7/7/2017

7

07/07/17

Theo chiều chuyển động của môi chất
 Cùng chiều
 Ngược chiều
 Cắt nhau
 Hỗn hợp
Theo công dụng của thiết bị
 Thiết bị ngưng tụ
 Thiết bị bốc hơi
 Thiết bị cô đặc
 Thiết bị đun nóng
 Thiết bị làm nguội...

07/07/17

1


7/7/2017

Theo sự hoạt động của môi chất
 Hoạt động liên tục
 Hoạt động theo chu kỳ (gián đoạn)
Theo nguyên lý làm việc của thiết bị
 Thiết bị trao đổi nhiệt vách ngăn, hoạt động liên tục
o Kiểu tấm

o Kiểu ống: ống lồng ống, ống chùm, ống xoắn,...
o Kiểu vỏ ‐ áo
 Thiết bị trao đổi nhiệt vách ngăn, hoạt động theo chu kỳ
 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hồi nhiệt
 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt
 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tiếp xúc
 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp
07/07/17

07/07/17

2


7/7/2017

07/07/17

Yêu cầu chính
 Hệ số truyền nhiệt có giá trị càng lớn càng tốt
 Trở kháng thủy lực đối với dòng môi chất nóng và lạnh càng nhỏ càng tốt
 Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị phải làm sao để ít bị bám bẩn, dễ dàng làm
sạch và dễ dàng sửa chữa
 Bảo đảm ngăn cách các dòng môi chất nóng và lạnh tốt để tránh hiện tượng 2
dòng môi chất bị hòa trộn vào nhau
 Thiết bị phải đảm bảo an toàn khi vận hành, có tuổi thọ cao, có kết cấu đơn
giản, dễ lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa

07/07/17


3


7/7/2017

Chọn đường chuyển động cho dòng môi chất
 Chất đi bên trong ống, chất đi bên ngoài ống
o Môi chất nào có lưu lượng thể tích nhỏ đi trong ống và ngược lại
o Hệ số cấp nhiệt tỷ lệ nghịch với đường kính ống và độ nhớt nên để cho môi
chất nào có độ nhớt nhỏ đi bên ngoài ống
o Chất dễ gây bẩn cho bề mặt ống nên đi trong ống
o Chất nào gây ăn mòn bề mặt nhiều hơn nên đi trong ống
o Chất nào có áp suất lớn hơn nên để đi trong ống
o Với thiết bị đun nóng nên để môi chất có nhiệt độ cao đi trong ống và
ngược lại

07/07/17

Chọn đường chuyển động cho dòng môi chất
 Chất đi bên ngoài ống chuyển động dọc ống hay cắt ngang
o Hệ số tỏa nhiệt khi dòng cắt ngang luôn lớn hơn hệ số tỏa nhiệt khi dòng
dọc ống
o Trở kháng thủy lực của dòng cắt ngang lớn hơn trở kháng thủy lực của
dòng dọc ống
Khi Nu/Pr<61: nên để dòng chảy dọc ống
Khi Nu/Pr>61: nên để dòng chảy cắt ngang
Riêng đối với chất khí, nếu Re=4.103÷4.104 nên để dòng cắt ngang ống

07/07/17


4


7/7/2017

Phân loại
 Theo mục đích sử dụng
o Môi chất đun nóng
o Môi chất làm nguội
o Môi chất lạnh
o Môi chất để sấy
o Môi chất trung gian
 Theo trạng thái môi chất
o Môi chất 1 pha
o Môi chất 2 pha

07/07/17

Phân loại
 Theo nhiệt độ sử dụng
o Môi chất nhiệt độ cao
o Môi chất nhiệt độ trung bình
o Môi chất nhiệt độ thấp
o Môi chất nhiệt độ rất thấp
Yêu cầu đối với môi chất
 Nhiệt độ sôi cao ở áp suất khí quyển
 Nhiệt độ đông đặc thấp ở áp suất khí quyển
 Độ nhớt nhỏ, nhiệt dung riêng và nhiệt hóa hơi lớn
 Ít độc, ít ăn mòn kim loại, không bốc cháy và phát nổ
 Giá thành thấp


