Đang tải... (xem toàn văn)
mình có bản vẽ autocad của tháp nhé.liên hệ để lấy ............................................................................................................................................................................
Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KH & CN MÔI TRƯỜNG THIẾT KẾ THÁP CHƯNG LUYỆN I ĐẦU ĐỀ BÀI TẬP: Thiết kế tháp chưng luyện (tháp đệm) II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: Hỗn hợp cần tách: Etylic – nước Áp suất: atm Lưu lượng hỗn hợp đầu vào tháp( Kg h ): F = 7000 Kg h Nồng độ hỗn hợp đầu (phần thể tích): VF = 0,13 Nồng độ sản phẩm đỉnh (phần thể tích): V P = 0,8 Nồng độ sản phẩm đáy (phần thể tích): VW = 0,003 Chỉ số hồi lưu: 1,5Rmin Thiết bị chưng luyện: Tháp đệm Nhiệt độ: t = 20 C III NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH TÍNH TỐN: Mở đầu Tính tốn thiết kế tháp chưng luyện (mô theo số điều kiện) Đường kính Chiều cao Trở lực tháp Kết luận Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường MỤC LỤC Lời mở đầu A Tính tốn thiết bị I Các phương trình cân vật liệu II.Đường kính tháp Lưu lượng trung bình dòng pha tháp Khối lượng riêng trung bình Tính vận tốc tháp Đường kính tháp III Chiều cao tháp Xác định số đơn vị chuyển khối B Kết lụân C Tài liệu tham khảo Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 4 6 11 12 12 12 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường LỜI MỞ ĐẦU Trong cơng nghiệp việc phân tích cấu tử từ hỗn hợp đầu cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện khai thác, chế biến , có nhiều phương pháp phân tích cấu tử cơng nghiệp, chưng luyện phương pháp hay sử dụng Nó dùng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ Chưng phương pháp tách cấu tử từ hỗn hợp đầu dụa vào độ bay khác chúng hỗn hợp Hỗn hợp chất lỏng chất khí, thường chưng hỗn hợp có cấu tử ta thu nhiêu sản phẩm Với hốn hợp có hai cấu tử ta thu 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 chưng luyện khác như; chưng nước trực tiếp, chưng đơn giản, chưng luyện Tuy nhiên nhằm mục đích thu sản phẩm có nồng độ cao, người ta tiến hành chưng nhiều lần hay chưng luyện Chưng luyện phương pháp chưng phổ biến hay dùng để tách hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan hồn tồn hay phần vào Có nhiều loại tháp dùng để chưng luyện tháp đĩa lỗ, đĩa chóp có ống chảy chuyền, tháp đệm, Tháp đệm với ưu điểm cấu tạo đơn giản, làm việc với suất lớn, hiệu suất cao, khoảng làm việc rộng, ổn định ứng dụng rộng rãi thực tế đặc biệt chưng luyện hỗn hợp Etylic – nước Do thời gian có hạn để sâu vào nội dung chính, đồ án thực giải việc tính tốn kỹ thuật thiết kế tháp chưng luyện chưa sâu tính tốn hết thiết bị phụ Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Cơng nghệ Mơi trường A.TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH I CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ CHỈ SỐ HỒI LƯU: - Truớc hết ta đổi nồng độ phần thể tích sang nồng độ phần mol ( ( Kg M C2 H 5OH = 46 Kg m M H 2O = 18 m3 ) ) ρ C2 H 5OH = 789 ( Kg m ) [I – 9] ρ H 2O = 998 [I – 9] ( Kg m3 ) Ta có mối liên hệ: VE = mE nE ⋅ M E V ⋅ρ = ⇒ nE = E E