VI. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH
8)Trọng lượng của hơi
Lấy hơi có khối lượng riêng lớn nhất là hơi trong nồi 1; hơi đốt có nhiệt độ 142,9oC và hơi thứ có nhiệt độ 123,53oC.
Trọng lượng của hơi đốt:
Phần thể tích không gian hơi đốt: Vhd =
Với: Dt, dn là đường kính trong của buồng đốt và đường kính ngoài của ống Dt = 1,4m, dn = 0,04m
N là số ống, H là chiều cao của ống và buồng đốt Vậy: Vhd = 2,76 (m3)
Suy ra: Ghd = Vhd.ρ.g = 55,48 (N) Trọng lượng của hơi thứ:
Khối lượng riêng của hơi ở 123,53oC (bảng I.250/312-[1]): ρ = 1,3 (kg/m3) Phần thể tích không gian hơin thứ:
Vht =
Vht = 7,88 (m3)
Suy ra: Ght = Vht.ρ.g = 156,033 (N) Trọng lượng của hơi:
Gh = Ghd + Ght = 121144,34 (N)
Bảng 2.19 Tải trọng của thiết bị
Thân Ống TNvà tuần hoàn Dung dịch Vỉ Đáy Nắp Bích Hơi 9483,0 8 57900,85 37597,15 2739,19 689,99 1124,32 11453,72 156,033
Tổng tải trọng của thiết bị: ∑G = 121144,34 (N) Với tải trọng tác dụng lên mỗi tai treo và mỗi chân đỡ: G1 = ∑G/4 = 30286,08(N)
Tra bảng XIII.35/437-[2], ta có bảng sau:
Bảng 2.20 Chân thép CT3 đối với thiết bị thẳng đứng
Tải trọng cho phép trên 1 chân: 3.104(N) Bề mặt đỡ: 514.10-4(m2)
Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ: 3,02.106(N/m2) L (mm) B (mm) B1 (mm) B2 (mm) H (mm) h (mm) s (mm) l (mm) d (mm) Dt/A 260 200 225 330 400 225 16 100 27 200/75
0 Tra bảng XIII.36/438-[2], ta có bảng sau:
Bảng 2.21 Tai treo bằng thép CT3 đối với thiết bị thẳng đứng
Tải trọng cho phép trên 1 tai treo: 4.104(N) Bề mặt đỡ: 297.10-4(m2)
Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ: 1,3.106(N/m2)
L (mm) (mm)B (mm)B1 (mm)H s (mm) l (mm) a (mm) d (mm) KL 1 tai treo (kg) 190 160 170 280 10 80 25 30 735 CHƯƠNG 3: TÍNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ
I. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET
1) Lượng nước lạnh cần để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ
Gn = (kg/s) (VI.51/84-[2])
Trong đó: W là lượng hơi ngưng đi vào thiết bị ngưng tụ (kg/h) Gn là lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ (kg/h) i là nhiệt lượng riêng (hàm nhiệt) của hơi ngưng (J/kg) t2đ, t2c là nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh (oC) Cn là nhiệt dung riêng trung bình của nước (J/kg.độ) Ta chọn: t2đ = 25oC, t2c = 40oC
W = W3 = 0,86 (kg/s); i = 2615,4.103(J/kg); Cn = 4191,85 (J/kg.độ)
Gn = 33,49 (kg/s)
2) Lượng không khí và không khí ngưng cần hút ra khỏi thiết bị
Lượng khí không ngưng và không khí cần hút cụ thể là: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Có sẵn trong hơi thứ;
- Rò rỉ vào qua những lỗ hở của thiết bị;
- Hòa tan trong nước làm lạnh;
Chính lượng này vào thiết bị ngưng tụ làm giảm độ chân không, áp suất riêng phần và hàm lượng tương đối của hơi trong hỗn hợp giảm đồng thời làm giảm hệ số truyền nhiệt của hơi đốt. Vì vậy cần liên tục hút khí không ngưng và không khí ra khỏi thiết bị.
