Luận văn Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp

Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyện, ta bổ xung bằng dòng hồi lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp. Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ nhờ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 6, dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một phần được dẫn hồi lưu trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện, phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 8. Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy tháp, sau đó một phần được đun sôi bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi lưu về đĩa đáy tháp, phần chất lỏng còn lại đưa vào bể chứa sản phẩm đáy 10. Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng 11.

pdf86 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 24/10/2013 | Lượt xem: 1681 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
681,33110. 2 3682,91.81,9.013,458 3 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=Δ −tcP (N/m2) Trở lực thuỷ tĩnh đoạn luyện: 83,30110.2 4082,95.81,9.799,405 3 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=Δ −tcP (N/m2) 4/ Trở lực của tháp : ⇒ Tổng trở lực của một đĩa đoạn luyện là : tLsLkLdL PPPP Δ+Δ+Δ=Δ 681,331922,5869,389 ++= 472,727= (N/m2) ⇒ Tổng trở lực của một đĩa đoạn ch−ng là : tCsCkCdC PPPP Δ+Δ+Δ=Δ 83,301075,6474,381 ++= 379,689= (N/m2) ⇒ Trở lực của đoạn luyện là : 982,39983379,689.58. ==Δ=Δ dLLTTL PNP (N/m2) ⇒ Trở lực của đoạn ch−ng là : 608,10184472,727.14. ==Δ=Δ dCCTTC PNP (N/m2) ⇒ Trở lực của toàn tháp là : 59,50168982,39983608,10184 =+=Δ+Δ=Δ CL PPP (N/m2) 31 V. tính toán cơ khí : 1.Tính chóp và kích th−ớc cơ bản của chóp. - Đ−ờng kính ống hơi của chóp: 50, 75, 100, 125, 150 (mm) Chọn dh=0,075(m) với chiều dày →= )(2 mmδ đ−ờng kính trong dh= 0,071(m) - Số chóp phân bố trên đĩa: 2 2 .1,0 hd Dn = [II.236] D: Đ−ờng kính trong của tháp(m) dh: Đ−ờng kính ống hơi(m) Thay số: →== 3,79 071,0 2.1,0 2 2 n Qui chuẩn n = 80 - Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi: hdh 25,02 = [II.236] )(01775,0071,0.25,02 mh ==→ -Đ−ờng kính chóp : ( )22 2 chhhch ddd δ++= [II.236] chδ : Chiều dày chóp , )(32 mmch ữ=δ , Chọn chδ = 2(mm) = 0,002 ( ) )(100)(108)(108,0002,0.2071,0071,0 22 mmdmmmd chch =→==++= - Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: )(250 mmS ữ= ; Chọn S = 15(mm) - Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: )(40151 mmh ữ= Chọn h1 = 30(mm) - Chiều cao khe chóp: x yy g b ρ ρωξ . .. 2= [II.236] 32 Trong đó: nd V h y y ...3600 .4 2πω = Vy: L−u l−ợng hơi đi trong tháp (m3/h). ξ : Trở lực đĩa chóp, 25,1 ữ=ξ chọn ξ = 2 xy ρρ , : Khối l−ợng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi (Kg/m3) g = 9,81m/s2. 4 ..3600. 2DV tby ωπ= + Đối với đoạn ch−ng: )/(907,11493 4 2.0168,1.3600. 3 2 hmVy == π )/(0852.10 80.071,0..3600 907,11493.4 2 2 smytbc == πω )/(5333,1 3mKgxtbc =ρ →Chiều cao khe chóp đoạn ch−ng: )(0347,0 576,910.81,9 5333,1.0852,10.2 2 mb == , Chọn b = 36(mm) + Đối với đoạn luyện: )/(12631,13230 4 2.1698,1.3600. 3 2 hmVy == π )/(602,11 80.071,0..3600 12631,13230.4 2 2 smytbl == πω )/(59,811 3mKgxtbl =ρ )/(1336,1 3mKgytbl =ρ →Chiều cao khe chóp đoạn luyện: 33 )(0383,0 598,811.81,9 1336,1.602,11.2 2 mb == , Chọn b = 40(mm) - Chiều rộng các khe chóp: a = 5(mm) - Khoảng cách giữa các khe: c = )(43 mmữ , ở đây chọn c = 4(mm) - Số l−ợng khe hở mỗi chóp: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= b d d c i hch .4 2π [II.236] . Đoạn ch−ng: 5201,51 36.4 71100 4 2 =→=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ii π . Đoạn luyện: 5476,53 40.4 71100 4 2 =→=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ii π - Đ−ờng kính ống chảy chuyền: z G d cx x c ....3600 .4 ωρπ= (m) Gx: L−u l−ợng lỏng trung bình đi trong tháp (Kg/h) xρ : Khối l−ợng riêng của lỏng(Kg/m3) z : Số ống chảy chuyền z = 1 cω : Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền )/(2,01,0 smc ữ=ω Chọn cω =0,1(m/s) . Đoạn ch−ng: )(190)(1895,0 1.1,0.0267,916..3600 3600.030,20.129,0.4 mmmdc === π . Đoạn luyện: )(220)(22,0 1.1,0.598,811..3600 35,32.0956,0.4 mmmdc === π Chuẩn dc = 152(mm) 34 - Khoảng cách từ đĩa đến ống chảy chuyền: S1 = 0,25.dc [II.237] Thay số: S1c = 0,25.190 = 47,5(mm) S1l = 0,250.220 = 55(mm) - Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa ( ) hSbhhc Δ−++= 1 (mm) [II.237] 2 3 ..85,1.3600 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=Δ cd Vh π V: Thể tích chất lỏng chảy qua (m3/h) . Đoạn ch−ng: )/(10.82,2 0267,916 5836,2 33 smGV xtb x c −=== ρ )(20)(0187,0 190,0..85,1.3600 10.3600.82,2 2 3 3 mmmh ==⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=Δ − π ( ) )(6120153630 mmhc =−++= . Đoạn luyện: )/(10.81,3 598,811 35,32.0956,0 33 smGV xtb x l −=== ρ )(22)(0207,0 22,0..85,1.3600 3600.10.81,3 2 3 3 mmmh ==⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=Δ − π ( ) )(6322154030 mmhc =−++= - B−ớc tối thiểu của chóp trên đĩa: 2min .2 ldt chch ++= δ [II.237] l2 = 12,5 + 0,25.dch Thay số: l2 = 12,5 + 0,25.100 = 37,5 35 )(5,1415,372.2100min mmt =++= → Qui chuẩn tmin = 142(mm) - Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất: 11 22 l dd t chchcc ++++= δδ (mm) cδ : Bề dày ống chảy chuyền →ữ= )(42 mmcδ Chọn cδ = 2(mm) l1 : Khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền, th−ờng chọn l1= 75(mm) )(224752 2 1002 2 190 1 mmt =++++= 2/ Thân tháp : Thân hình trụ là bộ phận chủ yếu của để tạo thành thiết bị hoá chất. Tuỳ theo điều kiện làm việc mà ng−ời ta chọn vật liệu và ph−ơng pháp chế tạo. Do điều kiện đàu bài là tháp làm việc ở áp suất th−ờng, nhiệt độ làm việc không cao lắm, dung dịch chứa Etylic và N−ớc do đó ta chọn loại vật liệu là thép hợp kim ( thép không gỉ ) X18H10T làm thân tháp, đó là một vật liệu bền chịu nhiệt. Nó đ−ợc chế tạo bằng cách cuốn tấm vật liệu với kích th−ớc đã định sau đó hàn giáp mối lại . Khi chế tạo loại này ta chú ý : áp suất và nhiệt độ làm ảnh h−ởng đến chiều dày vật liệu. Chọn vật liệu phụ thuộc vào môi tr−ờng làm việc Bảo đảm đ−ờng hàn càng ngắn càng tốt Chỉ hàn giáp mối Bố trí đ−ờng hàn dọc (ở các đ−ờng thân riêng biệt lân cận ) cách nhau ít nhất là 100mm Bố trí mối hàn ở vị trí dễ quan sát Không khoan lỗ qua mối hàn. Thân tháp là thân hình trụ hàn, làm việc chịu áp suất trong, không bị đốt nóng trực tiếp ⇒ Thiết bị loại I nhóm 2 ⇒ Hệ số điều chỉnh là : η = 0,9 [II.356] . ⇒ Theo bảng tính chất cơ học của vật liệu ( III.4 - II.310), chọn độ dày thiết bị trong khoảng (1- 3 mm), ta có giới hạn bền kéo và bền chảy của vật liệu : 36 σk = 540.106 (N/m2) σch = 220.106 (N/m2) ⇒ Hệ số an toàn bền kéo và bền chảy của vật liệu là : nk = 2,6 nc = 1,5 [II.356] ⇒ ứng suất giới hạn bền kéo là : 6 6 k k k 10.9,1869,0.6,2 10.540 . n ][ ==ησ=σ (N/m2) ⇒ ứng suất giới hạn bền chảy là : 6 6 k k k 10.1329,0.5,1 10.220 . n ][ ==ησ=σ (N/m2) ⇒ Chọn ứng suất cho phép là ứng suất bé nhất trong hai ứng suất trên : [σ] = [σk] = 132.106 (N/m2) ♦ Chọn cách chế tạo : Dt > 700(mm) [II.362] - Cách hàn: Hàn tay bằng hồ quang điện. - Hàn giáp mối 2 bên. - Hệ số bền mối hàn là : ϕh = 0,95 ♦ Chiều dày thân tháp hình trụ là : (m) ].