi nhiệt được phân chia thành nhiều loại khác nhau theo tiêu chuẩn TEMA, nối với thân bằng phương pháp hàn hoặc sử dụng bích Phần đầu có chức năng lưu thể trong ống và có thể chia ngăn cho thiết bị chia lối lưu thể Ống trao đổi nhiệt là thành phần chính của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, với bề mặt truyền nhiệt giữa lưu thể bên trong và bên ngoài ống Các ống này được gắn vào vỉ ống bằng phương pháp hàn hoặc nong ống, thường được làm từ thép carbon, đồng, hoặc thép hợp kim, và trong một số trường hợp đặc biệt có thể sử dụng hợp kim Niken, titanium hoặc hợp kim nhôm.
Các phương pháp tính toán thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp
1.3.1 Tính toán theo hiệu số nhiệt độ trung bình logarit ∆T tb
Phương trình tổng quát biểu thị lượng nhiệt truyền qua một bề mặt: [6,387]
Q: Lượng nhiệt trao đổi trong một đơn vị thời gian, W K: Hệ số truyền nhiệt tổng thể, W/m 2 C
F: Bề mặt trao đổi nhiệt, m 2
: Hiệu số trao đổi nhiệt trung bình, C
Do đó, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: tb
(1.2) Hiệu số nhiệt trung bình logarit đối với trường hợp lưu thể xuôi hoặc ngược chiều được tính như sau: [6,391]
Đồ thị nhiệt độ cho thấy sự khác biệt giữa hai dòng chảy xuôi chiều và ngược chiều Đối với trường hợp lưu thể chảy chéo dòng, cần áp dụng hệ số hiệu chỉnh ε Chi tiết về vấn đề này sẽ được trình bày trong chương 3.
Để tính toán, phương pháp này dựa trên các hoạt động thực nghiệm với thiết bị tiêu chuẩn có giá trị thương mại, bao gồm các bước cụ thể như sau:
1) Tính bề mặt truyền nhiệt theo công thức:
Với: pt - bước ống; do- đường kính ngoài ống;
Ds – đường kính trong của vỏ;
LB – khoảng cách giữa các vách ngăn
2) Tính lưu lượng vận tốc bên ngoài ống Gs và vận tốc tuyến tính theo công thức:
Gs – Lưu lượng dòng lỏng phía ngoài ống; ρ- khối lượng riêng của dòng lỏng bên ngoài ống;
3) Tính đường kính tương đương
Với cách bố trí ống kiểu tam giác đều:
5) Từ chuẩn số Reynold vùa tính được, kết hợp với hình 12.29 tìm được giá trị của jh rồi tính hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống hs theo công thức:
Nhiệt độ của tường có thể ước tính theo công thức 12.16 s s u G
6) Với giá trị chuẩn số Re phía ngoài ống, đọc hình 12.30 và tính toán độ giảm áp suất phía ngoài ống bằng công thức:
GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Giới thiệu tiêu chuẩn TEMA
TEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống) đã phát triển các tiêu chuẩn giúp người dùng thiết kế và lắp đặt thiết bị trao đổi nhiệt hình ống Tiêu chuẩn này được xây dựng dựa trên các nguyên tắc kỹ thuật, nghiên cứu và kinh nghiệm trong lĩnh vực sản xuất, thiết kế, lắp đặt và sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống.
Tiêu chuẩn TEMA hiện đang được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu và được các nhà thiết kế ưa chuộng Nhiều công ty thiết kế phần mềm chuyên về thiết bị cũng chọn TEMA làm nền tảng cho các chương trình thiết kế của họ Tiêu chuẩn này không chỉ đảm bảo kiến thức lý thuyết vững chắc mà còn được xây dựng dựa trên nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống của hiệp hội.
Thành phần của TEMA bao gồm thiết kế vỏ, ống, tấm chắn và khe hở Tiêu chuẩn TEMA mô tả chi tiết các thiết bị và phân chia chúng thành ba phần chính: phần đầu, phần thân và phần sau, với mỗi phần được đánh tên bằng các chữ cái tương ứng.
