CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
6. Tính tốn thiết bị phụ
6.2. Tính thiết bị ngưng tụ baromet
6.2.2 Tính thiết bị ngưng tụ
6.2.2.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ
Theo công thức VI.51 Sổ tay tập 2, trang 84:
𝐺𝑛 =𝑊. (𝑖 − 𝐶𝑛. 𝑡2𝑐)
𝐶𝑛. (𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑) (𝑘𝑔/𝑠)
Trong đó:
Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s. W: lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s.
𝑊 = 2000
2000= 1 𝑘𝑔/𝑠
i: nhiệt dung riêng của hơi nước (bảng I.251, trang 314, Sổ tay quá trình và thiết
bị tập 1), I = 2621,4 KJ/kg.
𝑡2𝑐, 𝑡2𝑑: nhiệt độ đầu, cuối của nước làm nguội, lấy 𝑡2𝑑= 30oC.
𝑡2𝑐= 𝑡𝑐− 10 = 71,408 − 10 = 61,408 oC.
𝑡𝑛𝑔: nhiệt độ hơi bão hòa ngưng tụ, oC.
𝐶𝑛: nhiệt dung riêng trung bình của nước, tra theo nhiệt độ trung bình, kJ/kg.k. (trang 311 [1]).
81 𝐶𝑛 = 4,190 𝑘𝐽 𝑘𝑔. 𝑘 𝐺𝑛 =𝑊. (𝑖 − 𝐶𝑛. 𝑡2𝑐) 𝐶𝑛. (𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑) = 1. (2621,4 − 4,190.61,408) 4,190. (61,408 − 30) = 17,96 (𝑘𝑔/𝑠)
6.2.2.2 Thể tích khơng khí và khí khơng ngưng cần hút ra khỏi thiết bị
Lượng khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet được tính theo cơng thức VI.47 Sổ tay tập 2, trang 84:
𝐺𝑘𝑘 = 25. 10−6. (𝐺𝑛 + 𝑊) + 0,01. 𝑊 = 25. 10−6. (17,96 + 1) + 0,01.1
= 0,0104 (𝑘𝑔
𝑠 )
Trong đó:
Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s. W : lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s.
Đổi với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khơ, nhiệt độ khơng khí được tính theo cơng
thức VI.50 Sổ tay tập 2, trang 84:
tkk= t2d + 4 + 0,1.(t2c – t2d) = 30 + 4 + 0,1.(61,408 – 30) = 37,14oC Tra giản đồ khơng khí ẩm :
png = 0,3at = 29419 N/m2: áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ.
ph = 0,0702at : áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ tkk (tra ở Bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt – truyền khối, Bảng 56 trang 45 ).
Thể tích khí khơng ngưng cần hút ra khỏi thiết bị tính theo VI.49 Sổ tay tập 2,trang 84:
𝑉𝑘𝑘 = 288. 𝐺𝑘𝑘. (273 + 𝑡𝑘𝑘)
𝑝𝑛𝑔− 𝑝ℎ =
288.0,0104. (273 + 37,14)
82
6.2.2.3 Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet
Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ
Theo VI.52 Sổ tay tập 2, trang 84, ta có đường kính trong thiết bị ngưng tụ:
𝐷𝑡𝑟 = 1,383. √ 𝑊
𝜌ℎ. 𝜔ℎ
Trong đó:
W: lượng hơi thứ ngưng tụ, W = 1 kg/s.
h: tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ, chọn h = 40 m/s (trang 85, [2]).
h: khối lượng riêng của hơi, tra bảng I.251 trang 314 theo sổ tay tập 2 [2] và nội suy :
ở 0,3 at được h = 0,18 kg/m3. Vậy: 𝐷𝑡𝑟 = 1,383. √ 𝑊 𝜌ℎ. 𝜔ℎ = 1,383. √ 1 0,18.40= 0,515 (𝑚)
Chọn đường kính trong của thiết bị ngưng tụ là 600 mm.
Kích thước tấm ngăn
Thường có dạng viên phân để đảm bảo làm việc tốt
Chiều rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức VI.53 trang 85 [2]. b = 𝐷𝑡𝑟
2 + 50 = 600
2 + 50 = 350 mm
Có nhiều lỗ nhỏ được đúc trên tấm ngăn, nước làm nguội là nước sạch nên đường kính lỗ chọn là 2mm.
Lưu lượng thể tích của nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ:
- Theo Sổ tay tập 2, trang 85, bề dày tấm ngăn (): chọn = 4 mm.
- Theo Sổ tay tập 2, trang 85: chọn nước sơng (ao, hồ) để ngưng tụ hơi thứ thì đường kính lổ d = 5 mm.
83
- Theo Sổ tay tập 2, trang 85, chọn chiều cao gờ tấm ngăn là: 40 mm. Chọn tốc độ tia nước là 0,62 m/s. Mức độ đun nước nóng: 𝑃 = 𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑 𝑡𝑏ℎ − 𝑡2𝑑 = 61,408 − 30 69,7 − 30 = 0,791
Tra bảng VI.7 trang 86, Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2 với d=2mm và P=0,791, suy ra:
- Số ngăn là n= 8
- Số bậc là n= 4
- Khoảng cách giữa các ngăn h= 400mm
- Thời gian rơi qua một bậc t= 0,41s
Trong thực tế, khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó giảm dần.
Vậy khoảng cách hợp lý nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng 50mm cho mỗi ngăn:
- Chọn khoảng cách giữa các ngăn là 400mm (có 8 ngăn)
- Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là 1300mm
- Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đấy thiết bị là 1200mm
- Chiều cao phần gờ của nắp là 50mm
- Chiều cao phần nắp đấy nón là 175mm
- Chiều cao phần nắp ellipse là 125mm Vậy chiều cao cao của thiết bị ngưng tụ là :
HTB ngưng tụ = 400.7 + 1300 + 1200 + 50 + 125 + 175 = 5650mm = 5,65m
Lưu lượng thể tích nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ
- Nhiệt độ trung bình
𝑡𝑡𝑏 =𝑡2đ + 𝑡2𝑐
2 =
30 + 61,408
84
: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 45,7040C.
n = 990,39 kg/m3
Vn = 𝐺𝑛
𝜌𝑛 = 17,96
990,39 = 0,0181 𝑚3/𝑠
Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet.
Theo bảng VI.8 trang 88 [2].
Ký hiệu các kích thước Ký hiệu Kích thước Đường kính trong của thiết bị Dtr 400
Chiều dày của thành thiết bị S 5
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị A 1300 Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến nắp thiết bị P 1200
Bề rộng của tấm ngăn B 500
Khoảng cách giữa tâm của thiết bị ngưng tụ và thiết bị thu hồi
K1 950
K2 835
Chiều cao của hệ thống thiết bị H 5080 Chiều rộng của hệ thống thiết bị T 2350 Đường kính của thiết bị thu hồi D1 500
85
Chiều cao của thiết bị thu hồi h1 (h) 1700 Đường kính của thiết bị thu hồi D2 400 Chiều cao của thiết bị thu hồi h2 1350 Khoảng cách giữa các ngăn
a1 200
a2 260
a3 320
a4 380
a5 440
Đường kính cửa ra và vào
Hơi vào d1 350
Nước vào d2 200
Hổn hợp khí và hơi ra d3 125
Nối với ống Baromet d4 200
Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d5 125 Hỗn hợp khí và hơi ra thiết bị thu hồi d6 80 Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet d7 70
Ống thơng khí d8 25
Đường kính trong ống Baromet (d)
86
Tốc độ của nước lạnh và nước ngưng tụ chảy trong ống baromet thường lấy là ω =0,5:0,6
Theo công thức VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86:
𝑑 = √0,04. (𝐺𝑛+ 𝑊)
𝜋. 𝜔
Trong đó:
W: lượng hơi thứ ngưng tụ, W= 1 kg/s
Gn: lượng nước vào thiết bị ngưng tụ. Gn = 17,96 kg/s
𝜔: tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, m/s,
thường lấy 𝜔 = 0,6 𝑚/𝑠
𝑑 = √0,04.(17,96+1)
𝜋.0,6 = 0,634𝑚
Chọn d = 0,634m
Chiều cao ống baromet
Theo công thức VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86, ta có: H = h1 + h2 + 0,5 m (1)
Trong đó:
h1: chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số trong áp suất khí quyển và trong thiết bị ngưng tụ.
h2: chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục trở lực khi nước chảy trong ống.
• Tính h1:
Theo công thức VI.60 Sổ tay tập 2, trang 87:
ℎ1 = 10,33. 𝑏
760 = 10,33.
(1 − 0,7). 760
87
Trong đó:
b: áp suất chân khơng trong thiết bị, mmHg. (b=0,3at).
• Tính h2:
Theo cơng thức VI.60 Sổ tay tập 2, trang 87:
ℎ2 = 𝜔2
2𝑔. (1 +. 𝐻
𝑑𝑏𝑟+ ∑ 𝝃) , m
Ta lấy hệ số trở lực khi vào ống 𝝃1=0,5 và khi ra khỏi ống 𝜉2 = 1 thì cơng thức VI.60 sẽ có dạng: ℎ2 = 𝜔2 2𝑔. (2,5 +. 𝐻 𝑑𝑏𝑟), m Trong đó: 𝑑𝑏𝑟: đường kính ống baromet, 𝑑𝑏𝑟 = 200𝑚𝑚
: hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống, (W/m.độ)
H: chiều cao tổng cộng trong ống baromet, m g= 9,81 m/s2
𝜔: tốc độ nước chảy trong ống
Chuẩn số Re:
Theo CT II.58 Sổ tay tập 1, trang 377:
𝑅𝑒 = 𝜔. 𝑑𝑏𝑟. 𝜌
𝜇 =
0,6.0,2.988,28
0,55. 10−3 = 215624,72 > 104
Dòng nước trong ống baromet ở chế độ chảy xốy Trong đó:
: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 45,7040C.
n = 991,54 kg/m3
µ: độ nhớt động lực nước lấy ở nhiệt độ trung bình 45,7040C
88
Regh được tính theo cơng thức II.60 trang 378, Sổ tay q trình và thiết bị tập 1
𝑅𝑒𝑔ℎ = 6. (𝑑 ) 8 7 = 6. ( 0,25 0,0002) 8 7 = 20771,94
Ren được tính theo cơng thức II.62 trang 379, Sổ tay q trình và thiết bị tập 1
𝑅𝑒𝑛 = 220. (𝑑
)
9
8 = 220. ( 0,25
0,2. 10−3)98 = 670573,59
Regh < Re < Ren (khu vực quá độ).
➢ Hệ số ma sát λ theo công thức II.64 trang 380 [1]
𝜆 = 0,1. (1,46. 𝑑 + 100 𝑅𝑒 ) 0,25 = 0,1. (1,46.0,2. 10 −3 0,25 + 100 215624,72) 0,25 = 0,0200( 𝑊 𝑚. độ) ℎ2 = 0,62 2.9,81. (2,5 + 0,020. 𝐻 0,2) = 0,0459 + 1,84. 10−3. 𝐻
Mà ta có chiều cao ống baromet H = h1 + h2 + 0,5
H = 3,1 + 0,62
2.9,81. (2,5 + 0,0201. 𝐻
0,2) + 0,5 = 3,1 + 1,84. 10−3. 𝐻
Giải phương trình ta được : H = 3,606m Chiều cao của thiết bị :
H thiết bị = H TB ngưng tụ + H ống baromet = 5,65 + 3,606 = 9,256m