THÔNG TIN TÀI LIỆU
Mục lục Lời mở đầu A Tính toán thiết bị I Các phơng trình cân vật liệu 4 II.Đờng kính tháp Lu lợng trung bình dòng pha tháp Khối lợng riêng trung bình Tính vận tốc tháp Đờng kính tháp III Chiều cao tháp Xác định số đơn vị chuyển khối B Kết lụân C Tài liệu tham khảo 6 11 12 12 12 http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download1 : add luanvanchat@agmail.com Lời mở đầu Trong công nghiệp việc phân tích cấu tử từ hỗn hợp đầu cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện khai thác, chế biến , có nhiều phơng pháp phân tích cấu tử công nghiệp, chng luyện phơng pháp hay đợc sử dụng Nó đợc dùng rộng rÃi nhiều ngành công nghiệp nh chế biến dầu mỏ Chng phơng pháp tách cấu tử từ hỗn hợp đầu dụa vào độ bay khác chúng hỗn hợp Hỗn hợp chất lỏng chất khí, thờng chng hỗn hợp có cấu tử ta thu đợc nhiêu sản phẩm Với hốn hợp có hai cấu tử ta thu đợc hai sản phẩm sản phẩm đỉnh gồm phần lớn cấu tử dễ bay & sản phẩm đáy chứa phần lớn cấu tử khó bay Trong thực tế gặp nhiều kiểu chng luyện khác nh; chng nớc trực tiếp, chng đơn giản, chng luyện Tuy nhiên nhằm mục đích thu đợc sản phẩm có nồng độ cao, ngời ta tiến hành chng nhiều lần hay chng luyện Chng luyện phơng pháp chng phổ biến hay dùng để tách hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan hoàn toàn hay phần vào Có nhiều loại tháp dùng để chng luyện nh tháp đĩa lỗ, đĩa chóp có ống chảy chuyền, tháp đệm, Tháp đệm với u điểm cấu tạo đơn giản, làm việc với suất lớn, hiệu suất cao, khoảng làm việc rộng, ổn định đợc ứng dụng rộng rÃi thực tế đặc biệt chng luyện hỗn hợp Etylic nớc Do thời gian có hạn để sâu vào nội dung chính, đồ án thực giải việc tính toán kỹ thuật thiết kế tháp chng luyện cha sâu tính toán hết thiết bị phụ http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download2 : add luanvanchat@agmail.com A.Tính toán thiết bị I Các phơng trình cân vật liệu v chØ sè håi l−u: - Trc hÕt ta ®ỉi nång ®é phÇn thĨ tÝch sang nång ®é phÇn mol M C2 H 5OH = 46 (Kg m ) ρ C H OH = 789 (Kg m ) M H 2O = 18 ρ H O = 998 (Kg m3 ) (Kg m3 [I – 9] ) [I – 9] Ta cã mèi liªn hƯ: mE VE = ρE = nE ⋅ M E ρE ⇒ nE = VE ⋅ ρ E ME Suy ta cã: ρE VE ⋅ xE = ρE VE ⋅ ME ME + (1 − VE ) ⋅ ρN MN ¸p dụng công thức ta có: VF xF = VF ⋅ ρE VP ⋅ ME + (1 − VF ) ME VP ⋅ xP = ρE ρE ME VW ⋅ ρE ME ρN MN = 0,8 ⋅ + (1 − VW ) ⋅ ρN MN 789 46 789 998 0,8 ⋅ + (1 − 0,8) 46 18 ρE ME 789 46 789 998 0,13 ⋅ + (1 − 0,13) ⋅ 46 18 MN + (1 − V P ) ⋅ ME = ρE VW ⋅ xW = ρN 0,13 ⋅ = 0,003 ⋅ (Kmol = 0,0442 (Kmol Kmol ) = 0,00093 (Kmol = 0,553 789 46 789 998 0,003 ⋅ + (1 − 0,003) ⋅ 46 18 Kmol ) Kmol ) Khối lợng phân tử hỗn hợp đầu: M F = x F ⋅ M E + (1 − x F ) ⋅ M N M F = 0,0442 ⋅ 46 + (1 − 0,0442 ) ⋅ 18 = 19,2376 Lợng hỗn hợp đầu vào tháp tính theo Kmol h GF = F MF 7000 GF = = 363,87 19,2376 (Kmol h ) - Phơng trình cân vật liệu: + Phơng trình cân vật liệu cho toàn tháp: G F = G P + GW [I – 144] http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download3 : add luanvanchat@agmail.com Đối với cấu tử dễ bay ta có: G F ⋅ x F = G P ⋅ x P + GW xW Theo quy tắc đòn bẩy ta cã: [I – 144] GW GF GP = = x P − xW x F − xW xP − xF Lợng sản phẩm đỉnh: x F xW 0,0442 − 0,00093 = 363,87 ⋅ = 28,52 x P − xW 0,553 − 0,00093 GP = GF ⋅ (Kmol h ) Lợng sản phẩm đáy: (Kmol h ) GW = G F − G P = 363,87 − 28,52 = 335,35 + Phơng trình đờng nồng độ làm việc ®o¹n lun: y= Rx x ⋅x+ P Rx + Rx + [II 144] +Phơng trình đờng nồng độ làm việc đoạn chng: GF GP Với L = [II –158] R x : ChØ sè håi l−u thÝch hỵp y = x⋅ Suy ra: Rx + L L −1 − xW ⋅ Rx + Rx + - Xác định số hồi lu thích hợp: Theo b¶ng IX 2a – Sỉ tay II – Trang 148 H2 đẳng phí y 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 89,4 t 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 78,15 x 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tõ b¶ng néi suy ta cã: x F = 0,0442 ⇒ y F∗ = 0.2935 Theo c«ng thøc chØ sè håi l−u tèi thiĨu cđa tháp chng luyện là: Rmin = x P y ú∗ y ú∗ − x F Rmin = x P − y F∗ 0.553 − 0.2935 = = 1,041 ∗ y F − x F 0.2935 − 0,0442 [II – 158] Ta cã c«ng thøc: R = 1,55 ⋅ Rmin [II – 159] http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download4 : add luanvanchat@agmail.com R = 1,55 1,041 = 1,614 Lợng hỗn hợp đầu tính theo Kmol sản phẩm đỉnh L= G F 363,87 = = 12,76 28,52 GP + Ph−¬ng trình đờng nồng độ làm việc đoạn luyện y= 1,614 0,553 ⋅x+ = 0,6174 ⋅ x + 0,2116 1,614 + 1,614 + + Phơng trình đờng nồng độ làm việc đoạn chng y= 1,614 + 12,76 12,76 − ⋅x− ⋅ 0,00093 = 5,45 ⋅ x − 0,0042 1,614 + 1,614 + II §−êng kÝnh cđa th¸p: D = 0.0188 ⋅ g tb (ρ y y )tb [II 181] gtb:lợng trung bình tháp (Kg/h) ( y.wy)tb :tốc độ trung bình tháp Lu lợng trung bình dòng pha tháp : a/ Trong đoạn luyện : Số liệu : GP : Lợng sản phẩm ®Ønh (P’) = 28,52(kmol/h) R : HÖ sè håi l−u thÝch hỵp = 1,614 GR : L−ỵng håi l−u = GP R =28,52.1,614=46,03 (kmol/h) yđ=0,6174.xp+0,2116=0,6174.0,553+0,2116=0,553 Lợng khỏi đỉnh tháp gđ : gđ = GR + GP = GP (R + 1) =28,52 (1,614+ 1) = 74,5513(kmol/h) Lợng vào đoạn luyện g1 , nồng độ y1 , lợng lỏng G1 ®Üa thø nhÊt cđa ®o¹n lun, nång ®é láng x1 : Coi x1 = xF = 0,0442 Phơng trình cân b»ng vËt liÖu : (1) g1 = G1 + GP Phơng trình cân vật liệu với cấu tử dễ bay h¬i (etylic) : g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2) Phơng trình cân nhiệt lợng : (3) g1 r1 = g® r® r1 : Èn nhiƯt hóa hỗn hợp vào đĩa luyện thứ (kcal/kmol) rđ : ẩn nhiệt hoá hỗn hợp khỏi đỉnh tháp (kcal/kmol) Gọi : rA : Èn nhiƯt hãa h¬i cđa Etylic http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download5 : add luanvanchat@agmail.com rB : ẩn nhiệt hoá H2O Từ đồ thị (t,x,y) ta có : - Nhiệt độ sôi hỗn hợp ®Ønh (x = xP =0,553): tP = 79,70C Néi suy theo b¶ng r – to (I-254) víi to = 79,7°C : ⎧r = 202,12 (kcal/kg) = 202,12.M A (kcal/kmol) = 9297,52 (kcal/kmol) ⇒⎨A ⎩rB = 559,3 (kcal/kg) = 518,5.M B (kcal/kmol) = 10067 ,4 (kcal/kmol) ⇒ r® = rA y® + rB (1 - y®) = 9297,52 0,553 + 10067,4 (1- 0,553) =9641,66 (kcal/kmol) - Nhiệt độ sôi hỗn hợp đầu (x = xF =0,0442): tF = 91,6 °C Néi suy theo b¶ng r – to (I-254) víi to = 91,6°C : ⎧rA = 197,36 (kcal/kg) = 197,36.M A (kcal/kmol) = 9078,56 (kcal/kmol) ⇒⎨ ⎩rB = 547,4 (kcal/kg) = 547,4.M B (kcal/kmol) = 9853,2 (kcal/kmol) ⇒ rl = rA yl + rB (1 – yl) = 9078,56 yl + 9853,2 (1 – yl) Tõ (1);(2) vµ (3) ta cã : g1= G1 + 28,52 g1.y1= 0,0442.G1 + 15,77 -774,64.y1 + 9853,2.g1 = 718798,3 Gi¶i phơng trình ta có: G1=45,83(Kmol/h) , g1=74,35(Kmol/h) , y1=0,239 Lợng trung bình đoạn luyện : g tbL = g d + g1 74,5513 + 74,35 = = 74,451 (kmol/h) 2 ⇒ L−ỵng láng trung bình đoạn luyện : GtbL = GR + G1 46,03 + 45,83 = = 45,93 (kmol/h) 2 b/ Trong đoạn chng : Số liệu : GW : Lợng sản phẩm đáy (W) = 335,35(kmol/h) Lợng vào đoạn chng g1, , nồng độ y 1, , lợng lỏng G1' thứ đoạn ch−ng, nång ®é láng x 1, , ®èi