18
Bài t p l n hóa công II TÍNH TOÁN THI T B TRAO Đ I NHI T GIÁN TI P A/ C U T O VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VI C Thi t b ng chùm đ c dùng ph bi n nh t trong công nghi p hóa ch t, ế ịố ượ ế nó có nh ng u đi m là k t c u g n, ch c ch n, b m t truy n nhi t l n. ư ế Thi t b truy n nhi t ng chùm lo i đ ng g m: ế ệố 1- V hình tr . 2- L i đ ng. ướ ỡố 3- ng truy n nhi t. 4- M t bích có bu lông ghép. Trên v , n p, và đáy có c a ( ng n i) đ d n ch t t i nhi t. Thi t b truy n ế nhi t đ c đ t trên chân đ ho c tai treo hàn vào v 1. ượ Ch t t i nhi t I (dung d ch Metylic- n c ) đi vào t d i đáy qua các ng lên ướ ướ trên và ra kh i thi t b , còn ch t t i nhi t II ( h i n c bão hòa ) đi t c a trên ế ơ ướ c a v vào kho ng tr ng gi a các ng và v r i đi ra phía d i. Trong thi t b ỏồ ướ ế di n ra quá trình truy n nhi t c a h i bão hòa t i h n h p. ơ Các ng trong thi t b đ c b trí theo hình sáu c nh, cách l p ng ki u hàn. ế ượ Ch n thông s kĩ thu t: Ch n v t li u thép CT 3 . Chi u cao gi a hai m t bích: H= 2 m. Chu n s Reynolds: Re = 10500. Đ ng kính ng: d = 30x2 mm. ườ B dày ng truy n nhi t: δ = 2 mm = 0,002 m. Nhi t đ c a h i n c bão hòa có áp su t 4 at là: 142,9 ơ ướ o C Nguy n Văn Tình MSSV: 20072918 L p: CN Vô C _K52 ơ 1

Idoc.vn Bai Tap Hoa Cong

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Bài Tập Hóa Công

Citation preview

  • Bi t p l n ha cng II

    TNH TON THI T B TRAO I NHI T GIN TI P

    A/ C U T O V NGUYN L LM VI C

    Thi t b ng chm c dng ph bi n nh t trong cng nghi p ha ch t, n c nh ng u i m l k t c u g n, ch c ch n, b m t truy n nhi t l n. Thi t b truy n nhi t ng chm lo i ng g m: 1- V hnh tr . 2- L i ng. 3- ng truy n nhi t. 4- M t bch c bu lng ghp.Trn v , n p, v y c c a ( ng n i) d n ch t t i nhi t. Thi t b truy n nhi t c t trn chn ho c tai treo hn vo v 1. Ch t t i nhi t I (dung d ch Metylic- n c ) i vo t d i y qua cc ng ln trn v ra kh i thi t b , cn ch t t i nhi t II ( h i n c bo ha ) i t c a trn c a v vo kho ng tr ng gi a cc ng v v r i i ra pha d i. Trong thi t b di n ra qu trnh truy n nhi t c a h i bo ha t i h n h p. Cc ng trong thi t b c b tr theo hnh su c nh, cch l p ng ki u hn. Ch n thng s k thu t:

    Ch n v t li u thp CT 3. Chi u cao gi a hai m t bch: H= 2 m. Chu n s Reynolds: Re = 10500. ng knh ng: d = 30x2 mm. B dy ng truy n nhi t: = 2 mm = 0,002 m. Nhi t c a h i n c bo ha c p su t 4 at l: 142,9 oC

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    1

  • Bi t p l n ha cng II

    B/ TNH TON

    I.Hi u s nhi t trung bnh gi a hai l u th :

    Hi u s nhi t l n: Ta ch n t h = 142,9 oC, t2= 20 oC, t2c= ts dung dich= 84 oC

    t = 142,9 20 = 122,9 (oC).

    Hi u s nhi t b: tc = 142,9 84 = 58,9 (oC).