A, B, C… Từ đó, ta sẽ có rất nhiều các phương án để lựa chọn cho thiết bị tùy theo mục đích và yêu cầu khác nhau
Phần đầu được ký hiệu bởi: A,B,C,N,D
Phần thân vỏ được ký hiệu bởi: E,F,G,H,J,K,X Phần sau được ký hiệu bởi: L, M,
Hình 2.1 Ký hiệu các phần của thiết bị theo chuẩn TEMA
Một số thiết bị được thiết kế trên tiêu chuẩn TEMA:
Hình 2.2 Một số thiết bị theo tiêu chuẩn TEMA
Ngoài ra TEMA cũng xếp các thiết bị thành 3 nhóm chính B,C và R:
Nhóm R là nhóm thiết bị thiết yếu trong ngành công nghiệp dầu khí, nổi bật với kích thước và năng suất lớn, hoạt động trong môi trường làm việc khắc nghiệt Chính vì yêu cầu cao về độ bền và tiêu chuẩn chất lượng, giá thành của những thiết bị này cũng tương đối đắt đỏ.
- Nhóm C: là nhóm thiết bị sử dụng nhiều và phổ biến trong các ngành công nghiệp nói chung
- Nhóm B: là nhóm sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất Do đó có nhiều tiêu chuẩn khắt khe hơn nhóm C nhưng chưa bằng nhóm R
Để tính toán và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, chúng ta có thể tham khảo các tiêu chuẩn được đưa ra bởi TEMA Một số tiêu chuẩn quan trọng trong TEMA bao gồm hướng dẫn chi tiết về kích thước, vật liệu và hiệu suất của thiết bị.
TEMA đưa ra bề dầy tối thiểu cho thân thiết bị:
Bảng 2.1.Bề dầy tối thiểu của thân thiết bị loại R theo TEMA Đường kính in (mm)
Bề dầy tối thiểu, in (mm)
Hợp kim Ống Tấm cuộn
Bảng 2.2 Bề dầy tối thiểu của thân thiết bị loại C - B theo TEMA Đường kính in (mm)
Bề dầy tối thiểu, in (mm)
Hợp kim Ống Tấm cuộn
2.1.2 Phần đầu và phần sau
Bề dày tối thiểu của phần đầu và phần sau của thiết bị phải tương đương với bề dày của thân thiết bị Chiều dài của phần đầu và phần sau cần được thiết kế đủ để chứa lưu thể trong ống đổi chiều, với diện tích mặt cắt của dòng lưu thể đổi chiều ít nhất phải gấp 1-1,3 lần diện tích mặt cắt ngang của các ống trong một lối.
Phần sau tự do S sử dụng bích 2 nửa có thể chọn 1 trong 4 kiểu liên kết bích 2 nửa với phần phao tự do sau:
Hình 2.3.Các kiểu liên kết bích 2 nửa của phần sau S
Phần sau tự do P có thể sử dụng với lưu thể có nhiệt độ cao nhất 316 o C (600 o F) và áp suất 2068kPa (300PSI) với liên kết sau:
Hình 2.4 Liên kết phần sau S
Phần sau W sử dụng cho lưu thể có nhiệt độ nhỏ hơn 191 o C (375 o F) và giới hạn áp suất như sau:
Bảng 2.3 Áp suất tối đa cho phép của phần sau W Đường kính trong thiết bị, in(mm) Áp suất tối đa, PSI (kPA)
2.1.3 Ống Ống trao đổi nhiệt được thường chọn theo kích thước tiêu chuẩn theo bề dầy BWG (phụ lục 2) và chiều dài 8ft(2438mm), 10ft(3048), 12ft(3658), 16ft(4877), 20ft(6096mm),…
Bề dầy tối thiểu của vỉ ống:
Bảng 2.4 Bề dầy tối thiểu của vỉ ống Đường kính ống, in (mm) Bề dầy vỉ ống tối thiểu, in (mm)
Khoảng cách tối thiểu giữa hai vách ngăn là 1/5 đường kính trong của vỏ hoặc 2 inch (51mm) Chiều dài tối đa của ống thẳng không cần bố trí vách ngăn được quy định trong bảng dưới đây.
