Tính toán kỹ thuật và thiết kế tháp chưng luyện

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com II - - Đề tài Tính tốn kỹ thuật thiết kế tháp chưng luyện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.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 biÕn , cã rÊt nhiỊu ph−¬ng pháp phân tích cấu tử công nghiệp, chng luyện phơng pháp hay ®−ỵc sư dơng Nã ®−ỵc dïng réng r·i nhiỊu 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 rÊt nhiỊu kiĨu ch−ng lun kh¸c nh−; ch−ng b»ng 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com §èi víi cÊu tư dƠ bay h¬i ta cã: 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 đoạn luyÖn: 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 công thức số hồi lu tối thiểu tháp ch−ng lun lµ: 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.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 + Phơng 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 Đờng kính tháp: D = 0.0188 ⋅ g tb (ρ y ⋅ϖ 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 đỉnh (P) = 28,52(kmol/h) R : HƯ 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 đĩa thứ đoạn luyện, nồng độ lỏng x1 : Coi x1 = xF = 0,0442 Phơng trình cân vật liệu : (1) g1 = G1 + GP Phơng trình cân vật liệu với cấu tử dễ bay (etylic) : g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2) Phơng trình cân nhiệt lợng : (3) g1 r1 = gđ rđ r1 : ẩn nhiệt 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com rB : Èn nhiƯt ho¸ H2O Từ đồ thị (t,x,y) ta có : - Nhiệt độ sôi hỗn hợp đỉnh (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 ®Çu (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 Giải 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 Lợng lỏng 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 chng, nồng độ lỏng x 1, , đĩa lợng khỏi đoạn chng lợng vào đoạn lun g1 : Ta cã y1, = y *W lµ 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ⇒ y1 = yW = 0,61752 , * Phơng trình cân vật liƯu : G1' = g1' + G W (1’) Ph−¬ng trình cân vật liệu với cấu tử dễ bay h¬i (etylic) : G1' x1' = g1' y1' + G W x W (2) Phơng trình cân nhiệt lợng : g1' r1' = g1r1 (3’) rl : Èn nhiÖt 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: ẩn nhiệt hoá hỗn hợp vào đĩa chng thứ Từ bảng số liệu 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) ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa chng thứ : 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 ®i ®o¹n ch−ng : GtbC G1 + G1' 45,83 + 413,272 = = = 229,551(kmol/h) 2 Khèi lợng riêng trung bình a/ Khối lợng riêng trung bình pha láng : http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download7 : add luanvanchat@agmail.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com a − a tb1 = tb1 + ρ xtb ρ xtb ρ xtb1 [IX104a- II184] Trong : xtb : Khối lợng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3) xtb1 : Khối lợng riêng trung b×nh cÊu tư (kg/ m3) ρxtb2 : Khèi 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 bảng số liệu nồng độ to sôi dung dịch (II-148) : Nhiệt độ trung bình đoạn luyện : ttbL = 81,721C Khối lợng riêng Etylic vµ N−íc theo t = ttbL : (I-9) ρxL2 = 970,8 (kg/m3) ρxL1 = 733,37 (kg/m3) Nång ®é khèi lợng trung bình Etylic đoạn luyện 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 , = 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 b¶ng sè liƯu nồng độ to sôi dung dịch (II-148) : Nhiệt độ trung bình đoạn chng : ttbC = 95,706C http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download8 : add luanvanchat@agmail.