CHƯƠNG IV : TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
4.3 Tính toán và chọn bơm
4.3.2 Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị ngưng tụ
Chọn bơm ly tâm 1 guồng để bơm nước lạnh lên thiết bị ngưng tụ, ta chọn chiều cao ống hút và ống đẩy của bơm là: Ho= 15 (m).
Chiều dài tồn bộ đường ống là: 20 (m). Đường kính ống hút và đẩy:
d = = (chọn ω = 2m/s)
Chọn đường kính trong của ống dẫn bằng 0,12 m. Cơng suất hiệu dụng của bơm được tính theo cơng thức sau:
N= Q.H.ρ
.g(KW ) (Công thức II.189, trang 439, [1]) 1000.η
Với: ρ: khối lượng riêng của nước ở 25(oC).=997,08
Q: năng suất của bơm m3/s).
Q = 14,247997,08 = 0,0143(m3 / s)
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
H: áp suất toàn phần (áp suất cần thiết để chất lỏng chảy trong ống)
η : hiệu suất của bơm, chọn η =0,85 (Tra bảng II.32, [1]/ 439) H = Hm + Ho+ Hc (m). (Cơng thức II.185, trang 438, [1])
Trong đó:
Hm : trở lực thủy lực trong mạng ống.
Hc : chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy và đầu ống hút.
Ho : tổng chiều dài hình học mà chất lỏng được đưa lên ( gồm chiều cao hút và chiều cao đẩy )
Tính H m :
= λ. H 1 H 2= Khi đó : Hm Với:
l: chiều dài tồn bộ ống, l = 20(m).
d: đường kính trong của ống, d = 0,12(m). ω : tốc độ của nước trong ống, ω = 2(m/s)
λ : hệ số ma sát
∑ξ : hệ số trở lực chung.
Hệ số ma sát được xác định qua chế độ chảy Re: Re =
Với:
µ : độ nhớt của nước ở 25(oC)
µ =0,890.10-3(N.s/m2) ( Tra bảng I.102, trang 94, [1])
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
→ Re =
Nên trong ống có chế độ chảy xốy, nên ta dùng cơng thức sau để tính hệ số ma sát:
Hệ số ma sát được xác định:
(Công thức II.65, trang 380, [1])
Với:
∆ là độ nhám tương đối được xác định theo cơng thức sau:
= ε
dtd
Trong đó:
d tđ : đường kính tương đối của ống(m) ε : độ nhám tuyệt đối, ε = 0,1(mm) ∆ = 0,1.10−3 = 0,830.10−3
0,12
0,020
1 (W/m.độ)
Tổng trở lực được xác định theo bảng II.16,STQTTB, trang 382, sổ tay quá trình và thiết bị tập 1:
cửa vào= 0,5 (Bảng N010) cửa ra= 1 (Bảng N010) Co 900
= 0,38 (6 khuỷu) (Bảng N029) van tiêu chuẩn= 4,4(Bảng N037)
ξ van một chiều= 6,84 (Bảng N047)
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt Vậy: H m = 0,02
Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy và đầu ống hút:
Với:P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy.