[2 . C P PDS t ++= ϕσ [II.360] Trong đó : Dt : Đ−ờng kính trong của tháp (m) Theo thông số đĩa đã chọn : Dt = 2(m) P : áp suất trong thiết bị (N/m2) llmtlmt H..gPPPP ρ+=+= (N/m2) Với : Pmt : áp suất của hơi trong tháp (N/m 2) Tháp làm việc ở áp suất th−ờng nên Pmt = 1 (at) = 105 (N/m2) 37 Pl : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong tháp (N/m2) ρl : Khối l−ợng riêng của chất lỏng trong tháp (kg/m3) Ta lấy theo khối l−ợng riêng lớn nhất là khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng đoạn ch−ng : ρl = ρxC = 916,0267 (kg/m3) Hl : Chiều cao cột chất lỏng trong tháp (m) Ta lấy chiều cao lớn nhất là chiều cao tháp : Hl = H = 33 (m) g : Gia tốc trọng tr−ờng : g = 9,81 (m/s2) ⇒ P = 105 + 9,81 . 916,0267 . 33 = 3,3965.105 (N/m2) [σ] : ứng suất cho phép với loại vật liệu đã chọn (N/m2) ϕ : Hệ số bền của thành hình trụ theo ph−ơng dọc Vì tháp kín không đục lỗ nên ϕ = ϕh = 0,95 C : Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai của chiều dày tấm thép (m) C = C1 + C2 + C3 (m) [II.363] C1 : Bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi tr−ờng và thời gian làm việc của tháp chọn C1 = 1 (mm) = 10 -3 (m) C2 : Bổ sung do bào mòn (m) Tháp ch−ng luyện chỉ chứa lỏng và hơi nên ít bào mòn ⇒ C2 = 0 C3 : Bổ sung do dung sai về chiều dày (m) Chọn dung sai, Chọn C3 = 0,8 mm = 0,8.10 -3 (m) [II.364] ⇒ C = 0,8.10-3 +10-3 = 1,8.10-3 (m) ⇒ Chiều dày thân tháp hình trụ là : (mm) 967,4(m) .10967,410.8,1 10.965,395,0.10.132.2 10.965,3.2 3-3 56 5 ==+−= −S ⇒ Theo quy chuẩn lấy chiều dày tháp là : S = 7 mm ♦ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử( Dùng n−ớc ) : - áp suất thử : Po = Pth + Pl (N/m 2) 38 Trong đó : Pth : áp suất thủy lực (N/m 2) Theo bảng áp suất thuỷ lực khi thử [XIII.5 – II.358] : ⇒ Pth = 1,5.P = 1,5 . 3,965.105 = 5,9475.105 (N/m2) Pl : áp suất cột chất lỏng trong tháp (N/m 2) Pl = g . ρl . Hl = 2,965.105 (N/m2) ⇒ Po =5,9475.105 + 2,965.105 = 8,9125.105 (N/m2) - ứng suất theo áp suất thử : 6 3 53 10.884,180 95,0.10).8,17.(2 10.9125,8].10).8,17(2[ ).(2 )].([ =− −+=− −+= − − ϕσ CS PCSD ot (N/m2) 6 6 ch 10.333,183 2,1 10.220 2,1 ==σ<σ⇒ (N/m2) ⇒ Vậy chọn S = 7 mm là phù hợp. 2/ Nắp và đáy tháp : ♦ Chọn cùng vật liệu với thân tháp. ♦ Chi tiết cấu tạo : - Đáy và nắp elip có gờ chịu áp suất trong. - Các kích th−ớc : - Đ−ờng kính : Dt = 2 (m) - Chiều cao phần lồi : hb = 0,25 . Dt = 0,25 . 2= 0,5 (m) - Chiều cao gờ : h = 25 (mm) ♦ Chiều dày đáy và nắp : (m) Ch.2 D . P.k]..[8,3 P.D S b t hk t +−ϕσ= [II.385] Trong đó : ϕ : Hệ số bền mối hàn h−ớng tâm ϕh = 0,95 k : Hệ số không thứ nguyên : 39 tD dk −= 1 [II.385] d: Đ−ờng kính lớn nhất của lỗ không d−ợc tăng cứng, d = 0,1(m) 95,0 2 1,01 =−=k [ ] 95,0. 10.965,3 95,0.10.132. 5 6 = p k hϕσ >30 nên đại l−ợng p ở mẫu có thể bỏ qua. [ ] Ch D k pD S b t h t += 2 . ..8,3 . ϕσ P : áp suất trong : - Nắp : P = Phơi = 1 at = 1.10 5 (N/m2) - Đáy : P = Ptháp = 3,965. 10 5(N/m2) ⇒ Chiều dày nắp tháp là : (m) C 8,835.10 5,0.2 2. 95,0.95,0.10.132.8,3 .10.1.2 4- 6 5 +=+= CS →S - C=8,835.10-4 (m) = 0,8835 (mm) Ta thấy S – C < 10 ( mm) Nên phải tăng C lên 2(mm), khi đó C=3,8mm Do đó S = 0,8835 + 3,8 = 4,6835( mm). Chọn S = 7( mm). ♦ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử : Pth = 1,5 . Phơi = 1,5 . 1.10 5 = 1,5 . 105 (N/m2) )(N/m 10.18,175 10).8,17.(5,0.95,0.95,0.6,7 10.5,1].10).8,17.(5,0.22[ ).(...6,7 )].(.2[ 26 3 532 2 =− −+= − −+=⇒ − − CShk PCShD bh obt ϕσ [II.386] 40 6 6 ch 10.333,183 2,1 10.220 2,1 ==σ<σ⇒ (N/m2) ⇒ Vậy chọn S = 7 mm là phù hợp. - Với đáy tháp : Pth = Po = 8,9125.10 5 (N/m2) S = )(10.5,3 5,0.2 2. 95,0.95,0.10.132.8,3 10.965,3.2 3 6 5 mC −=+ Ta thấy S – C < 10 ( mm) Nên phải tăng C lên 2(mm), khi đó C = 3,8mm Do đó S = 3,5 + 3,8 = 7,3( mm). Chọn S = 8( mm). ♦ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử : )(N/m 10.93,167 10).8,18.(5,0.95,0.95,0.6,7 10.9125,8].10).8,18.(5,0.22[ ).(...6,7 )].(.2[ 26 3 532 2 =− −+= − −+=⇒ − − CShk PCShD bh obt ϕσ 6 6 ch 10.333,183 2,1 10.220 2,1 ==σ<σ⇒ (N/m2) ⇒ Vậy chọn S = 8( mm) là phù hợp. 3/ Chọn mặt bích : Chọn bích liền bằng thép X18H10T (kiểu 1) với các thông số chọn theo bảng [II.421] ]\với yP = 0,1.106 N/m2 : - Số bích : 26 cặp bích - B−ớc bích : 1,5 (m) - Đ−ờng kính trong : Dt = 2000 (mm) - D = 2141 (mm) - Db = 2090 (mm) - D1 = 2060 (mm) 41 - D0 = 2015 (mm) - Bu lông : 44 (cái ) loại M20 - Chiều dày bích : h = 25 (mm) 4/ Tính đ−ờng kính các ống dẫn : Chọn vật liệu ống dẫn cùng loại vật liệu tháp, dày 3 mm. (m) w.785,0 V d = [II.448] Trong đó : V : L−u l−ợng thể tích (m3/s) w : Vận tốc trung bình (m/s) a/ ống chảy chuyền : L−ợng lỏng trung bình đi trong : 42 - Đoạn luyện : VxL = 2,82.10 -3 (m3/s) - Đoạn ch−ng : VxC = 3,81.10-3 (m3/s) Chọn vận tốc lỏng qua ống chảy chuyền là w = 0,2 (m/s) Chọn số ống chảy chuyền với mỗi đĩa : Z = 1 (ống) ⇒ Đ−ờng kính của ống chảy chuyền đoạn luyện là : (m) 0,1557 2,0.785,0 10.81,3 3 == − d , chuẩn hoá d = 160(mm) ⇒ Đ−ờng kính của ống chảy chuyền đoạn ch−ng là : (m) 0,134 2,0.785,0 10.82,2 3 == − d , qui chuẩn d = 140(mm) b/ ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp : L−ợng hỗn hợp đầu vào tháp là F = 2400 (kg/h) Nhiệt độ của hỗn hợp đầu tF = 84,6628 oC ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t = tF : 627,730=Aρ (kg/m3) 778,969=Bρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của hỗn hợp đầu aF = 30% ⇒ Khối l−ợng riêng của hỗn hợp đầu là : 483,882 778,969 30,01 627,730 30,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B F A F F aa ρρρ (kg/m3) ⇒ L−u l−ợng thể tích của hỗn hợp đầu là : 410.554,7 483,882.3600 2400 −=== F FV ρ (m3/s) Chọn tốc độ hỗn hợp đầu là : w = 0,3 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn hỗn hợp đầu là : 43 (m) 0,0566 3,0.785,0 10.554,7 4 == − d Quy chuẩn : d = 0,06 (m) = 60 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 100 (mm) [II.434] ⇒ Tốc độ thực tế của hỗn hợp đầu : (m/s) 0,27 06,0.785,0 10.554,7 .785,0 2 4 2 === − d VwTT b/ ống dẫn hơi đỉnh tháp : L−ợng hơi đỉnh tháp là gđ = 0,0952 (kmol/s) Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp tP = 78,1272 oC ⇒ L−u l−ợng thể tích của hơi đỉnh tháp là : 742,2 273 )1272,78273.