víi ®Üa lợng khỏi đoạn chng lợng vào đoạn luyện g1 : Ta có y1, = y *W nồng độ cân ứng với xW , nội suy theo bảng số liệu đờng cân (II-148) : http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download6 : add luanvanchat@agmail.com ⇒ y1 = yW = 0,61752 , * Ph−¬ng trình cân vật liệu : G1' = g1' + G W (1) Phơng trình cân vật liệu với cÊu tư dƠ bay h¬i (etylic) : G1' x1' = g1' y1' + G W x W (2) Phơng trình cân nhiệt lợng : g1' r1' = g1r1 (3) rl : ẩn nhiệt hóa hỗn hợp khỏi đoạn chng rl = rA yl + rB (1 – yl) = 9078,56 0,239 + 9853,2 (1 – 0,239) = 9668,06 (kcal/kmol) r1’: Èn nhiệt hoá hỗn hợp vào đĩa ch−ng thø nhÊt Tõ b¶ng sè liƯu x – to sôi dd (II-148), nội suy ta có: Nhiệt độ sôi hỗn hợp đáy (x = xW = 0,00093): tW = 99,82°C Néi suy theo b¶ng r – to (I-254) víi to = 99,82°C : ⎧rA = 194,072 (kcal/kg) = 194,072.M A (kcal/kmol) = 8927,312 (kcal/kmol) ⇒⎨ ⎩rB = 539,18 (kcal/kg) = 539,18.M B (kcal/kmol) = 9705,24 (kcal/kmol) ⇒ Èn nhiÖt hóa hỗn hợp vào đĩa chng thø nhÊt : rl’ = rA yl’ + rB (1 – yl’) = 8927,312.0,61752 + 9705,24 (1 – 0,61752) = 9224,854 (kcal/kmol) (3' ) ⇒ g1' = g1 r1 9668,06 = 74,35 = 77,922(kmol/h) ' r1 9224,854 (1' ) ⇒ G1' = g1' + GW = 77,922 + 335,35 = 413,272 (kmol/h) Lợng trung bình đoạn chng : g tbC g1 + g1' 74,35 + 77,922 = = = 76,136 (kmol/h) 2 ⇒ Lợng lỏng trung bình đoạn chng : GtbC G1 + G1' 45,83 + 413,272 = = = 229,551(kmol/h) 2 Khối lợng riêng trung bình a/ Khối lợng riêng trung bình pha lỏng : http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download7 : add luanvanchat@agmail.com a − a tb1 = tb1 + ρ xtb ρ xtb ρ xtb1 [IX104a- II184] Trong ®ã : ρ xtb : Khối lợng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3) xtb1 : Khối lợng riêng trung bình cấu tử (kg/ m3) xtb2 : Khối lợng riêng trung bình cấu tử (kg/ m3) atb1 : Nồng độ khối lợng trung bình cấu tử (kg/ kg) - Đoạn luyện : Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn luyện: xtbL = xF + xP 0,0442 + 0,553 = = 0,2986 2 Néi suy víi xtbL theo b¶ng sè liƯu nồng độ to sôi dung dịch (II-148) : Nhiệt độ trung bình đoạn luyện : ttbL = 81,721C Khối lợng riêng Etylic Nớc theo t = ttbL : (I-9) ρxL2 = 970,8 (kg/m3) ρxL1 = 733,37 (kg/m3) Nồng độ khối lợng trung bình Etylic ®o¹n lun aF = v F ρ E 0,13.789 = = 0,106 vF ρ E + (1 − vF ) ρ N 0,13.789 + (1 − 0,13)998 (Kg/Kg) aP = 0,8.789 v P ρ E = = 0,76 (Kg/Kg) vP ρ E + (1 − vP ) ρ N 0,8.789 + (1 − 0,8)998 atbL = ⇒ ρ xL ⎛a − atbL = ⎜⎜ tbL + ρ xL ⎝ ρ xL1 ⎞ ⎟⎟ ⎠ a F + a P 0,106 + 0,76 = = 0,433 2 −1 ⎛ 0,433 − 0,433 ⎞ =⎜ + ⎟ 733 , 37 970 , ⎝ ⎠ −1 = 851,44 (kg/m3) - Đoạn chng : Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn chng : xtbC = xW + xF 0,00093 + 0,0442 = = 0,0226 2 Néi suy víi xtbC theo bảng số liệu nồng độ to sôi dung dịch (II-148) : Nhiệt độ trung bình đoạn ch−ng : ttbC = 95,706°C http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download8 : add luanvanchat@agmail.com Khối lợng riêng Etylic vµ N−íc theo t = ttbC :(I-9) ρ xC = 720 ,08 (kg/m3) ρ xC = 961 , 42 (kg/m3) Nồng độ khối lợng trung bình Etylic ®o¹n lun : aw = v w ρ E 0,003.789 = = 0,0024 (Kg/Kg) vw ρ E + (1 − vw ) ρ N 0,003.789 + (1 − 0,003)998 atbC = ⇒ ρ xC ⎛a − atbC = ⎜⎜ tbC + ρ xC ⎝ ρ xC1 aW + a F 0,0024 + 0,106 = = 0,0542 2 ⎞ ⎟⎟ ⎠ −1 ⎛ 0,0542 − 0,0542 ⎞ =⎜ + ⎟ 961,42 ⎠ ⎝ 720,08 −1 = 944,27 (kg/m3) b/ Khối lợng riêng trung bình pha : - Đoạn luyện : Nồng độ pha đầu đoạn luyện : yđL = y1 = 0,239 Nồng độ pha cuối đoạn luyện : ycL = yP = xP = 0,553 Nồng độ trung bình pha đoạn luyện : ytbL = ydL + ycL 0,239 + 0,553 = = 0,396 2 ⇒ Khèi l−ỵng mol trung bình đoạn luyện : M yL = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,396 46 + (1- 0,396).18 = 29,088 (kg/kmol) Khối lợng riêng trung bình pha ®o¹n lun : ρ yL = M yL TO 29,088 273 = = (kg/m3) 22,4.