=
H
c
Áp suất toàn phần của bơm là:
H = 3,745 + 15,02 + (- 9,026) = 9,739(m) Công suất của bơm:
N =
Công suất của động cơ điện:
N
Người ta thường lấy động cơ có cơng suất lớn hơn cơng suất tính tốn để tránh hiện tượng q tải. Vì Ndc nằm trong khoảng 1 −5 (KW) nên tra bảng II.33, trang 440, sổ tay quá trình và thiết bi tập 1, chọn hệ số dự trữ β =1,3
Nên : Ndc = βNêc =1,3.1,77 = 2,2854(KW )
4.3.3. Bơm dung dịch từ nồi 3 vào nồi 2
Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 4 (m). Cơng suất của bơm được tính theo cơng thức:
n = H .Q.ρ.g
1000.η Với: η : hiệu suất của bơm, chọn η = 0,85
: khối lượng riêng của dung dịch có C = 19,725%; t = 63,03(oC)
ρ = 870,23(kg/m3) (Tra bảng I.21, trang 58, [1]) = 0,242.10-3 (N.s/m2)
Q : năng suất của bơm (m3/s) SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
G: lưu lượng bơm (Kg/s)
H : áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động trong ống H= Hm+ Hc+Ho
Với: Hm: trở lực trong mạng ống
Hc: chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy, đầu ống hút Ho: chiều cao ống hút và đẩy, chọn: Ho=15(m)
Tính Q:
Q =
Với: Gd là lượng dung dịch đầu (kg/s)
Q =
Đường kính ống hút và ống đẩy:
d = 0,048(m) (chọn ω = 1m/s)
Chọn đường kính ống hút và đẩy dung dịch lên thùng cao vị d = 50(mm) Vậy vận tốc thực là 0,915 m/s
Tính Hm:
Hm
Hệ số ma sát được tính qua chế độ chảy Re:
→ Re =
(W/m.độ)
Với:
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
= ε = 0,1.10−3 = 0,002
d0,06
Tổng trở lực: tra theo bảng II.16, trang 382, sổ tay quá trình và thiết bị tập 1; ta có:
∑ξ cửa vào= 0,5 (Bảng N010)
∑ξ cửa ra= 1 (Bảng N010)
ξ Co 900= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng N034)
ξ van tiêu chuẩn= 4,45 (Bảng N037) ξ chắn= 0,5 (Bảng N047) → ∑ ξ = 0,5 +1+3.0,38 + 4,45 Vậy: H m H = c
Áp suất toàn phần của bơm:
H= 0,65 + 11,53 +8 = 23,091(m). Công suất của bơm:
N =
1000.0,85 Công suất của động cơ điện:
N (KW)
Người ta thường lấy động cơ có cơng suất lớn hơn cơng suất tính tốn để tránh hiện tượng q tải. Vì Ndc <1KW (tra bảngII.33, [1]/ 440) chọn hệ số dự trữ β = 1,7
Suy ra: N =1,7.0,573 = 0,0153(KW )
4.3.4 Bơm dung dịch từ nồi 2 vào nồi 1
Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 4 (m). Cơng suất của bơm được tính theo cơng thức:
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
n = H .Q.ρ.g
Với: η : hiệu suất của bơm, chọn η = 0,85
ρ : khối lượng riêng của dung dịch có C = 20,706%; t = 96,9( ρ = 901,45(kg/m3)
µ = 0,377.10-3 (N.s/m2)
Q : năng suất của bơm (m3/s) G: lưu lượng bơm (Kg/s)
H : áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động trong ống H= Hm+ Hc+Ho
Với: Hm: trở lực trong mạng ống
Hc: chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy, đầu ống hút Ho: chiều cao ống hút và đẩy, chọn: Ho=15(m)
Tính Q:
Với: Gd là lượng dung dịch đầu (kg/s)
Q =
901,45.3600 Đường kính ống hút và ống đẩy:
d = 0,041(m) (chọn ω = 1m/s)
Chọn đường kính ống hút và đẩy dung dịch lên thùng cao vị d = 50 (mm) Vậy vận tốc thực là 0,98 m/s
Tính Hm:
Hệ số ma sát được tính qua chế độ chảy Re:
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
→ Re =
Có chế độ chảy xốy, suy ra:
(W/m.độ)
Với:
= ε = 0,1.10−3 = 2.10−3
d0,05
Tổng trở lực: theo bảng II.16, trang 382, sổ tay quá trình và thiết bị tập 1; ta có:
∑ξ cửa vào= 0,5 (Bảng N010)
∑ξ cửa ra= 1 (Bảng N010)
ξ Co 900= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng N034) ξ van tiêu chuẩn= 4,45 (Bảng N037) ξ chắn= 0,5 (Bảng N047) → ∑ ξ = 0,5 +1+3.0,38 + 4,45 Vậy: H m = 0,025
= p H c H c=
Áp suất toàn phần của bơm: H= 0,79+ 11,09 +8 = 19,88(m). Công suất của bơm:
N =
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
Công suất của động cơ điện:
N (KW)
Người ta thường lấy động cơ có cơng suất lớn hơn cơng suất tính tốn để tránh hiện tượng q tải. Vì Ndc <1KW (tra bảngII.33, [1]/ 440) chọn hệ số dự trữ β = 1,7
Suy ra: N =1,7.0,39 = 0,66(KW )
4.3.5 Bơm dung dịch từ nồi thiết bị gia vào bể chứa sản phẩm
Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 1 (m). Chiều dài của ống là 10 (m)
Cơng suất của bơm được tính theo cơng thức:
n = H.Q.g.ρ
Với: η
ρ ρ
: hiệu suất của bơm, chọn η
: khối lượng riêng của dung dịch có C = 46 %; t = 124,92(oC) = 962,14(kg/m3)
Q : năng suất của bơm (m3/s) G: lưu lượng bơm (Kg/s)
H : áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động trong ống H= Hm+ Hc+Ho
Với: Hm: trở lực trong mạng ống
Hc: chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy, đầu ống hút Ho: chiều cao ống hút và đẩy, chọn: Ho=1 (m)
Tính Hm
H = λ l + ∑ξ ω 2 ( m).