(4,22.0952,0 273 )273.(4,22. =+=+= Pd tgV (m3/s) Chọn tốc độ hơi đỉnh tháp là : w = 20 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn hơi đỉnh tháp là : (m) 0,417 20.785,0 742,2 ==d Quy chuẩn : d = 420 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 150 (mm) [II.434] ⇒ Tốc độ thực tế của hơi đỉnh tháp : (m/s) ,80119 42,0.785,0 472,2 .785,0 22 === d VwTT c/ ống dẫn sản phẩm đáy : L−ợng sản phẩm đáy là W = 0,458 (kg/s) Nhiệt độ của hỗn hợp đáy tW = 99,6007 oC ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t = tW : 44 379,716=Aρ (kg/m3) 28,958=Bρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của sản phẩm đáy aW = 0,04% ⇒ Khối l−ợng riêng của sản phẩm đáy là : 987,956 28,958 004,01 379,716 004,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B W A W W aa ρρρ (kg/m3) ⇒ L−u l−ợng thể tích của sản phẩm đáy là : 410.785,4 987,956 458,0 −=== W WV ρ (m3/s) Chọn tốc độ sản phẩm đáy là : w = 0,2 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn sản phẩm đáy là : 0,055(m) 2,0.785,0 10.785,4 4 == − d Quy chuẩn : d = 0,06 (m) = 60 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 100 (mm) [II.434] ⇒ Tốc độ thực tế của sản phẩm đáy : (m/s) ,16930 06,0.785,0 10.785,4 .785,0 2 4 2 === − d VwTT d/ ống dẫn hơi ng−ng tụ hồi l−u : L−ợng hơi ng−ng tụ hồi l−u là GR = P.R = 729,6.2087,0 = 1,4043 (kg/s) Nhiệt độ của hơi ng−ng tụ hồi l−u tR = tP = 78,1272 oC ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t = tR : 78,736=Aρ (kg/m3) 03,973=Bρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của hơi ng−ng tụ hồi l−u aR = aP = 95% ⇒ Khối l−ợng riêng của hơi ng−ng tụ hồi l−u là : 45 83,745 03,973 95,01 78,736 95,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B R A R R aa ρρρ (kg/m3) ⇒ L−u l−ợng thể tích của hơi ng−ng tụ hồi l−u là : 310.882,1 83,745 403,1 −=== R RGV ρ (m3/s) Chọn tốc độ hơi ng−ng tụ hồi l−u là : w = 0,3 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn hơi ng−ng tụ hồi l−u là : (m) 0,089 3,0.785,0 10.882,1 3 == − d Quy chuẩn : d = 0,90 (m) = 90 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 110 (mm) [II.434] ⇒ Tốc độ thực tế của hơi ng−ng tụ hồi k−u : (m/s) ,2950 9,0.785,0 10.882,1 .785,0 2 3 2 === − d VwTT e/ ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi l−u : L−ợng hơi sản phẩm đáy hồi l−u là g1’ = 0,1014 (kmol/h) Nhiệt độ của hơi sản phẩm đáy hồi l−u tW = 99,6007 oC ⇒ L−u l−ợng thể tích của hơi sản phẩm đáy hồi l−u là : 1,3 273 )6007,99273.(4,22.1014,0 273 )273.(4,22.'1 =+=+= WtgV (m3/s) Chọn tốc độ hơi sản phẩm đáy hồi l−u là : w = 20 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi l−u là : (m) 0,444 20.785,0 1,3 ==d Quy chuẩn : d = 0,45 (m) = 450 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 150 (mm) [II.434] 46 ⇒ Tốc độ thực tế của hơi sản phẩm đáy : (m/s) ,5819 45,0.785,0 1,3 .785,0 22 === d VwTT 5/ Khối l−ợng tháp : G = GT + GN-Đ + GB + Gbl + GĐ + GÔ + GL (kg) Trong đó : GT : Khối l−ợng thân tháp trụ (kg) GN-Đ : Khối l−ợng nắp và đáy tháp (kg) GB : Khối l−ợng bích (kg) Gbl : Khối l−ợng bu lông nối bích (kg) GĐ : Khối l−ợng đĩa lỗ trong tháp (kg) GÔ : Khối l−ợng ống chảy chuyền (kg) GL : Khối l−ợng chất lỏng điền đầy tháp (kg) a/ Khối l−ợng thân tháp trụ : - Khối l−ợng riêng của thép là ρT = 7,9.103 (kg/m3) [II.313] - Đ−ờng kính trong của thân tháp : Theo các thông số đĩa đã chọn : Dt = 2 (m) - Chiều dày thân tháp : S = 7 (mm) - Chiều cao thân tháp : H = 33 (m) ⇒ Khối l−ợng thân tháp là : (kg) 1254,574310.9,7.33. 4 ]2)10.72.[(14,3 .. 4 ]).[( 3 223 22 =−+= −+= − T tt T H DSDG ρπ b/ Khối l−ợng nắp và đáy tháp : Theo các thông số của nắp và đáy tháp đã chọn : - Bề mặt trong của nắp, đáy tháp : F = 4,48 (m2) [II.382] - Chiều dày của nắp, đáy tháp lấy chung : S = 8 (mm) =8.10-3 (m) 47 ⇒ Khối l−ợng nắp và đáy tháp là : (kg) 136,28310.9,7.10.8.24,2.2..2 33 === −− TDN SFG ρ c/ Khối l−ợng bích : Theo các thông số của bích đã chọn : - Đ−ờng kính trong của bích : Dt = 2(m) - Đ−ờng kính ngoài của bích : D = 2,141 (m) - Chiều dày bích : h = 0,025 (m) - Số bích : n = 26 (cặp) = 42 (chiếc) ⇒ Khối l−ợng bích là : (kg) 913,380342.10.9,7.025,0. 4 ]2141,2.[14,3... 4 ].[ 322 22 =−=−= nhDDG TtB ρπ d/ Khối l−ợng bu lông nối bích : Theo các thông số của bích đã chọn : Cần 26 cặp bích, mỗi cặp cần 44 bu lông loại M20 (khối l−ợng : 0,15 kg/cái) . ⇒ Khối l−ợng bu lông nối bích là : (kg) 6,17115,0.44.26 ==blG e/ Khối l−ợng đĩa lỗ trong tháp : Theo các thông số đĩa đã chọn : - Đ−ờng kính đĩa : D = 2 (m) - Chiều dày đĩa : δ = 0,002 (m) - Số đĩa : n = 72 (chiếc) ⇒ Khối l−ợng đĩa trong tháp là : (kg) 876,357372.10.9,7.002,0. 4 2.14,3... 4 . 32 2 === nDG Td ρδπ f/ Khối l−ợng ống chảy chuyền : Khối l−ợng một ống chảy chuyền là : 48 (kg) 701,010.9,7.28,0. 4 ]1,0)002,01,0[(14,3.. 4 ])[( 32222 =−+=−+= Toooo hDSDm ρπ ⇒ Số ống chảy chuyền là : nÔ = 72.1 = 72 (ống) ⇒ Khối l−ợng ống chảy chuyền là : GÔ = nÔ . mÔ = 72 . 0,701 = 50,472 (kg) g/ Khối l−ợng chất lỏng điền đầy tháp : Ta lấy theo khối l−ợng riêng lớn nhất là khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng đoạn ch−ng : ρL = ρxC = 916,0267 (kg/m3) ⇒ Khối l−ợng chất lỏng chứa trong tháp là : (kg) 6,949180267,916.33. 4 2.14,3.. 4 . 22 === LL H D G ρπ ⇒ Khối l−ợng tháp là : G = 5743,1254 + 283,136 + 3803,913 +171,6 + 3573,876 +50,472+94918,6 = 108544,7224 (kg) 6/ Tính tai treo : Trọng l−ợng tháp là : P = G . g = 108544,7224 . 9,81 = 1064823,727 (N) Chọn 18 tai treo bằng thép CT3, tải trọng trên 1 tai treo là : 6,0.104 (N) ⇒ Các thông số của tai treo (Kiểu VIII) (II-438) - Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ : 1,33.106 (N/m2) - Bề mặt đỡ : F = 451.10-4 (m2) L B B1 H S l a d Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10-4, N Bề mặt đỡ F.104, m2 Tải trọng cho phép lên mặt đỡ q.10- 6N/m2 mm Khối l−ợng một tai treo, Kg 6,0 451 1,33 230 200 205 350 12 100 25 34 13,2 ⇒ Tải trọng của cả 18 tai treo : 18. 