Đề tài Tính toán kỹ thuật và thiết kế tháp chưng luyện

U ψ [II – 178] + Chuẩn số Râynôn của pha hơi: dy sy y σμ ϖρ ⋅ ⋅⋅= 4,0Re [II – 178] - Đoạn luyện: 65,13 1651037,0 083,214,04,0Re 3 =⋅⋅ ⋅⋅=⋅ ⋅⋅= − dyL yLyL yL σμ ϖρ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 14 - Đoạn ch−ng: 4,160 195100119,0 2849,17242,04,04,0Re 3 =⋅⋅ ⋅⋅=⋅ ⋅⋅= − dyC yCyC yC σμ ϖρ + Chuẩn số Pran của pha hơi: yy y y D⋅= ρ μ Pr [II – 178] HE HE y MMVVp TD 11100043,0 2 3 1 3 1 5,14 +⋅ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⋅ ⋅⋅= − : Hệ số khuyếch tán trong pha hơi. [II – 127] ở p = 1atm. HE VV , : Thể tích mol phân tử của Etylic và n−ớc. 2,594,717,368,142 52 =⋅+⋅+⋅== OHHCE VV ( )molcm3 9,18 2 == OHH VV ( )molcm3 KT KT C L 0 0 36727394 35427381 =+= =+= → 52 3 1 3 1 5,14 108497,1 18 1 46 1 9,182,59 354100043,0 −− ⋅=+⋅ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ⋅⋅=yLD ( )sm2 5 2 3 1 3 1 5,14 109525,1 18 1 46 1 9,182,59 367100043.0 −− ⋅=+⋅ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ⋅⋅=→ yCD ( )sm2 - Đoạn luyện: 5154,0 108497,11434,1 100109,0Pr 5 3 =⋅⋅ ⋅=⋅= − − yLyL yL yL Dρ μ -Đoạn ch−ng: 8416,0 109525,17242,0 100119,0Pr 5 3 =⋅⋅ ⋅=⋅= − − yCyC yC yC Dρ μ → Chiều cao của một đơn vị chuyển khối 1h . 2539,05154,07126,266 19532,0123,0 75,0PrRe 3 225,03 225,0 1 =⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅= yLyLdL d L a V h σψ ( m) 0992,08416,04,160 1951123,0 75,0PrRe 3 225,03 225,0 1 =⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅= yCyCdC d C a V h σψ (m) b. Tính 2h : + Chuẩn số Râynôn của pha lỏng: 0,04Re xx t d x G F σ μ ⋅= ⋅ ⋅ [II – 178] Hay: 2 0,04Re 4 x x d x G Dπ σ μ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 15 - Đoạn luyện: 491,0 103847,0195 4 8,014,3 4626,004,0 4 04,0 Re 3 22 = ⋅⋅⋅⋅ ⋅= ⋅⋅⋅ ⋅= − xLd L xL xL D G μσπ - Đoạn ch−ng: 874,2 103072,0195 4 8,014,3 1624,204,0 4 04,0 Re 3 22 = ⋅⋅⋅⋅ ⋅= ⋅⋅⋅ ⋅= − xCd C xC xC D G μσπ + Chuẩn số Pran của pha lỏng: xx x x D⋅= ρ μ Pr [II – 178] xD : Hệ số khuyếch tán trong pha lỏng. ( )sm2 ( )[ ]20120 −⋅+⋅= tbDDt [II – 134] Với: 9 2 3 1 3 1 6 2 3 1 3 1 6 20 102707,7 9,182,59124,17,4 18 1 46 1101 11101 − −− ⋅= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⋅⋅⋅ +⋅⋅ = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⋅⋅⋅ +⋅⋅ = HEH HE VVHE MM D μ 1=Hμ : Độ nhớt của n−ớc ở 200C Hệ số nhiệt độ: 02,0 998 12,02,0 33 =⋅=⋅= ρ μ b [II – 135] Với: ρμ, là độ nhớt và khối l−ợng riêng của OH 2 ở C020 . - Đoạn luyện: ( )[ ] 9981 101409,16208102,01102707,7 −− ⋅=−⋅+⋅⋅=LD - Đoạn ch−ng: ( )[ ] 9994 100313,18209402,01102707,7 −− ⋅=−⋅+⋅⋅=CD 7904,29 101409,16053,800 103847,0Pr 9 3 =⋅⋅ ⋅=⋅=→ − − xLxL xL xL Dρ μ 0953,18 100313,18517,941 103072,0Pr 9 3 =⋅⋅ ⋅=⋅=→ − − xCxC xC xC Dρ μ Chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng là: 0718,07904,294907,0 053,800 103847,0256PrRe256 5,025,0 3 2 3 5,025,0 3 2 2 =⋅⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅⋅=⋅⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅= − xLxL xL xL Lh ρ μ 0672,00953,188726,2 517,941 103072,0256PrRe256 5,025,0 3 2 3 5,025,0 3 2 2 =⋅⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅⋅=⋅⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅= − xCxC xC xC Ch ρ μ Từ đồ thị đ−ờng làm việc: Ta có: 2 PF L mmm += 2 FW C mm m += Từ đồ thị ta suy ra: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 16 514,1 2 25,2778,0 =+=Lm 46,42 25,267,6 =+=Cm - Chiều cao của một đơn vị chuyển khối: - Chiều cao của đoạn luyện: 4214,00718,0 4626,0 7128,0514,12539,021 =⋅⋅+=⋅ ⋅+= L x yL LdvL hG Gm hh (m) - Chiều cao của đoạn ch−ng: 164,00672,0 1624,2 4681,046,40992,02' ' 1 =⋅⋅+=⋅ ⋅+= C x yC CdvC hG Gm hh (m) Chiều cao của tháp: - Đoạn luyện: 3,375,74214,0 =⋅=⋅= yLdvLL mhH (m) - Đoạn ch−ng: 5,085,2164,0 =⋅=⋅= yCdvCC mhH (m) Vậy chiều cao làm việc của tháp: 8,35,03,3 =+=+= CL HHH (m) IV. Trở lực của tháp - Sức cản thủy học của tháp đệm đối với hệ hơi - lỏng ở điểm đẳng pha. ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅+⋅Δ=Δ c y x n x y m y x ku G GApp μ μ ρ ρ 1 (N/m2) [II – 189] Trong đó: upΔ - Tổn thất áp suất khi đệm −ớt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng tốc độ của khí đi qua điểm khô (N/m2). kpΔ - Tổn thất áp suất của đệm khô (N/m2). yx GG , - L−u l−ợng của lỏng và của khí (kg/s). yx ρρ , - Khối l−ợng riêng của lỏng và của khí (kg/m3). yx μμ , - Độ nhớt của lỏng và của khí (N.s/m2). Do: 7126,266Re =yL <400 4,160Re =yC <400 Tổn thất áp suất của đệm khô đ−ợc tính theo công thức: 242 2 2 ,2 , yy d dty td k V H d Hp ρωσλωρλ ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=Δ [II – 189] Trong đó: H - Chiều cao lớp đệm (m). 3,3=LH (m) 5,0=CH (m) ,λ - Hệ số trở lực của đệm (trở lực do ma sát và trở lực cục bộ). ,yω - Tốc độ của khí tính trên toàn bộ tiết diện tháp (m/s). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 17 195=dσ (m2/m3) - Bề mặt riêng của đệm. 75,0=dV (m3/m3) - Thể tích tự do của đệm. ,λ - Hàn số phụ thuộc chuẩn số Râynôn. Với tháp đệm vòng đổ lộn xộn thì 2,0 , Re 16 y =λ [II – 189] - Đoạn luyện: 2349,5 7126,266 16 2,0 , ==Lλ - Đoạn ch−ng: 7953,5 4,160 16 2,0 , ==Cλ - Tổn thất áp suất của đệm tại đoạn luyện: 66,538 2 1434,17933,0 75,0 1953,3 4 2349,5 24 2 2 2 2 , =⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=Δ yLyL d dLL kL V H p ρωσλ - Tổn thất áp suất của đệm tại đoạn ch−ng: 6522,61 2 7242,08234,0 75,0 1955,0 4 7953,5 24 2 2 2 2 , =⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=Δ yCyC d dCC kL V Hp ρωσλ Trở lực của đệm khô: kCkLK ppp Δ+Δ=Δ 3122,6006522,6166,538 =+=Δ kp Theo bảng IX.7 giá trị của các hệ số A, m ,n c. A = 5,15 m = 0,342 n = 0,19 c = 0,038 - Sức cản thủy học của tháp đệm đối với đọan luyện: 856,1327 0109,0 3874,0 053,800 1434,1 7128,0 4626,015,5166,538 1 038,019,0342,0 038,019,0342,0 ã = ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⋅⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⋅⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⋅+⋅=Δ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅+⋅Δ=Δ uL Ly x Lx y Ly G kLuL p G GApp μ μ ρ ρ - Sức cản thủy học của tháp đệm đối với đoạn ch−ng: 907,216 0119,0 3072,0 517,941 7242,0 4681,0 1624,215,516522,61 1 038,019,0342,0 038,019,0342,0 ã = ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⋅⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⋅⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⋅+⋅=Δ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅+⋅Δ=Δ uC Cy x Cx y Cy G kCuC p G GApp μ μ ρ ρ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 18 Trở lực của đệm −ớt: uCuLu ppp Δ+Δ=Δ 763,1544907,216856,1327 =+=Δ up Vậy trở lực trong tháp đệm là: uk ppp Δ+Δ=Δ 0752,2145763,15443122,600 =+=Δp V. Tính toán các thiết bị chính 1. Thân tháp. - Thân tháp là thân hình hàn, làm việc chịu áp suất trong, không bị đốt nóng trực tiếp ⇒ thiết bị loại I nhóm 2 ⇒ hệ số hiệu chỉnh 9,0=η [II – 356] - Chọn vật liệu là thép và không gỉ X18H10T Theo bảng tính chất cơ học của vật liệu chọn độ dày trong khoảng (1 – 3mm) ta có giới hạn bền kéo và bền chảy của vật liệu: 2610540 mNk ⋅=σ [II – 310] 2610220 mNch ⋅=σ Theo bảng số liệu XIII.3 hệ số an toàn bền kéo và bền chảy của vật liệu: 6,2=kn [II – 356] 5,1=cn ứng suất giới hạn bền kéo của vật liệu đ−ợc tính theo công thức: [ ] 2mN nk k k ησσ ⋅= [II – 355] [ ] 266 10923,1869,0 6,2 10540 mNk ⋅=⋅⋅=⇒ σ ứng suất giới hạn bền chảy của vật liệu đ−ợc tính theo công thức: [ ] 2mN nc c c ησσ ⋅= [II – 355] [ ] 266 101329,0 5,1 10220 mNc ⋅=⋅⋅=⇒ σ Chọn ứng suất cho phép là ứng suất bé nhất trong hai ứng suất trên: [ ] [ ] 2610132 mNk ⋅== σσ Chọn cách chế tạo; hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp nối hai bên có hệ số bền mối hàn: 95,0=hϕ [II – 362] Chiều dày thân hình trụ là. [ ] Cp pDS t +−⋅ ⋅= ϕσ2 (m) [II – 360] Trong đó: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 19 tD : Đ−ờng kính trong của tháp (m). 73,0=LD (m) 77,0=CD (m). 11 Hgpp mt ⋅⋅+= ρ : áp suất trong thíêt bị ( )2mN . mtp : áp suất hơi trong tháp ( )2mN Do tháp làm việc ở áp suất th−ờng nên ( )241081.91 mNamtpmt ⋅== . 111 Hgp ⋅⋅= ρ : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng ( )2mN . 1ρ : Khối l−ợng riêng của chất lỏng trong tháp ( )3mkg . Chọn khối l−ợng riêng trung bình lớn nhất trong pha lỏng: ( )3517,941 mKg=ρ g = 9,81(m/s2): Gia tốc trọng tr−ờng. ( )mH 8,3= : Chiều cao làm vịêc của tháp. 54 1 10332,18,381,9517,9411081,9 ⋅=⋅⋅+⋅=⋅⋅+=⇒ Hgpp mt ρ [ ]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 95,0== hϕϕ [II – 363] C : Đại l−ợng bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (m). 321 CCCC ++= (m) 1C : Bổ sung do ăn mòn (m). Do Etylic – N−ớc là những chất ăn mòn chậm ( )nammmC 1,01 =⇒ . 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 (II-364) ⇒ Chọn C3 = 0,8 mm = 0,8.10-3 (m) Suy ra: ( ) ( )mmmCCCC 3321 109,09,08,001,0 −⋅==++=++= Chiều dày thân tháp là: - Đoạn luyện với ( )mDt 8,0= . ( )mSL 3356 5 1038,1109,0 10332,195,0101322 10332,18,0 −− ⋅=⋅+⋅+⋅⋅⋅ ⋅⋅= Quy chuẩn: ( )mmSL 2= - Đoạn ch−ng với ( )mDt 8,0= . ( )mSC 3356 5 1038,1109,0 10332,195,0101322 10332,18,0 −− ⋅=⋅+⋅+⋅⋅⋅ ⋅⋅= Quy chuẩn: ( )mmSc 2= Chiều dầy trên thiết bị: ( )mmSSS CL 2=== Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 20 + Kiểm tra ứng súât theo áp suất thử. áp suất thử: ( )210 mNppp th += [II – 366] thp : áp suất thử thủy lực. ( )25,1 mNppth ⋅= . [II – 358] 1p : áp suất cột chất lỏng trong tháp. 111 Hgp ⋅⋅= ρ Suy ra: ( )250 2348988,3517,94181,910332,15,1 mNp =⋅⋅+⋅⋅= ứng suất theo áp suất thử: ( )[ ] ( ) ( )22,12 mNCS pCSD Cot σϕσ ≤⋅−⋅ ⋅−+= [II – 365] Ta có: ( )[ ] ( ) ( )263 3 100367,90 95,0109,022 234898109,028,0 mN⋅=⋅⋅−⋅ ⋅⋅−+= − − σ Mặt khác: ( )266 10333,183 2,1 10220 2,1 mNc ⋅=⋅=σ Vậy: 2,1 cσσ < thỏa mãn Chiều dày thân thiết bị là ( )mm2 . 2. Nắp và đáy nắp. - Chọn cùng vật liệu với thân tháp; Thép không gỉ X18H10T. - Chi tiết cấu tạo: - Đáy và nắp elip có gờ chịu áp suất trong. - Các kích thứoc: - Đ−ờng kính trong tính theo: tD = 0,8 (m)(đáy) ; tD = 0,8(m)(nắp) - Chiều cao phần lồi : bh = 0,25 . tD Nắp: bh = 0,25 . 0,8 = 0,2 (m) Đáy: bh = 0,25 . 0,8 = 0,2 (m) - Chiều cao gờ : h = 0,025 (m) - Chiều dày đáy và nắp : [ ] Ch D pk pD S b t hk t +⋅⋅−⋅⋅⋅ ⋅= 28,3 ϕσ (m) [II – 385] Trong đó : hϕ = 0,95: Hệ số bền mối hàn h−ớng tâm. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 21 tD dk −= 1 : Hệ số không thứ nguyên. Vì đáy và nắp có lỗ nh−ng lỗ đã đ−ợc tăng cứng hoàn toàn 1=⇒ k p : áp suất trong. Nắp: ( )241081,91 mNatpp hoi ⋅=== Đáy: ( )241 10332,1 mNpppp hoithap ⋅=+== - Chiều dày nắp: ( )mS 3346 4 102,1109,0 225,02 8,0 1081,995,0101328,3 1081,98,0 −− ⋅=⋅+⋅⋅⋅−⋅⋅⋅ ⋅⋅= Do ( )mmCS 10<− [II – 385] Bổ sung thêm: ( )mS 333 102,3102102,1 −−− ⋅=⋅+⋅= Quy chuẩn: ( )mmS 4= - Chiều dày đáy: ( )mS 3356 4 1094,0109,0 225,02 8,0 10332,195,0101328,3 10332,18,0 −− ⋅=⋅+⋅⋅⋅−⋅⋅⋅ ⋅⋅= Do ( )mmCS 10<− [II – 385] Bổ sung thêm: ( )mS 333 1094,21021094,0 −−− ⋅=⋅+⋅= Quy chuẩn: ( )mmS 3= - Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: Ta có: ( )[ ] ( )CShk pCShD bh bt −⋅⋅⋅⋅ ⋅−⋅⋅+= ϕσ 6,7 2 0 2 [II – 387] Với nắp tháp: ( )24 1471501081,95,15,1 mNpp hoi =⋅⋅=⋅= ( )[ ] ( ) ( )263 32 10742,18 109,04225,095,016,7 147150109,04225,028,0 mN⋅=⋅−⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅−⋅⋅+= − − σ Mà: ( )266 1033,183 2,1 10220 2,1 mNc ⋅=⋅=< σσ Vậy: ( )mmS 4= thỏa mãn. Với đáy tháp : ( )20 234898 mNpp == ( )[ ] ( ) ( )263 32 10133,44 109,03225,095,016,7 234898109,03225,028,0 mN⋅=⋅−⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅−⋅⋅+= − − σ Mà: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 22 ( )266 1033,183 2,1 10220 2,1 mNc ⋅=⋅=< σσ Vậy: ( )mmS 3= thỏa mãn. 3. Chọn mặt bích. - Chọn bích bền bằng thép CT3 kiểu I [II – 417] Với các thông số chọn theo (II – 417) với ( )26101,0 mNy ⋅=ρ - Số bích: 3 căọ bích nối . Đáy với thân tháp. Nắp với thân tháp. Nối đoạn ch−ng với đoạn luyện. - B−ớc bích. - Đ−ờng kính trong: ( )0,8tD m= ( )0,8tD m= ( )930D mm= ( )930D mm= ( )880bD mm= ( )880bD mm= ( )1 850D mm= ( )1 850D mm= ( )0 811D mm= ( )0 811D mm= - Bulong: 20bd M= ( )24Z cai= - Chiều dài bích: ( )20h mm= 4. Tính đ−ờng kính các ống dẫn. - Chọn vật liệu ống dẫn cùng vật liệu tháp dày ( )mmS 2= - Đ−ờng kính ống dẫn. ω⋅= 785,0 Vd [I – 369] Trong đó: - V : L−u l−ợng thể tích ( )sm3 . - ω : Tốc độ trung bình ( )sm . a. ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp. 1,94FG = ( )sKg 4504,19=FM CtF 03,90= Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 23 Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – Nhiệt độ. [I – 172] Tại: Ctt F 00 3,90== và nội suy. + Khối l−ợng riêng của r−ợi E – H ở C080 và ở C0100 . - Đối với r−ợi E: ở C080 : 735=Eρ ( )3mkg ở C0100 : 716=Eρ ( )3mkg - Đối với H : ở C080 : 972=Hρ ( )3mkg ở C0100 : 958=Hρ ( )3mkg Ta có: ( )212 80100 100 ρρρρ −⋅− −+= tx 0 80 xt 100 t0C Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khối l−ợng riêng theo nhiệt độ Khối l−ợng riêng của r−ợi Etylic và N−ớc ở 099,5Ft C= . ( ) ( ) 215,725716735 80100 3,90100716 80100 100 212 =−⋅− −+=−⋅− −+= ρρρρ tE ( )3mkg ( ) ( ) 79,964958972 80100 3,90100958 80100 100 212 =−⋅− −+=−⋅− −+= ρρρρ tH ( )3mkg Với: 1225,0=Fa Suy ra: ( )1 1 31 0,1225 1 0,1225 927,27725,215 964,79F FF E T a af Kg mρ ρ − −⎛ ⎞− −⎛ ⎞= + = + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ ( )3 31,94 2,1 10927,27F FV m s f −= = = ⋅ Theo [I – 369] chọn ( )0,3dauW m s= Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 24 ⇒Đ−ờng kính ống dẫn hỗn hợp đầu. ( ) ( )32,1 10 0,09 90 0,785 0,3 d m mm −⋅= = =⋅ Theo [II – 434] chiều dài đoạn ống nối: ( )80l mm= ( )32 22,1 10 0,030,785 0,785 0,02H V m s d ω −⋅= = =⋅ ⋅ b. ống dẫn hơi đỉnh tháp. - L−ợng hơi đỉnh tháp: ( ) ( )1 77, 27y PG R G Kmol h= + ⋅ = ( )0,0215yG Kmol s= - Nhiệt độ sản phẩm đỉnh theo 0,8165P Px y= = Từ đồ thị t – x,y suy ra: 078,6279Pt C= - L−u l−ợng hơi đỉnh tháp: ( )22,4 273 273 P P y t V G ⋅ += ⋅ ( ) ( )322,4 273 78,62790,0215 0,62273PV m s⋅ += ⋅ = Chọn ω theo [II – 369] ( )20 m sω = Đ−ờng kính ống: ( )0,62 0,199 0,785 20 d m= =⋅ Quy chuẩn: ( ) ( )0, 2 200d m mm= = Theo [II – 434] chiều dài đoạn ống nối ( )130l mm= Tốc độ thực tế: ( )2 20,62 19,750,785 0,785 0,2H V m s d ω = = =⋅ ⋅ c. ống dẫn sản phẩm đáy. - L−ợng sản phẩm đáy: ( ) ( )337,844 1,69WG Kmol h Kg s= = ( ) ( )1 46 0.0019 1 0,0019 18 18,0532W E P P HM M x x M= ⋅ + − ⋅ = ⋅ + − ⋅ = Ta có: 0,0019W Wx y= = Từ đồ thị t – x,y suy ra 099,5166Wt C= Theo [I – 9] và nội suy ở 099,5166Wt C= ( )3716,46E Kg mρ = Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 25 ( )3958,34H Kg mρ = 0,0048Wa = Suy ra: ( )1 30,0048 1 0,0048 956,79716, 46 958,34W kg mρ −−⎛ ⎞= + =⎜ ⎟⎝ ⎠ Theo [ II – 434] chiều dài đoạn ống ( )130l mm= Lúc đó: - L−u l−ợng thể tích của sản phẩm đáy là : 4337,844 0,98.10 956,79.3600 W W GV 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 : 40,98.10 0,025(m) 0,785.0,2 d − = = Quy chuẩn : d = 0,03 (m) = 30 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 90 (mm) [II - 434] Tốc độ thực tế của sản phẩm đáy : 4 2 2 0,98.10 0,139 (m/s) 0,785. 0,785.0,03TT Vw d − = = = d. ống dẫn hơi ng−ng tụ hồi l−u: L−ợng hơi ng−ng tụ hồi l−u là: GR = GP.R = 900,84.1,67 0, 42 3600 = (kg/s) ( )22,0458 40,862 900,84PG Kg h= ⋅ = Nhiệt độ của hơi ng−ng tụ hồi l−u tR = tP = 78,6279 oC Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t = tR : 755, 3Eρ = (kg/m3) 983, 75Hρ = (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của hơi ng−ng tụ hồi l−u aR = aP = 0,9192 Khối l−ợng riêng của hơi ng−ng tụ hồi l−u là : 1 1 1 0,9192 1 0,9192 769,74 755,3 983,75 R R R A B a aρ ρ ρ − −⎛ ⎞− −⎛ ⎞= + = + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ (kg/m 3) L−u l−ợng thể tích của hơi ng−ng tụ hồi l−u là: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 26 30, 42 0,54.10 769,74 R R GV 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 : 30,54.10 0,048 (m) 0,785.0,3 d − = = Quy chuẩn : d = 0,05 (m) = 50 (mm) Chiều dài đoạn ống nối: l = 100 (mm) [II - 434] Tốc độ thực tế của hơi ng−ng tụ hồi k−u: 3 2 2 0,54.10 0,275 (m/s) 0,785. 