ρE ρE ME Suy ta có: ρE ME VE ⋅ xE = VE ⋅ ρ ρE + (1 − V E ) ⋅ N ME MN Áp dụng cơng thức ta có: VF ⋅ xF = ρ ρ V F ⋅ E + (1 − V F ) N ME MN VP ⋅ xP = ρE ME xW = = ρE ME ρ ρ V P ⋅ E + (1 − V P ) ⋅ N ME MN VW ⋅ 0,13 ⋅ 789 998 0,13 ⋅ + (1 − 0,13) ⋅ 46 18 = ρE ME 0,8 ⋅ 789 46 789 998 0,8 ⋅ + (1 − 0,8) 46 18 = ρ ρ VW ⋅ E + (1 − VW ) ⋅ N ME MN 789 46 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 lượng 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 Lượng hỗn hợp đầu vào tháp tính theo Kmol h GF = F MF ( Kmol h ) 7000 GF = = 363,87 19,2376 - Phương trình cân vật liệu: + Phương trình cân vật liệu cho toàn tháp: G F = G P + GW Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 [I – 144] Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường Đối với cấu tử dễ bay ta có: G F ⋅ x F = G P ⋅ x P + GW ⋅ xW Theo quy tắc đòn bẩy ta có: [I – 144] GW GF GP = = x P − xW x F − xW xP − xF Lượng sản phẩm đỉnh: GP = GF ⋅ x F − xW 0,0442 − 0,00093 = 363,87 ⋅ = 28,52 x P − xW 0,553 − 0,00093 ( Kmol h ) Lượng sản phẩm đáy: ( Kmol h ) GW = G F − G P = 363,87 − 28,52 = 335,35 + Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: y= Rx x ⋅x+ P Rx + Rx + [II – 144] +Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: G F Với L = G P [II –158] R x : Chỉ số hồi lưu thích hợp y = x⋅ Suy ra: Rx + L L −1 − xW ⋅ Rx + Rx + - Xác định số hồi lưu thích hợp: Theo bảng IX 2a – Sổ tay II – Trang 148 H2 đẳng phí 100 89,4 x 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y t 10 33, 90, 44, 86, 53, 83, 57, 81, 61, 80, 65, 80 69, 79, 75, 79 81, 78, 89, 78, 78, Từ bảng nội suy ta có: x F = 0,0442 ⇒ y F∗ = 0.2935 Theo công thức số hồi lưu tối thiểu tháp chưng luyện là: Rmin x P − y ú∗ = ∗ yú − xF Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 [II – 158] 78,1 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường Rmin = x P − y F∗ 0.553 − 0.2935 = = 1,041 ∗ y F − x F 0.2935 − 0,0442 Ta có cơng thức: R = 1,55 ⋅ Rmin [II – 159] R = 1,55 1,041 = 1,614 Lượng hỗn hợp đầu tính theo Kmol sản phẩm đỉnh L= G F 363,87 = = 12,76 GP 28,52 + Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện y= 1,614 0,553 ⋅x+ = 0,6174 ⋅ x + 0,2116 1,614 + 1,614 + + Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng y= 1,614 + 12,76 12,76 − ⋅x− ⋅ 0,00093 = 5,45 ⋅ x − 0,0042 1,614 + 1,614 + II ĐƯỜNG KÍNH CỦA THÁP: D = 0.0188 ⋅ g tb ( ρ y ⋅ϖ y ) tb [II – 181] gtb:lượng trung bình tháp (Kg/h) ( ρ y.wy)tb :tốc độ trung bình tháp Lưu lượng trung bình dòng pha tháp : a/ Trong đoạn luyện : Số liệu : GP : Lượng sản phẩm đỉnh (P’) = 28,52(kmol/h) R : Hệ số hồi lưu thích hợp = 1,614 GR : Lượng hồi lưu = GP R =28,52.1,614=46,03 (kmol/h) yđ=0,6174.xp+0,2116=0,6174.0,553+0,2116=0,553 ♦ Lượng khỏi đỉnh tháp gđ : gđ = GR + GP = GP (R + 1) =28,52 (1,614+ 1) = 74,5513(kmol/h) ♦ Lượng vào đoạn luyện g1 , nồng độ y1 , lượng lỏng G1 đĩa thứ đoạn luyện, nồng độ lỏng x1 : Coi x1 = xF = 0,0442 Phương trình cân vật liệu : g1 = G1 + GP (1) Phương trình cân vật liệu với cấu tử dễ bay (etylic) : Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2) Phương trình cân nhiệt lượng : g1 r1 = gđ rđ (3) 