6,0.104 = 108.104 (N) > P ⇒ Phù hợp 49 7/ Tính chân đỡ : Chọn chân thép: 18 chân L B B1 B2 H h s l d Tải trọng cho phép trên một chân G.10-4N Bề mặt đỡ F.104, m2 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ q.10-6, N/m2 mm 6,0 711 0,84 300 240 260 370 450 226 18 110 34 ⇒ Tải trọng của cả 18 chân đỡ : 18. 6,0.104 = 48.104 (N) > P ⇒ Phù hợp *Chọn tấm lót cho tai treo bằng thép: Tải trọng cho phép trên một tai treo. G.10- 4,N Chiều dầy tối thiểu của thành thiết bị khi không có lót Chiều dầy tối thiểu của thiết bị khi có lót S H b sh mm 6 20 10 550 340 8 50 51 tính cân bằng nhiệt I. thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (II-196) : (J/h) QQQQQ 1xq1ngFf1D ++=+ Trong đó : QD1 : Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào (J/h) Qf : Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h) QF : Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h) 1ngQ : Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra (J/h) 1xqQ : Nhiệt l−ợng mất mát ra môi tr−ờng xung quanh (J/h) Chọn hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà ở áp suất 2 at, có to sôi = 119,62 oC 1/ Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào : (J/h) )C.r.(D.DQ 1111111D θ+=λ= [II.196] Trong đó : D1 : L−ợng hơi đốt (kg/h) λ1 : Hàm nhiệt (nhiệt l−ợng riêng) của hơi đốt (J/kg) θ1 : Nhiệt độ n−ớc ng−ng (oC) : θ1 = 119,62 oC 52 r1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt (J/kg) Theo bảng số liệu Nhiệt hoá hơi – to (I-301) tại to = θ1, nội suy ta có : r1 = 526,7 (kcal/kg) = 526,7 . 4,18.10 3 (J/kg) = 2201,4.103 (J/kg) C1 : Nhiệt dung riêng của n−ớc ng−ng (J/kg.độ) 2/ Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang vào : (J/h) t.C.FQ fff = [II.196] Trong đó : F : L−ợng hỗn hợp đầu (kg/h) F = 2400 (kg/h) tf : Nhiệt độ đầu của hỗn hợp ( oC) Hỗn hợp vào ở nhiệt độ th−ờng tf = 20 oC Cf : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202), ta có : C E = 0,99947 ( kcal/kg.độ)=4,1778( kJ/kg.độ) CN =2,480( kJ/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu : af = aF = 30% ⇒ Cf = CA.af + CB.(1 – af) = 4,1778 . 0,30 + 2,48 .(1 – 0,30) = 2,98934 (kJ/kg.độ) 3/ Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang ra : (J/h) t.C.FQ FFF = [II.196] Trong đó : tF : Nhiệt độ của hỗn hợp đầu sau khi đun nóng ( oC) : tF = 84,6028 oC CF : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra (J/kg.độ) 53 Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202) tại to = tF, nội suy ta có : CA = 3289,042(J/kg.độ) CB = 4196,07 (J/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu : aF = 30% ⇒ CF = CA.aF + CB.(1 – aF) = 3289,042 . 0,3 + 4196,07 .(1 – 0,30) = 3923,961 (J/kg.độ) (J/h) 10.741,796744002 . 6028,48 . 961,3923 3==⇒ FQ 4/ Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra : (J/h) .C.D.C.GQ 111111ng1ng θ=θ= [I.197] Trong đó : 1ngG : L−ợng n−ớc ng−ng, bằng l−ợng hơi đốt D1 (kg/h) 5/ Nhiệt l−ợng mất ra môi tr−ờng xung quanh : L−ợng nhiệt mất ra môi tr−ờng lấy bằng 5% l−ợng nhiệt tiêu tốn : (J/h) r.D.05,0Q 111xq = [II.197] 6/ L−ợng hơi đốt cần thiết : 1 fF 1 f1xq1ngF 1 r.95,0 QQQQQQ D −=λ −++= [II.197] (kg/h) r.95,0 )t.Ct.C.(F D 1 ffFF 1 −= (kg/h) 365,312 10.4,2201.95,0 )20.34,29896028,84.961,3923.(2400 31 =−=⇒ D 54 II. tháp ch−ng luyện : Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của tháp ch−ng luyện : (J/h) QQQQQQQ 2ng2xqwyR2DF +++=++ [II.197] Trong đó : QF : Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h) QD2 : Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào tháp (J/h) QR : Nhiệt l−ợng do l−ợng lỏng hồi l−u mang vào (J/h) yQ : Nhiệt l−ợng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (J/h) Qw : Nhiệt l−ợng do sản phẩm đáy mang ra (J/h) 2xqQ : Nhiệt l−ợng mất mát ra môi tr−ờng xung quanh (J/h) 2ngQ : Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra (J/h) Chọn hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà ở áp suất 2 at, có to sôi = 119,62 oC 1/ Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào tháp : (J/h) )C.r.(D.DQ 2222222D θ+=λ= [II.197] Trong đó : D2 : L−ợng hơi đốt (kg/h) λ2 : Hàm nhiệt (nhiệt l−ợng riêng) của hơi đốt (J/kg) θ2 : Nhiệt độ n−ớc ng−ng (oC) : θ2 = 119,62 oC r2 : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt (J/kg) r2 = r1 = 2201,4.10 3 (J/kg) C2 : Nhiệt dung riêng của n−ớc ng−ng (J/kg.độ) 2/ Nhiệt l−ợng do l−ợng lỏng hồi l−u mang vào : 55 (J/h) t.C.GQ RRRR = [II.197] Trong đó : GR : L−ợng lỏng hồi l−u (kg/h) GR = P . Rx Với : P : L−ợng sản phẩm đỉnh (kg/h) P = 751,32 (kg/h) Rx : Chỉ số hồi l−u : Rx = 6,729 ⇒ GR = 751,32.6,729 (kg/h) = 5055,48 (kg/h) tR : Nhiệt độ của l−ợng lỏng hồi l−u (oC) L−ợng lỏng hồi l−u (sau khi qua thiết bị ng−ng tụ) ở trạng thái sôi, có nồng độ bằng nồng độ của hơi ở đỉnh tháp : x = yP = xP = 0,8814 ⇒ Theo bảng số liệu nồng độ – to sôi ), nội suy ta có : tR = 78,1272 oC CR : Nhiệt dung riêng của l−ợng lỏng hồi l−u (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202), nội suy ta có : C1 = 3196,59 (J/kg.độ) C2 = 4190,868(J/kg.độ) Nồng độ l−ợng lỏng hồi l−u bằng nồng độ sản phẩm đỉnh: aR = aP = 95% ⇒ CR = C1.aR + C2.(1 – aR) = 3196,59 . 0,95 + 4190,868 .(1 – 0,95) = 3246,303 (J/kg.độ) (J/h) .10910,1282193 303,3246.1272,78.48,5055 3==⇒ RQ 3/ Nhiệt l−ợng do hơi mang ra ở đỉnh tháp : (J/h) ).R1.(PQ dxy λ+= [II.197] Trong đó : λd : Hàm nhiệt (nhiệt l−ợng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg) 56 )a1.(a. 21d −λ+λ=λ (J/kg) [II.197] Với : λ1, λ2 : Nhiệt l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (J/kg) ⎩⎨ ⎧ θ+=λ θ+=λ (J/kg) .Cr (J/kg) .Cr 2222 1111 Mà θ1 = θ2 = tR = 78,1272 oC ⇒ Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202), nội suy ta có : C1 = 3196,59 (J/kg.độ) C2 = 4190,68 (J/kg.độ) ⇒ Theo bảng số liệu Nhiệt hoá hơi – to (I-301), nội suy ta có : r1 = 202,749(kcal/kg) = 847,490.10 3 (J/kg) r2 = 560,8718(kcal/kg) = 2344,448.10 3 (J/kg) ⎪⎩ ⎪⎨⎧ =+= =+=⇒ (J/kg) 26718681272,78.68,419010.448,2344 (J/kg) 10972301272,78.59,319610.490,847 3 2 3 1 λ λ a : Nồng độ phần khối l−ợng của Etylic : a = aP = 0,95 (J/kg) 9,11756105,0.267186895,0.1097230 =+=⇒ dλ (J/h) 10.636,68287549,117561).729,61.(2087,0 3=+=⇒ yQ 4/ Nhiệt l−ợng do sản phẩm đáy mang ra : (J/h) t.C.WQ wWW = [II.197] Trong đó : W : L−ợng sản phẩm đáy (kg/h) W = 0,458(kg/s) tW : Nhiệt độ của l−ợng sản phẩm đáy (oC) : tW = 99,6007 oC CW : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg.độ) 57 Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202) tại tW, nội suy ta có : C1 = 3514(J/kg.