0,785.0,05TT Vw d − = = = e. ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi l−u: L−ợng hơi sản phẩm đáy hồi l−u là: ,xG = 415,115 (kmol/h) Nhiệt độ của hơi sản phẩm đáy hồi l−u: tW = 99,5166 oC L−u l−ợng thể tích của hơi sản phẩm đáy hồi l−u là: , .22, 4.(273 ) 273 415,115.22,4.(273 99,5166) 3,5245 273.3600 x WG tV += += = (m 3/s) Chọn tốc độ hơi sản phẩm đáy hồi l−u là: w = 30 (m/s) Đ−ờng kính của ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi l−u là: 3,5245 0,387 (m) 0,785.30 d = = Quy chuẩn: d = 0,39 (m) = 390 (mm) Chiều dài đoạn ống nối: l = 150 (mm) [II - 434] Tốc độ thực tế của hơi sản phẩm đáy: 2 2 3,5245 29,5 (m/s) 0,785. 0,785.0,39TT Vw d = = = 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). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 27 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 = 1,4 (m) - Chiều dày thân tháp : S = 2 (mm) - Chiều cao thân tháp : H = 3,8 (m) Khối l−ợng thân tháp là: 2 2 3 2 2 3 .[( ) ] . . 4 3,14.[(0,8 2.10 ) 0,8 ] .3,8.7,9.10 75.5 (kg) 4 t t T T D S DG Hπ ρ − + −= + −= = 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 = 0,76 (m2) [II - 382] - Chiều dày của nắp, đáy tháp lấy chung: S =2 (mm) = 2.10-3 (m) Khối l−ợng nắp và đáy tháp là: 3 32 . . 2.0,76.2.10 .7,9.10 24,016 (kg)N D TG F S ρ −− = = = c. Khối l−ợng bích: Theo các thông số của bích đã chọn: - Đ−ờng kính trong của bích: Dt = 0,8 (m) - Đ−ờng kính ngoài của bích: D = 0,93 (m) - Chiều dày bích: h = 0,025 (m) - Số bích: n = 3 (cặp) = 6 (chiếc) Khối l−ợng bích là: 2 2 2 2 3 .[ ] . . . 4 3,14.[0,93 0,8 ] .0,025.7,9.10 .6 209,2 (kg) 4 t B T D DG h nπ ρ−= −= = d. Khối l−ợng bu lông nối bích: Theo các thông số của bích đã chọn : Cần 3 cặp bích, mỗi cặp cần 32 bu lông loại M20 (khối l−ợng: 0,15 kg/cái). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 28 Khối l−ợng bu lông nối bích là: 3.32.0,15 14, 4 (kg)blG = = e. Khối l−ợng đệm: Đệm 30 30 3,5ì ì ( )3570d Kg mρ = Số đệm trong 1m3: 25.103(đệm/1m3). Thể tích đệm: ( )( ) ( )2 2 2 6 30,03 0,03 0,07 0,03 8,737 104V mπ= ⋅ − − ⋅ = ⋅ Khối l−ợng một đệm: ( )6 38,737 10 570 4,98 10dV Kgρ − −⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ Thể tích của tháp: ( )2 30,8 0,83,8 3,14 7,642V H F m+⎛ ⎞= ⋅ = ⋅ ⋅ =⎜ ⎟⎝ ⎠ Số đệm trong tháp: N = 25.103.7,64 = 191.103(đệm) Khối l−ợng đệm: 3 34,98 10 191000 4,98 10 951,18DG N − −= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = f. Khối l−ợng lỏng điền đầy tháp: - Tính gần đúng: ( )6 37,64 8,737 10 191000 5.97l thap demV V V m−= − = − ⋅ ⋅ = - Khối l−ợng lỏng: ( )800,053 941,5175,97 5198,59 2l l l G V kgρ += ⋅ = ⋅ = Nh− vậy tính gần đúng: thap than N D B BL d lG G G G G G G−= + + + + + ( )24,016 209, 2 14, 4 951,18 5198,59 6397,386TG Kg= + + + + = Vậy khối l−ợng tháp: ( )6397,386TG Kg= 6. Tính chân đỡ: - Trọng l−ợng tháp: ( ) 46397,386 9,81 62758,36 6, 276 10P G g N= ⋅ = ⋅ = = ⋅ - Theo [II – 437] chọn chân đỡ có tải trọngcho phép trên một chân. ( )42,5 10G N= ⋅ - Bề mặt đỡ. ( )4 2811 10F m−= ⋅ - Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 29 - Vật liệu CT3, chân đỡ kiểu IV, số chân 6. 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 VI. Tính cân bằng nhiệt. 1. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu. - Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu. xqlngFfD QQQQQ ++=+ 11 [II – 196] Trong đó: 1D Q : Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào (J/h). fQ : Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h). FQ : 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 do môi tr−ờng xung quanh(J/h). - Chọn hơi đốt là hơi n−ớc bão hòa ở áp suất p = 2at, Cts 00 119= a. Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào. Ta có: ( )1111111 CrDDQD ⋅+⋅=⋅= θλ (J/h) [II – 196] Trong đó: 1D : L−ợng hơi đốt (Kg/h). 1λ : Nhiệt l−ợng riêng của hơi đốt (J/Kg). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 30 C01 119=θ : Nhiệt độ n−ớc ng−ng. 1r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg). Theo bảng số liệu nhiệt hoá hơi nhiệt độ. [I – 301] Tại: 0 1t θ= nội suy ta có: ( )1 526,7r Kcal Kg= . ( ) ( )3 31 526,7 4,18 10 2210, 4 10r J Kg J Kg= ⋅ ⋅ = ⋅ . C : Nhiệt dung riêng của n−ớc ng−ng. ( )doKgJ ⋅ b. Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang vào. Ta có: ffFf tcGQ ⋅⋅= ( )J h [II – 196] Trong đó: F : L−ợng hỗn hợp đầu mang vào. ( )Kg h 7000F = ( )Kg h 020ft C= fC : Nhiệt dung riêng hỗn hợp. ( )doKgJ ⋅ ở: ( )020 2480f Et C C J Kgdo= ⇒ = ( )4180HC J Kgdo= Đổi nồng độ sang phần trăm khối l−ợng. ( ) 2111 11 1 1 MxMx Mxa ⋅−+⋅ ⋅= Ta có: ( ) ( ) 1225,0180518,01460518,0 460518,0 1 =⋅−+⋅ ⋅=⋅−+⋅ ⋅= HFEF EF F MxMx Mxa ( ) ( ) 9192,0188165,01468165,0 468165,0 1 =⋅−+⋅ ⋅=⋅−+⋅ ⋅= HPEP EP P MxMx Mxa ( ) ( ) 0048,0180019,01460019,0 460019,0 1 =⋅−+⋅ ⋅=⋅−+⋅ ⋅= HWEW EW W MxMx Mx a Ta có: ( ) HfEff CaCaC ⋅−+⋅= 1 Suy ra: ( ) 75,397141801225,0124801225,0 =⋅−+⋅=fC ( )doKgJ ⋅ Vậy: 77000 20 3971,75 55,6.10f F f fQ G t c= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ( )J h c. Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang ra. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 31 Ta có: FFFF tcGQ ⋅⋅= ( )J h [II – 196] Trong đó: 090,3Ft C= : Nhiệt độ của hỗn hợp đầu mang sau đun nóng. FC : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra. ( )doKgJ ⋅ Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – Nhiệt độ. [I – 172] Tại: 0 090,3Ft t C= = và nội suy. + Nhiệt dung riêng của r−ợi E – H ở C080 và ở C0100 . - Đối với r−ợi E: ở C080 : 3220EC = ( )doKgJ ⋅ ở C0100 : 3520EC = ( )doKgJ ⋅ - Đối với H: ở C080 : 4190HC = ( )doKgJ ⋅ ở C0100 : 4230HC = ( )doKgJ ⋅ Ta có: ( )2 1 2100100 80x tC C C C−= + ⋅ −− 0 80 xt 100 t0C Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt dung riêng theo nhiệt độ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 32 Nhiệt dung riêng của r−ợi Etylic và N−ớc ở 090,3Ft C= . ( )100 90,33520 3220 3520 3374,5 100 80E C −= + ⋅ − =− ( )doKgJ ⋅ ( )100 90,34230 4190 4230 4210,6 100 80H C −= + ⋅ − =− ( )doKgJ ⋅ Với: 1225,0=Fa Suy ra: ( ) 65,410742101225,015,33741225,0 =⋅−+⋅=FC ( )doKgJ ⋅ Vậy: 77000 4107,65 90,3 259,6.10FQ = ⋅ ⋅ = ( )J h d. Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra. Ta có: 1 1 1 1ngQ D C θ= ⋅ ⋅ ( )J h [II – 197] đ. Nhiệt l−ợng mất ra môi tr−ờng xung quanh. Ta có: 1 5%xq tieutonQ Q= ⋅ ( )J h 1 1 10,05xqQ D r= ⋅ ⋅ ( )J h [II – 197] e. L−ợng hơi đốt cần thiết. Ta có: 1 1 1 1 10,95 F ng xq f F fQ Q Q Q Q QD rλ + + − −= = ⋅ 71 3 259,6 55,6 10 971,48 0,95 2210,4 10 D −= ⋅ =⋅ ⋅ ( )hKg 2. Tháp ch−ng luyện. - Ph−ơng trình cân bằng nhiệt của tháp ch−ng luyện. Ta có: 2 2 2F D R y w xq ng Q Q Q Q Q Q Q+ + = + + + ( )J h [II – 197] Trong đó: FQ : Nhiệt l−ợng do hỗn hợp dầu mang vào tháp. ( )J h 2D Q : Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào tháp ( )J h RQ :Nhiệt l−ợng do l−ợng lỏng hồi l−u mang vào tháp. ( )J h yQ : Nhiệt l−ợng do hơi mang ra ở đỉnh tháp. ( )J h wQ : Nhiệt l−ợng sản phẩm đáy mang. ( )J h 2xqQ : Nhiệt l−ợng mất mát ra môi tr−ờng xung quanh. ( )J h Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 33 2ngQ : Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra. ( )J h Chọn hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà 2p at= , 0 0119t = a. Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào tháp. Ta có: ( ) 2 2 2 2 2 2 2D Q D D r G Cλ ⋅= ⋅ = ⋅ + ( )J h [II – 197] Trong đó: 2D : L−ợng hơi đốt. ( )J Kg 2λ : Hàm nhiệt (nhiệt l−ợng riêng) của hơi đốt. ( )J Kg 02 119 Cθ = : Nhiệt độ n−ớc ng−ng. ( )J Kg 2r : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt. ( )J Kg 32 1 2210,4 10r r= = ⋅ ( )J Kg 2C : Nhiệt dung riêng của n−ớc ng−ng. ( )doKgJ ⋅ b. Nhiệt l−ợng do hồi l−u mang vào. Ta có: R R R RQ G C t⋅= ⋅ ( )J Kg [II – 197] Trong đó: RG : L−ợng lỏng hồi l−u. ( )Kg h 0 1665,4453R XG G= = ( )Kg h Với: Ctaa RPR 068,779192,0 =⇒== Suy ra: ( )3282,61R PC C J Kg do= = ⋅ Vậy: 71665,4453 3282,61 77,68 42,468 10RQ = ⋅ ⋅ = ⋅ ( )W c. Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang ra ở đỉnh tháp. Ta có: ( )1y P x dQ G R λ= ⋅ + ⋅ ( )J h [II – 197] Trong đó: dλ : Hàm nhiệt của hơi ở đỉnh tháp. ( )1 21d a aλ λ λ= ⋅ + − ⋅ ( )J Kg [II – 197] 1 2,λ λ : Nhiệt l−ợng riêng của Etylic và N−ớc. 1 1 1 1r Cλ θ= + ⋅ ( )J Kg 2 2 2 2r Cλ θ= + ⋅ ( )J Kg Với: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 34 CtR 0 21 68,77=== θθ 1 3374,5EC C= = ( )doKgJ ⋅ 2 4210,6HC C= = ( )doKgJ ⋅ Theo bảng (I – 301) và nội suy ta có: ( )1 848031, 48Er r J Kg= = ( )2 2346165,9Hr r J Kg= = ( )1 848031, 48 3374,5 77,68 1110162,64 J Kgλ = + ⋅ = ( )2 2346165,9 4210,6 77,68 2673245 J Kgλ = + ⋅ = Suy ra: ( ) ( ) ( )1 21 0,9192 1110162,64 1 0,9192 2673245 1236459,7a a J Kgλ λ λ= ⋅ + − ⋅ = ⋅ + − ⋅ = Vậy: ( ) 71236459,7 664,848 1 2,52 289,3 10 ( )yQ J h= ⋅ ⋅ + = ⋅ d. Nhiệt l−ợng do sản phẩm đáy mang ra. Ta có: WWWW tCGQ ⋅⋅= ( )J h Trong đó: WG : L−ợng sản phẩm đáy. ( )hKg 6099,17WG = ( )hKg Từ đồ thị t- x,y. 00,0019 99,5w wx t C= ⇒ = Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – Nhiệt độ. [I – 172] Tại: 0 099,5Ft t C= = và nội suy. + Nhiệt dung riêng của r−ợi E – H ở C080 và ở C0100 . - Đối với r−ợi E: ở C080 : 3220EC = ( )J Kgdo ở C0100 : 3520EC = ( )J Kgdo - Đối với H : ở C080 : 4190HC = ( )J Kgdo ở C0100 : 4230HC = ( )J Kgdo Ta có: ( )2 1 2100100 80x tC C C C−= + ⋅ −− Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 35 0 80 xt 100 t0C Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt dung riêng theo nhiệt độ Nhiệt dung riêng của r−ợi Etylic và N−ớc ở 099,5Ft C= . ( )100 99,53520 3220 3520 3512,5 100 80E C −= + ⋅ − =− ( )doKgJ ⋅ ( )100 99,54230 4190 4230 4229 100 80H C −= + ⋅ − =− ( )doKgJ ⋅ 0048,0=Wa Suy ra: ( ) 56,4225422948,00,015,35120048,0 =⋅−+⋅=WC ( )doKgJ ⋅ Vậy: 76099,17 4225,56 99,5 256,44 10WQ = ⋅ ⋅ = ⋅ ( )J h đ. Nhiệt l−ợng mất mát do môi tr−ờng xunh quanh. Ta có: 222 05,0 rDQxq ⋅⋅= ( )hJ [II – 198] e. Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra. Ta có: 222222 θθ ⋅⋅=⋅⋅= CDCGQ ngng ( )J h [II – 198] Trong đó: 2ngG : L−ợng n−ớc ng−ng bằng l−ợng n−ớc ng−ng tụ. f. L−ợng hơi đốt cần thiết. 