07/07/17

5


7/7/2017

Người ta chia bài toán tính nhiệt thành 2 loại: bài toán thiết kế và bài toán kiểm
tra
 Bài toán thiết kế: để xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt để chế tạo thiết bị
theo yêu cầu khách hàng
 Bài toán kiểm tra: dựa trên cơ sở thiết bị đã có sẵn, kiểm tra lại một số thông
số, ví dụ xác định nhiệt độ ra của môi chất và công suất nhiệt của thiết bị

07/07/17

Bài toán thiết kế

07/07/17

6


7/7/2017

Bài toán thiết kế

07/07/17


Bài toán thiết kế

07/07/17

7


7/7/2017

Bài toán thiết kế

07/07/17

Bài toán thiết kế
 Để xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt ta dựa vào phương trình cân bằng
năng lượng và phương trình truyền nhiệt
o Phương trình cân bằng năng lượng
Lượng nhiệt trao đổi trong dòng 1 pha
. . ∆ W
Lượng nhiệt trao đổi khi chuyển pha
.
.∆ W
• G_lưu lượng khối lượng (kg/s)
• cp_nhiệt dung riêng trung bình (J/(kg.K))
• t_chênh lệch nhiệt độ vào và ra
• r_ẩn nhiệt chuyển pha (J/kg)
• h_enthalpy của môi chất (J/kg)
07/07/17

8



7/7/2017

Bài toán thiết kế
o Phương trình truyền nhiệt

. .∆
o Từ 2 phương trình trên ta tìm được diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết
.∆

07/07/17

Bài toán thiết kế
 Trình tự để tiến hành như sau:
o Bước 1: Xác định lượng nhiệt trao đổi theo phương trình cân bằng nhiệt
o Bước 2: Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình
o Bước 3: Tính hệ số cấp nhiệt của dòng nóng và dòng lạnh.
Khi tính toán thì cần biết các kích thước hình học của thiết bị như
đường kính, bề dày, chiều dài ống. Đôi khi ta phải chọn trước rồi sau đó
kiểm tra lại
o Bước 4: Tính hệ số truyền nhiệt K
o Bước 5: Xác định diện tích truyền nhiệt F
o Bước 6: Kiểm tra nhiệt độ bề mặt hoặc phụ tải nhiệt riêng
o Bước 7: Tính kết cấu thiết bị
o Bước 8: Kiểm tra sự phù hợp của thiết bị
07/07/17

9



7/7/2017

Bài toán thiết kế
 Khi tính toán hệ số cấp nhiệt trong trường hợp dòng môi chất không biến đổi
pha thì phải chọn chế độ chảy xoáy để đảm bảo hệ số cấp nhiệt lớn
 Tính toán các thiết bị làm nguội bằng nước thì nhiệt độ cuối của nước không
được quá 40‐50oC, vì nếu nhiệt độ cao hơn thì các muối dễ kết tủa và đóng cặn
lại trên bề mặt thiết bị.
 Sau khi tính bề mặt truyền nhiệt tiếp đến tính về cơ cấu và thủy lực

07/07/17

Bài toán thiết kế
 Ví dụ: Tính lượng phụ tải nhiệt riêng (mật độ dòng nhiệt) truyền đi trong thiết
bị trao đổi nhiệt vỏ ‐ ống 1‐1 để làm lạnh 5 tấn/h ete từ 30oC xuống 5oC. Ete
được làm lạnh bằng nước muối 20% có nhiệt độ ‐17oC. Theo sơ đồ kỹ thuật
thì ete và nước muối được dùng bơm đẩy

07/07/17

10


7/7/2017

Bài toán kiểm tra
 Tính toán kiểm tra bề mặt truyền nhiệt, các thông số (nhiệt độ, lưu lượng,...) ở
đầu vào, đầu ra của dòng lưu chất, năng suất truyền nhiệt Q, tổn thất áp suất...
trên cơ sở đã có một thiết bị cụ thể, có thể đo đạc đầy đủ các thông số hình học

và cả một số thông số công nghệ ‐ kỹ thuật nếu như thiết bị hoạt động hay do
yêu cầu công nghệ