Bảng 2.5 Chiều dài lớn nhất của ống không cần cố định bằng vách ngăn Đường kính ngoài ống
Vật liệu và nhiệt độ tới hạn o F ( o C) Thép carbon; thép hợp kim có độ bền cao, 750(399); thép hợp kim độ bền thấp,850(454); Ni, 850
Bề dầy tối thiểu của vách ngăn phụ thuộc vào khoảng cách vách ngăn:
Bảng 2.6 Bề dầy tối thiểu vách ngăn của thiết bị loại R Đường kính thân, in
Bảng 2.7 Bề dầy tối thiểu vách ngăn của thiết bị loại C - B Đường kính thân, in (mm)
2.1.6 Thanh giữ vách ngăn Để giữ cố định các vách ngăn cần sử dụng ít nhất 4 thanh có đường kính nhỏ nhất là 3/8in (9,5mm) Cụ thể được đưa ra trong bảng sau:
Bảng 2.8 Kích thước tối thiểu thanh giữ vách ngăn của thiết bị loại R Đường kính thân, in(mm) Đường kính thanh, in(mm) Số lượng
Bảng 2.9 Kích thước tối thiểu thanh giữ vách ngăn của thiết bị loại C -B Đường kính thân, in(mm) Đường kính thanh, in(mm) Số lượng
2.1.7 Tấm ngăn giữa thân vỏ
Tấm ngăn giữa thân vỏ đối với các loại thân kiểu F, G, H phải dầy hơn 1/4in (6,4mm) với thép carbon và 1/8in (3,2mm) đối với thép hợp kim
2.1.8 Tấm ngăn chia lối ở phần đầu và phần sau
Bề dầy tấm ngăn chia lối được cho trong bảng:
Bảng 2.10 Bề dầy tấm ngăn chia lối Đường kính thân, in(mm) Bề dầy, in(mm)
Thép carbon Thép hợp kim
2.1.9 Đệm bịt kín Đệm bịt kín thường sử dụng là đệm composite, flexible graphite, ceramic, đệm kim loại rỗng hoặc đặc Đối với các thiết bị hoạt động với áp suất dưới 2068kPa(300psi) thì thường sử dụng đệm composite, còn đối với các thiết bị trên 2068kPa(300psi) hoặc với đầu phao tự do nằm trong thiết bị thì sử dụng đệm kim loại
Bề rộng của đệm cần tuân thủ các quy định cụ thể: đối với đường kính nhỏ hơn 23in (584mm), bề rộng tối thiểu là 3/8in (9,5mm), trong khi đối với đường kính lớn hơn, bề rộng tối thiểu là 1/2in (12,7mm) Ngoài ra, phần liên kết với tấm ngăn chia lối không được nhỏ hơn 1/4in (6,4mm) cho đường kính nhỏ hơn 23in (584mm) và 3/8in (9,5mm) cho đường kính lớn hơn.
2.1.10 Rung động trong thiết bị
Khi thiết kế và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, việc xem xét yếu tố rung động trong quá trình hoạt động là rất quan trọng Sự rung động này thường do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra, và cần được đánh giá kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Ống quá dài mà không có vách ngăn hỗ trợ sẽ dẫn đến biên độ dao động lớn, trong khi ống quá mỏng cũng gây ra sự rung động mạnh.
Để đảm bảo lắp đặt đúng cách, lỗ vách ngăn cần phải lớn hơn đường kính ngoài của ống Nếu khe hở quá lớn, điều này có thể gây ra sự dao động và rung động trong thiết bị Hơn nữa, việc va chạm liên tục giữa mặt ngoài của ống và lỗ vách ngăn có thể dẫn đến mài mòn và thủng ống theo thời gian.
- Vách ngăn phải được lựa chọn phù hợp và cần được cố định chắc chắn với nhau, tránh va đập với thân thiết bị
- Lỗ trên vỉ ống cũng cần phải lưu ý Cần giảm thiểu tối đa khe hở giữa đường kính ngoài ống với lỗ trên vỉ ống
Bố trí ống vào và ra thiết bị cần phải hợp lý để đảm bảo hiệu suất hoạt động Cần tránh vận tốc quá lớn và chú ý đến khoảng cách giữa ống lưu chất vào và bó ống, không nên quá nhỏ Trong một số trường hợp, có thể giảm số lượng ống tại bề mặt lưu chất vào hoặc sử dụng các tấm chắn trước bó ống để tối ưu hóa quá trình.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI ỐNG CHÙM
Trình tự tính toán
Giới thiệu sơ đồ tính toán
Khi thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt cho việc đun nóng hoặc làm nguội sản phẩm trong dây chuyền công nghệ, cần tuân theo các bước cụ thể theo trình tự đã được xác định.
3.2.1 Bước 1: Lựa chọn kiểu thiết bị
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm rất đa dạng và cần tuân thủ tiêu chuẩn TEMA trong quá trình tính toán và thiết kế Tiêu chuẩn TEMA cung cấp bảng cấu tạo cho thiết bị, bao gồm ba phần: phần đầu, phần thân vỏ và phần sau Việc lựa chọn kiểu thiết bị phù hợp tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng bài toán.
Xác định yêu cầu bài toán
Lựa chọn kiểu thiết bị
Lựa chọn chất tải nhiệt
Chọn chế độ thủy động
(trong, ngoài ống ; chiều lưu thể,….)
