CHƯƠNG 6 TÍNH TỐN CƠ KHÍ
6.8. Tính toán khối lượng
Khối lượng tháp: Thân tháp: H = 6-0,4.2 = 5,2 (m) m = 𝜋 4.(Dn 2 - Dt2).H.ρ = 𝜋 4.(1,592 2-1,52).5,2.7900 = 9178 (kg) Khối lượng tất cả các bích: m = m1 + 2.m2 + 2.m4 = 22,1 + (2.1,47) + (2.2,45) = 29,94 (kg)
Trang 42
Khối lượng toàn tháp:
mtổng = mlưới + mđáy, nắp + mthân tháp + mbích = 18641,7 +1131,2+ 9178 + 29,94 = 28980,84 (kg) 6.9.Tính tốn chân đỡ Tải trọng toàn tháp: Pt = m.g = 28980,84.9,81= 284302,04 (N) Tải trọng trên một chân tháp:
Pc = Pt
4 = 284302,04
4 = 71075,51 (N)
Chọn tải trọng cho phép là G= 8.104 (N)
Tra bảng tài liệu tham khảo [3], trang 437, XIII.35:
Hình 5.2. Chân thép đỡ đối với thiết bị
F(m2) L(mm) B(mm) B1(mm) B2(mm) H(mm) h(mm) s(mm) l(mm) d(mm)
840,104 320 265 270 400 500 275 22 120 34
Trang 43
Thể tích chân đỡ:
Vchân đỡ = [2.( H – s ).s.B2 + L.s.B].10-9
= [2.( 500 – 22 ).22.400 + 320.22.265].10-9 = 8,41.10-3 (m3)
Khối lượng chân đỡ:
Với ρCT3 = 7850 (kg/m3):
mchân đỡ = Vchân đỡ.ρCT3 = 8,41.10-3.7850 = 66,05 (kg)
Trang 44
CHƯƠNG 7. TÍNH TỐN KINH TẾ
Vật liệu Loại quy
cách Đơn vị Số lượng Đơn giá (VND) Thành tiền (VND) Thân tháp Thép X18H10T Kg 9178 62.000 569.036.000 Đáy và nắp Thép X18H10T Kg 1131,2 62.000 70.134.400 Bộ phận phân phối lỏng Thép X18H10T cái 3 500.000 1.500.000 Bộ phận đỡ đệm Thép X18H10T cái 3 400.000 1.200.000 Bích Thép CT3 Kg 29,94 20.000 598.800 Chân đỡ Thép CT3 Kg 66,05 20.000 1.321.000 Cửa tháo đệm và cho
đệm vào Thép X18H10T cái 6 200.000 1.200.000 Bulông M16 Thép CT3 cái 12 5.500 66.000 Bulông M20 Thép CT3 cái 12 16.100 193.200 Bulông M32 Thép CT3 cái 32 39.900 1.276.800 Van ống dẫn lỏng Thép X18H10T cái 1 40.000 40.000 Van ống dẫn khí Thép X18H10T cái 1 60.000 60.000 Đệm Vòng sứ rasiga mét khối 2,15 70.000 1.505.000 Chi phí vật liệu 648.131.200 VND Chi phí phụ (10% chi phí vật liệu) 64.813.120 VND TỔNG 712.944.320 VND Bảng 7.1. Tính tốn kinh tế thiết bị chính
Trang 45
CHƯƠNG 8. THIẾT BỊ PHỤ
8.1.Bơm
Áp suất mặt thống khơng gian hút: P1= 101325 N/m2 Áp suất làm việc: P = 8,05 Mpa
Ở 300C: ρ =1104,1 kg/m3:khối lượng riêng DEG 95% μ =15.10-3 N.s/m2: độ nhớt của DEG 95% Áp dụng phương trình Bernoulli ta có: + Ở giai đoạn hút: P1 ρ.g + ω1 2 2.g = Pv ρ.g + ωv 2 2.g + Hh + hmh
+ Ở giai đoạn đẩy:
Pr ρ.g + ωr 2 2.g = P2 ρ.g + ω2 2 2.g + Hđ + hmđ Trong đó:
P1: áp suất bề mặt nước không gian hút P2: áp suất không gian đẩy
ρ: khối lượng riêng của nước
Pv: áp suất của chất lỏng trong ống hút lúc vào bơm Pr: áp suất của chất lỏng trong ống đẩy lúc ra khỏi bơm Hh, Hđ: chiều cao ống hút và ống đẩy