2 2 2y w ng xq F RD Q Q Q Q Q Q= + + + − − 2 20,95 y w F RQ Q Q QD r + − −= ⋅ 7 7 7 7 2 4 289,3 10 256, 44 10 259,6 10 42, 468 10 116,06 0,95.2210.10 D ⋅ + ⋅ − ⋅ − ⋅= = (Kg/h) 3. Thiết bị ng−ng tụ. - Ph−ơng trình cân bằng nhiệt thiết bị ng−ng tụ hoàn toàn. Ta có: ( ) ( )121 ttCGrRG nndP −⋅⋅=⋅+⋅ [II – 198] Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 36 Trong đó: dr : ẩn nhiệt hóa hơi của đỉnh tháp. ( )KgJ 090,3dt C= Theo [I – 301] nội suy ta có: ( )512Er Kcal Kg= ( )180Hr Kcal Kg= 0,1225a = nG : L−ợng n−ớc tiêu tốn. ( )KgJ 1 2,t t : Nhiệt độ vào và ra của n−ớc làm lạnh ở 00 C . Nhiẹt độ vào của n−ớc làm lạnh lấy ở nhiệt độ th−ờng ở 01 20t C= Nhiệt độ ra của n−ớc lamg lạnh chọn 01 40t C= 01 2 30 2tb t tt C+= = nC : Nhiêt độ riêng của n−ớc ở nhiệt độ trung bình. ( ).J Kg do Theo [I – 195] và nội suy ta có: nC = 4174,4(J/Kg.do) L−ợng n−ớc lạnh cần thiết. ( ) ( ) 42 1 1 668,84(2,505 1).1236459,7 3,47.10 4174,4.20 P n n G R r G C t t ⋅ + ⋅ += = =⋅ − ( )KgJ 4. Thiết bị làm lạnh - Ph−ơng trình cân bằng nhiệt của thiết bị làm lạnh. Theo [II – 198]: ( ) ( )2' '1 2 2 1P P n nG C t t G C t t⋅ ⋅ − = ⋅ ⋅ − Trong đó: 2n G : L−ợng n−ớc lạnh tiêu tốn. ( )Kg h ' '1 2,t t : Nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ng−ng tụ 00 C Sản phẩm sau ng−ng tụ ở trạng thái sôi. Nhiệt độ vào chính bằng nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp ' 01 90,3t C= Nhiệt độ ra của sản phẩm đáy lấy là ' 02 25t C= ' ' 0 01 2 57,65 2tb t tt C+= = PC : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh ng−ng tụ. Theo [I – 202] và nội suy ta có: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 37 ở 057,65ot C= 2897EC = ( ).J Kg do 4183HC = ( ).J Kg do Nhiệt dung riêng của hỗn hợp: ( )0,1225 2897 1 0,1225 4183 4025, 465PC = ⋅ + − ⋅ = ( ).J Kg do L−ợng n−ớc lạnh cần thiết: ( ) ( )2 ' ' 1 2 2 1 668,84.4025, 464.65,3 2105,849 4174, 4.20 P P n n G C t t G C t t ⋅ ⋅ −= = =⋅ − ( )KgJ VII. thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Để đun nóng hỗn hợp đầu (theo phần khối l−ợng) với năng suất 7000 kg/h, giả thiết dung dịch đầu có nhiệt độ ban đầu t=200C, cần đun nóng đến nhiệt độ sôi tF =96 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= 119,6 0C. 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 = 119oC 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 = 90,3 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 – 20 = 99 oC Δt2 = 119 – 90,3 = 28,7 oC Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai l−u thể là: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 38 O1 2 1 2 99 28,7 56,8 C99lnln 28,7 tb t tt t t Δ −Δ −Δ = = =Δ Δ Nhiệt độ trung bình của hơi đốt là ttb1 = 119 oC Nhiệt độ trung bình của dung dịch là ttb2 = ttb1 - Δttb = 119 – 56,8 = 62,2 oC 2. L−ợng nhiệt trao đổi: )tt.(C.mQ dcP −= (J/s) Trong độ: m: L−ợng dung dịch đ−a vào (kg/s). m = F = 1,05 (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: CE = 2997,5(J/kg.độ) CH = 4190(J/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu : aF =0,1225 CP = C1.aF + C2.(1 – aF) = 4043,9188(J/kg.độ) tđ, tc: Nhiệt độ vào và ra của dung dịch ( oC) Q = 1,05.4043,9188.(90,3-20) = 298501,8662 (J/s) 3. Diện tích trao đổi nhiệt: 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 = 62,2 oC Δt1: Hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và mặt ngoài ống (oC): Δt1 = th – tT1 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 39 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) 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) 3 P M ..C.A ρρ=λ (W/m.độ) [I.32 – 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 40 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 = 57,22°C: 751, 91Eρ = (kg/m3) 981, 79Hρ = (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của dung dịch: aF = 0,1225 Ta có: 1 1 1 0,1225 1 0,125 946,3477 751,91 981,79 F F E H a aρ ρ ρ − −⎛ ⎞− −⎛ ⎞= + = + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ (kg/m 3) M: Khối l−ợng mol phân tử của dung dịch (kg/kmol) MF=19,4504(Kg/Kmol) ( )0,5002 . PA C M W mdo ρλ ρ= ⋅ ⋅ ⋅ = 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 = 57,22°C: μE = 0,5738 (cP) μH = 0,4654 (cP) Theo công thức (I-93), ta có: lg .lg( ) (1 ).lg( )F E F Hx xμ μ μ= + − μ = 0,4618 (cP) = 0,506 . 10-3 (N.s/m2) 34043,9188.0,4618.10Pr 3,7335 0,5002 − ⇒ = = Prt: Chuẩn số Prand tính theo nhiệt độ t−ờng: 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= 1/3 6 8 4/3 4/3 .19,4504Pr 75,12.10 . 3,58.10 . t t t t t μ μ ρ ρ−⇒ = = Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 41 0,25 0,25 0,8 0,43 Pr Pr0,021.10000 .3,7335 . 58,6448. Pr Prt t 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 = 4 oC tT1 = th - Δt1 = 119 - 4 = 115 (oC) tm = 0,5.(th + tT1) = 117 ( oC) Theo bảng số liệu A – tm (II-29), nội suy ta có: A = 186,65 3 41 2201,4.102,04.186,65. 10375,1722 4.1,0 α⇒ = = (W/m2.độ) ⇒ q1 = α1 . Δt1 = 10375,1722 . 4 = 41500,6887 (W/m2) ⇒ qT = q1 =41500,6887 (W/m2) ⇒ ΔtT = qT . rO = 29,77 (oC) ⇒ tT2 = tT1 - ΔtT = 115 – 29,77=85,23 (oC) Theo bảng và toán đồ (I-102) với nhiệt độ t−ờng tT2: μE = 0,4056 (cP) μH = 0,3375 (cP) Theo (I-93), ta có: lg .lg( ) (1 ).lg( )t F E F Hx xμ μ μ= + − ⇒ μt = 0,3408 (cP) Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (I-10) theo tT2: 730, 0315Eρ = (kg/m3) 968, 339Hρ = (kg/m3) Theo (II-183), ta có: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 42 1 1 931,105F Ft E H a aρ ρ ρ −⎛ ⎞−= + =⎜ ⎟⎝ ⎠ (kg/m 3) 3 6 4 3 0,3408.10Pr 75,12.10 . 2,8157 931,1057 t − ⇒ = = 0,25 58,6448. 62,9306 PrT PrNu ⎛ ⎞⇒ = =⎜ ⎟⎝ ⎠ 2 . 