    Vi c

    tt

    =

    122,958,9

    = 2,1 > 2

    Nhi t trung bnh c a hai l u th c xc nh :

    ttb = ln

    c

    c

    t ttt

    =122, 9 58, 9

    122, 9ln58, 9

    = 87,012 (oC).

    Nhi t trung bnh c a t ng l u th l: H i t: t 1tb = 142,9 oC

    Phia hn hp: t 2tb = 142,9 87,012 = 55,888 (oC)

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    t1 t1c

    t2

    t2c

    to oC

    2

  • Bi t p l n ha cng II

    T i t 2tb = 55,888 (oC) n i suy theo [3.171]

    Cua Metylic: CM = 2741,496 J/kg.oC

    Cua n c: C N = 4186,916 J/kg.oC

    Cp = aMCM + (1 aM)CN

    Cp =0,25.2741,496 + 0,75.4186,916 = 3825,561 (J/kg.oC)

    II. Tnh nhi t l ng trao i Q. Q = G.Cp(tF tf)

    Trong : G - l u l ng h n h p ban u, G = 0,944 kg/s; Cp - nhi t dung ring c a h n h p t i t 2tb = 55,888 oC tF = 84 oC nhit si cua hn hp

    tf = 20 oC nhit ban u cua hn h p

    V i C p =3825,561 J/kg.oC

    V y : Q = 0,944.3825,561.(84- 20) = 231125,0934 (W)

    III. Tnh h s c p nhi t cho t ng l u th . Tnh h s c p nhi t cho pha h i n c ng ng t theo cng th c:

    411

    2,04. ..

    rAt H

    =

    , W/m2.oC

    Trong : r - Nhi t ng ng t c a h i l y theo nhi t h i bo ha, J/kg; t1 - Chnh l ch nhi t gi a nhi t h i t v nhi t thnh

    ng truy n nhi t, oC; H - chi u cao ng truy n nhi t (m) ; ch n H = 2 m;

    A - h ng s tra theo nhi t mng n c ng ng.

    ng v i t h = 142,9 oC n i suy, ta c: r = 2135,5.103 J/kg

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    3

  • Bi t p l n ha cng II

    Tnh l n 1 : gi s chnh l ch nhi t gi a mng v h i bo ha l 2 oC.a) Tnh h s c p nhi t cho pha h i n c ng ng t : Gi s chnh l ch nhi t t 1 = 2 oC

    tt1= t1tb- t1= 142,9- 2= 140,9 (oC)

    Khi ta c nhi t mng n c ng ng l:

    1 1142,9 140,9 141,9

    2 2tb t

    mt t

    t+ +

    = = = (oC)

    T t m = 141,9 oC tra b ng ta c: A = 194,285

    V y : 3

    41

    2135,5.102,04.194,285.2.2

    =

    1 =10713,45 W/m2.oC

    b) Tnh h s c p nhi t pha h n h p ch y xoy 2Ch n Re = 10500H s c p nhi t c tnh theo cng th c:

    0,25

    0,8 0,43 Pr0,021. .Re .PrPrk t

    Nu

    =

    Suy ra:

    0,25

    0,8 0,43 Pr0,021. . .Re .PrPrk td

    =

    Trong :

    Prt- chu n s Prandtl tnh theo nhi t trung bnh c a t ng, cn cc thng s khc tnh theo nhi t trung bnh c a dng; k- h s hi u ch nh tnh n nh h ng c a t s gi a chi u di l v ng knh d c a ng.

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    4

  • Bi t p l n ha cng II

    Ta ch n d = 30 x2 mm. H = 2 m . D a vo b ng 1.3 ta c :

    2 58,823 50

    0,026Ld

    = = > k = 1

    Tnh chu n s Pr theo cng th c :

    .