Tính toán cân bằng nhiệt
Tính hiệu số nhiệt độ trung bình
Giả sử hệ số truyền nhiệt K'
Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt F
Chọn loại ống, kích thước ống và cách sắp xếp
Tính đường kính thiết bị Tính toán hệ số cấp nhiệt đối lưu trong ống
Tính toán hệ số cấp nhiệt đối lưu ngoài ống Tính hệ số truyền nhiệt K
Tính toán tổn thất áp suất
Kiểm tra tổn thất cho phép
Thông số vật lý các lưu thể
Phần đầu thiết bị được ký hiệu bởi các chữ cái: A, B, C, N, D
Hình 0.1 Các phần đầu thiết bị theo TEMA
- Phần đầu A: là phần đầu được sử dụng phổ biến nhất, có nắp bích mù có thể tháo rời để vệ sinh dễ dàng
Phần đầu B là một thiết kế hàn kín, nổi bật với sự đơn giản và dễ chế tạo Loại đầu này không có mặt bích, giúp giảm chi phí và đảm bảo tính kín Tuy nhiên, nhược điểm của nó là khó tháo rời, gây trở ngại trong việc vệ sinh và sửa chữa so với các loại đầu khác.
- Phần đầu C: có nắp bích mù giống đầu A nhưng vỉ ống hàn liền với phần đầu
Có ưu điểm là rẻ và kín nhưng khó vệ sinh ngoài ống
Phần đầu N tương tự như phần đầu C, nhưng cả thân thiết bị và vỉ ống được hàn liền, mang lại ưu điểm là kín và chi phí thấp Tuy nhiên, nhược điểm lớn là không thể tháo lắp để vệ sinh và sửa chữa, dẫn đến việc ít được sử dụng.
Phần đầu D có bề dày lớn và được hàn kín, thích hợp cho các ứng dụng với áp suất cao Tuy nhiên, nhược điểm của nó là chỉ có thể sử dụng cho các lưu thể sạch do việc vệ sinh gặp khó khăn.
Phần thân vỏ được ký hiệu bởi: E,F,G,H,J,K,X
- Thân vỏ E: là loại vỏ đơn giản nhất và phổ biến nhất, lưu thể đi vào một đầu và đi ra ở đầu còn lại
Thân vỏ F được thiết kế với hai khoang nhờ có tấm chắn dọc, cho phép dòng lưu thể đi vào một đầu, chạy dọc theo tấm chắn, sau đó đổi chiều vào khoang thứ hai và thoát ra cùng phía đầu vào Điều này làm tăng gấp đôi đường đi của lưu thể, nhưng cũng dẫn đến tổn thất áp suất cao gấp 8 lần so với thân E Thân vỏ này thích hợp cho các trường hợp mà nhiệt độ của lưu thể lạnh cao hơn nhiệt độ của lưu thể nóng, tương đương với việc kết nối hai thân E lại với nhau.
Thân vỏ G được chia thành hai khoang, với dòng lưu thể đi vào và ra ở giữa vỏ Khi vào khoang, lưu thể được phân chia thành hai phần: một phần hướng trái và một phần hướng phải Sau khi đi qua hai khoang, hai dòng lưu thể này sẽ gộp lại và đi ra ngoài Thiết kế này giúp giảm thiểu tổn thất áp suất của lưu thể bên ngoài ống.
Thân vỏ H được chia thành hai dòng vào và hai dòng ra, với cấu trúc gồm hai khoang Thiết kế của loại thân này tương tự như hai thiết bị làm việc nối tiếp, mang lại hiệu quả tối ưu trong quá trình hoạt động.
Thân vỏ K thường được sử dụng cho các lưu thể có sự thay đổi pha, trong đó dòng vật chất sẽ được đưa vào và gia nhiệt để bay hơi một phần Phần hơi này sẽ thoát ra phía trên.
- Thân vỏ X: lưu thể đi vào và ra ở giữa thân vỏ Hai lưu thể chuyển động chéo dòng
Phần sau thiết bị được ký hiệu bởi: L, M, N, P, S, T, U, W
Hình 0.3 Các phần sau thiết bị theo TEMA
- Phần sau L: giống phần đầu A
- Phần sau M: giống phần đầu B
- Phần sau N: giống phần đầu N
Phần sau P là loại thả tự do hở, với cơ cấu tự do nằm bên ngoài thiết bị Loại này có ưu điểm lắp ghép đơn giản và dễ làm sạch, nhưng khoảng cách giữa bó ống và vỏ lớn, yêu cầu cơ cấu bịt kín phải đảm bảo an toàn, do đó thường không được sử dụng cho các chất nguy hiểm.