độ) C2 = 4218,26(J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đáy: aW = 0,4% ⇒ CW = C1.aW + C2.(1 – aW) = 3514.0,004 + 4218,26 .(1 – 0,004) = 4215,443 (J/kg.độ) (J/h) .10932,692266 443,4215.6007,99.3600.458,0 3==⇒ WQ 5/ Nhiệt l−ợng mất ra môi tr−ờng xung quanh : L−ợng nhiệt mất ra môi tr−ờng lấy bằng 5% l−ợng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp : (J/h) r.D.05,0Q 222xq = [II.197] 6/ Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra : (J/h) .C.D.C.GQ 222222ng2ng θ=θ= [II.198] Trong đó : 2ngG : L−ợng n−ớc ng−ng, bằng l−ợng hơi đốt (kg/h) 7/ L−ợng hơi đốt cần thiết : 2 RFWy 2 RF2xq2ngWy 2 r.95,0 QQQQQQQQQQ D −−+=λ −−+++= [ II.198] (kg/h) 444,1 10.4,2201.95,0 53,59540710.5,110810.96,94591210.8986403 3 333 2 =−−+=⇒D III. thiết bị ng−ng tụ : 58 Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của thiết bị ng−ng tụ (ng−ng tụ hoàn toàn): )tt.(C.Gr).1R.(P 12nnx −=+ [II.198] Trong đó : r : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đỉnh tháp (J/kg) Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp là tđ = 78,1272 oC ⇒ Theo bảng số liệu Nhiệt hoá hơi – to (I-301), nội suy ta có : r1 = 847,490.10 3 (J/kg) r2 = 2344,448.10 3 (J/kg) Nồng độ phần khối l−ợng của hơi đỉnh tháp là aP = 95% ⇒ r = r1.aP + r2.(1- aP) = 847,490.103 . 0,95 + 2344,448.103.(1- 0,95) = 922,338 . 103 (J/kg) Gn : L−ợng n−ớc lạnh tiêu tốn (kg/h) t1,t2 : Nhiệt độ vào và ra của n−ớc làm lạnh (oC) Nhiệt độ vào của n−ớc lạnh lấy là nhiệt độ th−ờng : t1 = 20 oC Nhiệt độ ra của n−ớc lạ nh chọn : t2 = 40 oC ⇒ ttb = 30 oC Cn : Nhiệt dung riêng của n−ớc ở nhiệt độ trung bình ttb (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-195), nội suy ta có : Cn = 4174,4 (J/kg.độ) ⇒ L−ợng n−ớc lạnh cần thiết là : (kg/h) 10.222,64 )2040.(4,4174 10.338,922).1729,6.(2807,0 ).( ).1.( 33 12 =− +=− += ttC rRPG n x n IV. thiết bị lμm lạnh : Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của thiết bị làm lạnh : )tt.(C.G)tt(C.P 12n2n ' 2 ' 1P −=− [II.198] 59 Trong đó : Gn2 : L−ợng n−ớc lạnh tiêu tốn (kg/h) ' 2 ' 1 t,t : Nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ng−ng tụ (oC) Sản phẩm đỉnh sau ng−ng tụ ở trạng thái sôi : ⇒ Nhiệt độ vào chính bằng nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp : '1t = 78,125 oC Nhiệt độ ra của sản phẩm lấy là : ' 2t = 25 oC ⇒ 'tbt = 52oC CP : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ng−ng tụ (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202) tại ' tbt , nội suy ta có : C1 = 0,69 (kcal/kg.độ) = 2884(J/kg.độ) C2 = 1,01 (kcal/kg.độ) = 4222(J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đỉnh: aP = 95% ⇒ CP = C1.aP + C2.(1 – aP) = 2884 . 0,95 + 4222 .(1 – 0,95) = 2950,9 (J/kg.độ) ⇒ L−ợng n−ớc lạnh cần thiết là : (kg/h) 8222,1410 )2040.(4,4174 )251272,78.(9,2950.3600.2087,0 ).( )(. 12 ' 2 ' 1 2 =− −=− −= ttC ttCPG n P n 60 tính vμ chọn thiết bị phụ I. thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : Để đun nóng hỗn hợp đầu ( theo phần khối l−ợng ) với năng suất 3000 kg/h . giả thiết dung dịch đầu có nhiệt độ ban đầu t=200C ,cần đun nóng đến nhiệt độ sôi tF =84,6628 0C( nhiệt độ sôi tra theo đ−ờng cân bằng x-y-t ) .Để đun nóng hỗn hợp đầu ta dùng thiết bị gia nhiệt loại ống chùm loại đứng ,dùng hơi n−ớc bão hoà để đun nóng hỗn hợp đầu ,chọn áp suất tuyệt đối của hơi n−ớc bão hòa là P = 2at ,khi đó nhiệt độ của hơi n−ớc bão hoà là tbh= 119,620C . Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm thẳng đứng với các thông số : - Bề mặt truyền nhiệt trên 1 đơn vị thể tích(m2/m3): 15 – 40 - L−ợng kim loại cần cho 1 đơn vị nhiệt tải: 1 - L−ợng kim loại cần cho 1 đơn vị bề mặt đốt: 30 – 80 - Chiều cao ống : hO = 1,0 (m) - Đ−ờng kính ống : d = 25 (mm) - Chiều dày thành ống : δ = 2,5 (mm) ⇒ Đ−ờng kính trong của ống là : dO = 20 (mm) - Dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống. Chọn vật liệu chế tạo ống là thép không gỉ 2X13 ⇒ Theo I-148, hệ số dẫn nhiệt của vật liệu là : λ = 25,4 (W/m.độ) Chọn hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà ở áp suất 2 at, có to sôi = 119,62 oC 1/ Hiệu số nhiệt độ trung bình : Nhiệt độ vào của dung dịch là tđ = 20 oC Nhiệt độ ra của dung dịch là tc = tsôi = tF = 84,6628 oC Hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà nên nhiệt độ không thay đổi và là nhiệt độ sôi ở áp suất đã chọn (2 at) : 119,62 oC ⇒ Δt1 = 119,62 – 20 = 99,62 oC ⇒ Δt2 = 119,62 – 84,6628 = 34,96 oC 61 ⇒ Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai l−u thể là : C 748,61 96,34 62,99ln 96,3462,99 ln O 2 1 21 =−= Δ Δ Δ−Δ=Δ t t ttttb ⇒ Nhiệt độ trung bình của hơi đốt là ttb1 = 119,62 oC ⇒ Nhiệt độ trung bình của dung dịch là ttb2 = ttb1 - Δttb = 119,62 – 61,748 = 57,872 oC 2/ L−ợng nhiệt trao đổi : )tt.(C.mQ dcP −= (J/s) Trong đó : m : L−ợng dung dịch đ−a vào (kg/s) m = F = 0,6667 (kg/s) PC : Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202) tại to = ttb2, nội suy ta có : C1 = 0,72 (kcal/kg.độ) = 3009,6(J/kg.độ) C2 = 1,1 (kcal/kg.độ) = 4598(J/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu : aF = 30% ⇒ CP = C1.aF + C2.(1 – aF) = 3009,6 . 0,30 + 4598 .(1 – 0,30) = 4121,48 (J/kg.độ) tđ, tc : Nhiệt độ vào và ra của dung dịch ( oC) ⇒ Q = 0,6667 . 4121,48 . (84,6628 - 20) = 177679,841 (J/s) 3/ Diện tích trao đổi nhiệt : 62 Δt1 Δt2 ΔtT th tdd tT1 tT2 q1 q2 δ α1 α2 qT Ký hiệu : th : Nhiệt độ hơi đốt – hơi n−ớc bão hoà ở 2 at (oC) : th = ttb1 = 119,62 oC tT1 : Nhiệt độ mặt ngoài ống ( oC) tT2 : Nhiệt độ mặt trong ống ( oC) tdd : Nhiệt độ dung dịch ( oC) : tdd = ttb2 = 57,872 oC Δt1 : Hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và mặt ngoài ống (oC) : Δt1 = th – tT1 Δt2 : Hiệu nhiệt độ giữa mặt trong ống và dung dịch (oC) : Δt1 = tT2 – tdd ΔtT : Hiệu nhiệt độ giữa mặt ngoài ống và mặt trong ống (oC) : ΔtT = tT1 – tT2 δ : Chiều dày thành ống (m) tm : Nhiệt độ màng n−ớc ng−ng (oC) : tm = 0,5.( th + tT1) q1 : Nhiệt tải riêng phía hơi ng−ng tụ (W/m2) q2 : Nhiệt tải riêng phía dung dịch (W/m 2) α1 : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ng−ng tụ (W/m2.độ) α2 : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch (W/m2.độ) a/ Hệ số cấp nhiệt phía hơi ng−ng tụ : 4 1 H.t r .A.04,2 Δ=α (W/m2.độ) [II-28] Trong đó : A : Phụ thuộc nhiệt độ màng n−ớc ng−ng tm r : ẩn nhiệt hoá hơi lấy theo nhiệt độ hơi bão hoà th (J/kg) 63 Theo bảng số liệu Nhiệt hoá hơi – to (I-301), nội suy ta có : r = 2201,4.103 (J/kg) Δt : Hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và mặt ngoài ống (oC) : Δt = Δt1 H : Chiều cao ống (m) : H = hO = 1,0 (m) b/ Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch : Ph−ơng trình chuẩn số cấp nhiệt đối l−u c−ỡng bức : 25,0 t 43,08,0 1 Pr Pr.Pr.Re..021,0Nu ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ε= [I.14] Trong đó : ♦ ε1 : Hệ số hiệu chỉnh : 150020,0 0,1 d h 1 O O =ε⇒== ♦ Nu : Chuẩn số Nuyxen : λ α= l.Nu α : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch (W/m2.độ) : α = α2 l : Kích th−ớc hình học chủ yếu (m) : l = dO = 0,020 (m) λ : Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch (W/m.độ) 3P M ..C.A ρρ=λ (W/m.độ) [I.143] A : Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của dung dịch Etylic và N−ớc là hỗn hợp lỏng liên kết : A = 3,58.10-8 CP : Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) : CP = 3827,64 (J/kg.độ) ρ : Khối l−ợng riêng của dung dịch (kg/m3) Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc theo ttb2 = 57,872°C : 915,755=Aρ (kg/m3) 957,983=Bρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của dung dịch : aF = 30% Ta có : 64 296,902 957,983 30,01 915,755 30,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B F A F aa ρρρ (kg/m3) M : Khối l−ợng mol phân tử của dung dịch (kg/kmol) Nồng độ phần mol của dung dịch là : xF = 0,1436 (kmol/kmol) ⇒ M = MA.xF + MB.(1-xF) = 46.0,1436 + 18.(1- 0,1436) = 22,021 (kg/kmol) 426,0 021,22 296,902.64,3827.296,902.10.58,3 38 ==⇒ −λ (W/m.độ) ♦ Re : Chuẩn số Reynolt Để quá trình truyền nhiệt đạt hiệu quả, dung dịch phải ở chế độ chảy xoáy ⇒ Chọn Re = 10000 ♦ Pr : Chuẩn số Prand của dòng tính theo nhiệt độ dòng : λ μ= .CPr P μ : Độ nhớt của dung dịch (N.s/m2) Theo bảng và toán đồ (I-102) với nhiệt độ dung dịch ttb2 = 57,872°C : μ1 = 0,62 (cP) μ2 = 0,49 (cP) Theo công thức (I-93), ta có : 295,0 )49,0lg().1436,01()62,0lg(.1436,0 )lg().1()lg(.lg 21 −= −+= −+= μμμ FF xx ⇒ μ = 0,506 (cP) = 0,506 . 10-3 (N.s/m2) 546,4 426,0 10.506,0.64,3827Pr 3 ==⇒ − ♦ Prt : Chuẩn số Prand tính theo nhiệt độ t−ờng : 65 3/4 t 3/1 t 3 t t t t tPt t .A M. M ..A .C Pr ρ μ=ρρ μ=λ μ= 3/4 6 3/48 3/1 .10.3,78 .10.58,3 872,22.Pr t t t t t ρ μ ρ μ ==⇒ − 25,025,0 43,08,0 Pr Pr.826,63 Pr Pr.546,4.10000.021,0 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⇒ tt Nu c/ Tổng nhiệt trở thành ống : T 21O rrr λ δ++= (m2.độ/W) Trong đó : r1 : Nhiệt trở do lớp cặn bám bên ngoài thành ống : r1 = 0,232.10 -3 (m2.độ/W) r2 : Nhiệt trở do lớp cặn bám bên trong thành ống : r2 = 0,387.10 -3 (m2.độ/W) δ : Chiều dày thành ống : δ = 2,5 (mm) = 2,5.10-3 (m) λT : Hệ số dẫn nhiệt của thành ống : λT = 25,4 (W/m.độ) 33 O 10.72,010.4,25 5,2 387,0232,0r −− =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++=⇒ (m2.độ/W) d/ Nhiệt tải riêng trung bình : ♦ Giả sử Δt1 = 2,3 oC ⇒ tT1 = th - Δt1 = 119,62 – 2,3 = 117,32 (oC) ⇒ tm = 0,5.(th + tT1) = 0,5.(119,62 + 117,32) = 118,47 (oC) ⇒ Theo bảng số liệu A – tm (II-29), nội suy ta có : A = 187 04,11932 0,1.3,2 10.4,2201.0,187.04,2 4 3 1 ==⇒α (W/m2.độ) ⇒ q1 = α1 . Δt1 = 11932,04 . 2,3 = 27443,68 (W/m2) ⇒ qT = q1 = 27443,68 (W/m2) 66 ⇒ ΔtT = qT . rO = 27443,68 . 0,72.10-3 = 19,76 (oC) ⇒ tT2 = tT1 - ΔtT = 117,32 – 19,76 = 97,56 (oC) Theo bảng và toán đồ (I-102) với nhiệt độ t−ờng tT2 : μ1 = 0,33 (cP) μ2 = 0,26 (cP) Theo (I-93), ta có : 554,0 )26,0lg().1436,01()33,0lg(.1436,0 )lg().1()lg(.lg 21 −= −+= −+= μμμ FFt xx ⇒ μt = 0,279 (cP) = 0,279 . 10-3 (N.s/m2) Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (I-10) theo tT2 : 715=Aρ (kg/m3) 71,959=Bρ (kg/m3) ⇒ Theo (II-183), ta có : 352,870 71,959 30,01 715 30,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B F A F t aa ρρρ (kg/m3) 623,2 352,870 10.279,0.10.3,78Pr 3/4 3 6 ==⇒ − t 098,73 623,2 546,4.826,63 25,0 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⇒Nu 89,1556 020,0 426,0.0938,73. 2 ===⇒ l Nuλα (W/m2.độ) ⇒ Δt2 = tT2 – tdd = 97,56 – 57,872 = 39,688 (oC) ⇒ q2 = α2 . Δt2 = 1556,89 . 39,688 = 61789,85 (W/m2) Ta thấy q1 và q2 khác nhau nhiều và q1 < q2 nên giả thuyết ch−a thoả mãn Giả thuyết Δt1=4,2°C T−ơng tự ta có tT1=115,42°C tm=117,52 theo bảng (II- 29) ta nội suy đ−ợc 67 A=187 Nên hệ số cấp nhiệt: 25,03 1 1.2,4 410,2201.187.04,2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=α =10264,41 W/m2.độ. Suy ra q1 = 10264,41.4,2 = 43110,54 W/m 2 ΔtT = tT1- tT2 = q1.Σr = 43110,54.0,72.10 –3 = 31,04°C; suy ra tT2=115,42 – 31,04 = 84,38°C Theo bảng và toán đồ (I-102) với nhiệt độ t−ờng tT2 : μ1 = 0,42 (cP) μ2 = 0,362 (cP) Theo (I-93), ta có : 44,0 )362,0lg().1436,01()42,0lg(.1436,0 )lg().1()lg(.lg 21 −= −+= −+= μμμ FFt xx ⇒ μt = 0,362 (cP) = 0,362 . 10-3 (N.s/m2) Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (I-10) theo tT2 : 84,730=Aρ (kg/m3) 934,968=Bρ (kg/m3) ⇒ Theo (II-183), ta có : 667,882 934,968 30,01 84,730 30,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B F A F t aa ρρρ (kg/m3) 58,2 667,882 10.279,0.10.3,78Pr 3/4 3 6 ==⇒ − t 17,73 58,2 546,4.826,63 25,0 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⇒Nu 521,1558 020,0 426,0.17,73. 2 ===⇒ l Nuλα (W/m2.độ) ⇒ Δt2 = tT2 – tdd = 84,38 – 57,872 = 26,508 (oC) ⇒ q2 = α2 . Δt2 = 1558,521 . 26,508 = 41313,275 (W/m2) 68 %5%17,4 54,43110 275,4131354,43110 1 21 <=−=−⇒ q qq ⇒ Chấp nhận đ−ợc ⇒ Nhiệt tải riêng trung bình : 9075,42211 2 275,4131354,43110 2 21 =+=+= qqqtb (W/m2) e/ Diện tích trao đổi nhiệt : 2,4 9075,42211 841,177679 === tbq QF (m2) ⇒ Số ống truyền nhiệt cần dùng là : 66 0,1.020,0.14,3 2,4 .. === OO O hd Fn π (ống) Chọn cách xếp ống theo hình lục giác, gọi a là số ống trên một cạnh hình lục giác ⇒ Tổng số ống là : nO = 3.a.(a-1) + 1 (ống) [II.48] ⇒ Chọn a = 6, nO = 3.6.(6-1)+1 = 91 (ống) Số ống trên đ−ờng chéo hình lục giác : b = 2a – 1 = 11 (ống) Chọn b−ớc ống là : t = 0,03 (m) (1,2d –1,5 d) Đ−ờng kính ngoài của ống là : d = 0,025 (m) ⇒ Đ−ờng kính trong của thiết bị là : D = t.(b - 1) + 4.d = 0,03.(11 - 1) + 4 . 0,025 = 0,4 (m) [II.48] ⇒ Vận tốc dung dịch trong ống : - Theo giả thiết ( chế độ chảy xoáy với Re = 104) : (m/s) 2804,0 02,0.296,902 10.506,0.10 . .Re 34 === − O GT d w ρ μ - Theo tính toán : 69 (m/s) 026,0 4 02,0.14,3.91.296,902 6667,0 4 ... 