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 : ẩn nhiệt hóa Etylic rB : ẩn nhiệt hoá H2O Từ đồ thị (t,x,y) ta có : - Nhiệt độ sôi hỗn hợp đỉnh (x = xP =0,553): tP = 79,70C Nội suy theo bảng r – to (I-254) với 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) ⇒ rđ = rA yđ + rB (1 - yđ) = 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 Nội suy theo bảng r – to (I-254) với 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) Từ (1);(2) (3) ta có : g1= G1 + 28,52 g1.y1= 0,0442.G1 + 15,77 -774,64.y1 + 9853,2.g1 = 718798,3 Giải phương trình ta có: G1=45,83(Kmol/h) , g1=74,35(Kmol/h) , y1=0,239 ⇒ Lượng trung bình đoạn luyện : g tbL = g d + g1 74,5513 + 74,35 = = 74,451 (kmol/h) 2 ⇒ Lượng lỏng trung bình đoạn luyện : Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường GtbL = GR + G1 46,03 + 45,83 = = 45,93 (kmol/h) 2 b/ Trong đoạn chưng : Số liệu : GW : Lượng sản phẩm đáy (W’) = 335,35(kmol/h) ♦ Lượng vào đoạn chưng g1, , nồng độ y1, , lượng lỏng G1' đĩa thứ đoạn chưng, nồng độ lỏng x1, , lượng khỏi đoạn chưng lượng vào đoạn luyện g1 : Ta có y1, = y*W nồng độ cân ứng với xW , nội suy theo bảng số liệu đường cân (II-148) : ⇒ y1, = yW* = 0,61752 Phương trình cân vật liệu : G1' = g1' + GW (1’) Phương trình cân vật liệu với cấu tử dễ bay (etylic) : G1' x1' = g1' y1' + GW xW (2’) Phương trình cân nhiệt lượng : g1' r1' = g1r1 (3’) rl : ẩn nhiệt hóa hỗn hợp khỏi đoạn chưng ⇒ 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 chưng thứ Từ bảng số liệu x – to sôi dd (II-148), nội suy ta có: Nhiệt độ sơi hỗn hợp đáy (x = xW = 0,00093): tW = 99,82°C Nội suy theo bảng r – to (I-254) với 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 chưng thứ : rl’ = rA yl’ + rB (1 – yl’) = 8927,312.0,61752 + 9705,24 (1 – 0,61752) = 9224,854 (kcal/kmol) Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường (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) ⇒ Lượng trung bình đoạn chưng : g tbC g1 + g1' 74,35 + 77,922 = = = 76,136 (kmol/h) 2 ⇒ Lượng lỏng trung bình đoạn chưng : GtbC G1 + G1' 45,83 + 413,272 = = = 229,551(kmol/h) 2 Khối lượng riêng trung bình a/ Khối lượng riêng trung bình pha lỏng : a − a tb1 = tb1 + ρ xtb ρ xtb1 ρ xtb [IX104a- II184] Trong : ρxtb : Khối lượng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3) ρxtb1 : Khối lượng riêng trung bình cấu tử (kg/ m3) ρ xtb : Khối lượng riêng trung bình cấu tử (kg/ m3) atb1 : Nồng độ khối lượng 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 Nội suy với xtbL theo bảng số liệu nồng độ – to sôi dung dịch (II-148) : ⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn luyện : ttbL = 81,721°C ⇒ Khối lượng riêng Etylic Nước theo t = ttbL : (I-9) ρxL1 = 733,37 (kg/m3) ρxL2 = 970,8 (kg/m3) Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Mơi trường Nồng độ khối lượng trung bình Etylic đoạn luyện aF = vF ρ E 0,13.789 = = 0,106 vF ρ E + (1 − vF ) ρ N 0,13.789 + (1 − 0,13)998 (Kg/Kg) aP = v P ρ E 0,8.789 = = 0,76 vP ρ E + (1 − vP ) ρ N 0,8.789 + (1 − 0,8)998 (Kg/Kg) aF + aP 0,106 + 0,76 = = 0,433 2 atbL = −1 −1 a − atbL 0,433 − 0,433 = ⇒ρ xL = tbL + + = 851,44 (kg/m3) ρ xL 970,8 733,37 ρ xL1 - Đoạn