    Pr = pC

    Trong : Cp - nhi t ring c a h n h p t 2tb; - nh t c a dung d ch t 2tb; - h s d n nhi t t 2tb tnh theo cng th c:

    3. . .pC M =

    Trong : - kh i l ng ring c a h n h p, kg/m 3; M - kh i l ng phn t c a h n h p, kg/kmol; Ta c : Cp = 3825,561 J/kg oC

    - h s ph thu c m c lin k t c a ch t l ng, v i ch t l ng k t h p ( dung d ch Metylic- n c ) th kt h p = 3,58.10-8.

    T i t 2tb = 55,888 oC n i suy ta c : M = 759,7008 kg/m3

    N = 984,8504 kg/m3

    ( )1

    30, 25 0,75 916,915 /759,7008 984,8504

    kg m

    = + = H s d n nhi t c a h n h p l:

    8 3916,9153,58.10 .3825,561.916,915.20,212

    =

    = 0,448 W/m.oC

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    5

  • Bi t p l n ha cng II

    T i t 2tb = 55,888 oC ta co: M = 0,35.10-3 Ns/m2

    N = 0,5.10-3 Ns/m2

    lg(hh) = xF.lg(M) + ( 1 xF ).lg(N)

    lg(hh) = 0,158lg(0,35.10-3) + (1 0,158).lg(0,5.10-3)

    hh = 0,4726.10-3 (Ns/m2)

    Do : 3. 3825,561.0,4726.10Pr = 3,974

    0,455pC

    = =

    Tnh chu n s Pr t :

    .

    Pr = pt hhtt

    C

    Nhi t t i ring v pha h i ng ng t : q1 = 1.t1 = 10713,45.2

    q1 = 21426,9 (W/m2)

    Hi u s nhi t hai pha thnh ng: tt = tt1 tt2 = q1.rt

    Trong : tt2 - nhi t thnh ng pha h n h p, oC; rt - nhi t tr hai bn ng truy n nhi t, m 2.oC /W

    1 2t t tr r r= + +

    Trong : rt1, rt2 - nhi t tr c a c n b n hai pha c a t ng, m 2. /W; - b dy c a ng truy n nhi t, (m); ch n = 2 mm = 0,002 m; - h s d n nhi t c a v t li u lm ng, W/m. oC; v i thp CT 3 ta c = 46,5 W/m. .D a vo b ng [ 3.4 ] ta ch n: rt1 = 1,16.10-3 , m2. /W rt2 = 0,464.10-3 , m2. /W

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    6

  • Bi t p l n ha cng II

    3 30,0021,16.10 0, 464.1046,5t

    r = + + rt = 1,667.10-3 (m2. /W)Do : tt = q1.rt= 21426,9.1,667.10-3 = 35,719 (oC)

    tt2 = tt1 tt = (142,9 - 2) 35,719 = 105,181 (oC)

    t2 = tt2 t2tb = 105,181- 55,888 = 49,293 (oC)

    T i t t2 = 105,181 oC n i suy ta c: CM = 2990,905 J/kg. CN = 4241,657 J/kg. Cpt = 0,25.2990,905 + 0,75.4241,657

    Cpt = 3928,969 (J/kg. )T i t t2 = 105,181 oC n i suy ta c: M = 707,783 kg/m3

    N = 954,114 kg/m3

    ( )1

    30,25 0,75 877,743 /707,783 954,114t

    kg m

    = + = T i t t2 = 105,181 oC n i suy ta c:

    M = 0,2.10-3 Ns/m2

    N = 0,27.10-3 Ns/m2

    lg(hh) = xF.lg(M) + ( 1 xF ).lg(N)

    lg(hh) = 0,158.lg(0,2.10-3) + (1 0,158).lg(0,27.10-3)

    hh = 0,257.10-3 (Ns/m2)

    Ta c: 3. . . tt k pt tC M =

    8 3877,7433,58.10 .3928,969.877,743.20,212t

    =

    t = 0,434 (W/m2.oC)

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    7

  • Bi t p l n ha cng II

    .

