2. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN:
4.2. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ
Hình 4.1.
Sơ đồ bơm và thùng cao vị Ký hiệu:
H : Chiều cao tính từ mặt thoáng của bề chứa dung dịch đến mặt thoáng thùng cao vị (m)
H : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m) H : 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) Trong quá trình sản xuất, muốn tính toán đưa hỗn hợp đầu lên thùng cao vị, đảm bảo yêu cầu công nghệ cần phải tính các trở lực của các đường.
ống dẫn liệu của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu từ đó tính chiều cao của thùng cao vị so với vị trí tiếp liệu của tháp và xác định công suất, áp suất toàn phần của bơm.
ΔP = ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP (Sổ tay I - 376)
SV: Nguyễn Hải Đăng 82 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh Z H1 H2 H0 1 1 2 2
Trong đó:
ΔP : Áp suất động học hay áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khi ra khỏi ống dẫn
ΔP : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng ổn định trong ống thẳng
ΔP : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ
ΔP : Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thủy tĩnh
ΔP : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị ΔP : Áp suất bổ sung ở cuối ống dẫn
Trong thiết bị chưng luyện tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền thì ΔP = ΔP = 0
3.2.1 Tính các trở lực từ thùng cao vị đến thiết bị truyền nhiệt a- tính áp suất động học
(I-377)(N/m2 )
: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3
: vận tốc của lưu thể (m/s)
Hỗn hợp đầu vào tháp ở tF =250C có: = 787,5kg/m3 )
=784,75 (kg/m3 )
Tốc độ trung bình của lưu thể đi trong ống dẫn liệu có d=150(mm) ,
ω ==0,059(m/s)
Vậy : ΔPd=1,36(N/m2)
b-áp suất khắc phục trở lực do ma sát
Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng
N/m2
: hệ số ma sát( phụ thuộc vào chế độ chảy) L: chiều dài ống dẫn(m) : đường kính tác dụng của ống (m) Với d=dtd =0,15m Với =0,059 (m/s) , *Tính độ nhớt của dung dịch: lg
tại t=250C nội suy theo ( I.91) ta được: =0,095.10(Ns/m)
=0,2051.10(Ns/m) Re= =33900,11>10-4
chế độ chảy trong ống là chế độ chảy xoáy *Hệ số trở lực ma sát:
(I-380)
Trong đó :-độ nhám tương đối được xác định theo công thức := là độ nhám tuyệt đối của ống dẫn=0,1.10(m)
d :đường kính tác dụng của ống d=0,15(m) Vậy ==0,67.10 Thayvàocôngthức trêncó =0,0246 Vậy :ΔРm=0,0246.=2,69(N/m2) c-Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ
SV: Nguyễn Hải Đăng 84 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh
Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ . : hệ số trở lực cục bộ *Trở lực cục bộ của đoạn ống gồm: Trở lực vào ống có (đột thu) : d : đường kính ống dẫn liệu d =0,15(m) d : chọn thùng cao vị có đường kính là 1(m) Ta có = 0,0224
Tra sổ tay tập I-388 ta có : =0,45
Trở lực của ba trục khuỷu 900 : ξ2= 3.1,1 = 3,3
Một van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu d=0,15m có :ξ3=4,5
Từ ống dẫn vào thiết bị gia nhiệt ( đột mở) : ξ4 = 1
ξ = ξ1+ξ2+ξ3+ξ4 = 9,25
ΔPC = =12,717 (N/m
2)
Nên áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị tới thiết bị gia nhiệt :
ΔРt= 16,767(N/m2)
Chiều cao cột chất lỏng tương ứng là : H==0,00217(m)
3.2. 2- Trở lực của ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt tới tháp ở đĩa tiếp liệu: a. tính áp suất động học
(I-377)(N/m2 )
: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3
: vận tốc của lưu thể (m/s)
Hỗn hợp đầu vào tháp ở tF =72,630C có: = 743,37 (kg/m3 )
= 742,0015 (kg/m3 ) =742,45 kg/m
Tốc độ trung bình của lưu thể đi trong ống dẫn liệu có d=150(mm) ,
ΔPd=1,29(N/m2)
b- áp suất khắc phục trở lực do ma sát
Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng
N/m2
: hệ số ma sát( phụ thuộc vào chế độ chảy) L: chiều dài ống dẫn = 3(m)
: đường kính tác dụng của ống = 0,15(m) Với =0,059(m/s) ,
*Tính độ nhớt của dung dịch: lg