chưng : Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn chưng : xtbC = xW + xF 0,00093 + 0,0442 = = 0,0226 2 Nội suy với xtbC theo bảng số liệu nồng độ – to sôi dung dịch (II-148) : ⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : ttbC = 95,706°C ⇒ Khối lượng riêng Etylic Nước theo t = ttbC :(I-9) ρxC = 961,42 (kg/m3) ρxC1 = 720,08 (kg/m3) Nồng độ khối lượng trung bình Etylic đoạn luyện : aw = vw ρ E 0,003.789 = = 0,0024 vw ρ E + (1 − vw ) ρ N 0,003.789 + (1 − 0,003)998 (Kg/Kg) atbC = aW + a F 0,0024 + 0,106 = = 0,0542 2 −1 −1 a − atbC 0,0542 − 0,0542 = ⇒ρ xC = tbC + + = 944,27 (kg/m3) ρ xC 961,42 720,08 ρ xC1 b/ Khối lượng 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 : Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 10 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Mơi trường µE = 0,4056 (cP) µH = 0,3375 (cP) Theo (I-93), ta có: lg µt = xF lg( µ E ) + (1 − xF ).lg( µ H ) ⇒ µt = 0,3408 (cP) Khối lượng riêng Etylic Nước (I-10) theo tT2: ρE = 730, 0315 (kg/m3) ρH = 968, 339 (kg/m3) Theo (II-183), ta có: −1 a − aF ρt = F + ÷ = 931,105 (kg/m ) ρH ρE ⇒ Prt = 75,12.10 0,3408.10−3 931,1057 = 2,8157 0,25 Pr ⇒ Nu = 58, 6448 ÷ PrT ⇒ α2 = = 62,9306 Nu.λ 62,9306.0,5002 = = 1573,8946 (W/m2.độ) l 0, 02 ⇒ ∆t2 = tT2 – tdd = 85,23 – 62,2 = 23,03 (oC) ⇒ q2 = α2 ∆t2 = 36246,7926 (W/m2) Ta có nhiệt tải riêng trung bình: qtb = q1 + q2 = 38873, 74 W m2 ( ) e Diện tích trao đổi nhiệt: F= Q 298501,8662 = = 7,68 ( m ) (m2) qtb 38873, 74 Số ống truyền nhiệt cần dùng là: nO = F 7, 68 = = 122 (ống) π dO hO 3,14.0, 020.1, Chọn cách xếp ống theo hình lục giác, gọi a số ống cạnh hình lục giác Tổng số ống : nO = 3.a.(a-1) + (ống) [V.139 – II.48] Chọn a = 7, nO = 3.7.(7-1)+1 = 127 (ống) Số ống đường chéo hình lục giác : b = 2a – = 13 (ống) Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 45 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường Chọn bước ống là: t = 0,03 (m) (1,2d –1,5 d) Đường kính ngồi ống là: d = 0,025 (m) Đường kính thiết bị là: 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 tính tốn: ⇒ 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 Như 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 Chiều cao ống h= 1(m), đường kính d= 25(mm), chiều dày thành ống δ = 2,5 (mm), đường kính ống d0 = 20(mm) Vật liệu chế tạo ống thép khơng gỉ × 13 VIII.TÍNH BƠM Bơm làm việc liên tục trình chưng luyện, đưa dung dịch từ bể chứa lên thùng cao vị, mức chất lỏng thùng cao vị giữ mức không đổi nhờ ống chảy tràn để trì áp suất ổn định cho trình cấp liệu ⇒ Lưu lượng bơm : GB = GF = 1,105 (kg/s) Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 46 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Cơng nghệ Mơi trường 1 Kí hiệu : H0 : Chiều cao tính từ mặt thống bể chứa dung dịch đến mặt thoáng thùng cao vị (m) H 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 thống thùng cao vị (m) 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 = ∆P ms1 + ∆P cb1 + ∆Pw (N/m2) Z H1 H2 Trong đó: ∆P ms1: Trở lực ma sát (N/m2) ∆P cb1: Trở lực cục (N/m2) Số liệu: Chiều dài ống: L1 = (m) Đường kính ống: dO = 0,09 (m) Lưu lượng: GF = 0,105 (kg/s) Thế vận tốc chất lỏng ống: ρ1.w2O1 (N/m2) ∆Pw1 = [I - 458] Trong đó: ρ1: Khối lượng riêng dung dịch trước gia nhiệt (kg/m3) Nhiệt độ dung dịch lúc đầu: t = 20 oC Khối lượng riêng Etylic Nước (bảng I-10) theo t: ρE = 780 (kg/m3) ρH = 998 (kg/m3) Nồng độ khối lượng dung dịch a = aF = 0,1225 Khối lượng riêng dung dịch lúc đầu là: Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 47 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường −1 −1 a − a1 0,1225 − 0,1225 ρ1 = + + ÷ = ÷ = 966, 6334 (kg/m ) ρH 998 789 ρE wO1: Vận tốc dung dịch ống (m/s) wO1 = GF 1, 05 = = 0,171 (m/s) ρ1.0, 785.dO 966, 6334.0, 785.0, 09 966, 6334.0,1712 ⇒ ∆Pw1 = = 14,1327 (N/m2) Trở lực ma sát: ∆Pms1 = λ L1 ∆Pw1 (N/m2) dO [I - 458] Trong đó: λ: 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: µE = 1,19 (cP) µH = (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 µ1 = 1,009 (cP) = 1,009.10-3 (Ns/m2) ⇒ Re = wO1.ρ1.d O 0,171.966, 6334.0, 09 = = 14743, 7939 > 104 −3 µ1 1, 009.10 Chế độ chảy xốy Xác định λ theo cơng thức: 6,81 0,9 ∆ = −2.lg + 3,7 λ Re [I - 464] Với loại ống thép không gỉ ta chọn, theo bảng I-466, ta có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 (mm) Độ nhám tương đối: ∆ = ε/dO = 0,1/90 = 1,11.10-3 6,81 0,9 ∆ ⇒ λ = − 2.lg + 3,7 Re Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 48 [I - 464] −2 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường −2 0,9 6,81 1,11.10−3 = −2.lg = 0, 0299 ÷ + 3, ÷ ÷ 14734, 7939 ⇒ ∆Pms1 = 0, 0299 14,1327 = 9,3904 (N/m ) 0, 09 Trở lực cục bộ: ∆Pcb1 = ∑ ξ.∆Pw1 (N/m2) Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục Các trở lực cục ống gồm: - Trở lực cửa vào từ thùng cao vị vào ống: với cạnh nhẵn ⇒ ξ = 0,5 - Trở lực đột mở từ ống vào thiết bị gia nhiệt: Thiết bị có đường 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 Tiết diện ống là: fO = 0, 785.d O2 = 0, 785.0, 09 = 0, 0064 (m2) 2 f 0, 0064 ⇒ ξ = 1 − O ÷ = 1 − ÷ = 0, 5328 f 0, 0237 - Trở lực van: Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trở lực ống chuyển hướng lần với góc chuyển 90o ⇒ ξ = 1,1 [I - 479] Trở lực cục bộ: ∆Pcb1 = (0,5 + 0,5328 + 2,1 + 1,1).14,1327 = 75,3669 (N/m2) ∆Pm1 = 9,3904 + 75,3669 = 84, 7573 (N/m2) b Trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp: ∆P m2 = ∆P ms2 + ∆P cb2 +∆Pw (N/m2) Trong đó: ∆P ms2: Trở lực ma sát (N/m2) ∆P cb2: Trở lực cục (N/m2) Số liệu: Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 49 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường - Chiều dài ống: L2 =0,5 (m) - Đường kính ống: dO = 0,09(m) - Lưu lượng: GF = 1,05 (kg/s) - Thế vận tốc chất lỏng ống: ρ2.w2O2 (N/m2) ∆Pw2 = Trong đó: ρ2: Khối lượng riêng dung dịch sau gia nhiệt (kg/m3): ρ2 = ρF = 725,785 (kg/m3) ω0 : Vận tốc dung dịch ống(m/s) wO = GF 1, 05 = = 0, 2275 ρ 0, 785.dO 725, 785.0, 785.0, 092 725, 785.0, 22752 ⇒ ∆Pw = = 18, 782 (N/m2) Trở lực ma sát: ∆Pms2 = λ L2 ∆Pw2 (N/m2) dO Trong đó: λ: Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch ống là: t = 83,7645 oC 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) ⇒ Re = wO ρ dO 0, 2275.725, 785.0, 09 = = 46121,8122 > 10 −3 µ2 0,3222.10 ⇒ Chế độ chảy xoáy - Xác định hệ số ma sát λ theo công thức II-464: Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 50 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường 6,81 0,9 ∆ = −2.lg + Re 3,7 λ −2 6,81 0,9 ∆ λ = −2.lg ÷ ÷ + Re 3, ÷ −2 0,9 6,81 1,11.10−3 = −2.lg = 0, 0221 ÷ + 3, ÷ ÷ 46121,8122 ⇒ ∆Pms = 0, 0221 0, 18, 782 = 2, 305 (N/m ) 0, 09 Trở lực cục bộ: ∆Pcb2 = ∑ ξ.