(TO + ttbL ) 22,4.( 273 + 81,721) - Đoạn chng : Nồng độ pha đầu đoạn chng : y dC = y1 = 0,61752 ' Nồng độ pha cuối đoạn chng : ycC = y1 = 0,239 Nồng độ trung bình pha đoạn luyện : ytbC = ydC + ycC 0,61752 + 0,239 = = 0,42826 2 Khối lợng mol trung bình đoạn ch−ng : M yC = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,42826.46+(1– 0,42826).18 =30 (kg/kmol) Khối lợng riêng trung bình pha đoạn ch−ng : http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download9 : add luanvanchat@agmail.com ρ yC = M yC TO 30 273 = = 0,99 (kg/m3) 22,4.(TO + ttbC ) 22,4.(273 + 95,706) Tính vận tốc tháp : a.Tính độ nhớt: - Đoạn luyện +Tra bảng (I-94) ta có độ nhớt nớc 200C là: 1,005 10-3 +ë ttbL= 81,7210C suy tõ b¶ng (I-92) ta cã: μ E = 0,426.10 −3 (N.s/ m ) (N.s/ m ) μ H = 0,351.10 −3 (N.s/ m ) VËy ®é nhít pha láng tÝnh theo nhiƯt độ trung bình là: lg xL = xtbL lg μ E + (1 − xtbL ) ⋅ lg μ H xtbL = 0,2986 lg μ xL = 0,2986 ⋅ lg(0,426.10 −3 ) + (1 − 0,2986) ⋅ lg(0,351.10 −3 ) lg μ xL = −3,43 μ xL = 0,37.10 −3 ⎛G X L = ⎜⎜ tbL ⎝ g tbL ⎞ ⎟⎟ ⎠ ⎛ ρ yL ⋅ ⎜⎜ ⎝ ρ xL ⎞ ⎟⎟ ⎠ (N.s/ m ) ⎛ 45,93 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 74,451 ⎠ ⎛ ⎞ ⋅⎜ ⎟ ⎝ 851,44 ⎠ = 0,38 YL = 1,2.e-4.X = 0,26 ⎛ ω σ d ρ yL YL = ⎜ ⎜ g.V ρ d xL ⎝ s ⎞ ⎛ μ xL ⎟⋅⎜ ⎟ ⎜ μn ⎠ ⎝ ⎞ ⎟⎟ ⎠ ,16 ⎛ ⎜ Y g.Vd3 ρ xL => ω s = ⎜⎜ L μ xL 0,16 ) ⎜ σ d ρ yL ( μn ⎝ ⎛ ⎞ ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ ⎟ = ⎜ 0,26.9,81.0,76 851,44 ⎟ ⎜ ⎟ 0,37.10 −3 0,16 ⎟ 165 ( ) ⎜ ⎟ ⎟ 1,005.10 −3 ⎠ ⎝ ⎠ =6,78 (m/s)2 - Đoạn chng +Tra bảng (I-94) ta có ®é nhít cđa n−íc ë 200C lµ: 1,005 10-3 +ë ttbC= 95,7060C suy tõ b¶ng (I-92) ta cã: μ E = 0,35.10 −3 (N.s/ m ) μ H = 0,3.10 −3 (N.s/ m ) (N.s/ m ) VËy ®é nhít pha láng tÝnh theo nhiƯt ®é trung bình là: lg xC = xtbC lg E + (1 − xtbC ) ⋅ lg μ H xtbC = 0,0226 lg μ xC = 0,0226 ⋅ lg(0,35.10 −3 ) + (1 − 0,0226 ) ⋅ lg(0,3.10 −3 ) lg μ xC = −3,52 http://nuoc.com.vn 10 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download CP: NhiƯt dung riªng dung dịch (J/kg.độ): CP = 3827,64 (J/kg.độ) : Khối lợng riêng dung dịch (kg/m3) Khối lợng riêng Etylic vµ N−íc ρ E = 751, 91 (kg/m3) theo ttb2 = 57,22°C: ρ H = 981, 79 (kg/m3) Nång độ khối lợng dung dịch: aF = 0,1225 Ta cã: −1 −1 ⎛a − aF ⎞ ⎛ 0,1225 − 0,125 ⎞ ρ =⎜ F + + ⎟ =⎜ ⎟ = 946,3477 (kg/m3) 751,91 981, 79 ρ ρ ⎝ ⎠ H ⎝ E ⎠ M: Khèi l−ỵng mol phân tử dung dịch (kg/kmol) MF=19,4504(Kg/Kmol) = A ⋅ CP ⋅ ρ ⋅ ρ M = 0,5002 (W m.do ) Re: Chuẩn số Reynolt Để trình truyền nhiệt đạt hiệu quả, dung dịch phải chế độ chảy xoáy Chọn Re = 10000 Pr: Chuẩn số Prand dòng tính theo nhiệt độ dòng: Pr = C P : Độ nhớt dung dịch (N.s/m2) Theo bảng toán đồ (I-102) với nhiệt độ dung dÞch ttb2 = 57,22°C: μH = 0,4654 (cP) μE = 0,5738 (cP) Theo c«ng thøc (I-93), ta cã: lg μ = xF lg( μ E ) + (1 − xF ).lg( μ H ) μ = 0,4618 (cP) = 0,506 10-3 (N.s/m2) 4043,9188.0, 4618.10−3 ⇒ Pr = = 3, 7335 0,5002 Prt: ChuÈn sè Prand tÝnh theo nhiÖt ®é t−êng: C μ Prt = Pt t = λt μt μ t M / = A.ρ 4t / ρ t A.