62,9306.0,5002 1573,8946 0,02 Nu l λα⇒ = = = (W/m2.độ) ⇒ Δt2 = tT2 – tdd = 85,23 – 62,2 = 23,03 (oC) ⇒ q2 = α2 . Δt2 = 36246,7926 (W/m2) Ta có nhiệt tải riêng trung bình: ( )21 2 38873,742tb q qq W m+= = e. Diện tích trao đổi nhiệt: ( )2298501,8662 7,6838873,74tb QF m q = = = (m2) Số ống truyền nhiệt cần dùng là: 7,68 122 . . 3,14.0,020.1,0O O O Fn d hπ= = = (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) [V.139 – II.48] Chọn a = 7, nO = 3.7.(7-1)+1 = 127 (ống) Số ống trên đ−ờng chéo hình lục giác : b = 2a – 1 = 13 (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.(13 - 1) + 4 . 0,025 = 0,46 (m) [V.139 – II.48] Vận tốc dung dịch trong ống: Theo giả thiết ( chế độ chảy xoáy với Re = 104): 4 3Re. 10 .0,3408.10 0,183 (m/s) . 931,1058GT O w d μ ρ − = = = - Theo tính toán: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 43 0,183 0,0283 84,5% 5% 0,183 GT TT GT w w w − −⇒ = = > Ta cần phải chia ngăn thiết bị, số ngăn chia là: 0,183 6,47 0,0283 GT TT w w = = (ngăn) Quy chuẩn, ta chia thiết bị làm 7 ngăn. Nh− vậy: Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu. Số ống: n0=127 chia làm 7 ngăn. Bố trí ống theo hình lục giác, số ống trên 1 cạnh = 7 ống. Chiều cao ống h= 1(m), đ−ờng kính d= 25(mm), chiều dày thành ống 2,5δ = (mm), đ−ờng kính trong của ống d0 = 20(mm). Vật liệu chế tạo ống thép không gỉ 2ì13 VIII.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 = 1,105 (kg/s) 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: ΔP m1 = ΔP ms1 + ΔP cb1 + ΔPw (N/m2) Trong đó: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 44 ΔP ms1: Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb1: Trở lực cục bộ (N/m2) Số liệu: Chiều dài ống: L1 = 2 (m) Đ−ờng kính ống: dO = 0,09 (m) L−u l−ợng: GF = 0,105 (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: ρE = 780 (kg/m3) ρH = 998 (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của dung dịch a = aF = 0,1225 Khối l−ợng riêng của dung dịch lúc đầu là: 1 1 1 1 1 1 0,1225 1 0,1225 966,6334 789 998E H a aρ ρ ρ − −⎛ ⎞− −⎛ ⎞= + = + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ (kg/m 3) wO1: Vận tốc dung dịch trong ống (m/s) 1 2 2 1 1,05 0,171 .0,785. 966,6334.0,785.0,09 F O O Gw dρ= = = (m/s) 2 1 966,6334.0,171 14,1327 2w P⇒Δ = = (N/m2) Trở lực ma sát: 1w O 1 1ms P.d L P Δλ=Δ (N/m2) [I - 458] 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: μE = 1,19 (cP) μH = 1 (cP) Nồng độ dung dịch: x = 0,174 lg(μ1) = x.lg(μE) + (1- x).lg(μH) = 0,0518 . lg(1,19) + (1- 0,0518) . lg(1) = 3,9133.10-3 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 45 μ1 = 1,009 (cP) = 1,009.10-3 (Ns/m2) 41 1 3 1 . . 0,171.966,6334.0,09Re 14743,7939 10 1,009.10 O Ow dρ μ −⇒ = = = > Chế độ chảy xoáy. Xác định λ theo công thức: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ 7,3Re 81,6 lg.2 1 9,0 [I - 464] 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 = 0,1/90 = 1,11.10-3 [I - 464] 2 9,0 7,3Re 81,6 lg.2 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ⇒ 20,9 36,81 1,11.102.lg 0,0299 14734,7939 3,7 −−⎛ ⎞⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟= − + =⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠ 2 1 20,0299. .14,1327 9,3904 (N/m ) 0,09ms P⇒Δ = = 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: - 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 = 0,46 (m). Tiết diện đầu thiết bị (chia 7 ngăn) là: 2 2 1 0,785. 0,785.0,46 0,0237 7 7 df = = = (m2) Tiết diện ống là: 2 20,785. 0,785.0,09 0,0064OOf d= = = (m2) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 46 2 2 1 0,00641 1 0,5328 0,0237 Of f ξ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⇒ = − = − =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ - 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 = 1,1 [I - 479] Trở lực cục bộ: 1 (0,5 0,5328 2,1 2 . 1,1).14,1327 75,3669cbPΔ = + + + = (N/m2) 1 9,3904 75,3669 84,7573mPΔ = + = (N/m2) 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 =0,5 (m) - Đ−ờng kính ống: dO = 0,09(m) - L−u l−ợng: GF = 1,05 (kg/s) - Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống: 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 = 725,785 (kg/m3) 0ω : Vận tốc dung dịch trong ống(m/s) 2 2 2 2 1,05 0,2275 .0,785. 725,785.0,785.0,09 F O O Gw dρ= = = 2 2 725,785.0, 2275 18,782 2w P⇒Δ = = (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 = 83,7645 oC Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 47 Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có: μE = 0,3789 (cP) μH = 0,3194 (cP) Nồng độ dung dịch: x = 0,0518 lg(μ2) = x.lg(μE) + (1- x).lg(μH) = 0,0518 . lg(0,3789) + (1- 0,0518) . lg(0,3194) = - 0,49 ⇒ μ2 = 0,3222 (cP) = 0,322.10-3 (Ns/m2) 42 2 3 2 . . 0,2275.725,785.0,09Re 46121,8122 10 0,3222.10 O Ow dρ μ −⇒ = = = > ⇒ Chế độ chảy xoáy - Xác định hệ số ma sát λ theo công thức II-464: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ 7,3Re 81,6 lg.2 1 9,0 20,96,812.lg Re 3,7 λ −⎛ ⎞⎡ ⎤Δ⎛ ⎞⎜ ⎟= − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠ 20,9 36,81 1,11.102.lg 0,0221 46121,8122 3,7 −−⎛ ⎞⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟= − + =⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠ 2 2 0,50,0221. .18,782 2,305 (N/m ) 0,09ms P⇒Δ = = 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: 1 0,00785 0,27 0,401 0,0237 Of f ξ⇒ = = ⇒ = - 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 = 1,1 2 (0, 401 1,0 2,1 1,1).18,782 86, 416cbPΔ = + + + = (N/m2) Vậy: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 48 2 2,306 86, 416 88,722mPΔ = + = (N/m2) 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 = 931,1057 (kg/m3) w: Vận tốc dung dịch trong ống truyền nhiệt (m/s). Thiết bị chia làm 7 ngăn: w = 7 . wTT = 7. 