Tại t=72,630C nội suy theo ( I.101- trang 91) ta được:
µA=0,334.10-3(Ns/m2) µB=0,492.10-3(Ns/m2) µhh=0,426.10-3(Ns/m2)
Re=16321,194>104
chế độ chảy trong ống là chế độ chảy xoáy *Hệ số trở lực ma sát:
(I-380)
Trong đó :-độ nhám tương đối được xác định theo công thức :=
SV: Nguyễn Hải Đăng 86 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh
là độ nhám tuyệt đối của ống dẫn=0,1.10(m) d :đường kính tác dụng của ống d=0,15(m) Vậy ==0,67.10 Thayvàocôngthức trêncó =0,0284 Vậy : ΔPm==0,776(N/m 2) c-Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ . : hệ số trở lực cục bộ *Trở lực cục bộ của đoạn ống gồm: Trở lực vào ống có : d : đường kính ống dẫn liệu d =0,15(m) d : đường kính thiết bị gia nhiệt d2 =1,1 (m) Ta có
Tra sổ tay tập I-388 ta có : =1
Trở lực của một khuỷu 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành ξ2 = 1,1 Một van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu d=150mm có : =4,5 Trở lực ra khỏi ống :
ξ4= 1
ξ = ξ1+ξ2+ξ3+ξ4 = 7,6 ΔPC = = 10,39(N/m2)
Nên áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu tới đĩa tiếp liệu :
ΔPt= ΔPd+ ΔPm+ ΔPC=12,456
Chiều cao cột chất lỏng tương ứng là :
H2=0,0016(m)
3.2.3-Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
Thiết bị có 2 ngăn, với 37 ống đun nóng 1,6055kg/s từ 250C tới
72,630C
a. trở lực động học
Tốc độ lưu thể trung bình đi trong ống Mà (m3/s)
Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là
Tại ttb =48,810C →p=767,72(kg/m3) ω ===0,117(m/s)
đường kính ống của thiết bị gia nhiệt , phần trước ta đã chọn d= 0,035m
số ống của thiết bị gia nhiệt n= 37 ống số ngăn của thiết bị gia nhiệt m=2 ngăn Do đó:
ΔPd=5,25(N/m2)
c- áp suất khắc phục trở lực do ma sát
mỗi ngăn cao 1,5m, L = 7,5 m dtb= 0,035m
ω = 0,117m/s
SV: Nguyễn Hải Đăng 88 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh
767,72(kg/m)
µhh=0,428.10-3(Ns/m2) Re=31480,107
hệ số được tính theo công thức sau:
Trong đó :-độ nhám tương đối được xác định theo công thức := là độ nhám tuyệt đối của ống dẫn=0,1.10(m)
d:đường kính tác dụng của ống d=0,035(m) Vậy ==2,857.10 Thayvàocôngthức trên có λ= 0,0298 Vậ y: c-Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ .
Có : tiết diện cửa vào thiết bị gia nhiệt bằng tiết diện cửa ra =f1
(m2)
(đường kính ống dẫn d=0,15 m
Tiết diện khoảng trống 2 đầu thiết bị gia nhiệt đối với mỗi ngăn D: đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, D= 1,1 m
Tiết diện ống truyền nhiệt của mỗi ngăn , d=0,035m : đường kính truyền nhiệt - ở cửa vào:
Khi dòng chảy từ khoảng trống 2 đầu thiết bị vào các ngăn của thiết bị (có 8 ngăn
0,443
=>ξ2= 8.ξ’2= 3,544
- khi dòng chảy từ ống truyền nhiệt ra các khoảng trống đột mở
ξ3= 5.ξ3’ = 3,2
- khi dòng chảy ra khỏi thiết bị thì đột thu 0,4649
- khi chất lỏng chảy từ ngăn này sang ngăn kia đổi chiều 90C 4.1,1=4,4
Trở lực đổi chiều là:ΔPd=152,092
Vận tốc dòng chảy tại cửa vào và ra là: ω ==0,118(m/s)
Hệ số trở lực ở cửa vào và ra là : ξ14= ξ1 + ξ4 = 1,2301
Trở lực tại cửa vào và ra là : ΔPω=35,92(N/m2)
Trở lực tại các điểm còn lại là: ΔPC=ξ3+ ξ2.=22,14(N/m2)
VậyTổng trở lực của dòng qua thiết bị là:
PĐ + Pm +Pac+P’ ac + Pđc = 278,175 (N/m2) Có chiều cao cột chất lỏng H 3 ==0,0369(m) Tổng chiều cao:
SV: Nguyễn Hải Đăng 90 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh
H= H1 + H2 + H3 = 0,00217+0,0016+0,0369=0,0407(m)
3.2.5-Chiều cao thùng cao vị và năng suất của bơm
Ta có phương trình Becluli cho mặt cắt 1-1, 2-2 , so với mặt chuẩn 0-0
Coi chất lỏng chảy từ thùng cao vị ( mặt cắt 1-1) (1)
Trong đó
H1: chiều cao chất lỏng so với đĩa tiếp liệu H2: thế năng của đĩa tiếp liệu (= 0)
ω1: vận tốc chất lỏng trong thùng cao vị (=0)
ω2: vận tốc chất lỏng đi trong ống dẫn vào đĩa tiếp liệu (= 0,293)
Pa: áp suất khí quyển
ρ1: khối lượng riêng của dung dịch trước khi gia nhiệt
P=P=0,98.105 (N/m2) =767,72 (kg/m3)
ρ2 : khối lượng riêng của dung dịch sau khi gia nhiệt ở90,50C ρ2=785,64 (kg/m3)