Đối với thiết bị ngưng trực tiếp, lượng khí không ngưng và không khí hút ra khỏi thiết bị tính theo công thức:
Gkk = 0,000025W + 0,000025Gn + 0,01W (kg/s) (VI.47/48-[2]) = 0,094 (kg/s)
Khi đó thể tích không khí ở 0oC và 760mmHg cần hút là:
Vkk = 0,001[0,02(W + Gn) + 8W] (m3/s) (VI.48/84-[2]) = 0,0075 (m3/s)
3) Đường kính thiết bị ngưng tụ
Đường kính của thiết bị ngưng tụ được xác định theo hơi ngưng tụ và tốc độ hơi qua thiết bị. Tốc độ hơi phụ thuộc cách phân phối nước trong thiết bị, tức là độ lớn của các tia nước. Thiết bị làm việc ở áp suất 0,25 (at) nên tốc độ lựa chọn khoản 25 (m/s).
Thực tế thì người ta lấy năng suất của thiết bị gấp 1,5 lần so với năng suất thực của nó. Khi đó, đường kính của thiết bị tính theo công thức:
Dtr = (VI.52/84-[2])
Với: Dtr là đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (m) W lượng hơi ngưng tụ (kg/s). W = 0,22 (m3/s)
ωh là tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ (m/s), chọn ωh = 25 (m/s) → Dtr = 0,5 (m)
Chọn D = 500 (mm)
4) Kích thước tấm ngăn
Để đảm bảo làm việc tốt, tấm ngăn phải có dạng hình viên phân, do đó chiều rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức sau:
b = (mm) (VI.53/85-[2])
Với: Dtr là đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (mm). Vậy: b = 300 (mm)
Trên tấm ngăn có nhiều lỗ nhỏ, lấy nước sạch làm nguội nên chọn đường kính của lỗ là 2mm.
Chiều cao của gờ cạnh tấm ngăn là 40mm. Chiều dày của tấm ngăn lấy bằng 4mm.
Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ nghĩa là trên một cặp tấm ngăn:
(VI/85 – [2]) Với: Gn là lưu lượng nước (m3/s)
Gn: phụ thuộc vào hơi nước được ngưng tụ và thường thay đổi trong (15 – 60) W ωc: tốc độ tia nước chọn ωc = 0,62(m/s) ứng với chiều cao gờ tấm ngăn 0,62(m/s) ρn = 994,55 (kg/m3) (bảng I.249/310-[1] lấy khối lượng riêng trung bình của nước)
→ ƒ = 0,054 (m2)
Các lỗ trên tấm ngăn sắp xếp theo hình lục giác đều nên ta có thể xác định bước
Với d là đường kính của lỗ (mm)
: tỷ số giữa tổng số diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết bị
ngưng tụ, thường lấy 0,025 – 0,1. Ta chọn = 0,1 → t = 0,55 (mm)
5) Chiều cao thiết bị ngưng tụ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để chọn khoảng cách trung bình giữa các tấm ngăn và tổng chiều cao hữu ích của thiết bị ngưng tụ, ta dựa vào mức độ đun nóng nước và thời gian lưu của nước trong thiết bị ngưng tụ.
Mức độ đun nóng nước được xác định bằng công thức:
P = (VI.56/85-[2])
Với: t2c, t2đ là nhiệt độ cuối, đầu của nước tưới vào thiết bị (oC) tbh là nhiệt độ hơi nước bão hòa ngưng tụ (oC)
→ P = 0,383
Tra bảng (VI.7/86-[2]), ta có:
- Số bậc: 3
- Số ngăn: 6
- Khoảng cách giữa các ngăn: 300 (mm)
- Thời gian rơi qua 1 bậc: 0,35 (s) Tra bảng (VI.8/88-[2]), ta có:
- Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị: 1300(mm)
- Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị: 1200(mm)
- Chiều cao tổng của hệ thống thiết bị: 5080(mm)
- Chiều rộng của hệ thống thiết bị: 2350(mm)
- Bề rộng của tấm ngăn: 500(mm)
- Chiều cao của thiết bị thu hồi: 1350(mm)
- Đường kính của thiết bị thu hồi: 400(mm)
Áp suất trong thiết bị là 0,2 at do đó để tháo nước ngưng và hơi ngưng tụ một cách tự nhiên thì cần phải có ống baromet:
Đường kính ống baromet tính theo công thức:
dB = (m) (VI.57/86-[2])
Trong đó: W là lượng hơi ngưng (kg/s).
Gn là lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s).