    Pr = pt hhtt

    C

    33928,969.0,257.10Pr 2,327

    0, 434t

    = =

    V y: 0,25

    0,8 0,432

    Pr0,021. . .Re .PrPrk td

    =

    0,25

    0,8 0,432

    0,434 3,9740,021. .10500 .3,974 .0,026 2,327

    = 2 = 1191,955 (W/m2. ) q2 = 2.t2 = 1191,955. 49,293

    q2 = 58755,04 (W/m2)

    y ta thy rng nhit tai ring v phia h i ng ng tu q 1= 21426,9 W/m2 khac rt xa v i nhit tai ring v phia hn h p chay xoay q 2= 58755,04 W/m2. Ma bai toan ta ang xet la truyn nhit n inh nn q1= q2= qtb, do vy, tim gia tri qtb

    ta phai tinh lp.

    Tnh l n 2 : gi s chnh l ch nhi t gi a mng v h i bo ha l 0,8 oC.a) Tnh h s c p nhi t cho pha h i n c ng ng t theo cng th c:

    411

    2,04. ..

    rAt H

    =

    , W/m2oC

    Gi s chnh l ch nhi t t 1 = 0,8 oC tt1= t1tb- t1= 142,9- 0,8= 142,1 (oC)

    Khi ta c nhi t mng n c ng ng l:

    1 1142,9 142,1 142,5

    2 2tb t

    mt t

    t+ +

    = = = (oC)

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    8

  • Bi t p l n ha cng II

    T t m = 142,5 oC tra b ng ta c: A = 194,375

    V y : 3

    41

    2135,5.102,04.194,375. 13477,690,8.2

    = = (W/m2. )

    b) Tnh h s c p nhi t pha h n h p ch y xoy 2Ch n Re = 10500

    Nhi t t i ring v pha h i ng ng t : q1 = 1.t1 = 13477,69. 0,8 = 10782,152 (W/m2)

    Hi u s nhi t hai pha thnh ng: tt = tt1 tt2 = q1.rt

    Ta c: rt = 1,667.10-3 , m2. /W. tt= 10782,152.1,667.10-3= 17,974 (oC)

    tt2 = tt1 tt = 142,1 17,974 = 124,126 (oC)

    t2 = tt2 t2tb= 124,126 55,888 = 68,238 (oC)

    T i t t2 = 124,126 oC ta c: CM = 3085,359 J/kg. CN = 4273,158 J/kg. Cpt = 0,25.3085,359 + 0,76.4273,158

    Cpt = 3976,208 (J/kg. )T i t t2 = 124,126 oC ta c: M = 792,544 kg/m3

    N = 787,582 kg/m3

    ( )1

    30, 25 0,75 861,442 /686,160 941,623t

    kg m

    = + = T i t t2 = 124,126 oC n i suy ta c:

    M = 0,15.10-3 Ns/m2

    N = 0,15.10-3 Ns/m2

    lg(hh) = xF.lg(M) + ( 1 xF ).lg(N)

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    9

  • Bi t p l n ha cng II

    lg(hh) = 0,158.lg(0, 15.10-3) + (1 0,158).lg(0,15.10-3)

    hh = 0,15.10-3 (Ns/m2)

    8 3861, 4423,58.10 .3976, 208.861, 442.20, 212t

    =

    t = 0,428 (W/m. )

    .

    Pr = pt hhtt

    C

    33976, 208.0,15.10Pr 1,394

    0,428t

    = =

    V y: 0,25

    0,8 0,432

    0, 428 3,9740,021. .10500 .3,974 .0,026 1,394

    = 2 = 1339,425 (W/m2. ) q2 = 2.t2 = 1339,425.68,238= 91399,683( W/m2)

    D a vao 2 ln tinh ta co thi:

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    q2

    q1

    0

    q

    t

    10

    0,8 2 3,5

  • Bi t p l n ha cng II

    Tnh l n 3 : Chnh l ch nhi t gi a mng v h i bo ha d a theo thi trn l 3,5 oC.

    a) Tnh h s c p nhi t cho pha h i n c ng ng t : D a vo th ta suy ra c t 1 = 3,5 oC v y ta c: tt1 = t1tb- t1= 142,9 3,5 = 139,4 (oC)