hm: = 0,0467m z+=++0,0407 z=8,07 m
Vậy chiều cao của thùng cao vị: H = 8 m
2. Xác định trở lực ống từ thùng chứa dung dịch đầu tới thùng cao vị.
Áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và ống đẩy:
Áp suất động học: ω = =1,235 (N/m2) ΔPd=585,47(N/m2) áp suất khắc phục trở lực do ma sát (N/m2 ) ρ= 767,72 (kg/m3) μ = 1,097.10-3 (N/m2) L= 19,0824 (m) dtđ = 0,05 (m) Chuẩn số Re=129644,6>104
Lưu thể ở chế độ chảy xoáy: Áp dụng sông thức:
Trong đó :-độ nhám tương đối được xác định theo công thức := là độ nhám tuyệt đối của ống dẫn=0,1.10(m)
d:đường kính tác dụng của ống d=0,05(m) Vậy ==2.10 =0,0296 =>Pm=6613,96(N/m2) *Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ . đường kính ống dẫn d=0,05m đường kính thùng cao vị d=5(m) Ta cξ1=
Trở lực của hai khuỷu =1,1.2=2,2
Một van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu d=500mm có : =4,5
SV: Nguyễn Hải Đăng 92 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh
Hệ số trở lực từ đường ống và thiết bị hỗn hợp đầu Chọn đường kính thùng chứa bằng 2 m = → hệ số trở lực cục bộ là : ΔPC=ξΔPd=4739,44(N/m2) Do vậy : ΔPt= ΔPd+ ΔPm+ ΔPC=585,47+6613,96+4739,44=11938,87 (N/m2)
Chiều cao cột chất lỏng tương ứng là : H=1,58(m)
3.Áp suất toàn phần do bơm tạo ra.
H=H0+Hm=148+1,58= 9,58 (m)
Quy chuẩn H = 10 m Chọn bơm ly tâm Công suất của bơm: [I-439]
Mà:
F: lượng hỗn hợp đầu, F=4,1667 kg/s : Hiệu suất toàn phần của bơm
Tra I-439:
: hiệu suất thể tích, =0,9 : hiệu suất thuỷ lực, =0,85 : Hiệu suất cơ khí, =0,95
Chọn bơm có công suất 0,2 Kw
Công suất của động cơ điện:
: Hiệu suất truyền động, chọn =1 : Hiệu suất của động cơ, chọn =0,8
Trong thực tế chọn động cơ điện có công suất lớn hơn tính toán. : hệ số dự trữ công suất (tra I-440)
=1,4
Vậy chọn bơm có công suất 0,5 Kw.
SV: Nguyễn Hải Đăng 94 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh
KẾT LUẬN
Do đặc điểm của quá trình chưng luyện là hệ số phân bố thay đổi theo chiều cao của tháp, đồng thời quá trình truyền nhiệt diễn ra song song với quá trình chuyển khối vì vậy làm cho quá trình tính toán và thiết kế trở nên phức tạp.
Một khó khăn nữa mà khi tính toán và thiết kế hệ thống chưng luyện luôn gặp phải là không có công thức chung cho việc tính toán các hệ số động học của quá trình chưng luyện hoặc công thức chưa phản ánh được đầy đủ các tác dụng động học, các hiệu ứng hóa học, hóa lý,… mà chủ yếu là công thức thực nhiệm và trong các công thức tính toán thì phần lớn phải tính theo giá trị trung bình, các thông số vật lý chủ yếu nội suy, nên rất khó khăn cho việc tính toán chính xác.
Trong phạm vi khuôn khổ của đồ án môn học, do thời gian không cho phép động thời do hạn chế về kiến thức lý thuyết cũng như thực tế sản suất và đây cũng là lần đầu tiên tiếp xúc với đồ án nên tuy đã cố gắng tìm tài liệu cũng như tra cứu các số liệu, cố gắng hoàn thành bản đồ án này nhưng vẫn không tránh khỏi những bỡ ngỡ, sai sót. Em mong sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn.
Qua bài đồ án này em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là Thầy Nguyễn Văn Mạnh đã quan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành bài đồ án, giúp em hiểu rõ hơn về môn học, phương pháp thực hiện tính toán thiết kế, cách tra cứu số liệu, xử lý số liệu…
Em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hải Đăng
SV: Nguyễn Hải Đăng 96 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1 - NXB khoa học và kỹ thuật.
2. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 2 - NXB khoa học và kỹ thuật.
3. Tính toán các quá trình - thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm - Tập 2 - NXB khoa học và kỹ thuật.