Hmh, hmđ: tổn thất áp suất do trở lực gây ra trong ống hút ống đẩy, H2O hmh + hmđ = ∆P
ρ.g
∆P: Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống, áp suất toàn phần của bơm là hiệu áp suất giữa hai giai đoạn hút và đẩy
ω1: vận tốc nước ở bể chứa, ω1 = 0
ω2: vận tốc nước khi vào tháp hay trong ống đẩy ω1’: vận tốc nước khi vào bơm
ω2’: vận tốc nước ra khỏi bơm Thực tế: ω2 = ω2’
Trang 46
Áp suất bơm H (mH2O):
H = Ho + hm + P2−P1
ρ.g +
ω1′ 2.g
Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống hút của bơm:
hmh = ∆P
ρ.g
Trong đó: ∆P = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc
∆Pd: Áp suất động lực học cần thiết để tạo tốc độ cho dòng lỏng chảy ra
khỏi ống, ∆Pd=ρ.ωh
2
2
∆Pm: Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi chảy ổn định trong ống thẳng,
∆Pm= λ. L dk. ρ.ωh2 2 ∆Pc: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ, ∆Pc = ξ.ωk 2ρ 2 ∆Ph = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc = ρ.ωh 2 2 + λ.L dk. ρ.ωh2 2 + ξ.ωk 2ρ 2 =ρ.ωh 2 2 (1 + ξ + λ. L dk)
8.1.1.Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống hút
Đường kính ống hút = Đường kính ống dẫn lỏng: dl = 0,23 m Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống hút:
Re = ωh.dh.ρ
μ
Chất lỏng trong ống hút của bơm: ωh = (0,8÷2) (m/s). (Tài liệu tham khảo [2], trang 370, bảng II.2) Chọn ωh = 1,5 (m/s)
Re = 1,5.0,23.1104,1
15.10−3 = 25394,3 > 4000
Dòng chảy ở chế độ chảy rối, hệ số ma sát được tính như sau:
1
√λ = - 2.lg[(6,81
Trang 47
(Tài liệu tham khảo [2], trang 380, công thức II.65) Trong đó
ε: độ nhám tuyệt đối. Chọn vật liệu làm ống là thép nối không hàn ε = 0,08.10-3 (m)
(Tài liệu tham khảo [2], trang 381, Bảng II.15)
Δ: độ nhám tương đối, được xác định theo công thức: Δ = ε
dh =
0,08.10−3
0,23 = 3,48.10
-4
(Tài liệu tham khảo [2], trang 380, II.66) 1
√λ = -2.lg[( 6,81
25394,3)0,9 + 3,48.10−4
3,7 ]⇨λ = 0,0252. Hệ số trở lực cục bộ:
+ Chất lỏng vào ống thẳng, đầu ống hút có lắp lưới chắn đan bằng kim loại: ξ = 1 + ξc
+ Do Re = 25394,3 > 105
+ Chọn F0
Ft = 0,8 ξ0= 0,42; α= 1,0
(Tài liệu tham khảo [2], trang 382, bảng II.16)
+ Với ξc= ξ0.α : Trên ống hút có lớp van 1 chiều theo ⇨ξvan=1,96. + Trở lực của ống lắp dưới chắn đan bằng kim loại là:
(Tài liệu tham khảo [2], trang 399) ξống = ξvan + ξ
= 1,96 + 1 + 0,42.1= 3,38.
Tra tài liệu tham khảo [2], trang 441, bảng II.34 (STT1. Ở nhiệt độ làm việc T = 30oC thì chiều cao hút của bơm ở khoảng 4 m thì đảm bảo khơng xảy ra hiện tượng xâm thực. Tuy nhiên để loại trừ khả năng dao động trong bơm nên giảm chiều ống cao hút khoảng 1 ÷ 1,5m so với giá trị trong bảng II.34.
Vậy chọn chiều cao hút là 3 m.
Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là:
ΔPh = 1104,1 .1,5
2
2 .(1+ 3,38 +0,0252. 3
Trang 48 ⇨ hmh = ΔPh
ρ.g =
5905,98
1104,1.9,81= 0,54 (m)
8.1.2.Xác định tổn thất áp suất do trở lực gây ra trên đường ống đẩy
Chọn ωđ = ωh = 1,5 (m/s), dđ = dh = 0,23 m.
Vật liệu làm thép là thép ống khơng hàn, tính tốn như trên ống hút ta có: + ε = 0,08.10-3 (m)
+ λ= 0,0252 + ξống = 3,38 Trở lực đoạn cong:
+ Theo tài liệu tham khảo [2], trang 393, bảng II.16, đối với thành nhẵn Re > 2.105 thì bỏ qua tổn thất ma sát. ξcong = A.B.C Chọn góc θ = 900 A = 1 R dd = 4 B = 0,11 a b = 1 C= 1 ξcong = 1.0,11.1= 0,11 Hệ số trở lục cục bộ của toàn ống đẩy:
ξ = ξcong + ξống = 0,11 + 3,38 = 3,49
Chọn chiều dài ống đẩy là 10 (m).
Áp lực toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực là: ΔPđ = 1104,1.1,5 2 2 .(1+3,49+0,0252. 10 0,23) = 6938,00 N/m 2 hmđ = ∆Pđ ρ.g = 6693,0 1104,1.9,81= 0,64 (m) hm = hmh + hmđ = 0,54 + 0,64= 1,18 (m) Áp suất bề mặt nước không gian hút:
P1 = 1,013.105- ∆Ph = 101325 – 5848,73 = 95476,27 (N/m2) Áp suất không gian đẩy:
Trang 49
Áp suất toàn phần của bơm:
H = Ho + hm + P2−P1 ρ.g + ω1′ 2.g = 3+ 10 + 1,18 + 8,0569.10 6−95476,27 1104,1.9,81 + 1,52 2.9,81 = 749,34 (N/m2) Công suất bơm:
(Tài liệu tham khảo [2], trang 439)
N = Q.g.H.ρ
103.η , kW
Trong đó:
ρ: Khối lượng riêng của DEG 95%, kg/m3 N: Hiệu suất của bơm, kW
Q: Năng suất của bơm (m3/s)
Q = Vtb = 205,32 (m3/h) = 0,057 m3/s g: Gia tốc trọng trường (m/s2)
H: Áp suất toàn phần của bơm tính bằng mặt cắt cột chất lỏng bơm Hiệu suất của bơm, được tính theo cơng thức sau:
(Tài liệu tham khảo [3] trang 439) η = ηo. ηtl. ηck Trong đó
ηo: Hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và chất lỏng rò rỉ từ các chỗ hở của bơm
ηtl: Hiệu suất thủy lực ηck: Hiệu suất cơ khí
Hiệu suất tồn phần phụ thuộc vào loại bơm và năng suất.
Khi thay đổi chế độ làm việc của bơm thì hiệu suất cũng thay đổi. Đối với bơm ly tâm:
ηo =0,85 ÷0,96 ηtl =0,80 ÷0,85 ηck=0,92 ÷0,96
Trang 50
Chọn: ηo =0,90; ηtl =0,80; ηck=0,95 η = ηo. ηtl. ηck= 0,9.0,80.0,95 = 0,684 Công suất yêu cầu trên trục bơm:
N = 0,057.1104,1.9,81.749,34
1000.0,684 = 676,36 (kW)
8.2.Thiết bị trao đổi nhiệt2
Phân mol của nước trong dòng DEG ra khỏi thiết bị hấp thụ:
Xout = %𝑛𝐻2𝑂 1−%𝑛𝐻2𝑂 0,4326 = %𝑛𝐻2𝑂 1−%𝑛𝐻2𝑂 %nH2O = 0,3 xF = %𝑛𝐻2𝑂 %𝑛𝑑𝑑 = 0.3 xF = 0.3.𝑀𝐻2𝑂 0.3𝑀𝐻2𝑂+0.7.MDEG = 0.3.18 0.3.18+0.7.106 = 0.07 (Kg/Kg). Ta có: log(P) = A – 𝐵
𝑇+𝐶 (Figure 5: Vapor Pressures of Aqueous Diethylene
Glycol Solutions at Various Temperatures trang 15)
Với DEG 93% ta nội suy từ bảng được A = 7,3126088; B = 1679,5188; C = 232,3052, P = 850 mmHg log(P) = A – 𝐵 𝑇+𝐶 (T: ℃) log(850) = 7,3126088 - 1679,5188 𝑇+232,3052 T = 150,87 ℃ tF = 150,87 oC, to = 30 oC ttb = 150,87+30 2 = 90,435 oC 2http://www.meglobal.biz/media/product_guides/MEGlobal_DEG.pdf?fbclid=IwAR0APpTtI mG_W14ob_e79fkBB9SusY8N6FUi_B0c0MaRWV0quD6sP92IjK8
Trang 51
Chọn thiết bị trao đổi nhiệt
Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu là thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống.