22 === O O TT dn mw πρ %5%90 2804,0 026,02804,0 >=−=−⇒ GT TTGT w ww ⇒ Ta cần phải chia ngăn thiết bị, số ngăn chia là : 78,10 026,0 2804,0 == TT GT w w (ngăn) Quy chuẩn, ta chia thiết bị làm 12 ngăn. II. tính bơm : Bơm làm việc liên tục trong quá trình ch−ng luyện, đ−a dung dịch từ bể chứa lên thùng cao vị, mức chất lỏng trong thùng cao vị đ−ợc giữ ở mức không đổi nhờ ống chảy tràn để duy trì áp suất ổn định cho quá trình cấp liệu. ⇒ L−u l−ợng bơm : GB = GF = 3000 (kg/h) Kí hiệu : H0 : Chiều cao tính từ mặt thoáng bể chứa dung dịch đến mặt thoáng thùng cao vị (m) H1 : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m) H2 : Chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến đáy tháp (m) Z : Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vị (m) Z H1 H2 H0 1 1 2 2 1/ Các trở lực của quá trình cấp liệu : Tronh quá trình sản xuất a/ Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt : 70 ΔP m1 = ΔP ms1 + ΔP cb1 + ΔPw (N/m2) Trong đó : ΔP ms1 : Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb1 : Trở lực cục bộ (N/m2) Số liệu : - Chiều dài ống : L1 = 22 (m) - Đ−ờng kính ống : dO = 0,1 (m) - L−u l−ợng : GF = 0,6667 (kg/s) ♦ Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống : 2 w. P 2 1O1 1w ρ=Δ (N/m2) [I.458] Trong đó : ρ1 : Khối l−ợng riêng dung dịch tr−ớc khi gia nhiệt (kg/m3) Nhiệt độ của dung dịch lúc đầu : t = 20 oC ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t : ρA = 780 (kg/m3) ρB = 998,23 (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của dung dịch a = aF = 30% ⇒ Khối l−ợng riêng của dung dịch lúc đầu là : 932,920 23,998 3,01 780 30,01 11 11 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− BA aa ρρρ (kg/m3) wO1 : Vận tốc dung dịch trong ống (m/s) 0922,0 1,0.785,0.932,920 667,0 .785,0. 221 1 === O F O d Gw ρ (m/s) 914,3 2 0922,0.932,920 2 1 ==Δ⇒ wP (N/m2) ♦ Trở lực ma sát : 1w O 1 1ms P.d L P Δλ=Δ (N/m2) [I.458] 71 Trong đó : λ : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch trong ống là : t = 20 oC Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có : μA = 1,19 (cP) μB = 1 (cP) Nồng độ dung dịch : x = 0,1436 ⇒ lg(μ1) = x.lg(μA) + (1- x).lg(μB) = 0,1436 . lg(1,19) + (1- 0,1436) . lg(1) = 0,0108 ⇒ μ1 = 1,0252 (cP) = 1,0252.10-3 (Ns/m2) 3 3 1 11 10.282,8 10.0252,1 1,0.932,920.0922,0..Re ===⇒ −μ ρ OO dw >4000 , Chế độ chảy xoáy rối 7 8 .6Re ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ε td gh D [I.461] Thay số 7 8 1,0 100.6Re ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=gh = 1,61.104 Vậy hệ số trở lực ma sát 033,0=λ Với loại ống thép không gỉ ta đã chọn, theo bảng I-466, ta có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 (mm) )(N/m 9162,12914,3. 1,0 10.033,0 21 ==Δ⇒ msP ♦ Trở lực cục bộ : 1w1cb P.P Δξ=Δ ∑ (N/m2) Trong đó : ξ : Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm : 72 - Trở lực cửa vào từ thùng cao vị vào ống : với cạnh nhẵn ⇒ ξ = 0,5 - Trở lực do đột mở từ ống vào thiết bị gia nhiệt : Thiết bị có đ−ờng kính d = 0,4 (m) Tiết diện đầu thiết bị (chia 12 ngăn) là : 0105,0 12 4,0.785,0 12 .785,0 22 1 === df (m2) Tiết diện ống là : 00785,01,0.785,0.785,0 22 === OdfO (m2) 064,0 0105,0 00785,011 22 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ f fOξ - Trở lực do van : Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trở lực do ống chuyển h−ớng 2 lần với góc chuyển là 90o ⇒ ξ = 1,19 [I.479] 0436,20914,3).19,1 . 21,2064,05,0(1 =+++=Δ⇒ cbP (N/m2) 96,329162,120436,201 =+=Δ⇒ mP (N/m2) )(00408,0 81,9.932,920 914,396,32 . 111 1 mg PPP h wmcbm =+=Δ+Δ+Δ= ρ b/ Trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp : ΔP m2 = ΔP ms2 + ΔP cb2 +ΔPw (N/m2) Trong đó : ΔP ms2 : Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb2 : Trở lực cục bộ (N/m2) Số liệu : - Chiều dài ống : L2 =1,5 (m) - Đ−ờng kính ống : dO = 0,1(m) - L−u l−ợng : GF = 0,6667 (kg/s) ♦ Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống : 73 2 w. P 2 2O2 2w ρ=Δ (N/m2) Trong đó : ρ2 : Khối l−ợng riêng dung dịch sau khi gia nhiệt (kg/m3) : ρ2 = ρF = 882,483 (kg/m3) 0962,0 1,0.785,0.483,882 6667,0 .785,0. 222 2 === O F O d Gw ρ 083,42 0962,0.483,882 2 2 ==Δ⇒ wP (N/m2) ♦ Trở lực ma sát : 2w O 2 2ms P.d L P Δλ=Δ (N/m2) Trong đó : λ : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch trong ống là : t = 84,6628 oC Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có : μA = 0,38 (cP) μB = 0,29 (cP) Nồng độ dung dịch : x = 0,1436 ⇒ lg(μ2) = x.lg(μA) + (1- x).lg(μB) = 0,1436 . lg(0,38) + (1- 0,1436) . lg(0,29) = - 0,52 ⇒ μ2 = 0,301 (cP) = 0,301.10-3 (Ns/m2) 44 3 2 22 1010.813,2 10.301,0 1,0.783,882.0962,0..Re >===⇒ −μ ρ OO dw 74 ⇒ Chế độ chảy xoáy ⇒ Xác định λ theo công thức II-464 : ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ 7,3Re 81,6 lg.2 1 9,0 2 9,0 7,3Re 81,6 lg.2 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ⇒ 023,0 7,3 10.1 28130 81,6lg.2 2 39,0 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−= −− )(N/m 408,1083,4. 1,0 5,1023,0 22 ==Δ⇒ msP ♦ Trở lực cục bộ : 2w2cb P.P Δξ=Δ ∑ (N/m2) Trong đó : ξ : Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm : - Trở lực do đột thu từ thiết bị gia nhiệt vào ống : 197,0747,0 0105,0 00785,0 1 =⇒==⇒ ξ f fO - Trở lực cửa ra từ ống vào tháp : ⇒ ξ = 1,0 - Trở lực do van : Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trở lực do ống chuyển h−ớng với góc chuyển là 90o ⇒ ξ = 1,19 32,18083,4).19,11,20,1197,0(2 =+++=Δ⇒ cbP (N/m2) 728,1932,18408,12 =+=Δ⇒ mP (N/m2) )(00275,0 81,9.483,882 083,4728,19 .2 m g PPPh Wmcbm =+=Δ+Δ+Δ= ρ 75 c/ Trở lực trong thiết bị gia nhiệt : ΔP m3 = ΔP ms3 + ΔP cb3 +ΔPw3 + ΔPH(N/m2) Trong đó : ΔP ms3 : Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb3 : Trở lực cục bộ (N/m2) ♦ Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống truyền nhiệt: 2 w. P 2 w ρ=Δ (N/m2) Trong đó : ρ : Khối l−ợng riêng dung dịch trong ống (kg/m3) : ρ = 882,483 (kg/m3) w : Vận tốc dung dịch trong ống truyền nhiệt (m/s) : Thiết bị chia làm 12 ngăn : w = 12 . wTT = 12. 0,026= 0,312 (m/s) 952,42 2 312,0.483,882 2 ==Δ⇒ wP (N/m2) ♦ Trở lực ma sát : 33 . w O ms Pd LP Δ=Δ λ (N/m2) Trong đó : L : Chiều dài ống truyền nhiệt do chia12 ngăn : L = 12 . 1,0 = 12,0 (m) dO : Đ−ờng kính ống truyền nhiệt (m) : dO = 0,02 (m) λ : Hệ số ma sát Độ nhớt dung dịch trong ống : μ = 0,301 . 10-3 (N.s/m2) 44 3 1010.83,110.301,0 02,0.483,882.312,0..Re >===⇒ −μ ρ Odw ⇒ Chế độ chảy xoáy ⇒ Xác định λ theo công thức II-464 : 76 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ 7,3Re 81,6 lg.2 1 9,0 Với loại ống thép không gỉ ta đã chọn, theo bảng I-466, ta có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 (mm) Độ nhám t−ơng đối : Δ = ε/dO = 0,1/20 = 5.10-3 29,0 7,3Re 81,6lg.2 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=⇒ λ 0352,0 7,3 10.5 18300 81,6lg.2 2 39,0 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−= −− )(N/m 14624,907952,42. 