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ⇒ Khèi lợng riêng Etylic Nớc theo t = ttbC :(I-9) ρ xC = 720 ,08 (kg/m3) ρ xC = 961 , 42 (kg/m3) Nồng độ khối lợng trung bình Etylic đoạn luyện : 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 = 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 ⇒ Nång độ trung bình pha đoạn luyện : ytbL = ydL + ycL 0,239 + 0,553 = = 0,396 2 Khối lợng 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 đoạn luyện : 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 lµ : y dC = y1 = 0,61752 ' Nång độ pha cuối đoạn chng : ycC = y1 = 0,239 Nồng độ trung bình pha ®o¹n lun : ytbC = ydC + ycC 0,61752 + 0,239 = = 0,42826 2 → Khèi l−ỵng mol trung bình đoạn chng : M yC = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,42826.46+(1 0,42826).18 =30 (kg/kmol) Khối lợng riêng trung bình pha đoạn chng : http://nuoc.com.vn LUAN VAN CHAT LUONG download9 : add luanvanchat@agmail.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CP: NhiƯt dung riªng cđa dung dịch (J/kg.độ): CP = 3827,64 (J/kg.độ) : Khối lợng riêng dung dịch (kg/m3) Khối lợng riêng Etylic N−íc ρ E = 751, 91 (kg/m3) theo ttb2 = 57,22°C: ρ H = 981, 79 (kg/m3) Nång ®é khèi lợng dung dịch: aF = 0,1225 Ta có: −1 ⎛a − aF ⎞ ⎛ 0,1225 − 0,125 ⎞ ρ =⎜ F + + ⎟ =⎜ ⎟ = 946,3477 (kg/m3) 751,91 981, 79 ρ ρ ⎝ ⎠ H E M: Khối lợng mol phân tử cđa dung dÞch (kg/kmol) MF=19,4504(Kg/Kmol) λ = 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 ⇒ Chän Re = 10000 Pr: ChuÈn sè Prand cña 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 dịch 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: Chn sè Prand tÝnh theo nhiƯt ®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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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: NhiƯt trë 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) : Chiều dày thành 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.®é/W) 25,4 ⎠ d Nhiệt tải riêng trung bình: Giả sử t1 = 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) với nhiệt độ 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 ) t = 0,3408 (cP) Khối lợng riêng Etylic vµ N−íc (I-10) theo tT2: ρ 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com −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 Δt2 = 36246,7926 (W/m2) Ta có nhiệt tải riêng trung bình: qtb = q1 + q2 = 38873, 74 (W m2 ) e DiƯn tÝch trao ®ỉi nhiƯt: F= ( ) Q 298501,8662 = = 7, 68 m (m2) 38873, 74 qtb Số ống truyền nhiệt cần dùng là: nO = F 7, 68 = = 122 (èng) π dO hO 3,14.0, 020.1, Chọn cách xếp ống theo hình lục giác, gọi a số ống cạnh hình lục giác [V.139 II.48] Tổng số ống : nO = 3.a.(a-1) + (èng) Chän a = 7, nO = 3.7.(7-1)+1 = 127 (ống) Số ống đờng chéo hình lục giác : b = 2a = 13 (èng) Chän b−íc èng lµ: t = 0,03 (m) (1,2d 1,5 d) Đờng kính ống là: d = 0,025 (m) Đờng kính thiết bị lµ: D = t.(b - 1) + 4.d = 0,03.(13 - 1) + 0,025 = 0,46 (m) [V.139 II.48] Vận tốc dung dịch ống: Theo giả thiết ( chế độ chảy xoáy với 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ⇒ 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 cạnh = ống ChiỊu cao èng h= 1(m), ®−êng kÝnh d= 25(mm), chiỊu dày thành ống = 2,5 (mm), đờng kính cđa èng d0 = 20(mm) VËt liƯu chÕ t¹o èng thép không gỉ ì 13 VIII.tính bơm Bơm làm việc liên tục trình chng luyện, đa dung dịch từ bể chứa lên thùng cao vị, mức chất lỏng thùng cao vị đợc giữ mức không đổi nhờ ống chảy tràn để trì áp suất ổn định cho trình cấp liệu Lu lợng b¬m : GB = GF = 1,105 (kg/s) KÝ 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 ®Üa tiÕp liƯu (m) H2 : ChiỊu cao tÝnh tõ nơi đặt bơm đến đáy tháp (m) Z : Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vÞ (m) Z H0 2 H1 H2 Các trở lực trình cấp liệu: Tronh trình sản xuất a Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt: P m1 = ΔP ms1 + ΔP cb1 + ΔPw (N/m2) Trong ®ã: http://nuoc.com.vn 43 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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) Lu lợng: GF = 0,105 (kg/s) Thế vận tèc cña chÊt láng èng: ΔPw1 ρ1 w O2 = (N/m2) [I - 458] Trong ®ã: ρ1: 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: ρH = 998 (kg/m3) ρE = 780 (kg/m3) Nồng độ khối lợng dung dịch a = aF = 0,1225 Khối lợng riêng dung dịch lúc đầu lµ: −1 −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 ®ã: λ: HƯ sè ma sát Nhiệt độ dung dịch ống là: t = 20 oC Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiƯt ®é (I-102), ta cã: μE = 1,19 (cP) Nång ®é dung dÞch: 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com μ1 = 1,009 (cP) = 1,009.10-3 (Ns/m2) ⇒ Re = wO1.