07/07/17

Bài toán kiểm tra
 Sơ đồ khối bài toán kiểm tra

07/07/17

11


7/7/2017

Bài toán kiểm tra
 Sơ đồ khối bài toán kiểm tra

07/07/17

Bài toán kiểm tra
 Sơ đồ khối bài toán kiểm tra

07/07/17

12


7/7/2017


Bài toán kiểm tra
 Hai khái niệm hiệu số nhiệt độ:
o Hiệu số nhiệt độ yêu cầu (ty): nhằm để đảm bảo năng suất quy định của
thiết bị trong điều kiện làm việc đã cho, phụ thuộc vào dây chuyền sản
xuất.
o Hiệu số nhiệt độ sử dụng (ts): là hiệu số nhiệt độ khi làm việc của thiết bị,
phụ thuộc vào hệ thống nhiệt trong nhà máy.
 Mức độ thích hợp (năng suất dự trữ của thiết bị ở điều kiện xác định): 
∆
∆

07/07/17

Bài toán kiểm tra
 Khi làm việc ổn định thì =1
 Hiệu số nhiệt độ yêu cầu xác định từ phương trình truyền nhiệt:
∆
.
 Hiệu số nhiệt độ sử dụng được xác định từ điều kiện thực tế của quá trình
 Những số liệu ban đầu để tiến hành bài toán kiểm tra: nhiệt lượng Q, bề mặt
truyền nhiệt F, những điều kiện nhiệt độ cho thiết bị làm việc.
 Ngoài ra còn phải biết các số liệu về kích thước hình học, vận tốc chất tải nhiệt
và các số liệu cần thiết khác để tính hệ số truyền nhiệt

07/07/17

13


7/7/2017


Bài toán kiểm tra
 Trình tự bài toán kiểm tra:
o Xác định K dựa vào điều kiện thực tế của thiết bị
o Xác định ty và ts
Nếu trong một chế độ làm việc mà có >1 tức là thiết bị có năng suất
dư: phải nghiên cứu biện pháp sử dụng cho hợp lý như tăng năng suất
hoặc giảm năng lượng cung cấp cho quá trình
Nếu <1 tức là chưa đảm bảo năng suất của thiết bị, cần nghiên cứu để
tăng năng suất như tăng hệ số truyền nhiệt, tăng thế năng của chất tải
nhiệt

07/07/17

Tổn thất áp suất trong thiết bị trao đổi nhiệt được xác định bằng công thức sau:
∆
∆
∆
∆
∆
 pm_trở kháng ma sát
 pc_trở kháng cục bộ
 pg_trở kháng gia tốc
 po_trở kháng trọng trường

07/07/17

14



7/7/2017

Trở kháng ma sát
 Dòng chảy cắt ngang bên ngoài ống
Δ
. .
o Eu_chuẩn số Euler được xác định như sau
Với chùm ống so le:
1
,
0,53
1,4
1 .
1
1

,

1

,

0,53

1

1,93

,


1 .

1

,

.

07/07/17

Trở kháng ma sát
Với chùm ống song song:
0,8
1
0,8
1

1

0,265

1

0,265

1,24

0,8

0,8

1
1

0,88.

0,88.

1,24

. .

1

. .

,

1

1
,

1,24

,

,

1
1


0,1

1

07/07/17

15


7/7/2017

Trở kháng ma sát
 Trong các công thức trên:
o z_số hàng ống
o s‘2_bước ống chéo
o s1_bước ống ngang
o s2_bước ống dọc
o d_đường kính ngoài của ống

07/07/17

Trở kháng cục bộ
∆
Trở kháng gia tốc
Trở kháng trọng trường

Δ

. .

.

2
.

Δ
. .
 Dấu “+” dùng khi dòng chảy từ dưới lên và ngược lại
 Với hệ thống kín thì trở kháng trọng trường bằng “0”
Sau khi tính được trở kháng thủy lực, chúng ta sẽ tính công suất cần thiết cho
bơm – quạt – máy nén

07/07/17

16