Dữ kiện đã chọn ban đầu

Năng suất nhập liệu: 5000 kg/h Nhiệt độ dung dịch vào: 25oC Nhiệt độ dung dịch ra: 61oC

Áp suất hơi đốt (hơi nước bão hòa): 4 at

Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống, để gia nhiệt nguyên liệu từ 25oC đến 61oC.

5.1.2 Tính lượng hơi đốt cần dùng:

Phương trình cân bằng vật liệu:

ΣQvào = ΣQra Lượng hơi đốt cần dùng:

D = ;

0 95 ;

Trong đó:

• Gđ: Lưu lượng dung dịch cần đun nóng, kg/h

• Cdd, C: Nhiệt dung riêng của dung dịch và nước ngưng, j/kg.độ

• Qtt = 0,05D.(ih – Cq): Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh, W

• ih: Hàm nhiệt của hơi nước, j/kg

• q: Nhiệt độ của nước ngưng, oC

 D =

5000 3767 4 61;25

= 418,85 kg/h = 0,116 kg/s

5.2 Thiết bị ngưng tụ

5.2.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ

Gn =

;

(Kg/s) [5]

;

Trong đó:

• W: Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s.

• i: Hàm nhiệt của hơi ngưng tụ, J/kg.

• t2đ, t2c: nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, oC • Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ Chọn: t2đ = 25oC t2c = 61oC Ta có: W= W3 = 1217,47 kg/h i = 2610300 J/kg Cn = Cn3 = 4265 J/kg.độ Gn = 25342,68 kg/h

5.2.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet

Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: Gkk = 0,000025.W + 0,000025. Gn + 0,01W

Gkk = 12,84 kg/h

Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: Vkk = 0,001.[0,02.(W+Gn) + 8W] VI.48/84[5]

= 0,001.[0,02. (1217,47 + 25342,68) + 8. 1217,47] = 10,27 m3/h = 2,8.10-3 m3/s

5.3 Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

5.3.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Baromet

Dtr = 1,383.√ m, VI.52/84 [5] Trong đó:

• W: Lượng hơi ngưng tụ, W = 1217.47/3600 = 0,34 Kg/m

• ρh: Khối lượng riêng của hơi, kg/m3

.

 ρ h = 0,158 kg/m

3

bảng I.250/312 [4] Tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ, m/s.

Do thiết bị làm việc với áp suất Pn = 0,21at, nên ta có thể chọn wh = 25m/s.

Dtr = 0,405 m

Chọn đường kính của thiết bị ngưng tụ Baromet: Dtr = 0,6 m.

5.3.2 Kích thước tấm ngăn

Tấm ngăn có dạng hình viên phân với chiều rộng là: b = 50 mm, VI.53/85 [5]

2

Chọn nước làm nguội là nươc sạch thì đường kính lỗ là: d = 2 mm [5] Trong đó: Dtr là đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, mm

Suy ra: b = 600/2 + 50 = 350 mm, Tốc độ của tia nước là 0,62 m/s

Chọn chiều dày của tấm ngăn (3 5 mm): chọn = 4 mm. [5]

Chọn chiều cao gờ tấm ngăn: ho = 40 mm. t85 [5]

5.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ

Mức độ đun nóng nước được xác định theo công thức:

;

m, VI.56/85 [5]

;

Trong đó:

• t2đ, t2c : nhiệt độ đầu và cuối của nước tưới vào thiết bị, 0C.