    1 1142,9 139,4 141,2

    2 2tb t

    mt t

    t+ +

    = = = (oC)

    T t m = 141,2 oC tra b ng ta c: A = 194,18

    V y : 3

    41

    2135,5.102,04.194,18.3,5.2

    =

    1 =9309,686 (W/m2. )b) Tnh h s c p nhi t pha h n h p ch y xoy 2Nhi t t i ring v pha h i ng ng t : q1 = 1.t1 = 9309,686.3,5= 32583,901 (W/m2)

    Hi u s nhi t hai pha thnh ng: tt = tt1 tt2 = q1.rt= 32583,901.1,667.10-3

    tt = 54,317 (oC)

    tt2 = tt1 tt = 139,4 54,317 = 85,083 (oC)

    t2 = tt2 t2tb = 85,083 55,888 = 29,195 (oC)

    T i t t2 =85,083 oC n i suy ta c: CM = 2886,686 J/kg. CN = 4200,166 J/kg. Cpt = 0,25.2886,686 + 0,75.4200,166

    Cpt = 3871,796 (J/kg. )T i t t2 = 85,083 oC n i suy ta c: M = 730,4087 kg/m3

    N = 968,4419 kg/m3

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    11

  • Bi t p l n ha cng II

    ( )1

    30,25 0,75 895,484 /730,4087 968, 4419t

    kg m

    = + = T i t t2 = 85,083 oC n i suy ta c:

    M = 0,25.10-3 Ns/m2

    N = 0,338.10-3 Ns/m2

    lg(hh) = xF.lg(M) + ( 1 xF ).lg(N)

    lg(hh) = 0,158.lg(0, 25.10-3) + (1 0,158).lg(0,338.10-3)

    hh = 0,313.10-3 (Ns/m2)

    Ta c:

    8 3895, 4843,58.10 .3871,796.895,484.20, 212t

    =

    t = 0,439 (W/m. )

    Ta co .

    Pr = pt hhtt

    C

    33871,796.0,313.10Pr 2,761

    0,439t

    = =

    V y: 0,25

    0,8 0,432

    0, 439 3,9740,021. .10500 .3,974 .0,026 2,761

    = 2 = 1158,095 (W/m2. ) q2 = 2.t2 = 1158,095.29,195

    q2 = 33810,584 (W/m2)

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    12

  • Bi t p l n ha cng II

    D a trn s li u tnh ton ta c b ng s li u: S l n tnh

    Pha h i n c ng ng t Nhi t tr v hi u s nhi t

    t1tb tt1 t1 tm 1 q1 rt tt

    1142,

    9140,9 2 141,9 10713,45 21426,9 1,667.10-3 35,719

    2142,

    9142,1 0,8 142,5 13477,690 10782,152 1,667.10-3 17,974

    3142,

    9139,4 3,5 142,2 9309,686 32583,901 1,667.10-3 54,317

    S l n tnh

    Pha h n h p ch y xoy

    tt2 t2tb t2 Prt (Pr/Prt)0,25 2 q2

    1 105,181 55,888 49,293 2,327 1,141191,95

    558755,04

    2 124,126 55,888 68,238 1,394 1,2991339,42

    591399,683

    3 85,083 55,888 29, 195 2,761 1,0951158,09

    533810,584

    T trn ta c:

    1 232583,901 33810,584

    2 2tbq qq + += =

    qtb = 33197,243 (W/m2)

    Ki m tra sai s

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    13

  • Bi t p l n ha cng II

    2 1 0 00 02

    33810,584 32583,901.100 .10033810,584

    q qq

    = =

    0 00 03,63 10 = < ( ch p nh n)

    IV. Tnh b m t truy n nhi t.

    ( )2231125,0934 6,96233197, 243tbQF mq

    = = =

    V. S ng truy n nhi t.

    ( )d 0,026 0,03 0,0282 2t n

    td dd m+ += = =

    S ng truy n nhi t:

    6,962 39,59. . 3,14.0,028.2Fnd Hpi

    = = =

    n: s ng truy n nhi t. D a b ng quy chu n v ch n t ng s ng v i cch s p x p theo hnh l c gic l : n = 61 ng S ng trn m t c nh c a hnh 6 c nh l: 4 ng. S ng trn ng xuyn tm c a hnh 6 c nh l: 9 ng. T ng s ng khng k cc ng trong cc hnh vin phn l: 61 ng. S ng trong cc hnh vin phn l: 18 ng.