ρ1.dO μ1 = 0,171.966, 6334.0, 09 = 14743, 7939 > 104 −3 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: = ε/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 ®ã: ξ: HƯ sè trë lùc cơc bé C¸c trë lùc cơc bé èng gåm: - Trở lực 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ⎛ 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 lần với góc chuyển 90o = 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 nhiệt đến tháp: P m2 = P ms2 + ΔP cb2 +ΔPw (N/m2) Trong ®ã: ΔP ms2: Trë lùc ma s¸t (N/m2) ΔP cb2: Trë lùc cơc bé (N/m2) Sè liƯu: - ChiỊu dµi èng: L2 =0,5 (m) - §−êng kÝnh èng: dO = 0,09(m) - L−u l−ỵng: GF = 1,05 (kg/s) - Thế vận tốc chất láng 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Theo toán 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 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 gåm: - Trë lùc ®ét thu tõ thiÕt bị gia nhiệt vào ống: 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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 - Trë lực đột mở từ chùm ống đầu thiết bÞ: http://nuoc.com.vn 49 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ⎛ f ⎞ ξ = ⎜1 − ⎟ = (1 − 0, 0253) = 0,95 f1 ⎠ - Trở lực dòng chuyển hớng 10 lần víi gãc chun lµ 900 ξ = 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 thïng cao vị so với đĩa tiếp liệu: Viết phơng trình Becnuli cho hai mặt cắt 1-1 2-2 (lấy 2-2 làm mỈt chn): Z ⋅ ρ1 ⋅ g + P1 + ρ1 ⋅ ω12 = P2 + ρ ⋅ 22 + Pm Trong đó: 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 = tiết diện thùng cao vị rÊt lín so víi tiÕt diƯn èng w2: VËn tèc dung dịch mặt cắt 2: w2 = 0,2275 (m/s) 1: Khối lợng riêng dung dịch trớc gia nhiệt (kg/m3) = 966,6334(kg/m3) : Khối lợng riêng dung dÞch sau gia nhiƯt (kg/m3) ρ2 = 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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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) ¸p suất toàn phần bơm suất bơm a Trë lùc èng dÉn tõ bĨ chøa lªn thïng cao vÞ ΔP m0 = ΔP ms0 + ΔP cb0 (N/m2) Trong đó: P ms0: Trở lực ma sát (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 lỏng ống: ΔPw ρ1 w 20 = (N/m2) Trong ®ã: 1: Khối lợng riêng dung dịch trớc gia nhiệt (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 ®ã: : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch ống là: t = 20 oC Độ nhớt dung dịch èng: μ0 = μ1 = 1, 009 ⋅10−3 ( N m2 ) http://nuoc.com.vn 51 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Re = wO1.ρ1.dO μ0 = 0,171.966, 6334.0, 09 = 14743, 794 > 104 −3 1, 009.10 ⇒ ChÕ độ chảy xoáy Xác định theo công thức: 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 cơc bé èng gåm: - Trë lùc van: Coi van më 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trë lùc èng chuyÓn 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) ChiỊu cao cét chÊt láng t−¬ng øng: Hm = ΔP0 82,6632 = = 0,0093(m) ρ g 908,2.9,81 b ¸p suất toàn phần bơm: PB = g1 ⋅ H + ΔPmo ( PB = 966, 6334 ⋅ 9,81 ⋅ 2,199 + 56,9638 = 20909, N m ) c Năng suất bơm: N= Q. g H 1000.η (KW) Trong ®ã: http://nuoc.com.vn 52 : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Q: L−u l−ỵng thĨ tÝch cđa b¬m (m3/s) Q= GB ρ1 = 1, 05 = 1, 0862.103 (m3/s) 966, 6334 :Hiệu suất toàn phần b¬m Theo [I – 439] η = η0 ⋅ηtl ⋅ηck phụ thuộc vào loại bơm suất, với bơm ly t©m chän η = 0,85 VËy N b = 1, 0862.10−3 ⋅ 21867,1132 = 0, 279(kw) 1000.0,85 Chän b¬m có công suất 0,3(kw) công suất mô tơ: ηtr:hiƯu st trun ®éng trơc ηtr=1 η®c: hiƯu st trun ®éng c¬ η®c=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 = N moto [1-439] Trong hệ số dự trữ công suất trờng hợp ta chọn =2(do Nmôtơ