∆Pw2 (N/m2) Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục Các trở lực cục ống gồm: - Trở lực đột thu từ thiết bị gia nhiệt vào ống: ⇒ fO 0, 00785 = = 0, 27 ⇒ ξ = 0, 401 f1 0, 0237 - Trở lực cửa từ ống vào tháp: ⇒ ξ = 1,0 - Trở lực van: Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trở lực ống chuyển hướng với góc chuyển 90o ⇒ ξ = 1,1 ∆Pcb = (0, 401 + 1, + 2,1 + 1,1).18, 782 = 86, 416 (N/m2) Vậy: ∆Pm = 2,306 + 86, 416 = 88, 722 (N/m2) c Trở lực thiết bị gia nhiệt: ∆P m3 = ∆P ms3 + ∆P cb3 +∆Pw3 + ∆PH(N/m2) Trong đó: ∆P ms3: Trở lực ma sát (N/m2) ∆P cb3: Trở lực cục (N/m2) Thế vận tốc chất lỏng ống truyền nhiệt: Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 51 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường ∆Pw = ρ.w2 (N/m2) Trong đó: ρ: Khối lượng riêng dung dịch ống (kg/m3): ρ = 931,1057 (kg/m3) w: Vận tốc dung dịch ống truyền nhiệt (m/s) Thiết bị chia làm ngăn: w = wTT = 0,0283= 0,1981 (m/s) 931,1057.0,19812 ⇒ ∆Pw = = 18, 27 (N/m2) Trở lực ma sát: ∆Pms = λ L ∆Pw3 (N/m2) dO Trong đó: L: Chiều dài ống truyền nhiệt chia7 ngăn : L = 1,0 = 7,0 (m) dO: Đường kính ống truyền nhiệt (m) : dO = 0,02 (m) λ: Hệ số ma sát Độ nhớt dung dịch ống: µ = 0,3408 10-3 (N.s/m2) Re = w.ρ dO 0,1981.931,1057.0, 02 = = 10824, 65 > 10 −3 µ 0,3408.10 ⇒ Chế độ chảy xốy Xác định λ theo cơng thức II-464: 6,81 0,9 ∆ = −2.lg + Re , λ Với loại ống thép không gỉ ta chọn, theo bảng I-466, ta có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 (mm) Độ nhám tương đối: ∆ = ε/dO = 0,1/20 = 5.10-3 −2 6,81 0,9 ∆ λ = −2.lg ÷ ÷ + ÷ Re 3, Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 52 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường −2 6,81 0,9 5.10−3 = −2.lg = 0, 0377 ÷ + 3, ÷ ÷ 10824, 65 ⇒ ∆Pms = 0,0374 10,0 48,44 = 905,828 (N/m ) 0,02 Trở lực cục bộ: ∆Pcb3 = ∑ ξ.∆Pw (N/m2) Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục 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 thiết bị: f ξ = 1 − ÷ = ( − 0, 0253) = 0,95 f1 - Trở lực dòng chuyển hướng 10 lần với góc chuyển 900 ξ = 1,1 Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 53 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường ∆Pcb3 = (7.0, 4949 + 7.0,95 + 12 ×1,1).18, 27 = 425,9522 (N/m2) ∆Pm = 241, 0727 + 425,9523 = 667, 025 (N/m2) Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu: Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt 1-1 2-2 (lấy 2-2 làm mặt chuẩn): ρ1 ×ω12 ρ ×ω22 Z ×ρ1 ×g + P1 + = P2 + + ∆Pm 2 Trong đó: P1, P2: áp suất mặt cắt (N/m2) P1 = Pa = 9,81.104(N/m2) P2 = P1 +∆PL=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 lớn so với tiết diện ống w2: Vận tốc dung dịch mặt cắt 2: w2 = 0,2275 (m/s) ρ1: Khối lượng riêng dung dịch trước gia nhiệt (kg/m3) ρ1 = 966,6334(kg/m3) ρ2 : Khối lượng riêng dung dịch sau gia nhiệt (kg/m3) ρ2 = 725,785(kg/m3) ∆Pm :Tổn thất áp suất trở lực ∆Pm = ∆Pm1 + ∆Pm2 + ∆Pm3 = 84, 7573 + 88, 722 + 667, 025 = 840,50 P2 P1 w22 Z = ( − )+ + hm ρ g ρ1.g 2.g Hay: Z = ρ ×ω ×( P2 − P1 ) + 2 + ∆Pm g ×ρ1 725, 785 ×0, 22752 Z= ×1866,5 + = 0,199 9,81 ×966, 6334 Tính bơm Bơm ly tâm làm việc áp suất thường, 200C chiều cao hút bơm 5(m) [Bảng II.34a – I.539] Chiều cao đẩy bơm là: H0 = Z + H1 + H2 (m) Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 54 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường H1=HC+hday=0,5+0,5=1 (m) H2=1 (m) H0 = 1+1+0,199=2,199 Áp suất toàn phần bơm suất bơm a Trở lực ống dẫn từ bể chứa lên thùng cao vị ∆P m0 = ∆P ms0 + ∆P cb0 (N/m2) (m) Trong đó: ∆P ms0: Trở lực ma sát (N/m2) ∆P cb0: Trở lực cục (N/m2) Số liệu: - Chiều dài ống: L0 = H0 + 0,2 = 8,7572 + 0,2 = 8,9572 (m) - Đường kính ống : dO = 0,1 (m) - Lưu lượng : GB =0,8333 (kg/s) Thế vận tốc chất lỏng ống: ρ1.w20 (N/m2) ∆Pw0 = Trong đó: ρ1: Khối lượng riêng dung dịch trước gia nhiệt (kg/m3) w0: Vận tốc dung dịch ống (m/s) wO1 = GF 1, 05 = = 0,171 (m/s) ρ1.0, 785.dO2 966, 6334.0, 785.0, 09 966, 6334.0,1712 ∆Pw0 = = 14,133 (N/m2) Trở lực ma sát: ∆Pms = λ L0 ∆Pw0 (N/m2) dO [II.55 – I.458] Trong đó: λ: Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch ống là: t = 20 oC Độ nhớt dung dịch ống: µ0 = µ1 = 1, 009 ×10−3 ( N m ) Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 55 Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường Re = wO1.ρ1.dO 0,171.966, 6334.0, 09 = = 14743, 794 > 104 −3 µ0 1, 009.10 ⇒ Chế độ chảy xốy Xác định λ theo công thức: 6,81 0,9 ∆ = −2.lg + Re 3,7 λ [II.65 – I.464] −2 6,81 0,9 ∆ λ = −2.lg ÷ ÷ + Re 3, ÷ −2 6,81 0,9 1,11.10 −3 = −2.lg = 0, 0299 ÷ + 3, ÷ ÷ 14743, 794 ∆Pms = 0, 0299 2,5 14,133 = 11, 738 (N/m ) 0, 09 Trở lực cục bộ: ∆Pcb0 = ∑ ξ.∆Pw0 (N/m2) Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục Các trở lực cục ống gồm: - Trở lực van: Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trở lực ống chuyển hướng với góc chuyển 90o ⇒ ξ = 1,1 ∆Pcb = (2,1 + 1,1).14,133 = 45, 2256 (N/m2) ∆Pm = 11, 7382 + 45, 2256 = 56,9638 (N/m2) Chiều cao cột chất lỏng tương ứng: Hm = ∆P0 82,6632 = = 0,0093(m) ρ g 908,2.9,81 b Áp suất toàn phần bơm: PB = ρ1 ×g1 ×H + ∆Pmo ( PB = 966, 6334 ×9,81 ×2,199 + 56,9638 = 20909, N m c Năng suất bơm: Sinh viên: Võ Lưu Sơn Lóp : CNMT - K47 56 ) Bài tập lớn trình Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường N= Q.ρ g H (KW) 1000.η Trong đó: Q: Lưu lượng thể tích bơm (m3/s) Q= GB 1, 05 = = 1, 0862.10−3 (m3/s) ρ1 966, 6334 η :Hiệu suất toàn phần bơm Theo [I – 439] η = η0 ×ηtl ×ηck phụ thuộc vào loại bơm suất, với bơm ly tâm chọn η = 0,85 Vậy Nb = 1, 0862.10−3 ×21867,1132 = 0, 279(kw) 1000.0,85 Chọn bơm có cơng suất 0,3(kw) cơng suất mô tơ: ηtr:hiệu suất truyền động trục ηtr=1 ηđc: hiệu suất truyền động ηđc=0,85 N moto = 0, 279 = 0,328(kw) 1.0,85 Thơng thường để đảm bảo an tồn người ta chọn động có cơng suất lớn cơng suất tính tốn lượng dự trữ dựa vào khả tải bơm t N moto = β N moto [1-439] Trong β hệ số dự trữ công suất trường hợp ta chọn β=2(do Nmơtơ