Ống truyền nhiệt được làm bằng thép CT3, kích thước ống trong là 100x4 và kích thước ống ngồi là 130x4.
Chất lỏng nhiệt độ cao truyền nhiệt là dòng DEG sau khi ra khỏi tháp nhả hấp thụ, đi trong ống 130x4 (ống ngoài)
+ Đường kính ngồi Dn = 130 mm = 0,130 m + Bề dày ống 𝛿t = 4 mm = 0,004 m
+ Đường kính trong Dtr = 0,122
Dòng nhập liệu đi trong ống 100x4 (ống trong) nhiệt độ đầu t’F = 30 oC và nhiệt độ cuối tF = 150,87 oC.
+ Đường kính ngồi dn = 100 mm = 0,100 m + Bề dày ống 𝛿t = 4 mm = 0,004 m
+ Đường kính trong Dtr = 0,092 m
8.3.Thiết bị phân ly
Chọn thiết bị phân ly có thân hình trụ, nắp elip, đáy elip.
Dịng DEG sau khi phun và hấp thụ từ khí thiên nhiên ẩm đầu vào (CH4, nước), sẽ được đưa qua thiết bị phân ly để tách CH4 ra khỏi dung dịch DEG.
Vì DEG chỉ hấp thụ rất ít CH4 nên việc tách khá đơn giản. Ta có thể chọn kích thước:
+ Đường kính thiết bị phân ly D = 0,25 m + Chiều cao thân: h = 0,5 m
8.4.Thiết bị ngưng tụ nước từ tháp nhả hấp thụ
Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ - ống, đặt nằm ngang. Ống truyền nhiệt làm bằng thép CT3 với các thông số:
+ Đường kính ngồi dn = 25 mm = 0,025 m + Bề dày ống 𝛿t = 2 mm = 0,002 m
+ Đường kính trong dtr = 0,021 m + Chiều dài ống L = 2 m
Trang 52
8.5.Thiết bị đun
Chọn nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy là nồi đun Kettle, ống truyền nhiệt được làm bằng thép CT3, kích thước ống 40x5.
Chọn – hơi đốt là hơi nước, đi trong ống 40x5:
+ Đường kính ngồi dn = 40 mm = 0,040 + Bề dày ống 𝛿t = 5 mm = 0,005 m + Đường kính trong dtr = 0, 030 m
8.6.Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy nhả hấp thụ
Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép CT3, kích thước ống trong là 42x2 và kích thước ống ngoài là 70x2.
Chọn – nước làm lạnh đi trong ống 42x2 (ống trong): + Đường kính ngồi dn = 42 mm = 0,042 m + Bề dày ống 𝛿t = 2 mm = 0,002 m
+ Đường kính trong dtr = 0,038 m Sản phẩm đáy đi trong ống ngoài 70x2:
+ Đường kính ngồi Dn = 70 mm = 0,07 m + Bề dày ống 𝛿t = 2 mm = 0,002 m
+ Đường kính trong Dtt = 0,066 m
8.7.Tháp nhả hấp thụ
Tháp được thiết kế thân hình trụ, đáy và nắp elip, tương tự như tháp hấp thụ, ta chọn vật liệu chế tạo là thép X18H10T.