02,0 0,12.0352,0 23 ==Δ⇒ msP ♦ Trở lực cục bộ : w3cb P.P Δξ=Δ ∑ (N/m2) Trong đó : ξ : Hệ số trở lực cục bộ a b d c e h f g Các trở lực cục bộ trong thiết bị gia nhiệt gồm : - Trở lực do đột thu từ đầu thiết bị vào chùm ống : 77 Thiết bị có số ống truyền nhiệt nO = 91 chia làm12 ngăn Tiết diện chùm ống ở 1 ngăn là : 00238,0 12 91.02,0.785,0 12 ..785,0 22 2 === OO ndf (m2) 4318,0226,0 0105,0 00238,0 1 2 =⇒==⇒ ξ f f - Trở lực do đột mở từ chùm ống ra đầu thiết bị: 598,0 0105,0 00238,011 22 1 2 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ f fξ - Khi dòng chảy từ ống vào thiết bị, ta có đột mở: 0637,0 0105,0 00785,011 22 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ f fOξ - Khi dòng chảy từ ngoài thiết bị, ta có đột thu: 175,075,0 0105,0 00785,0 1 =⇒==⇒ ξ f fO Trở lực do dòng chuyển h−ớng 22 lần với góc chuyển là 90o 1,19 86,1755952,42).175,0067,019,1 . 221,2598,0.124318,0.12(3 =+++++=Δ⇒ cbP (N/m2) - 006,266386,175514624,9073 =+=Δ⇒ mP (N/m2) + hPΔ : áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh, N/m2 158,86571.81,9.483,882..3 ===Δ HgPH ρ (N/m2) )(312,1 81,9.483,882 952,42158,8657006,2663 .3 m g PPPPh wHmcbm =++=Δ+Δ+Δ+Δ= ρ 78 2/ Tính chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu: Viết ph−ơng trình Becnuli cho hai mặt cắt 1-1 và 2-2 (lấy 2-2 làm mặt chuẩn) : mhg w g P g w g PZ Δ++=++ .2..2. 2 2 2 2 2 1 1 1 ρρ Trong đó : P1, P2 : áp suất tại mặt cắt 1 và 2 (N/m 2) P1 = Pa = 10 5 (N/m2) P2 = P1 +ΔPL=39983,982+ 105 (N/m2) =139983,982(N/m2) hm=hm1 + hm2 + hm3 = 0,00408 + 0,00275 + 1,312 = 1,3188(m) w1 : Vận tốc dung dịch tại mặt cắt 1 (m/s) Coi w1 = 0 vì tiết diện thùng cao vị rất lớn so với tiết diện ống. w2 : Vận tốc dung dịch tại mặt cắt 2 : w2 = 0,0962 (m/s) ρ1 : Khối l−ợng riêng dung dịch tr−ớc khi gia nhiệt (kg/m3): ρ1 = 920,932 (kg/m3) ρ2 : Khối l−ợng riêng dung dịch sau khi gia nhiệt (kg/m3) : ρ2 = 882,483(kg/m3) (m) 16,163 318,1 81,9.2 0962,0) 81,9.932,920 10 81,9.483,882 982,139983( .2 ) .. ( 25 2 2 1 1 2 2 =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−= ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−=⇒ mhg w g P g PZ ρρ 3/ tính bơm: Bơm ly tâm làm việc ở áp suất th−ờng, ở 200C thì chiều cao hút của bơm là 5(m)[Bảng II.34a – I.539] Chiều cao đẩy của bơm là: H0 = Z + Hc + h ’ + hnắp 79 h’ : Khoảng cho phép từ đĩa trên cùng với nắp chọn h’ = 0,4(m) hnắp = 0,5(m) H0 = 16,163 + 4,4 + 0,4 + 0,5 = 21,463(m) Chiều cao làm việc của bơm: HF = H0 + Hh = 21,463 + 5 = 26,463(m) a/ Trở lực trong ống dẫn từ bể chứa lên thùng cao vị : ΔP m0 = ΔP ms0 + ΔP cb0 (N/m2) Trong đó : ΔP ms0 : Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb0 : Trở lực cục bộ (N/m2) Số liệu : - Chiều dài ống : L0 = H0 + 0,2 = 21,463 + 0,2 = 21,663 (m) - Đ−ờng kính ống : dO = 0,1 (m) - L−u l−ợng : GB =0,6667 (kg/s) ♦ Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống : 2 w. P 2 01 0w ρ=Δ (N/m2) Trong đó : ρ1 : Khối l−ợng riêng dung dịch tr−ớc khi gia nhiệt (kg/m3) w0 : Vận tốc dung dịch trong ống (m/s) 0922,0 1,0.785,0.932,920 6667,0 .785,0. 221 1 === O F O d Gw ρ (m/s) 9124,3 2 0922,0.932,920 2 0 ==Δ⇒ wP (N/m2) ♦ Trở lực ma sát : 0 0 0 . w O ms Pd LP Δ=Δ λ (N/m2) [I.458] Trong đó : 80 λ : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch trong ống là : t = 20 oC Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có : μA = 1,19 (cP) μB = 1 (cP) Nồng độ dung dịch : x = 0,1436 ⇒ lg(μ0) = x.lg(μA) + (1- x).lg(μB) = 0,1436 . lg(1,19) + (1- 0,1436) . lg(1) = 0,0108 ⇒ μ0 = 1,025 (cP) = 1,025.10-3 (Ns/m2) 40008279 10.025,1 1,0.483,920.0922,0..Re 3 0 11 >===⇒ −μ ρ OO dw ⇒ Chế độ chảy xoáy rối 7 8 .6Re ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ε td gh D [I.461] Thay số 7 8 1,0 100.6Re ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=gh = 1,61.104 Vậy hệ số trở lực ma sát 033,0=λ )(N/m 966,27912,3. 1,0 663,21.033,0 20 ==Δ⇒ msP ♦ Trở lực cục bộ : 0w0cb P.P Δξ=Δ ∑ (N/m2) Trong đó : ξ : Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm : - Trở lực do van : Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 81 - Trở lực do ống chuyển h−ớng với góc chuyển là 90o ⇒ ξ = 1,19 008,92966,27).19,11,2(0 =+=Δ⇒ cbP (N/m2) 886,123008,92966,27912,30 =++=Δ⇒ mP (N/m2) Chiều cao cột chất lỏng t−ơng ứng: )(0137,081,9.932,920 886,123 . 0 m g PHm ==Δ= ρ b/ áp suất toàn phần của bơm : H = HF + Hm = 26,463+ 0,0137 = 26,476 (N/m 2) c/ Năng suất bơm : η ρ .1000 ... HgQN = (KW) Trong đó : Q : L−u l−ợng thể tích của bơm (m3/s) 4 1 10.239,7 932,920 6667,0 −=== ρ BGQ (m3/s) η: Hiệu suất toàn phần của bơm, η=η0.ηtl.ηck η0 : Hiệu suất thể tích (do hao hụt khi chuyển từ Pcao → Pthấp, η0=0,88 ηtl: Hiệu suất thuỷ lực tính đến ma sát và sự tạo dòng xoáy trong bơm tlη =0,8 ηck: Hiệu suất cơ khí, tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi ổ lót trục, ηck=0,92 *Hiệu suất toàn phần của bơm: η=0,880,80.0,92=0,64768 Vậy )(267,03600.64768,0.1000 81,9.2400.476,26 kwNb == Chọn bơm có công suất 0,3(kw) khi đó công suất mô tơ: ηtr:hiệu suất truyền động trục ηtr=1 ηđc: hiệu suất truyền động cơ ηđc=0,8 82 )(334,0 8,0.1 267,0 kwNmoto == Thông th−ờng để đảm bảo an toàn ng−ời ta chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán l−ợng dự trữ dựa vào khả năng quá tải của bơm: moto t moto NN .β= [I-439] Trong đó β hệ số dự trữ công suất và trong tr−ờng hợp này ta chọn β=2(do Nmôtơ<1) Do đó: Ntmôtơ=2.0,334=0,668(kw) Vậy ta chọn bơm có công suất 0,7 kw 83 tμi liệu tham khảo I. Bộ môn quá trình thiết bị và công nghệ hoá chất (Khoa Hoá, tr−ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội) – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, Tập I – NXB Khoa học và kỹ thuật (1978). II. Bộ môn quá trình thiết bị và công nghệ hoá chất (Khoa Hoá, tr−ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội) – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, Tập II – NXB Khoa học và kỹ thuật (1999). III. Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học(Tr−ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Tập 2 - 2000) 84 85 Phụ Lục

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfLuận văn tốt nghiệp- Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp.pdf
Luận văn liên quan