ω là tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống boromet (m/s). Thường lấy ω = 0,5 – 0,6 (m/s). Chọn ω = 0,6 (m/s)
→ dB = 0,16 (m)
Theo quy chuẩn d = 0,2 (m)
7) Chiều cao ống Baromet
Được xác định theo công thức sau:
H = h1 + h2 + 0,5m (VI.58/86-[2])
Trong đó: h1 là chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số áp suất khí quyển và áp trong thiết bị ngưng tụ:
h1 = 10,33 (m) (VI.59/86-[2] Với: b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b = 0,75at = 551,7 (mmHg)
h2 là chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực → h1 = 7,49 (m)
Và h2 = (VI.60/87-[2])
Hệ số trở lực khi vào đường ống lấy ζ = 0,5; khi ra khỏi ống lấy ζ = 1 thì công
thức trên có dạng như sau: h2 = (m) Với: H là toàn bộ chiều cao ống baromet (m)
D là đường kính trong của ống baromet (m) λ là hệ số ma sát khi nước chảy trong ống
Để tính chuẩn λ ta tính chuẩn số Re khi chất lỏng chảy trong ống Baromet:
Re = (II.58/377-[2])
Với: dB là đường kính ống dẫn (m)
ρn là khối lượng riêng trung bình của nước ρn = 994,55 (kg/m3) tra bảng (I.249/310-[1])
μ là độ nhớt trung bình của nước trong khoảng 25oC đến 40oC tra bảng (I.249/310-[1]): μ = 0,773.10-3 (n.m/s2)
→ Re = 2,32.105>104
Vậy dòng nước trong ống Baromet ở chế độ chảy xoáy. Hệ số ma sát:
(II.65/380-[1])
Trong đó ∆ độ nhám tương đối xác định theo công thức: ∆ = (II.66/380-[1]) Ở đây ε là độ nhám tuyệt đối: ε = 0,2 mm và dtd là đường kính tương đối của ống → ∆ = 2.10-3
→ λ = 0,0023 Nên: h2 = 0,99
Vậy: H = h1 +h2 + 0,5 = 8,04
Suy ra: H = 8,04m; ta chọn H = 8,1m
Ngoài ra còn lấy thêm chiều cao dự trữ để tránh hiện tượng nước dâng lên ngập thiết bị. Do đó, ta chọn chiều cao của Baromet là 10m
II. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM
Ta sử dụng bơm chân không kiểu pittong để thực hiện quá trình hút hơi và khí không ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet. Về nguyên tắc làm việc, bơm chân không làm việc giống hệt máy nén khí, chỉ khác ở áp suất làm việc và độ nén, khí hút ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển và đẩy ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển một ít. Cách lắp đặt bơm chân không theo sơ đồ sau:
Xét quá trình hút khí là quá trình đa biến (có trao đổi nhiệt với môi trường và phụ thuộc nhiều vào các yếu tố), sử dụng công thức (3.69.171-[3]) để tính công suất của bơm:
N = (III.69/171-[3])
Trong đó: P1, P2 là áp suất khí lúc tại điểm hút và đẩy (N/m2) V1 là thể tích khí hút được (m3/s)
m là chỉ số đa biến, lấy m =1,25
Áp suất làm việc trong thiết bị Baromet: P = 0,25 at
Áp suất hơi nước tại nhiệt độ 40oC: Ph = 0,0752 at (bảng I.250/312-[1]) Suy ra áp suất khí lúc hút: P1 = P – Ph = 0,1748at
Thay vào công thức: N = 274,34 (W)
Tính công suất động cơ:
Ndc = (W) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đó: ηtr là hiệu suất truyền động, lấy ηtr = 0,95 ηdc là hiệu suất động cơ, lấy ηdc = 0,95 β là hệ số dự trữ công suất, lấy β = 1,15 Vậy: Ndc = 349,58 (N)
2) Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị Baromet
Ta dùng bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị và công suất bơm được tính theo công thức:
N = (kW) (II.189/439-[1]) Trong đó: Q là năng suất của bơm (m3/s)
ρ là khối lượng riêng của nước (ở 25oC): ρ = 996,9 (kg/m3) g là gia tốc trong trường (g = 9,81 m/s2)
H là áp suất toàn phần của bơm (m)
η là hiệu suất chung của bơm; ta có thể chọn η = 0.85 Q = 0,034 (m3/s)
Áp suất toàn phần của bơm được xác định theo công thức:
H = (m); (II.185/438-[1])
Với: P1 ,P2 là áp suất trên bề mât chất lỏng trong không gian đẩy và hút (N/m2) P1 = 0,25 at ,P2 = 1 at
hm là áp suất để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (m) Ho là chiều cao đưa chất lỏng lên tháp, Ho = Hh + Hđ
(Với: Hh là chiều cao hút; Hđ chiều cao đẩy (m))
Ở 25oC chiều cao hút thường là Hh = 5m; chiều cao đẩy bằng chiều cao ống Baromet 10m. Vậy Ho = 15m
Đường kính ống hút và đẩy: d =
W là lượng nước trong ống; W = Gn = 33,49 (kg/s)
ω là vận tốc nước trong ống, coi vận tốc trong ống hút và đẩy bằng nhau và bằng 2,5 (m/s)
d = 0,131 (m)
Chọn đường kính trong của ống dẫn bằng 0,15m
Tính hm: hm = (m)
Trong đó: l là chiều dài toàn bộ, chọn l = 20m d là đường kính trong của ống, d = 0,15m λ là hệ số ma sát
∑ζ là trở lực chung
Vậy, vận tốc thực của nước trong ống: ω = 1,902 (m/s)
Hệ số ma sát được sát định qua chế độ chảy Re: Re = Với: μ là độ nhớt của nước ở 25oC, μ = 0,8937.10-3(N.s/m2) → Re = 31,82.104>104
Nên trong ống có chế độ chảy xoáy. Dó đó, ta dùng công thức sau để tính hệ số ma sát:
(II.65/380-[[1])
Với: ∆ là độ nhám tương đối được xác định theo công thức: ∆ = Trong đó: d tđ là đường kính tương đối của ống
ε là độ nhám tuyệt đối, ε = 0,2 (mm) → ∆ = 2.10-3
→ = 6,439 → λ = 0,024 Tổng trở lực
Trở lực cửa vào: ζ1 = 1; Trở lực cửa ra: ζ2 = 1 (bảng No/385-[1]) Trở lực khuỷu ống: ζ3 = 1,61 (3 khuỷu, góc 90o, bảng No32/395-[1]) Van tiêu chuẩn: ζ4 = 4,4 (D = 150 mm, bảng No46/397-[1])
Van 1 chiều: ζ5 = 1,7 (D = 150 mm, bảng No46/399-[1]) Vậy, ∑ζ = 1 + 1 + 3.1,61 + 4,4 + 1,7 = 12,93 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vậy: hm = 2,882m
Áp suất toàn phần của bơm là: H = 10,03 (m)
Công suất của bơm: N = 3,9 (KW)
Công suất của động cơ điện: Ndc = = 4,6 (KW) (II.190-[1])
Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để tránh hiện tượng quá tải. Chọn hệ số dự trữ β = 1,2
Suy ra: Ntt = β.Nđc = 5,51 (KW)
3) Bơm ly tâm bơm dung dịch vào thùng cao vị
Chọn bơm ly tâm, dung dịch ban đầu có nhiệt độ 25oC và nồng độ đầu là 10%.
Khi đó ρNa2CO3 = 1100,9 (kg/m3) (tra bảng I.44/41-[1]) ΜNa2CO3 = 0,00033 (N.s/m2) (toán đồ I.21/102-[1]) Chọn tốc độ đi trong ống hút và đẩy là 1m/s
Đường kính ống hút và đẩy: d = ; Gđ là lượng dung dịch đầu; Gđ = 1500 (kg/h)
d = 0,069 (m)
Chọn d = 70 mm, vậy vận tốc thực là 0,995 (m/s)
Tính Hm: Hm = (m)
Hệ số ma sát được tính qua chế độ chảy Re: Re = = 23,26.104>104
Chế độ chảy xoáy, nên tính hệ số ma sát theo công thức:
(II.65/380-[1]) Ta có: ∆ = = 0,029
→ = 4,21 → λ = 0,056
Trở lực chung lấy như phần tính bơm nước vào Baromet: ∑ζ = 12,93 (m) Vậy, Hm = 1,056 (m)
Chiều cao của ống hút xem bằng 0 (bể chứa dung dịch đặt cùng độ cao với bơm); Chiều cao của ống đẩy: Hđ = 15 (m)
Mặt thoáng chất lỏng của thùng chứa và thùng cao vị có áp suất tương đương nhau, tức là Ph = Pđ nên áp suất toàn phần của bơm là:
H = Hđ + Hm = 16,43 (m) Công suất của bơm:
N = = 0,87 (KW)
Công suất động cơ điện:
Ndc = = 1,044 (KW) (II.190-[1])
Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để tính hiện tượng quá tải. Chọn hệ số dự trữ β = 1,2