ρ t M μt 19, 45041/ μ ⇒ Prt = = 75,12.106 4t/ −8 4/3 ρt 3,58.10 ρt http://nuoc.com.vn 40 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download 0,25 ⎛ Pr ⎞ ⇒ Nu = 0,021.10000 3,7335 ⎜ ⎟ ⎝ Prt ⎠ 0,8 0,43 0,25 ⎛ Pr ⎞ = 58,6448.⎜ ⎟ ⎝ Prt ⎠ c Tỉng nhiƯt trë thµnh èng: rO = r1 + r2 + δ λT (m2.®é/W) Trong ®ã: r1: Nhiệt trở lớp cặn bám bên thành ống: r1 = 0,232.10-3 (m2.độ/W) r2: Nhiệt trở lớp cặn bám bên thành ống: r2 = 0,387.10-3 (m2.độ/W) : ChiỊu dµy thµnh èng : δ = 2,5 (mm) = 2,5.10-3 (m) λT: HƯ sè dÉn nhiƯt cđa thµnh èng: λT = 25,4 (W/m.®é) 2,5 ⎞ −3 ⎛ −3 ⇒ rO = ⎜ 0,232 + 0,387 + ⎟.10 = 0,72.10 (m2.độ/W) 25,4 d Nhiệt tải riêng trung bình: Gi¶ sư Δt1 = oC tT1 = th - Δt1 = 119 - = 115 (oC) tm = 0,5.(th + tT1) = 117 (oC) Theo b¶ng sè liƯu A – tm (II-29), néi suy ta cã: A = 186,65 2201, 4.103 ⇒ α1 = 2, 04.186, 65 = 10375,1722 (W/m2.®é) 4.1, ⇒ q1 = α1 Δt1 = 10375,1722 = 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 toán đồ (I-102) víi nhiƯt ®é t−êng tT2: μE = 0,4056 (cP) Theo (I-93), ta cã: μH = 0,3375 (cP) lg μt = xF lg( μ E ) + (1 − xF ).lg( μ H ) ⇒ μt = 0,3408 (cP) Khèi l−ỵng riêng Etylic Nớc (I-10) theo tT2: E = 730, 0315 (kg/m3) ρ H = 968, 339 (kg/m3) Theo (II-183), ta cã: http://nuoc.com.vn 41 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download −1 ⎛a − aF ⎞ ρt = ⎜ F + ⎟ = 931,105 (kg/m3) ρ ρ H ⎝ E ⎠ ⇒ Prt = 75,12.10 0,3408.10−3 931,1057 = 2,8157 0,25 ⎛ Pr ⎞ ⇒ Nu = 58,6448 ⎜ ⎟ Pr ⎝ T⎠ ⇒ α2 = = 62,9306 Nu.λ 62,9306.0,5002 = = 1573,8946 (W/m2.®é) l 0,02 ⇒ Δt2 = tT2 – tdd = 85,23 – 62,2 = 23,03 (oC) ⇒ q2 = α2 t2 = 36246,7926 (W/m2) Ta có nhiệt tải riêng trung b×nh: qtb = q1 + q2 = 38873, 74 (W m2 ) e DiƯn tÝch trao ®ỉi nhiƯt: F= ( ) Q 298501,8662 = = 7, 68 m (m2) 38873, 74 qtb Sè èng trun nhiƯt cÇn dïng lµ: nO = F 7, 68 = = 122 (èng) π dO hO 3,14.0, 020.1, Chän c¸ch xÕp ống theo hình lục giác, gọi a số ống cạnh hình lục giác [V.139 II.48] Tổng sè èng lµ : nO = 3.a.(a-1) + (èng) Chän a = 7, nO = 3.7.(7-1)+1 = 127 (èng) Số ống đờng chéo hình lục giác : b = 2a – = 13 (èng) Chän b−íc èng là: t = 0,03 (m) (1,2d 1,5 d) Đờng kính ống là: d = 0,025 (m) Đờng kính thiết bị là: D = t.(b - 1) + 4.d = 0,03.(13 - 1) + 0,025 = 0,46 (m) [V.139 – II.48] VËn tèc dung dÞch ống: Theo giả thiết ( chế độ chảy xoáy víi Re = 104): wGT Re.μ 104.0,3408.10−3 = = = 0,183 (m/s) ρ dO 931,1058 - Theo tÝnh to¸n: http://nuoc.com.vn 42 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download ⇒ wGT − wTT 0,183 − 0, 0283 = = 84,5% > 5% wGT 0,183 Ta cần phải chia ngăn thiết bị, số ngăn chia là: wGT 0,183 = = 6, 47 (ngăn) wTT 0, 0283 Quy chuẩn, ta chia thiết bị làm ngăn Nh vậy: Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Số ống: n0=127 chia làm ngăn Bố trí ống theo hình lục giác, số ống c¹nh = èng ChiỊu cao èng h= 1(m), ®−êng kÝnh d= 25(mm), chiỊu dµy thµnh èng δ = 2,5 (mm), ®−êng kÝnh cđa èng d0 = 20(mm) Vật liệu chế tạo ống thép không gỉ ì 13 VIII.tính bơm Bơm làm việc liên tục trình chng luyện, đa dung dịch từ bể chứa lên thïng cao vÞ, møc chÊt láng thïng cao vÞ đợc giữ mức không đổi nhờ ống chảy tràn để trì áp suất ổn định cho trình cấp liệu Lu lợng bơm : GB = GF = 1,105 (kg/s) KÝ hiƯu : H0 : ChiỊu 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 H0 2 H1 H2 C¸c trë lùc cđa trình cấp liệu: Tronh trình sản xuất a Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiÕt bÞ gia nhiƯt: ΔP m1 = ΔP ms1 + ΔP cb1 + ΔPw (N/m2) Trong ®ã: http://nuoc.com.vn 43 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download ΔP ms1: Trë lùc ma s¸t (N/m2) ΔP cb1: Trë lùc cơc bé (N/m2) Sè liƯu: ChiỊu dµi èng: L1 = (m) §−êng kÝnh èng: dO = 0,09 (m) L−u l−ỵng: GF = 0,105 (kg/s) Thế vận tốc chất lỏng èng: ΔPw1 ρ1 w O2 = (N/m2) [I - 458] Trong đó: 1: Khối lợng riêng dung dịch trớc gia nhiệt (kg/m3) Nhiệt độ dung dịch lúc đầu: t = 20 oC Khối lợng riêng Etylic Nớc (bảng I-10) theo t: H = 998 (kg/m3) E = 780 (kg/m3) Nồng độ khối lợng dung dịch a = aF = 0,1225 Khối lợng riêng dung dịch lúc đầu là: 1 a − a1 ⎞ ⎛ 0,1225 − 0,1225 ⎞ ρ1 = ⎜ + = + ⎟ ⎜ ⎟ = 966, 6334 (kg/m3) 998 ⎠ ρH ⎠ ⎝ 789 ⎝ ρE wO1: VËn tèc dung dÞch èng (m/s) wO1 = GF 1, 05 = = 0,171 (m/s) ρ1.0, 785.dO 966, 6334.0, 785.0, 092 966, 6334.0,1712 ⇒ ΔPw1 = = 14,1327 (N/m2) Trë lùc ma s¸t: ΔPms1 = λ L1 ΔPw1 dO (N/m2) [I - 458] Trong đó: : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch ống là: t = 20 oC Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có: E = 1,19 (cP) Nồng độ dung dịch: x = 0,174 μH = (cP) lg(μ1) = x.lg(μE) + (1- x).lg(μH) = 0,0518 lg(1,19) + (1- 0,0518) lg(1) = 3,9133.10-3 http://nuoc.com.vn 44 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download μ1 = 1,009 (cP) = 1,009.10-3 (Ns/m2) ⇒ Re = wO1.ρ1.dO μ1 = 0,171.966, 6334.0, 09 = 14743, 7939 > 104 1, 009.10 Chế độ chảy xoáy Xác định theo công thức: 6,81 0,9 Δ ⎤ = −2 lg ⎢⎜ ⎟ + ⎥ 3,7 ⎥⎦ λ ⎢⎣⎝ Re ⎠ [I - 464] Với loại ống thép không gỉ ta đà chọn, theo bảng I-466, ta có độ nhám tuyệt đối = 0,1 (mm) Độ nhám tơng đối: = /dO = 0,1/90 = 1,11.10-3 ⎛ ⎡⎛ 6,81 ⎞ 0, Δ ⎤ ⎞ ⎜ ⇒ λ = − lg ⎢⎜ ⎟ + ⎥⎟ ⎜ 3,7 ⎥⎦ ⎟ ⎢⎣⎝ Re ⎠ ⎝ ⎠ [I - 464] −2 −2 0,9 ⎛ ⎡⎛ 6,81 1,11.10 −3 ⎤ ⎞ ⎞ = ⎜ −2.lg ⎢⎜ + ⎥ ⎟ = 0, 0299 ⎟ ⎜ 14734, 7939 3, ⎠ ⎢⎣⎝ ⎥⎦ ⎟⎠ ⎝ ⇒ ΔPms1 = 0, 0299 14,1327 = 9,3904 (N/m ) 0, 09 Trë lùc côc bé: ΔPcb1 = ∑ ξ.ΔPw1 (N/m2) Trong đó: : Hệ số trở lực cục Các trë lùc côc bé èng gåm: - Trë lùc cửa vào từ thùng cao vị vào ống: với cạnh nhẵn = 0,5 - Trở lực đột mở từ ống vào thiết bị gia nhiệt: Thiết bị có đờng kính d = 0,46 (m) Tiết diện đầu thiết bị (chia ngăn) là: 0, 785.d 0, 785.0, 462 f1 = = = 0, 0237 (m2) 7 TiÕt diƯn èng lµ: fO = 0, 785.d O2 = 0, 785.0, 092 = 0, 0064 (m2) http://nuoc.com.vn 45 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download ⎛ f ⎞ ⎛ 0, 0064 ⎞ ⇒ ξ = ⎜1 − O ⎟ = ⎜1 − ⎟ = 0,5328 f 0, 0237 ⎝ ⎠ ⎠ ⎝ - Trë lùc van: Coi van më 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trë lùc èng chun h−íng lÇn víi gãc chun lµ 90o ⇒ ξ = 1,1 Trë lùc côc bé: [I - 479] ΔPcb1 = (0,5 + 0,5328 + 2,1 + 1,1).14,1327 = 75,3669 (N/m2) ΔPm1 = 9,3904 + 75,3669 = 84, 7573 (N/m2) b Trë lùc èng dÉn tõ thiÕt bÞ gia nhiƯt ®Õn th¸p: ΔP m2 = ΔP ms2 + ΔP cb2 +Pw (N/m2) Trong đó: P ms2: Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb2: Trë lùc cơc bé (N/m2) Sè liƯu: - Chiều dài ống: L2 =0,5 (m) - Đờng kính èng: dO = 0,09(m) - L−u l−ỵng: GF = 1,05 (kg/s) - Thế vận tốc chất lỏng èng: ΔPw ρ2 w 2O = (N/m2) Trong đó: 2: Khối lợng riêng dung dịch sau gia nhiÖt (kg/m3): ρ2 = ρF = 725,785 (kg/m3) ω0 : VËn tèc dung dÞch èng(m/s) wO = GF 1, 05 = = 0, 2275 ρ2 0, 785.dO 725, 785.0, 785.0, 092 725, 785.0, 22752 ⇒ ΔPw = = 18, 782 (N/m2) Trë lùc ma s¸t: ΔPms = λ L2 ΔPw dO (N/m2) Trong đó: : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch ống là: t = 83,7645 oC http://nuoc.com.vn 46 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download