Phần sau S là loại thả tự do kín với bích hai nửa, cho phép cơ cấu tự do nằm trong thiết bị một cách an toàn Khoảng giãn nở lớn và kín, giúp ngăn chặn sự rò rỉ lưu thể trong ống, khác với phần sau P Việc sử dụng bích hai nửa giúp giảm khoảng cách giữa bó ống và vỏ, từ đó giảm đường kính thân vỏ.
Phần sau T là loại thả tự do kín sử dụng bích thường, tương tự như phần sau S nhưng đơn giản hơn Việc sử dụng bích thường dẫn đến khoảng cách bó ống và vỏ lớn hơn, do đó kích thước của thân thiết bị cũng lớn hơn.
- Phần sau U: sử dụng cho thiết bị trao đổi nhiệt ống chữ U
- Phần sau W: Là loại tự do kín, vỉ ống chuyển động trong khoảng kẹp giữa 2 bích
Bảng 0.1 Phân loại thiết bị theo TEMA
TEMA Ưu điểm Nhược điểm
- Cho diện tích trao đổi nhiệt lớn nhất với cùng đường kính ống và vỏ
- Có thể chia 1 lối hoặc nhiều lối để điều chỉnh vận tốc lưu thể
- Là loại thiết bị đơn giản và rẻ tiền nhất
- Không làm sạch bằng phương pháp cơ học được phía ngoài ống
Không thể sử dụng thiết bị khi có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa hai lưu thể hoặc giữa vỏ và ống làm từ hai vật liệu khác nhau Để khắc phục vấn đề này, cần sử dụng đai giãn nở nhiệt cho thân vỏ Đồng thời, chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể không được vượt quá mức cho phép.
1 đầu tự do Phần sau:
- Chịu được chênh lệch nhiệt độ giữa 2 lưu thể lớn
- Cả bó ống và thân thiết bị đều có thể làm sạch bằng phương pháp cơ học
Nên thường được sử dụng cho các lưu thể bẩn
- Ống và vỏ có thể chọn 2 loại vật liệu khác nhau
- Đầu tự do làm tăng đường kính thân vỏ
- Ống không thể giãn nở nhiệt độc lập từng ống nên cần tránh quá nhiệt cục bộ
- Vật liệu các bộ phận lắp ghép đầu tự do như bulông bị hạn chế bới nhiệt độ, áp suất thiết kế
- Chịu được chênh lệch nhiệt độ giữa 2 lưu thể lớn và sự chênh lệch nhiệt độ của từng ống riêng lẻ
- Ít tốn kém hơn so với đầu tự do
- Do ống uốn cong nên ở phần giữa không có ống
- Ống khó làm sạch bằng phương pháp cơ học, chủ yếu làm sạch bằng phương pháp hóa học
- Do sắp xếp lồng vào nhau nên khó khăn thay thế từng ống riêng lẻ
- Không bố trí được 1 lối hoặc
2 dòng lưu thể ngược chiều
- Bề dầy ống tại chỗ uốn mỏng hơn chỗ ống thẳng
3.2.2 Bước 2: Lựa chọn chất tải nhiệt Đun nóng
Khi đề bài không chỉ định chất tải nhiệt, việc lựa chọn một chất tải nhiệt phù hợp là rất quan trọng Mỗi loại chất tải nhiệt đều có những ưu và nhược điểm riêng, vì vậy cần cân nhắc kỹ lưỡng để chọn ra chất tải nhiệt tối ưu cho từng trường hợp cụ thể Các tiêu chí lựa chọn chất tải nhiệt cần phải được xác định rõ ràng để đảm bảo hiệu quả làm việc.
- Nhiệt độ đun nóng và khả năng điều chỉnh nhiệt độ tốt
- Độ nhớt nhỏ, nhiệt dung riêng lớn
- Độ độc và tính hoạt động hoá học ít
- Độ an toàn khi đun nóng cao (không cháy, nổ,…)
- Không ăn mòn thiết bị và bảo đảm cung cấp nhiệt độ ổn định
Trong thiết bị trao đổi nhiệt dùng để đun nóng thì chúng ta thường gặp những chất tải nhiệt phổ biến sau:
Bảng 0.2 Ưu nhược điểm một số chất tải nhiệt thường dùng
Chất tải nhiệt Ưu điểm Nhược điểm
Hơi nước bão hòa - Hệ số cấp nhiệt lớn,
Bề mặt truyền nhiệt nhỏ, khoảng 10.000 ÷ 15.000 W/m².độ, giúp thiết bị có kích thước gọn hơn so với các thiết bị sử dụng chất tải nhiệt khác, trong khi vẫn đảm bảo cùng một năng suất tải nhiệt.
- Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính theo 1 đơn vị chất tải nhiệt) vì ẩn nhiệt hóa hơi lớn
- Vận chuyển xa được dễ dàng theo đường ống
- Đun nóng được đồng đều vì hơi ngưng tụ trên toàn bộ bề mặt truyền nhiệt ở nhiệt độ không đổi
- Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng bằng cách điều chỉnh áp suất hơi
YÊU CẦU BÀI TOÁN
Bài viết này trình bày việc tính toán và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm nhằm làm nguội dầu kerosene từ 200 oC xuống 90 oC Thiết bị sử dụng nước với nhiệt độ đầu vào là 30 oC và đầu ra là 50 oC, với năng suất đạt 40.000 kg/h Đặc biệt, tổn thất áp suất cho mỗi dòng không vượt quá 100 kN/m² và áp suất của hai lưu chất vào thiết bị là 3 bar.
Bước 1: Lựa chọn kiểu thiết bị
Chúng ta lựa chọn kiểu thiết bị theo tiêu chuẩn TEMA có ký hiệu A-E-U
Phần đầu A được ưa chuộng nhờ thiết kế nắp bích mù, dễ dàng tháo lắp cho việc vệ sinh và sửa chữa Thân thiết bị sử dụng vỏ E đơn giản, phổ biến và dễ chế tạo, trong khi phần sau chọn loại hình chữ U để tối ưu hóa hiệu suất.
Bước 2: Lựa chọn chất tải nhiệt
Theo đề bài chất tải nhiệt ở đây là nước
Bước 3: Lựa chọn chế độ thủy động
Nước dễ bị bám cặn, vì vậy nên cho nước đi trong ống để dễ dàng vệ sinh Trong khi đó, dầu kerosene nóng nên được lưu trữ bên ngoài ống để có thể tự tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.
Bước 4: Tính toàn cân bằng nhiệt
Nhiệt lượng do dầu kerosene tỏa ra: CT(3.2)
Lưu lượng nước làm lạnh: CT(3.3)
Bước 5: Thông số nước làm lạnh:
Thông số vật lý của lưu thể nước:
Nhiệt dung riêng Cp, kJ/kg.K 4,19 4,188 4,186 Độ nhớt , mNs/m 2 0,801 0,656 0,549
Thông số vật lý của lưu thể dầu kerosene :
Nhiệt dung riêng Cp, kJ/kg.K 4,19 4,188 4,186 Độ nhớt , mNs/m 2 0,22 0,43 0,8
Bước 6: Tính hiệu số nhiệt độ trung bình
Nếu hai lưu thể chuyển động ngược chiều , hiệu số nhiệt độ trung bình được tính như sau: CT(3.10)
Tra đồ thị hệ số cho vỏ 1 lối ( phụ lục 4) ta có hệ số 0, 96
Hiệu số nhiệt độ trung bình: CT(3.12)
Bước 7: Giả sử hệ số truyền nhiệt K’
Tra bảng 3.4, hệ số truyền nhiệt của dầu – nước khoảng 350-900 ta giả sử hệ số truyền nhiệt K’ 0 W/m 2 C
Bước 8: Tính diện tích trao đổi nhiệt
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: CT(3.19)
Bước 9: Chọn loại ống, kích thước ống và cách sắp xếp ống:
Để đảm bảo không bị ăn mòn, nên sử dụng ống thép carbon với đường kính ngoài 19,05 mm, đường kính trong 15,75 mm, độ dày ống theo tiêu chuẩn BWG 16 là 1,65 mm, chiều dài 3,657 m, và được sắp xếp theo hình tam giác xoay với bước ống phù hợp.
Chiều dầy vỉ ống chọn: 25mm
Chọn số lối là 2 lối
Chiều dài của ống tham gia trao đổi nhiệt thực tế là:
Diện tích trao đổi nhiệt của 1 ống:
Diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy trong 1 ống:
Vận tốc của dòng chảy trong ống:
Bước 11: Để tính đường kính vỏ của ống, cần sắp xếp ống theo hình tam giác với bước ống pt = 1,25dng Đồng thời, bố trí 2 lối và tham khảo bảng 3.6 để xác định các hệ số liên quan.
K1=0,249 n1=2,207 Đường kính bó ống được tính theo công thức: CT(3.25)
Đường kính bó ống lúc đó:
Tra đồ thị Hình 3.8 với phần sau tự do sử dụng bích hai nửa, tổng khoảng cách giữa bó ống với vỏ kX Đường kính vỏ thiết bị: CT(3.26)
Bước 12: Lựa chọn vách ngăn:
Lựa chọn vách ngăn đơn hình viên phân với phần cắt là 25% thiết bị tức là từ 112,84 đến 188,07
Bước 13: Tính hệ số cấp nhiệt đối lưu bên trong ống:
Tỷ số chiều dài thân với đường kính thiết bị:
Tra đồ thị Hình 3.12 với chuẩn số ReI350 và L/D=9,72 ta có hệ số jh=4.10 -3
Bỏ qua sự thay đổi của độ nhớt, chuẩn số Nusselt: CT(3.36)
Khi đó hệ số cấp nhiệt đối lưu trong ống: CT(3.30)
Ước lượng nhiệt độ tường trong ống:
Sử dụng công thức: tr ( t t t tr ) K t ( ng t tr )
=> ttG,44 o C Độ nhớt của nước tại 40 o C: 0,656 Độ nhớt của nước tại 47,44 o C: 0,583 Ảnh hướng của độ nhớt đến hệ số cấp nhiệt:
Khi đó hệ số cấp nhiệt tính đến ảnh hưởng của sự thay đổi dộ nhớt
Tính lại nhiệt độ tường ống trong thì: ttF,8 o C Độ nhớt tại 2 nhiệt độ 46,8 o C và 47,44 o C là gần như nhau
Hệ số cấp nhiệt đối lưu trong ống: 12909,07
Bước 14: Tính hệ số cấp nhiệt đối lưu ngoài ống
Diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy ngoài ống: CT(3.47)
Vận tốc lưu thể ngoài ống: CT(3.48)
Đường kính tương đương ( đường kính thủy lực) của lưu thể ngoài ống với cách sắp xếp tam giác: CT(3.50)
Tra đồ thị Hình 3.12 với chuẩn số ReD726,88 và phần vách ngăn 25% ta có hệ số jh=0,0029
Bỏ qua sự thay đổi của đội nhớt, chuẩn số Nusselt: CT(3.53)
Khi đó hệ số cấp nhiệt đối lưu trong ống:
Ước lượng nhiệt độ tường ngoài ống:
Sử dụng công thức CT(3.38): ng ( t ng t t ) K t ( ng t tr )
=> tt0,96 o C Độ nhớt của nước tại 200 o C: 0,22 Độ nhớt của nước tại 160,96 o C: 0,37 Ảnh hướng của độ nhớt đến hệ số cấp nhiệt:
Khi đó hệ số cấp nhiệt tính đến ảnh hưởng của sự thay đổi dộ nhớt
Tính lại nhiệt độ tường ống trong thì: tt8,2 o C Độ nhớt tại 2 nhiệt độ 168,2 o C và 160,96 o C là gần như nhau
Hệ số cấp nhiệt đối lưu trong ống: 2358,367(W/m 2 o C)
Bước 15: Tính hệ số truyền nhiệt K
Nhiệt trở của chất hữu cơ lỏng: 0,0002
Hệ số dẫn nhiệt của thép carbon: 58 W/m o C tại 70 o C
Hệ số truyền nhiệt K của thiết bị: CT(3.62)
2358, 36 2.58 15, 75 15, 75 12909, 07 ng ng ng ng tr ng tr ng t tr tr tr d d d d r d r
Bước 16: Kiểm tra sai số K và K’
Giá trị sai số của hệ số truyền nhiệt giả sử K’ và K tính được:
Bước 17: Tính toán tổn thấp áp suất: a Tổn thấp áp suất của dòng chảy trong ống
Với Re I350 thì hệ số jf=0,004
Tính cả tổn thất áp suất cảu lưu thể khi vào và ra thiết bị, ta có tổn thất áp suất trong tổng ống CT(3.66)
b Tổn thấp áp suất ngoài ống
Hình 3.18 cho thấy chuẩn số Re = 44726,88 với phần cắt vách ngăn 25%, dẫn đến hệ số jf = 0,004 Khi tính toán tổn thất áp suất của lưu thể khí vào và ra thiết bị, tổng tổn thất áp suất ngoài ống được xác định theo công thức CT(3.67).
21546, 31( / ) 21, 5( / ) ng ng tr f vn td t v v
Bước 18: Kiểm tra tổn thất
Tổn thất trong ống P tr 44 kN m / 2 100 kN m / 2 Thỏa mãn
Tổn thất ngoài ống P tr 21 kN m / 2 100 kN m / 2 thỏa mãn
Chọn vật liệu làm thân thiết bị chịu áp suất là thép carbon SA-516 70, với áp suất lưu thể trong thiết bị là 3 bar Do đó, áp suất thực tế trong thiết bị được tính là ptr = 3 – 1 = 2 bar, tương đương 0,2 N/mm² Áp suất tính toán, bao gồm cả lưu thể trong thiết bị, được xác định bằng công thức p = ptr + ρgh = 0,2 + 750.9,8.10⁻⁶.0,434 = 0,2 N/mm².
Bề dầy của thân thiết bị hình trụ chịu áp suất trong: CT(5-1)[8,96]
S’: Bề dầy thân thiết bị, mm P: Áp suất cho phép của vật liệu, N/mm 2 [ ] : Ứng suất cho phép của vật liệu, N/mm 2
Dt: Đường kính trong của thân, mm
: Hệ số bền mối hàn, Chọn 0,8 Chọn hệ số bổ sung bổ sung bề dầy là C = 1mm
Bề dầy thực của thân thiết bị: S = S’ + C = 0,4 + 1 = 1,4mm
Theo tiêu chuẩn TEMA, tra Bảng 2.1 bề dầy tối thiểu của thân là 7,9mm
Theo tính toán trên, đường kính trong phần thân Dtr = 434mm
Theo tiêu chuẩn phụ lục (4),
Do đó, chọn ống cỡ 18 có:
Đường kính trong Dtr = 437,76mm
Đường kính ngoài Dng = 457,2mm
Bề dầy theo SCH20 là 9,72mm
Chiều dài thân Lt 600mm
3.1.2.2 Phần đầu và phần sau
Chọn phần đầu có bề dầy bằng thân 9,72 mm với chiều dài Ld = 600mm
Chọn phần sau có bề dầy bằng thân 9,72 mm với chiều dài Ls = 250mm
Chọn nắp phần đầu và nắp thân là nắp elip 2:1 có bề dầy bằng phần thân 9,72mm
3.1.2.3 Ống vào, ra thiết bị a) Ống vào và ra nước làm nguội:
Chọn vận tốc nước vào và ra thiết bị v = 1,5m/s Đường kính ống vào,ra nước làm nguội:
Tra bảng phụ lục (4), chọn ống cỡ 8 có:
Đường kính ngoài: Dng = 219,08mm
Đường kính trong: Dtr = 202,72mm b) Ống vào và ra dầu kerosene:
Chọn vận tốc vào thiết bị v = 1,2 m/s Đường kính ống vào và ra kerosene:
Tra bảng phụ lục (4), chọn ống cỡ 5 có:
Đường kính ngoài: Dng = 141,3 mm
Đường kính trong: Dtr 7,9 mm
Bề dầy theo SCH.STD: 6,55 mm
3.1.2.4 Tăng cứng lỗ Đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng: [9,136] max 3, 73 t ( n )(1 ), d D SC k mm
Dt: Đường kính trong của thân thiết bị, mm S: Bề dầy vỏ trụ, mm
Ca: Hệ số dư do ăn mòn,mm K:hệ số kể đến độ bền của thân, tính như sau:
Với p: áp suất trong thiết bị N/mm 2
Đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng:
Tra Bảng 2.4, bề dầy tối thiểu của vỉ ống theo TEMA với đường kính ống là 19,05mm
3.1.2.6 Vách ngăn Ở đây chúng ta sử dụng vách ngăn đơn hình viên phân với phần cắt 25% và khoảng cách giữa các vách ngăn lvn = 180mm
Tra Bảng 2.6, bề dầy tối thiểu của vách ngăn là 4,8mm Chọn bề dầy vách ngăn bằng 5mm
Theo Bảng 2.8, thiết bị yêu cầu tối thiểu 6 thanh với đường kính 9,5mm Tuy nhiên, do một phần vách ngăn được gắn cố định với tấm ngăn giữa thân, chỉ cần sử dụng 4 thanh giữ vách ngăn có đường kính 10mm.
3.1.2.8 Tấm ngăn chia lối ở 2 đầu
Chọn bề dầy tấm ngăn chia lối ở phần đầu là ng = 10mm > min = 6,4mm
Do áp suất làm việc của thiết bị không cao,