m
d 2.g
Chọn đường kính ống hút và đẩy dung dịch d = 50 (mm)
ω =
µdd = 0,252.10-3(N.s/m2) SVTH: Đặng Thái Ân
1000.η
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
Hệ số ma sát được tính qua chế độ chảy Re:
→ Re =
Có chế độ chảy xốy, suy ra:
Với: = ε = 0,1.10−3 = 2.10−3 d0,05 Tổng trở lực: theo bảng II.16,STQTTB,T1/Trang 382; ta có: ∑ξ cửa vào= 0,5 (Bảng N010) ∑ξ cửa ra= 1 (Bảng N010) ξ Co 900= 0,38 (3 cái) (Bảng N029) ξ van tiêu chuẩn= 4,1 (Bảng N037) ξ van một chiều= 11,43 (Bảng N047) ∑ξ = 0,5 +1+3.0,38 + 4,1+11,43 =18,17 Vậy: = H m 0,026 Tính Hc: H = c 2 ρg
P1: áp suất đầu ống hút, P1=0.258(at) (bỏ qua áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong ống truyền nhiệt).
P2: áp suất cuối ống đẩy, P2=1at
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
=
p H
c
Áp suất toàn phần của bơm: H= 1+ 0,51 + 6,91 = 10,633 (m). Công suất của bơm:
N =
Công suất của động cơ điện:
N =
dc
η
Người ta thường lấy động cơ có cơng suất lớn hơn cơng suất tính tốn để tránh hiện tượng q tải. Vì Ndc
=1,7.
Suy ra: N =1,7.0,127 = 0,245(KW )
4.4. Thiết bị gia nhiệt4.4.1 Mục đích: 4.4.1 Mục đích:
Mục đích của q trình gia nhiệt ở thiết bị gia nhiệt đó là nâng nhiệt độ dung dịch nước mía lên đến điểm sơi trước khi vào hệ thống cơ đặc. Khi vào thiết bị cơ đặc thì dung dịch nước mía sơi và bốc hơi ngay nên rút ngắn được thời gian cô đặc và không phải mất thêm nhiệt lượng cho việc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
4.4.2 Cân bằng nhiệt lượng:
Thơng số các dịng: Dung dịch NaNO3: Nồng độ: Nhiệt độ đầu: tlv=25 0 C Nhiệt độ cuối: Hơi đốt: Áp suất:
Cân bằng năng lượng:
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
Trong đó:
Gv, Gr: lưu lượng dung dịch vào và ra khỏi thiết bị gia nhiệt(kg/h)
Cv, Cr: nhiệt dung riêng của dung dịch trước và sau khi gia nhiệt (J/kg.độ) tv, tr: nhiệt độ dung dịch trước và sau khi gia nhiệt(0C)
Gh, Gng: lượng hơi vào gia nhiệt và nước ngưng thoát ra(kg/h) ihv, ing: nhiệt lượng của hơi đốt và ngước ngưng(J/kg)
Qtt: nhiệt lượng tổn thất(J)
Giả sử khơng có hiện tượng q lạnh nước ngưng, tức nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt, khi đó: ihd −ing=r là ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt.
Vì Gv=Gr, Ghd=Gng nên phương trình cân bằng nhiệt lượng trở thành: Ghvr = Gv(Crtr −Cvtv) + Qtt
Giả thiết Qtt=0.5Ghvr
Khi đó lượng hơi đốt cần cung cấp cho thiết bị gia nhiệt:
G
hv
Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi gia nhiệt:
Cν = 4186.(1 − 0,14) = 3599,960 (J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi gia nhiệt: Cr=4195,426(J/kg.độ)
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
CHƯƠNG V: TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊBảng 4- 1 Tính giá thành thiết bị Bảng 4- 1 Tính giá thành thiết bị Tên thiết bị Thiết bị chính: Thiết bị chính khơng tính ống Ống truyền nhiệt và THTT Các ống dẫn: Nhập liệu Ф50 Tháo liệu Ф25 Hơi thứ Ф300 SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
Hơi đốt Ф200
Nước cấp thiết bị ngưng tụ Ф100 Xả khí và nước ngưng Ф25
Thiết bị phụ:
Bơm nước Bơm hút chân không
Bơm ly tâm Thiết bị Baromet Thiết bị gia nhiệt Bộ phận tách lỏng Kính quan sát Vật liệu cách nhiệt Van khóa Van 1 chiều SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt Tai treo Áp kế Lưu lượng kế Nhiệt kế Bẫy hơi Tổng cộng
Gia công đơn giản nên tiền công chế tạo lấy bằng 20% tiền vật tư Vậy tổng giá thành thiết bị là 531.250.608 đồng.
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện đồ án, ta rút ra được các nhận xét sau:
Hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều khi vận hành sẽ tiết kiệm được hơi đốt do tận dụng được lượng hơi thứ của nồi trước cấp nhiệt cho nồi sau
Hệ thống thích với việc cơ đặc được các dung dịch vơ cơ khơng biến tính vì nhiệt trong khoảng nhiệt độ làm việc, cô đặc được đến nồng độ cao hơn so với hệ xuôi chiều.
Tuy nhiên do hệ thống cô đặc ngược chiều được nhập liệu từ nồi thứ III và hơi đốt được đưa vào nồi I, do áp suất nồi II nhỏ hơn nồi I, nồi III nhỏ hơn nồi II nên khi đưa sản phẩm từ nồi III sang nồi II, nồi II sang nồi I, ta cần phải dùng bơm để vận chuyển dung dịch.
Khi thiết kế ta nên thiết kế sao cho có sự đồng bộ giữa 3 thiết bị cô đặc, nhằm tạo sự thuận tiện khi thay thế sửa chữa.
Thiết bị có cấu tạo đơn giản, hoạt động ổn định, nên ta có thể thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống thiết bị.
Bên cạnh đó, với thiết bị có ống tuần hồn trung tâm, chiều cao buồng đốt không quá lớn sẽ dễ dàng cho việc đối lưu tự nhiên của dung dịch.
SVTH: Đặng Thái Ân
GVHD: ThS. Thiều Quang Quốc Việt
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả
1. TS Trần Xoa, TS nguyễn Trọng Khuôn, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ cơng nghệ hóa chất – tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà nội.
1. TS Trần Xoa, PgsTS nguyễn Trọng Khuôn, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay quá trình thiết bị cơng nghệ cơng nghệ hóa chất – tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà nội.
3. TS Phạm Xuân Toản, quá trình và cơng nghệ hóa chất – tập 3, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà nội.
4. Phạm Văn Bơn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ, “ Quá trình & Thiết bị CNHH – Tập 5 – Quá trình và Thiết bị Truyền nhiệt”, NXB Đại Học Quốc gia TpHCM, 9/2004, 424 tr.
5. Phạm Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế hóa chất và thực phẩm”, Bộ Giáo dục và Đào tạo, 1992, 275 tr.
6. Phạm Văn Bơn, “Q trình & Thiết bị CNHH – Bài tập Truyền nhiệt”, Trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 9/2004, 52 tr.
7. Nhiều tác giả, “Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hố chất tập I”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 10/2005, 632 tr.
8. Nhiều tác giả, “Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hố chất tập II”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 10/2005, 448 tr.
9. Hồ Lệ Viên, “Thiết kế và tính tốn các chi tiết thiết bị hố chất”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Quí III/2006, 240 tr.
10. Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình & Thiết bị CNHH – Tập 1 – Quyển 2 – Phân riêng bằng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén”, NXB Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 242 tr.
SVTH: Đặng Thái Ân