Theo to¸n đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có: E = 0,3789 (cP) Nồng độ dung dịch: x = 0,0518 μH = 0,3194 (cP) 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) ⇒ Re = wO ρ2 dO μ2 = 0, 2275.725, 785.0, 09 = 46121,8122 > 104 −3 0,3222.10 Chế độ chảy xoáy - Xác định hệ số ma sát theo công thức II-464: 6,81 ⎞ 0,9 Δ ⎤ = −2 lg ⎢⎜ ⎟ + ⎥ Re , λ ⎝ ⎠ ⎣⎢ ⎦⎥ ⎛ ⎡⎛ 6,81 ⎞0,9 Δ ⎤ ⎞ λ = ⎜ −2.lg ⎢⎜ ⎥⎟ ⎟ + ⎜ ⎟ Re 3, ⎠ ⎣⎢⎝ ⎦⎥ ⎠ ⎝ −2 −2 0,9 ⎛ ⎡⎛ 6,81 1,11.10 −3 ⎤ ⎞ ⎞ = ⎜ −2.lg ⎢⎜ ⎟ + 3, ⎥ ⎟⎟ = 0, 0221 ⎜ 46121,8122 ⎠ ⎢⎣⎝ ⎥⎦ ⎠ ⎝ ⇒ ΔPms = 0, 0221 0,5 18, 782 = 2,305 (N/m ) 0, 09 Trë lùc côc bé: ΔPcb = ∑ ξ.ΔPw (N/m2) Trong ®ã: ξ: HƯ sè trë lùc cơc bé C¸c trë lùc cơc bé èng gồm: - Trở lực đột thu từ thiết bị gia nhiƯt vµo èng: ⇒ fO 0, 00785 = = 0, 27 ⇒ ξ = 0, 401 0, 0237 f1 - Trở lực cửa từ ống vào tháp: ξ = 1,0 - Trë lùc van: Coi van më 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trë lùc èng chun h−íng víi gãc chun lµ 90o ⇒ ξ = 1,1 ΔPcb = (0, 401 + 1, + 2,1 + 1,1).18, 782 = 86, 416 (N/m2) VËy: http://nuoc.com.vn 47 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download ΔPm = 2,306 + 86, 416 = 88, 722 (N/m2) c Trë lùc thiÕt bÞ gia nhiƯt: ΔP m3 = ΔP ms3 + ΔP cb3 +ΔPw3 + ΔPH(N/m2) Trong đó: P ms3: Trở lực ma sát (N/m2) P cb3: Trở lực cục (N/m2) Thế vận tốc cđa chÊt láng èng trun nhiƯt: ΔPw = ρ.w 2 (N/m2) Trong đó: : Khối lợng riêng dung dÞch èng (kg/m3): ρ = 931,1057 (kg/m3) w: VËn tèc dung dÞch èng trun nhiƯt (m/s) ThiÕt bÞ chia làm ngăn: w = wTT = 0,0283= 0,1981 (m/s) 931,1057.0,19812 ⇒ ΔPw = = 18, 27 (N/m2) Trë lùc ma s¸t: ΔPms = L Pw3 dO (N/m2) Trong đó: L: Chiều dài ống truyền nhiệt chia7 ngăn : L = 1,0 = 7,0 (m) dO: §−êng kÝnh èng trun nhiÖt (m) : dO = 0,02 (m) λ: HÖ sè ma sát Độ nhớt dung dịch ống: = 0,3408 10-3 (N.s/m2) Re = w.ρ dO μ = 0,1981.931,1057.0, 02 = 10824, 65 > 104 −3 0,3408.10 ⇒ Chế độ chảy xoáy Xác định theo công thức II-464: ⎡⎛ 6,81 ⎞ 0,9 Δ ⎤ = −2 lg ⎢⎜ ⎟ + ⎥ 3,7 ⎥⎦ λ ⎢⎣⎝ Re Với loại ống thép không gỉ ta đà chọn, theo bảng I-466, ta có độ nhám tuyệt đối = 0,1 (mm) Độ nhám tơng đối: http://nuoc.com.vn 48 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download Δ = ε/dO = 0,1/20 = 5.10-3 ⎛ ⎡⎛ 6,81 ⎞0,9 Δ ⎤ ⎞ λ = ⎜ −2.lg ⎢⎜ ⎥⎟ ⎟ + ⎜ ⎟ Re 3, ⎝ ⎠ ⎣⎢ ⎦⎥ ⎠ ⎝ −2 −2 ⎛ ⎡⎛ 6,81 ⎞0,9 5.10 −3 ⎤ ⎞ = ⎜ −2.lg ⎢⎜ ⎟ + 3, ⎥ ⎟⎟ = 0, 0377 ⎜ 10824, 65 ⎠ ⎢⎣⎝ ⎥⎦ ⎠ ⎝ ⇒ ΔPms = 0,0374 10,0 48,44 = 905,828 (N/m ) 0,02 Trë lùc côc bé: ΔPcb = ∑ ξ.ΔPw (N/m2) Trong ®ã: ξ: HƯ sè trë lùc côc bé a b d c e f h g Các trở lực cục thiết bị gia nhiệt gồm: - Trở lực 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 ngăn là: 0, 785.dO2 nO 0, 785.0, 022.127 f2 = = = 0, 0006 (m2) 7 f 0, 0006 = = 0, 0253 ⇒ ξ = 0, 4949 f1 0, 0237 - Trở lực đột mở từ chùm ống đầu thiÕt bÞ: http://nuoc.com.vn 49 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download ⎛ f ⎞ ξ = ⎜1 − ⎟ = (1 − 0, 0253) = 0,95 f1 ⎠ ⎝ - Trë lùc dßng chun h−íng 10 lần với góc chuyển 900 = 1,1 ΔPcb = (7.0, 4949 + 7.0,95 + 12 ⋅1,1).18, 27 = 425,9522 (N/m2) ΔPm = 241, 0727 + 425,9523 = 667, 025 (N/m2) TÝnh chiỊu cao cđa thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu: Viết phơng trình Becnuli cho hai mặt cắt 1-1 2-2 (lấy 2-2 làm mặt chuẩn): Z g + P1 + ρ1 ⋅ ω12 = P2 + ρ ⋅ ω22 + ΔPm Trong ®ã: P1, P2: áp suất mặt cắt (N/m2) P1 = Pa = 9,81.104(N/m2) P2 = P1 +ΔPL=1866,516 + 9,81.104 (N/m2) =93666,5(N/m2) w1: Vận tốc dung dịch mặt cắt (m/s) Coi w1 = v× tiÕt diƯn thïng cao vÞ rÊt lín so víi tiÕt diƯn èng w2: Vận tốc dung dịch mặt cắt 2: w2 = 0,2275 (m/s) 1: Khối lợng riêng dung dịch trớc gia nhiƯt (kg/m3) ρ1 = 966,6334(kg/m3) ρ2 : Khèi l−ỵng riêng dung dịch sau gia nhiệt (kg/m3) = 725,785(kg/m3) ΔPm :Tỉn thÊt ¸p st trë lùc ΔPm = ΔPm1 + ΔPm2 + ΔPm3 = 84, 7573 + 88, 722 + 667, 025 = 840,50 ⎡ P2 ⎤ P1 w22 − + hm ⎥ Z = ⎢( )+ 2.g ⎣ ρ g ρ1.g ⎦ Hay: Z = ⎤ ρ ⋅ω2 ⎡ ⋅ ⎢( P2 − P1 ) + 2 + ΔPm ⎥ g ⋅ ρ1 ⎣ ⎦ ⎡ 725, 785 ⋅ 0, 22752 ⎤ Z= ⋅ ⎢1866,5 + ⎥ = 0,199 9,81 ⋅ 966, 6334 Tính bơm Bơm ly tâm làm việc áp suất thờng, 200C chiều cao hút bơm 5(m)[Bảng II.34a I.539] Chiều cao đẩy bơm là: http://nuoc.com.vn 50 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download H0 = Z + H1 + H2 H1=HC+hday=0,5+0,5=1 H2=1 H0 = 1+1+0,199=2,199 (m) (m) (m) (m) áp suất toàn phần bơm st b¬m a Trë lùc èng dÉn tõ bĨ chứa lên thùng cao vị P m0 = P ms0 + ΔP cb0 (N/m2) Trong ®ã: ΔP ms0: Trë lùc ma s¸t (N/m2) ΔP cb0: Trë lùc cơc bé (N/m2) Sè liƯu: - ChiỊu dµi èng: L0 = H0 + 0,2 = 8,7572 + 0,2 = 8,9572 (m) - §−êng kÝnh èng : dO = 0,1 (m) - L−u l−ỵng : GB =0,8333 (kg/s) Thế vận tốc chất láng èng: ΔPw ρ1 w 20 = (N/m2) Trong đó: 1: Khối lợng riêng dung dịch trớc gia nhiƯt (kg/m3) w0: VËn tèc dung dÞch èng (m/s) wO1 = GF 1, 05 = = 0,171 (m/s) ρ1.0, 785.dO 966, 6334.0, 785.0, 092 966, 6334.0,1712 ΔPw0 = = 14,133 (N/m2) Trë lùc ma s¸t: ΔPms = λ L0 ΔPw0 dO (N/m2) [II.55 – I.458] Trong đó: : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch ống là: t = 20 oC Độ nhít dung dÞch èng: μ0 = μ1 = 1, 009 ⋅10−3 ( N m2 ) http://nuoc.com.vn 51 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download Re = wO1.ρ1.dO μ0 = 0,171.966, 6334.0, 09 = 14743, 794 > 104 −3 1, 009.10 Chế độ chảy xoáy Xác định theo c«ng thøc: ⎡⎛ 6,81 ⎞ 0,9 Δ ⎤ = −2 lg ⎢⎜ ⎟ + ⎥ Re 3,7 ⎥⎦ λ ⎠ ⎢⎣⎝ ⎛ ⎡⎛ 6,81 ⎞0,9 Δ ⎤ ⎞ λ = ⎜ −2.lg ⎢⎜ ⎥⎟ ⎟ + ⎜ Re 3, ⎝ ⎠ ⎢ ⎥⎦ ⎟⎠ ⎣ ⎝ [II.65 – I.464] −2 −2 ⎛ ⎡⎛ 6,81 ⎞0,9 1,11.10−3 ⎤ ⎞ = ⎜ −2.lg ⎢⎜ ⎟ + 3, ⎥ ⎟⎟ = 0, 0299 ⎜ 14743, 794 ⎠ ⎢⎣⎝ ⎥⎦ ⎠ ⎝ ΔPms = 0, 0299 2,5 14,133 = 11, 738 (N/m ) 0, 09 Trë lùc côc bé: ΔPcb = ∑ ξ.ΔPw (N/m2) Trong ®ã: ξ: HƯ sè trë lùc cơc bé C¸c trë lùc côc bé èng gåm: - Trë lùc van: Coi van më 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trë lùc èng chun h−íng víi gãc chun lµ 90o ⇒ ξ = 1,1 ΔPcb = (2,1 + 1,1).14,133 = 45, 2256 (N/m2) ΔPm = 11, 7382 + 45, 2256 = 56,9638 (N/m2) ChiÒu cao cét chÊt láng t−¬ng øng: Hm = ΔP0 82,6632 = = 0,0093(m) ρ g 908,2.9,81 b áp suất toàn phần bơm: PB = ρ1 ⋅ g1 ⋅ H + ΔPmo ( PB = 966, 6334 ⋅ 9,81 ⋅ 2,199 + 56,9638 = 20909, N m ) c Năng suất bơm: N= Q. g H 1000. (KW) Trong đó: http://nuoc.com.vn 52 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download Q: Lu lợng thể tích bơm (m3/s) Q= GB = 1, 05 = 1, 0862.10−3 (m3/s) 966, 6334 η :Hiệu suất toàn phần bơm Theo [I 439] = tl ck phụ thuộc vào loại bơm suất, với bơm ly tâm chọn = 0,85 VËy N b = 1, 0862.10−3 ⋅ 21867,1132 = 0, 279(kw) 1000.0,85 Chọn bơm có công suất 0,3(kw) công suất mô tơ: tr:hiệu suất truyền động trục tr=1 đc: hiệu suất truyền động đc=0,85 N moto = 0, 279 = 0,328(kw) 1.0,85 Thông thờng để đảm bảo an toàn ngời ta chọn động có công suất lớn công suất tính toán lợng dự trữ dựa vào khả tải bơm t N moto = β N moto [1-439] Trong ®ã β hƯ số dự trữ công suất trờng hợp ta chọn =2(do Nmôtơ
Ngày đăng: 01/11/2022, 20:12
Xem thêm: