IV. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT
5.Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi:
Ta cĩ: (m2) III- 21/117 [2] Bảng 14: Diện tích bề mặt truyền nhiệt Q(w) K(W/m2 độ) ∆ti* F(m2) Nồi I 8440640.48 741.26 20.12 565.95 Nồi II 7510291.64 648.37 16.45 704.16 Nồi III 6788703.98 356.16 12.56 750.60 Chọn F = 673.57 m2 trang 292 [5] V.TÍNH KÍCH THƢỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT 1.Kích thƣớc buồng bốc a.Đƣờng kính buồng bốc % 5 % 100 ) ( i i i i t t t t K Q i Δt LBTBKHN
29
Chọn 3 nồi cĩ kích thƣớc giống nhau.Do đĩ, ta tính tốn nồi 2 làm đại diện Vận tốc hơi của hơi thứ trong buồng bốc khơng quá 70-80% vận tốc lắng
√ , m/s Trong đĩ:
: khối lƣợng riêng của giọt lỏng và hơi thứ ở 86 o
C (kg/m3) Tra bảng 15,trang 12, 1 cĩ =968,65 kg/m3 , =0,359 kg/m3 ( 314 sổ tay 1) d: đƣờng kính giọt lỏng , chọn d=0,0003 m : hệ số trở lực Nếu 0,2< Re< 500 => = Nếu 500< Re< 150000 => =0,44 Với Re= Chọn đƣờng kính buồng bốc Db= 3 m Diện tích buồng bốc Fb= Lƣu lƣợng thể tích: Vh= Vận tốc hơi : 1,16 m/s Chuẩn số Reynold : Re= = 10,41 Vì 0,2< Re=10,41 <500. Nên = 4,54 LBTBKHN
30
Vận tốc lắng √ 1,53 m/s
Nhƣ vậy :
0,8 ( thỏa mãn) Vậy Db= 3 m
b.Chiều cao buồng bốc
Cơng thức tính thể tích khơng gian hơi Vb cĩ: Vb=
m3 Trong đĩ:
Up: Cƣờng độ bốc hơi thể tích ở áp suất khác 1 at, m3/m3h, tính theo cơng thức VI.33 , trang 72 ,[2]
Up=f.Ut m3/m3h
Ut: Cƣờng độ bốc hơi thể tích ở áp suất bằng 1 at, m3/m3h, chọn Ut=1600 m3/m3h
f: hệ số hiệu chỉnh , xác định theo đồ thị hình VI.3 , trang 72, [2] sổ tay hĩa cơng 2 ta cĩ f=1,2
Do đĩ:
Vb= = = 15,44 m2 Vậy chiều cao buồng bốc là:
Hb = 2,18 m
Thực tế do cĩ hiện tƣợng dung dịch sơi tràn lên cả buồng bốc nên chọn Hb= 3,5 m
2.Kích thƣớc buồng đốt
31
a.Xác định số ống truyền nhiệt:
Số ống truyền nhiệt đƣợc tính theo cơng thức n=
, (ống) trong đĩ:
F: diện tích bề mặt truyền nhiệt , F= 673,57 m2 l: chiều dài ống truyền nhiệt, l= 1,5 m
d: đƣờng kính ống truyền nhiệt ,chọn ống cĩ đƣờng kính 36 mm, chiều dày 2 mm
do nên lấy d=dt=32 mm Vậy số ống truyền nhiệt là:
n= (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
= 4469 ống Chọn số ống là 4469 ống
b.Đƣờng kính ống tuần hồn trung tâm
Tổng tiết diện ngang của tất cả các ống truyền nhiệt:
FD = = = 3,6 m2 Đƣờng kính ống tuần hồn trung tâm:
√ Với = 0,25 FD =0,25.3,6 = 0,9 m2 Dọ đĩ: √ = 1,07 m Chọn = 1,07 m LBTBKHN
32
c.Đƣờng kính buồng đốt
Đối với thiết bị cơ đặc tuần hồn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác đều thì đƣờng kính trong của buồng đốt cĩ thể tính theo cơng thức:
Dt=√ ,m (VI.40,trang 74,[2] )
Trong đĩ:
= : hệ số , thƣờng 1,3-1,5, chọn =1,4
t= 1,4.dn :bƣớc ống, m
dn: đƣờng kính ngồi của ống truyền nhiệt, m
: hệ số sủ dụng lƣới đỡ ống,thƣờng =0.7-0.9 , chọn =0,8 L:chiều dài ống truyền nhiệt , l=1,5 m
Dth: đƣờng kính ống tuần hồn trung tâm F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2
Thay số vào ta cĩ:
Dt=√
=3,98 m
Chọn Dt=4 m
VI.TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU , THÁO LIỆU
Đƣờng kính các ống đƣợc tính theo cơng thức tổng quát sau đây: d= √ , m
trong đĩ:
G: lƣu lƣợng lƣu chất , kg/h v: vận tốc lƣu chất, m/s ,tự chọn
33
: khối lƣợng riêng của lƣu chất , kg/m3 Từ đĩ ta cĩ bảng sau:
G (kg/h) v (m/s) (kg/m3) d (m)
Nhập liệu nồi 1 41666,7 0,5 1070 0,166
Nhập liệu nồi 2 29069,23 0,3 1070 0,182
Nhập liệu nồi 3 18571,34 0,2 1125 0,172 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tháo liệu nồi 3 9027,8 0,1 1295 0,157
Dẫn hơi đốt nồi 1 14435,2 25 1,118 0,412 Dẫn hơi đốt nồi 2 12597,47 30 0,7864 0,418 Dẫn hơi đốt nồi 3 10497,89 35 0,4585 0,495 Dẫn hơi thứ nồi 3 9543,54 40 0,135 0,790 Dẫn nƣớc ngƣng nồi 1 14435,2 0,5 1000 0,092 Dẫn nƣớc ngƣng nồi 2 12597,47 0,3 1000 0,117 Dẫn nƣớc ngƣng nồi 3 10497,89 0,2 1000 0,14 LBTBKHN
34
PHẦN 3.TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
1.Tính thiết bị ngƣng tụ Baromet
a.Lƣợng nƣớc lạnh tƣới vào thiết bị ngƣng tụ Tính theo cơng thức VI.51, trang 84, 2
, kg/h Trong dĩ:
W3 : lƣợng hơi đi vào thiết bị ngƣng tụ , W3=9543.54 kg/h i: hàm nhiệt của hơi ngƣng , i= 2619,26 kJ/kg
t2c, t2d: nhiệt độ đầu , nhiệt độ cuối của nƣớc làm nguội, lấy t2d= 30oC t2c= tng – 10= 65 - 10 =55 oC
Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc , tra theo nhiệt độ trung bình tn=
Cn=4,17 kJ/kg.độ Thay số vào ta cĩ:
kg/h
b.Thể tích khơng khí và khí khơng ngƣng cẩn hút ra khỏi thiết bị: Lƣợng khí cần hút ra khỏi thiết bị ngƣng tụ Baromet:
Gkk=25.10-6.(Gn+W3) + 10-2.W3
= 25.10-6.(218784+9543,54) + 10-2.9543,54 = 101,1 kg/h Thể tích khí khơng ngƣng cần hút ra khỏi thiết bị:
,m3/h
35
Với tkk=t3d + 4 + 0,1.(t3c – t3d) =30 + 4 + 0,1.(49,7- 30) =35,97oC Png: áp suất làm việc của thiết bị ngƣng tụ, N/m2
, png=0,2 at =19620 N/m2
Ph: áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong hỗn hợp ở nhiệt độ tkk
,ph=0,06 at=5886 N/m2 Thay số vào ta cĩ
=655 m3/h c.Các kích thƣớc chủ yếu của thiết bị ngƣng tụ Baromet -Đƣờng kính trong:
√ ,m (VI.52, trang 84, [2] )
: khối lƣợng riêng của hơi , = 0,13 kg/m3
: tốc độ hơi trong thiết bị ngƣng tụ,chọn =35 m/s
√ =1,06 m (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chọn đƣờng kính trong của thiết bị ngƣng tụ là 1,2 m -Kích thƣớc tấm ngăn
Tấm ngăn cĩ dạng hình viên phân với chiều rộng là:
, mm (VI.54, 85,[2] ) Tấm ngăn cĩ đục nhiều lỗ , lấy đƣờng kính của lỗ là dl=2 mm Chiều dày tấm ngăn =4 mm
Chiều cao gờ cạnh tấm ngăn, chọn h0=40 mm Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, ta cĩ bƣớc lỗ:
√
, mm (VI.55, 85, [2] )
36
là tỉ số giữa tổng diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết bị ngƣng tụ, chọn
= 0,05 Do đĩ ta cĩ:
√ = 0,4 mm - Chiều cao của thiết bị ngƣng tụ: Mức đun nĩng nƣớc 0,952 (VI.56,85, [2] ) Từ đĩ ta cĩ: Số bặc:4 Số tấm ngăn: n=8
Khoảng cách giữa các ngăn: hn= 300 mm Thời gian rơi qua 1 bậc t=0,35 s
Chiều cao của thiết bị ngưng tụ cĩ thể tính theo cơng thức: III-36/124
[2]
Hng= n.hn+800 = 8.300 + 800 = 3200 mm =3,2 m -Kích thƣớc ống Baromet:
Đƣờng kính trong của ống Baromet: √
, m (VI.57,86, [2] )
: vận tốc của hỗn hợp nƣớc lạnh và nƣớc ngƣng chảy trong ống Baromet, chọn =0,5 m/s
Do đĩ ta cĩ:
√ = 0,4 m
37
Thực tế chọn dba=0,5 m
Chiều cao ống Baromet: Tính theo cơng thức VI.58, 86, 2 : hba= h1+h2+0,5 ,m trong đĩ:
h1 là chiều cao cột nƣớc trong ống Baromet cân bằng với hiệu số áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngƣng tụ Baromet
P0: độ chân khơng trong thiết bị ngƣng tụ , p0=pa - png =760 - 0,2.735=613 mm
Vậy h1=10,33.613/760= 8,332 m
h2 : chiều cao cột nƣớc trong ống Baromet cần thiết để khắc phục tồn bộ trở lực khi nƣớc chảy trong ống
( ∑ ) , m : hệ số trở lực cục bộ khi vào ống , =0,5 : hệ số trở lực cục bộ khi ra khỏi ống , =1 Tính hệ số trở lực do ma sát: ttb= 39,85oC => tra bảng I.249,310,[1] ta cĩ Chuẩn số Re: = 300727,27
Chọn vật liệu làm ống Baromet là thép CT.3 ,độ nhám tra theo bảng II.15,trang 381, 1 ta cĩ độ nhám =0,2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
38 Tính: ( ) ( ) ( ) ( ) Vậy Regh< Re < Ren Hệ số ma sát: ( ) ( )
Chọn chiều cao ống Baromet hba=10 m
( )= 0,075 m
hba =h1 + h2 + 0,5 =8,332 + 0,075 + 0,5 =8,907 m Vậy chọn chiều cao ống Baromet là hba= 10 m 2.Tính bồn cao vị
Chiều cao bồn cao vị đƣợc đặt ở độ cao sao cho thắng đƣợc các trở lực của đƣờng ống
Phƣơng trình Bernoulli áp dụng tại mặt thống bồn cao vị và mặt thống dung dịch trong nồi 1:
Z1, Z2 : chiều cao từ mặt thống bồn cao vị , mặt thống dung dịch trong nồi 1 xuống mặt đất , m , chọn Z2= 4 m
p1: áp suất tại mặt thống bồn cao vị, p1 =1 at
p2: áp suất tại mặt thống dung dịch trong nồi 1, p2 =1,39 at v1= 0 m/s , v2 = v m/s
= 1070 kg/m3
h1-2: tổn thất áp suất trên đƣờng ống dẫn
39
( ∑ )
Vận tốc dịng chảy trong ống, chọn bằng vận tốc nạp liệu nồi 1, v = 0,5 m/s : độ nhớt dung dịch ở 30o C, tra bảng I.112, trang 114, [1] cĩ = 0,94.10-3 N.s/m2 Chuẩn số Reynolds: Chọn ống thép CT.3 nên độ nhám =0,2 mm Tính : ( ) ( ) ( ) ( ) Vậy Regh< Re < Ren Hệ số ma sát: ( ) ( ) Tổng hệ số tổn thất cục bộ: ∑
Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng ống vào :
Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng ống ra:
Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng khuỷu 90o :
Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng van: =0,5
40 ∑ 0,5 + 5.1,19 + 2.0,5 + 1 =
8,45
Chọn chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi là l= 15 m Tổng tồn thất :
( ∑ )
(
)
Chiều cao từ mặt thống bồn cao vị đến mặt đất:
Thực té chọn Z1=8 m 3.Tính bơm chân khơng Cơng suất bơm chân khơng:
[( ) ] ,kW Trong đĩ: hệ số hiệu chỉnh , = 0,8 m: chỉ số đa biến , m=1,3 p2= áp suất khí quyển , p2=1,033 at (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
pkk: áp suất khơng khí trong thiết bị ngƣng tụ : pkk= p1 = png – ph=0,2- 0,06=0,14 at
Vkk : thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị , Vkk=736,7 m3/h= 0,205 m3/s
Cơng suất bơm
[( ) ] LBTBKHN
41
4.Tính bơm nƣớc vào thiết bị ngƣng tụ,bơm nhập liệu ,bơm tháo liệu
Phƣơng trình Bernoulli áp dụng tại mặt thống bể nƣớc và mặt thống thiết bị Baromet
Z1, Z2 : chiều cao từ mặt thống bể nƣớc , mặt thống thiết bị Baromet xuống mặt đất , m , chọn Z1=1 m ,Z2=12 m
p1: áp suất tại mặt thống bể nƣớc, p1 =1 at
p2: áp suất tại mặt thống thiết bị Baromet p2 =0,2 at v1 = v2 = 0 m/s = 995,7 kg/m3 h1-2: tổn thất áp suất trên đƣờng ống dẫn ( ∑ ) Vận tốc dịng chảy trong ống : ( chọn đƣờng kính ống là d= 300 mm) : độ nhớt nƣớc ở 30o
C, tra bảng I.249, trang 310, [1] cĩ = 0,801.10-3 N.s/m2 Chuẩn số Reynolds: Chọn ống thép CT.3 nên độ nhám =0,2 mm Tính : ( ) ( ) LBTBKHN
42 ( ) ( ) Vậy Regh< Re < Ren Hệ số ma sát: ( ) ( ) Tổng hệ số tổn thất cục bộ: ∑
Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng ống vào :
Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng ống ra:
Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng khuỷu 90o :
Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng van: =0,5 ∑ 0,5 + 3.1,19 + 1 = 5,07 Chọn chiều dài ống từ bể nƣớc đến bồn cao vị là l= 15 m Tổng tồn thất : ( ∑ ) ( ) Cột áp của bơm là:
Cơng suất của bơm:
43
Trong đĩ
: khối lƣợng riêng của nƣớc ở 30oC , =995,7 kg/m3 Q: lƣu lƣợng nƣớc làm lạnh vào Baromet Q=
H: cột áp của bơm
: hiệu suất của bơm, chọn = 0,75
Vậy :
Tƣơng tự nhƣ trên, tính cho bơm nhập liệu ta cĩ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mặt thống bể chứa dung dịch Z1=1 m , p1=1 at , v1= 0 m/s Mặt thống bồn cao vị Z2= 8 m , p2=1 at , v2= 0 m/s Đƣờng kính ống bơm nhập liệu d = 0,1 m Vận tốc trong ống v= 1,378 m/s Re = 156857 = 0,024 = 0,84 m Cột áp của bơm là:
Cơng suất của bơm:
44
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PHẠM XUÂN TOẢN. Các quá trình và thiết bị trong Cơng nghệ hĩa chất và thực phẩm.Tập 3 – Các quá trình thiết bị và truyền nhịêt. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật. 2007.
2. GS.TSKH NGUYỄN BIN, PGS.TS ĐỖ VĂN ĐÀI…Sổ tay quá
trình và thiết bị Cơng nghệ hĩa chất, tập 1 và 2. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 2006.