Nước và DEG có nhiệt độ sơi xa nhau, nên chọn 10 mâm thực tế. Chọn kích thước tháp nhả hấp thụ:
+ Đường kính tháp: d = 700 mm + Chiều cao: h = 6m
+ Bề dày tháp: S = 4 mm + Bề dày đáy, nắp: S = 4 mm
Trang 53
KẾT LUẬN
au khoảng thời gian gần ba tháng thực hiện đồ án môn học “Quá trình thiết bị” với đề tài “Thiết kế hệ thống làm khơ khí thiên nhiên bằng
Dietylene glycol”, mặc dù còn hạn chế về mặt thời gian và gặp nhiều
khó khăn trong việc thu thập tài liệu tham khảo nhưng với sự hướng dẫn của thầy TS. Tạ Đăng Khoa và sự cố gắng của nhóm, nhóm đã hồn thành đồ án mơn học này.
Qua quá trình tìm hiểu về khí thiên nhiên, cũng như về phương pháp làm khơ khí bằng cơ chế hấp thụ, nhóm thấy được tầm quan trọng và tính thực tế của phương pháp. Trong bối cảnh của nền công nghiệp phát triển khơng ngừng thì nguồn khí nguyên liệu nắm vai trị quan trọng và tất yếu. Bên cạnh đó, khí thiên nhiên cịn được sử dụng trong đời sống sinh hoạt hằng ngày. Từ đó, ta thấy rõ sự cần thiết của khí thiên nhiên và tầm quan trọng của giai đoạn chế biến khí thiên nhiên mà ở đây là việc làm khơ khí. Cũng trong q trình thực hiện đồ án đã cho em cái nhìn tổng quan hơn về dây chuyền cơng nghệ cũng như là thiết bị làm khơ khí bằng phương pháp hấp thụ với dung môi là Diethylene Glycol (DEG), cách tìm kiếm, tra cứu, tham khảo và tổng hợp thông tin, tài liệu.
Kết thúc quá trình thực hiện nhóm đã tính tốn được các thơng số kích thước cho thiết bị làm khơ khí bằng dung mơi DEG, cũng như là các thiết bị phụ cần thiết cho quá trình làm khơ khí bằng dung mơi DEG.
Do hạn chế về mặt thời gian, gặp nhiều khó khăn trong việc tìm kiếm, tra cứu tài liệu, cùng với việc thiếu kinh nghiệm trong q trình thực hiện nên những thiếu sót là điều khơng thể tránh khỏi. Kính mong q thầy, cơ góp ý, đưa ra những điểm chưa hồn thiện để nhóm có thể tiếp thu và hồn thiện bản đồ án này hơn.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới quý thầy cơ Bộ mơn Cơng Nghệ Hố Học đã tạo điều kiện để thực hiện bản đồ án này và đặc biệt là thầy hướng dẫn TS. Tạ Đăng Khoa giúp đỡ tận tình cho nhóm để nhóm có thể hồn thành đồ án mơn học này. Nhóm xin chân thành cảm ơn.
Trang 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh: Quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm (tập 3) Truyền khối. NXB Đại học Quốc gia TP HCM.
[2]. Sổ tay quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất (tập 1). NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[3]. Sổ tay quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất (tập 2). NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[4]. Hồ Lê Viên - Thiết kế và tính tốn các chi tiết thiết bị hóa chất – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội 1978.
[5]. Phạm Văn Bơn – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam, “Quá trình và Thiết bị trong Cơng Nghệ Hóa Học - Tập 10: Ví dụ và Bài tập”, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
[6] Nguyễn Thị Minh Hiền, “Cơng nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành”, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội 2002.
[7] Nguyễn Bin, “Các quá trình, thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm” - Tập 1: Các quá trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén”, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[8] Hồng Trọng Quang – Hà Quốc Việt, “Cơng nghệ xử lý khí – làm khơ khí bằng glycol”, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2014.
[9] Nguyễn Vĩnh Khánh, “Cơng nghệ xử lý khí & Hydrat”, NXB Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh 2012.
[10] Trương Văn Chinh, “Vật liệu cơ khí”, NXB Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh 2006.