• tbh : Nhiệt độ của hơi bão hòa ngưng tụ, oC Ta có: t2đ = 23oC , t2c = 50oC, tbh = 61oC P =

50;23

= 0,71 m,

61;23

Ta có số sau [5]: chọn P theo quy chuẩn P = 0,687

 Số bậc: 3 

 Số tấm ngăn: n = 6 

 Khoảng cách giữa các ngăn: htb = 400 mm 

 Thời gian rơi qua 1 bậc: t = 0,41s

Chiều cao hữu ích của thiết bị : [2]

H = ( số ngăn -1)*khoảng cách giữa 2 ngăn Suy ra H = 5.400 = 2000, mm

Tra bảng VI.8/88 ta có:

 Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị : 1300 mm 

 Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị là 1200 mm 

5.3.4 Kích thước ống Baromet

TBNT Baromet làm việc ở áp suất chân không 0.21 at. Do đó, để đảm bảo thiết bị làm việc bình thường, cần phải tháo hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng tụ ra ngoài bằng ống Baromet.

Đường kính trong của ống Baromet được tính bằng công thức:

√0 004 : m VI.57/86[5]

Trong đó:

• Gn: Lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/s => Gn = 25342,68 (kg/s)

• W: Lượng hơi ngưng tụ, kg/s => W3 = 0,1217 (kg/s)

• ω: Tốc độ của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống Baromet. Chọn w = 0,6 m/s

dba = 0,125 m

Chọn theo qui chuẩn dba = 0,2 ,m

Chiều cao của ống Baromet được xác định theo công thức sau [5]: hba = h1 + h2 + 0,5 (m)

Trong đó: h1 là chiều cao cột nước trong ống Baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ..

h1 = 10,33 m, VI.59/86 [5].

760

Với b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, mmHg.

[5]

b = Pa – Png = 1 – 0,21 = 0,79 at = 0,79.760 mmHg

 h = 10,33. 0 79 760 8,16( m)

1 760

h2 là chiều cao cột nước trong ống Baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống [2]:

2 H   h 1   ( d 2 2g  Trong đó:

 λ: Hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống 

 Σξ: Tổng trở lực cục bộ 

 H : là toàn bộ chiều cao của ống Baromet, H = Hba= 4,5 m

Chọn hệ số trở lực cục bộ khi vào ống là ξ1 = 0,5 và hệ số trở lực cục bộ khi ra khỏi ống

2

là=1

=> = 1,5

Tính hệ số trở lực do ma sát :

Có khối lượng riêng của nước: ρ = 988,1 kg/m3, bảng I.249/311 [4] Độ nhớt của nước ở 50oC: μ = 0,549.10-3 N.m/s bảng I.249/311 [4] Chuẩn số Re: Re = 02988106 215978 14 0 549 10 3 Re > 4000.

Chọn vật liệu làm ống Baromet là thép CT3 – ( tính Hệ số nhám với ống dẫn nước trong điều kiện ít rò nên độ nhám = 2 mm [4]:

Δ = 2

0 0025 80

Độ nhám tương đối:

Theo công thức Cônacốp (Re > 100000): 

1 (1.8 log Re1.5)2

 = 0,015

Giả sử chiều cao của ống Baromet là: hba = 9 m. Vậy: h2 = 0,016

Suy ra: hba = 8,16 + 0,016 + 0,5 = 8,68 (m)

Nhận. Vậy chiều cao của ống Baromet là: hba = 9 m

Bảng 5.1. Thông số của thiết bị ngƣng tụ Baromet

Lượng nước lạnh cần tưới vào TBNT Gn = 25342,68kg/h

Thể tích không khí cần hút ra khỏi TBNT Vkk = 2,8.10-3 m3

/s

Thiết bị Đường kính trong Dba = 0,6 m

Chiều cao Hba = 4,5 m

Số ngăn n = 6

Khoảng cách giữa các htb = 0,4 m

ngăn

Số bậc K = 3

Thời gian rơi qua 1 bậc t = 0,41 s

Ống Đường kính trong dba = 0.2 m

Chiều cao hba = 9 m

Tổng chiều cao TBNT h = 9 + 4,5 = 13,5 m

5.4 Chọn bơm

5.4.1 Bơm ly tâm để bơm nước lên thiết bị

5.4.1.1 Công suất của bơm

Công suất bơm được tính theo công thức:

N = 1000 KW Trong đó:

• Q: năng suất bơm, m3/s Q = = = 0,007 m3

/s

H: áp suất toàn phần lên bơm

H = Với

;

+ Ho+ hms+ hi

• p2- p1: áp suất trên mặt thoáng ở chỗ hút và đẩy

• P1= 0,21at

• P2= 1at

• H0: Chiều cao hình học đưa chất lỏng lên tháp

• H0 = H1+ H2 Với

• H1: Chiều cao hút

• H2: chiều cao đẩy

Ở25oC, thì chiều cao hút thường H1 = 5m, Tr.156 [3]

Chiều cao đẩy = chiều cao tháp + chiều cao ống Baromet = 4,5 + 9 = 13,5 m Suy ra, H0 = H1 + H2 = 5+ 13,5 = 18,5 m

• hms: là tổn thất do khắc phục trở lực ma sát trong ống hút và ống đẩy, m hms = ( . +. . ). , m I.117/72 [1]

2

Với

• λd, λh: hệ số ma sát theo chiều dài ống đẩy và ống hút.

• ld, lh : Chiều dài ống đẩy và ống hút.

5.4.1.2 Đường kính ống dẫn

Đường kính ống dẫn: d = √4 , m Torng đó:

• W: lượng nước đo trong ống, W= Gn = 25342,68 m3/h

• w : vận tốc nước trong ống, coi vận tốc nước trong ống hút và ống đẩy bằng 66

3600 988 1 25342 68

nhau và bằng 0,6 m/s. Suy ra, d = √ 4 25342 68 = 0,17 m 069881 Vậy dh = dđ = d = 0,17 m 5.4.1.3 Hệ số ma sát: Với ống hút: Re = w = 0,6 m/s d = 0,17 m ρ= 988,1 kg/m3 µ = 0,549.10-3 Re = 183581,42 8 9 Ren = 220. 7 = 947714,92 II.62/379 [1].

Vì Renh < Re < Ren. Hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1. (1,46. 100

0 25 II.64/380 [4]

 λ = 19,2.10-3

 λh = λd = 0,0192.

5.4.1.4 Chiều dài ống đẩy và hút:



Hệ số trở lực cục bộ:

Với ống hút: 

Trên ống hút có lắm một van điều chỉnh lưu lượng. Với d = 0,17 m, tra bảng II.16/397 [4], ta có: ξ1 = 4,52.

Ngoài ra, còn có lắp một khuỷu có góc α = 90o, Tra bảng II.16/394 [4], ta có: ξ = 1,19

Σξ = ξ1 + ξ2 = 4,52 + 1,19 = 5,71.

Chọn chiều dài ống hút: lh = 5 m

Với ống đẩy:

Có một van điều chỉnh lưu lượng. Với d = 0,17 m, tra bảng II.16/397 [4], ta có: ξ1 = 4,52.

Có một trở lực đột mở, dựa vào bảng II.16/387 [4], chọn ξ2 = 0,43. Có một trục khuỷu với góc α = 90o, tra bảng II.16/394 [4], ta có: ξ3 = 1,1

Σξ = ξ1 + ξ2 + ξ3 = 4,52 + 0,43 + 1,1 = 6,05.

Chiều dài ống đẩy: hđ = 9 + 4,5 + 2 = 15,5 m.

 hms + hi = (0,0192. 15 5 0 0192 8 5 71 + 6,05 + 2). 0 6 = 0,3 m. 0 17 0 17 2981  H = 1;0 21 9 81 10 185 03 26 8 m 9881981

5.4.1.5 Công suất mô tơ chạy bơm:

Nm = kW. Trong đó:

• Ψv: Công suất mô tơ truyền động, chọn Ψv = 0,9

• Ψm: Hiệu suất mô tơ, chọn Ψm = 0,9. N = = 00079881981268 = 2,02 kW. 1000 1000 0 9  Nm = = 2 02 2,495 kW. 0909

Thông thường chọn công suất mô tơ tính toán bằng 1,2 lần công suất mô tơ lý thuyết để tránh quá tải.

Vậy ta lấy Nmtt = 1,2.Nm = 1,2.2.495 = 3 kW

5.4.2 Tính bơm chân không cho thiết bị ngưng tụ:

5.4.2.1 Đường kính ống dẫn khí không ngưng ra khỏi tháp:

d = √0 785 m. Trong đó:

• Vk là thể tích không khí, Vk = 19,063 m3/h,

• wk là vận tốc khí, chọn wk = 20 m/s.

 d = √0 785 = 0,0186m = 18,6 mm Chọn d = 20 mm.

5.4.2.2 Công suất bơm:

Bơm chân không làm việc với năng suất nhỏ, ta chọn bơm chân không kiểu pittông để hút không khí khô ra ngoài.

Công suất lý thuyết:

N = 1000 Trong đó: • Q: lượng khí được hút, kg/h.

• L: Công suất nén của lý thuyết đoạn nhiệt, J/kg.

L = 1 − ( ) − 1 :1 Với:

• k là chỉ số đa biến, với không khí k = 1,4.

•P1, P2: là áp suất khí hút và đẩy; P1 = 0,21 at, P2 = 0,75 at.

•vk: là thể tích riêng của không khí.

 N = 1 − 1 ;1 1000 = 1 4 021981 104 19 603 ( 0 75 ) − 1 = 0,172 kW 1 4;1 1000 3600 0 21

Công suất động cơ điện:

Nđc = Tr.29 [4]. Với:

•hc: là hiệu suất chung, hc = hck.hđc.htr

•hck = 0,85; hdc = 0,95; htr = 0,91.

 Nđc = = 0 172 0,23 kW.

085095091

Động cơ dự trữ:

 Nt = Nđc. 1,15 = 0,23. 1,15 = 0,27 kW.

5.4.3 Bơm dung dịch đầu vào thùng cao vị:

5.4.3.1 Chọn bơm ly tâm.

Dung dịch bơm ban đầu có nhiệt độ thường là t = 25oC và có nồng độ là 10%. Khi đó:

ρđ NaOH = 1142,5 kg/m3

µđ NaOH = 19.10-3 N.s/m2

Chọn tốc độ đi vào của dung dịch trong ống hút và ống đẩy là w = 0,88 (m/s)

5.4.3.2 Đường kính ống hút và đẩy:

d = √4 kg/m3,



Gđ: Lượng dung dịch đầu, Gđ = 5000 kg/h

4 5000 = 10,517.10-3 m.  d = √ 3 14 1 4 1142 5 36000 Chọn d = 11.10-3 m = 11mm. 5.4.3.3 Hệ số ma sát: Re = 14001111425 926,03 19 10 3 8  Renh = 6. 7 = 1291,73 II.60/378 [4].

Với e là độ nhám tuyệt đối của thép, e = 0,1mm Do Renh < Re nên ta tính ở khu vực nhám Ren = 220. 9 = 92698,012 II.62/379 [1]. 7

Vì Renh < Re < Ren. Hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1. (1,46. 100 0 25 II.64/380 [4] λ=01 1 46 01103 100 0 25 = 0,06 0 011 926 03 λh = 0,06. 70

5.4.3.4 Hệ số trở lực cục bộ:



Với ống hút: 

Trên ống hút có lắm một van điều chỉnh lưu lượng. Với d = 0,011 m, tra bảng II.16/397 [4], ta có: ξ1 = 4,675.

Ngoài ra, còn có lắp một khuỷu có góc α = 90o, Tra bảng II.16/394 [4], ta có: ξ = 1,1 Σξ = ξ1 + ξ2 = 4,52 + 1,19 = 5,775.  Chọn chiều dài ống hút: lh = 5 m  Với ống đẩy: 

Có một van điều chỉnh lưu lượng. Với d = 0,17 m, tra bảng II.16/397 [4], ta có: ξ1 = 4,675.

Có một trở lực đột mở, dựa vào bảng II.16/387 [4], chọn ξ2 = 0,01. Có một trục khuỷu với góc α = 90o, tra bảng II.16/394 [4], ta có: ξ3 = 1,1

Σξ = ξ1 + ξ2 + ξ3 = 4,675 + 0,01 + 1,1 = 5,785. Chiều dài ống đẩy: hđ = 12 m.  hms + hi = (0,06. 12

0 06 5

5 775 + 5,785). 1 4 = 10,42 m.

0 011 2981 0 011

Mặt thoáng chất lỏng tại thùng chứa và thùng cao vị có áp suất tương đượng nhau nên áp suất toàn phần của bơm là:

 H = Hh + Hđ + hi + hms = 8 5 10 42 23 42 m

5.4.3.5 Công suất bơm:

N = 5000 9 81 23 42 0,355 kW. 1000 1000 0 9 3600  Nm = kW.

• Ψv: Công suất mô tơ truyền động, chọn Ψv = 0,9

• Ψm: Hiệu suất mô tơ, chọn Ψm = 0,9.

 Nm = = 0 355

0,438 kW.

0909

Thông thường chọn công suất mô tơ tính toán bằng 1,2 lần công suất mô tơ lý thuyết để tránh quá tải.

Vậy ta lấy Nmtt = 1,2.Nm = 1,2.0,438 = 0,526 kW

5.5 Tổng kết kích thước của các thiết bị phụ

Bảng 5.2. Bảng kích thƣớc các thiết bị phụ

Thiết bị Đường kính trong 0,6m 600mm

ngưng tụ Tấm ngăn Hình Viên phân

Đường kính lỗ 0,002m 2mm Chiều rộng 0,35m 350mm Chiều dày 0,004m 4mm Chiều cao 0,04m 40mm Số ngăn 6 Số bậc 3

Chiều cao thiết bị ngưng tụ 4,5m 4500mm

Kích thước ống Đường kính 0,2m 200mm

baromet Chiều cao 9m 9000mm

Tổng chiều cao thiết bị ngưng tụ 13,5m 13500mm

Bơm Bơm ly tâm Đường kính ống dẫn 0,17m 170mm

Chiều dài ống hút 5m 5000mm

Chiều dài ống đẩy 26,8m 26800mm Công suất mô tơ 3 kW

Bơm chân Đường kính ống dẫn 0,02m 20mm

không khí

Công suất lý thuyết 0,172 kW Công suất động cơ điện 0,27 kW

Bơm dung dịch Chọn Bơm ly tâm

vào thùng cao Đường kính ống đẩy 0,011m 11mm

vị Đường kính ống hút 0,011m 11mmC

Chiều dài ống hút 5m 5000mm

Chiều dài ống đẩy 12m 12000mm

CHƢƠNG 6KÊT LUẬN

Sau một thời gian cố gắng tìm đọc, tra cứu tài liệu tham khảo, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô bộ môn và thầy hướng dẫn em đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án thiết kế được giao. Qua quá trình tiến hành em đã rút ra được một số nhận xét sau:

 Việc thiết kế và tính toán một hệ thống cô đặc là việc làm phức tạp, đòi hỏi tính tỉ mỉ và lâu dài. Nó không những yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sự sâu về quá trình cô đặc mà còn phải biết một số lĩnh vực khác như: Cấu tạo các thiết bị phụ khác, các quy chuẩn trong bản vẽ kĩ thuật…



 Công thức tính toán không còn gò bó như những môn học khác mà được mở rộng dựa trên các giả thiết về điều kiện, chế độ làm việc của thiết bị. Bởi trong khi tính toán, người thiết kế đã tính toán đến một số ảnh hưởng ở điều kiện thực tế, nên khi đem vào