    VI. ng knh trong thi t b un nng.

    D = t.( b 1 ) + 4.dn, m

    Trong : t b c ng, th ng l y t = 1,2 1,5 d n ;Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    14

  • Bi t p l n ha cng II

    dn ng knh ngoi c a ng truy n nhi t, m; b s ng trn ng xuyn tm su c nh. V y: D = 1,5.0,03.(9 1 ) + 4.0,03 D = 0,48 (m)

    Lm trn: D = 0,5 m = 500 mm.

    VII. Tnh chi u cao c a thi t b .

    V i D = 500 mm chon np thit bi hinh elip co g, tra b ng s li u ta ch n: Chi u cao c a n p thi t b : h l = ht + hTrong : ht = 125 mm.

    h = 25 mm

    V y chi u cao c a thi t b : L = H + 2.hl = 2.1000 + 2.( 125 + 25 ) = 2300 (mm)

    VIII. Tnh l i v n t c va chia ngn: Xc nh v n t c th c:

    24.

    . . .tG

    d n

    pi =

    G = 0,944 (kg/s)

    n = 61 ng d = 0,026 m

    = 916,915 kg/m3

    24.0,944

    3,14.0,026 .61.916,915t =

    t = 0,0318 (m/s)

    Xc nh v n t c gi thi t:

    3Re. 10500.0, 4726.10

    . 0,026.916,915gt d

    = =

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    15

  • Bi t p l n ha cng II

    gt = 0,2082 (m/s)

    V: 0 0 00 0 00,2082 0,0318.100 84,73 10

    0,2082gt t

    gt

    = = >

    Nn ta c n ph i chia ngn qu trnh c p nhi t ch xoy. S ngn:

    S ngn c n thi t: 0,20820,0318

    gt

    t

    m

    = =

    m = 6,55 ( ngn )

    Quy chu n m = 8 ( ngn ).

    Tnh l i chu n s Reynolds:

    V y cc kch th c c a thi t b un nng h n h p u l: F = 7 m2 b m t truy n nhi t; n = 61 ng s ng truy n nhi t; D = 500 mm ng knh trong c a thi t b ; H = 2 m chi u cao gi a hai m t bch.

    L = 2,3 m - chi u cao cua thit bi.

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    16

  • Bi t p l n ha cng II

    A/ C U T O V NGUYN L LM VI C 1

    B/ TNH TON 2

    I.Hi u s nhi t trung bnh gi a hai l u th 2

    II. Tnh nhi t l ng trao i Q 3

    III. Tnh h s c p nhi t cho t ng l u th 3

    Tnh l n 1 4

    a) Tnh h s c p nhi t cho pha h i n c ng ng t 4b) Tnh h s c p nhi t pha h n h p ch y xoy 2 4Tnh l n 2 8a) Tnh h s c p nhi t cho pha h i n c ng ng t 8b) Tnh h s c p nhi t pha h n h p ch y xoy 2 9Tnh l n 3 11a) Tnh h s c p nhi t cho pha h i n c ng ng t 11b) Tnh h s c p nhi t pha h n h p ch y xoy 2 11IV. Tnh b m t truy n nhi t 14V. S ng truy n nhi t 14VI. ng knh trong thi t b un nng 14VII. Tnh chi u cao c a thi t b 15VIII. Tnh l i v n t c va chia ngn 15Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    17

  • Bi t p l n ha cng II

    Muc Luc 17

    Nguy n Vn Tnh MSSV: 20072918L p: CN V C _K52

    18