0,0283= 0,1981 (m/s) 2931,1057.0,1981 18,27 2w P⇒Δ = = (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 chia7 ngăn : L = 7 . 1,0 = 7,0 (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 = 0,3408 . 10-3 (N.s/m2) 4 3 . . 0,1981.931,1057.0,02Re 10824,65 10 0,3408.10 Ow dρ μ −= = = > ⇒Chế độ chảy xoáy Xác định λ theo công thức II-464: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ 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: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 49 Δ = ε/dO = 0,1/20 = 5.10-3 20,96,812.lg Re 3,7 λ −⎛ ⎞⎡ ⎤Δ⎛ ⎞⎜ ⎟= − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠ 20,9 36,81 5.102.lg 0,0377 10824,65 3,7 −−⎛ ⎞⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟= − + =⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠ )(N/m 828,90544,48. 02,0 0,10.0374,0 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. - Thiết bị có số ống truyền nhiệt nO = 127 chia làm7 ngăn - Tiết diện chùm ống ở 1 ngăn là: 2 2 2 0,785. . 0,785.0,02 .127 0,0006 7 7 O Od nf = = = (m2) 2 1 0,0006 0,0253 0,4949 0,0237 f f ξ= = ⇒ = - Trở lực do đột mở từ chùm ống ra đầu thiết bị: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 50 ( ) 2 22 1 1 1 0,0253 0,95f f ξ ⎛ ⎞= − = − =⎜ ⎟⎝ ⎠ - Trở lực do dòng chuyển h−ớng 10 lần với góc chuyển là 900 1,1ξ = 3 (7.0, 4949 7.0,95 12 1,1).18, 27 425,9522cbPΔ = + + ⋅ = (N/m2) 3 241,0727 425,9523 667,025mPΔ = + = (N/m2) 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): 2 2 1 1 2 2 1 1 22 2 m Z g P P Pρ ω ρ ωρ ⋅ ⋅⋅ ⋅ + + = + + Δ Trong đó: P1, P2: áp suất tại mặt cắt 1 và 2 (N/m 2) P1 = Pa = 9,81.10 4(N/m2) P2 = P1 +ΔPL=1866,516 + 9,81.104 (N/m2) =93666,5(N/m2) 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 = 0,2275 (m/s) ρ1: Khối l−ợng riêng dung dịch tr−ớc khi gia nhiệt (kg/m3). ρ1 = 966,6334(kg/m3) ρ2 : Khối l−ợng riêng dung dịch sau khi gia nhiệt (kg/m3). ρ2 = 725,785(kg/m3) mPΔ :Tổn thất áp suất trở lực. 1 2 3 84,7573 88,722 667,025 840,50m m m mP P P PΔ = Δ + Δ + Δ = + + = 2 2 1 2 2 1 ( ) . . 2. m P P wZ h g g gρ ρ ⎡ ⎤= − + +⎢ ⎥⎣ ⎦ Hay: ( ) 22 22 1 1 1 2 m Z P P P g ρ ω ρ ⎡ ⎤⋅= ⋅ − + + Δ⎢ ⎥⋅ ⎣ ⎦ 21 725,785 0, 22751866,5 0,199 9,81 966,6334 2 Z ⎡ ⎤⋅= ⋅ + =⎢ ⎥⋅ ⎣ ⎦ 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: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 51 H0 = Z + H1 + H2 (m) H1=HC+hday=0,5+0,5=1 (m) H2=1 (m) H0 = 1+1+0,199=2,199 (m) 4. áp suất toàn phần của bơm và năng suất bơm. 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 = 8,7572 + 0,2 = 8,9572 (m) - Đ−ờng kính ống : dO = 0,1 (m) - L−u l−ợng : GB =0,8333 (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) 1 2 2 1 1,05 0,171 .0,785. 966,6334.0,785.0,09 F O O Gw dρ= = = (m/s) 2 0 966,6334.0,171 14,133 2w PΔ = = (N/m2) Trở lực ma sát: 0 0 0 . w O ms Pd LP Δ=Δ λ (N/m2) [II.55 – I.458] Trong đó: λ: Hệ số ma sát. Nhiệt độ dung dịch trong ống là: t = 20 oC Độ nhớt dung dịch trong ống: ( )3 20 1 1,009 10 N mμ μ −= = ⋅ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 52 41 1 3 0 . . 0,171.966,6334.0,09Re 14743,794 10 1,009.10 O Ow dρ μ −= = = > ⇒Chế độ chảy xoáy Xác định λ theo công thức: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ 7,3Re 81,6 lg.2 1 9,0 [II.65 – I.464] 20,96,812.lg Re 3,7 λ −⎛ ⎞⎡ ⎤Δ⎛ ⎞⎜ ⎟= − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠ 20,9 36,81 1,11.102.lg 0,0299 14743,794 3,7 −−⎛ ⎞⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟= − + =⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠ 2 0 2,50,0299. .14,133 11,738 (N/m ) 0,09ms PΔ = = 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 - Trở lực do ống chuyển h−ớng với góc chuyển là 90o ⇒ ξ = 1,1 0 (2,1 1,1).14,133 45, 2256cbPΔ = + = (N/m2) 0 11,7382 45, 2256 56,9638mPΔ = + = (N/m2) Chiều cao cột chất lỏng t−ơng ứng: )(0093,0 81,9.2,908 6632,82 . 0 m g PHm ==Δ= ρ b. áp suất toàn phần của bơm: 1 1 0B moP g H Pρ= ⋅ ⋅ + Δ ( )2966,6334 9,81 2,199 56,9638 20909,4BP N m= ⋅ ⋅ + = c. Năng suất bơm: η ρ .1000 ... HgQN = (KW) Trong đó: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 53 Q: L−u l−ợng thể tích của bơm (m3/s) 3 1 1,05 1,0862.10 966,6334 BGQ ρ −= = = (m3/s) η :Hiệu suất toàn phần của bơm. Theo [I – 439] 0 tl ckη η η η= ⋅ ⋅ phụ thuộc vào loại bơm và năng suất, với bơm ly tâm chọn 0,85η = Vậy 31,0862.10 21867,1132 0, 279( ) 1000.0,85b N kw − ⋅= = 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=0,85 0,279 0,328( ) 1.0,85moto N kw= = 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= [1-439] 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=2.0,328=0,656(kw) Vậy ta chọn bơm có công suất 0,7 kw Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 54 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) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -