Khối lượng và tải trọng các bộ phận thiết bị

1.3 .7Tính tai treo chân đỡ

2.3.7.7 Khối lượng và tải trọng các bộ phận thiết bị

Chọn vật liệu là thép không gỉ, mã hiệu OX18H10T, ρ = 7900 kg/m3 theo bảng XII.7, (trang 313, [6]).

Thiết bị Khối lượng (kg) Tải trọng (N) Buồng bốc 349.7 3430.7 Buồng đốt 200 1960 Nắp 158 1550 Đáy 260.7 2557,4 Ống tuần hoàn 111.9 1097.7 Ống dẫn nhiệt 255.3 2504.5 Dung dịch 1383.4 13571.15 Bích 87.82 861.51 Vỉ 70.86 695.15 Tổng 2877 28223.17 Chọn c h ân đỡ t ai treo: Dự phòng chọn tải trọng là 4.104 N Chọn vật liệu là thép OX18H10T Chọn thiết bị gồm 4 trai treo Tải trọng ở mỗi tai treo là 1.104 N

Tra bảng XIII.36, Sổ tay tập 2, trang 438 ta có các kích thước tai treo

Bảng 10. Bảng số liệu kích thước của tai treo

Tên gọi Tải trọng cho phép G.10-4 (N) Bề mặt đỡ F.104 (m2) Tải trọng cho phép lên F q.10-6 (N/m2) L B B1 H S l a d Khối lượng một tai treo (kg) mm Tai 1.0 89.5 1.12 110 85 90 170 8 45 15 23 2,0

treo 1 Tai treo 2 1.0 89.5 1.12 110 85 90 170 8 45 15 23 2.0 Tai treo 3 1.0 89.5 1.12 110 85 90 170 8 45 15 23 2.0 Tai treo 4 1.0 89.5 1.12 110 85 90 170 8 45 15 23 2.0

Chương 5: Tính tốn thiết bị phụ 1. Thiết bị ngưng tụ Baromet 1.1. Lượng nước lạnh vào

Theo công thức VI.51, (trang 84, [6]):

Gn=W .(i−Cn.t2c)

Cn.(t2c−t2đ) =

0.22x(2650−4.185x86,25)

4.185x(86.25−30) =2.14(kg/s) (5.1)

Trong đó:

 Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s

 W: lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ, W= 800/3600= 0.22 kg/s (5.2)  i : nhiệt lượng riêng ( hàm nhiệt) của hơi ngưng. i = 2650 Kj/kg (bảng 57, [10])  t2đ,t2c : nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh.

t2đ= 300C, t2C = tng -5= 91.2 - 5 = 86.520C (Với tng= 91.20C - nhiệt độ hơi bão hòa ngưng tụ) (5.3)  Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, Cn = 4185.248 J/kg.K = 4.185 J/kg.K

1.2. Thể tích khơng khí và khí khơng ngưng cần hút ra khỏi thiết

Lượng khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ Baromet được tính theo cơng thức VI.47, (trang 84, [6]):

Gkk=25.10−6x(W+Gn)+0.01xW

¿25.10−6x(0.22+2.14)+0.01x0.22=2.26x10−3¿) (5.4) Trong đó:

 W: Lượng hơi thứ đi vào thiết bị (kg/s).  Gn : lượng nước lạnh tưới vào thiết bị (kg/s)

Thể tích khí khơng ngưng cần hút ra khỏi thiết bị tính theo cơng thức VI.49 (trang 84, [6]):

Vkk=288x Gkkx(273+tkk)

png−ph (5.5) Theo cơng thức VI.50, (trang 84,[6]), ta có :

tkk = t2đ+4+0.1 x (t2c−t2đ) = 30 + 4 + 0.1 x (86.52 - 30) = 39.650C≈ 400C (5.6)

png: 0.4 = 39240N/m2 - áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ.

ph: 0.0752 at = 7377 N/m2 - áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở tkk. => Vkk=288x2.2639240−7377.10−3(273+40)=0.0064m3/s (5.7)

1.3. Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

Đường kính trong của thiết bị:

Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, theo công thức VI.52, (trang 84, [6]):

Dtr=1.383x√ W

ρh. ωh (5.8) Trong đó:

 W= 0.22 kg/s

 ρh: khối lượng riêng của hơi theo bảng 57 (trang 443, 444 , [10]), ở áp suất 0.4 at,

ρh=0.2456 kg/m3

 Chọn vận tốc hơi ωh= 30 m/s

Dtr(¿)=1.383x√ 0.22

0.2456x30=0.172(m)=172mm (5.9)

Chọn đường kính trong thiết bị ngưng tụ Baromet là 200 mm. Kích thước tấm ngăn:

Thường có dạng viên phân để làm việc tốt

- Theo VI.53, trang 85, chiều rộng tấm ngăn (b):

b = Dtr/2 +50 = 200/2 +50 = 150 mm (5.10) - Theo trang 85, bề dày tấm ngăn (δ) : chọn δ = 4 mm

- Theo trang 85,, chọn nước sông (ao, hồ) để ngưng tụ hơi thứ thì chọn đường kính lỗ d= 5 mm.

- Theo trang 85, chọn chiều cao gờ tấm ngăn là 40 mm, chọn tốc độ tia nước là 0.62 m/s [6].

Đường kính trong của ống baromet (dbr) Theo cơng thức VI.58 (trang 86, [6]), ta có : Chọn ω = 0.6 m/s

dbr=√0,04x(Gn+W)

π x ω =√0.04.(2.14+0.22)

π x0.6 =0.22m (5.11) Chiều cao ống Baromet (H):

H=h1+h2+0.5m (5.12) 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. Theo công thức VI.59, (trang 86, [6]):

h1=10.33x b760=10.33x0,6760x760=6.2m (5.13) b= 0.6 at: áp suất chân không trong thiết bị.

 h2: chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục trở lực khi nước chảy

trong ống.

Theo công thức VI.60, (trang 87, [6]) :

h2=¿ (5.14) Chọn trở lực khi vào ống ε1= 0.5 và ra khỏi ống ε2 = 1.

Thì h2=2ωg2 x(2.5+λ . Hdbr) (5.15) Trong đó:

 ω: tốc độ chảy trong ống.  dbr: đường kính ống baromet.

 λ:hệ số trở lựcdo masát

 H : chiều cao tổng cộng trong ống baromet. Chuẩn số Re:

Theo công thức II.58, Trang 377, [9]:

ℜ=ω xdbrx ρ

μ =0.60,57252x0.22xx989,0610−3 =228037.31>104 (5.16) Trong đó:

 ρ: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 47.60C theo bảng I.5 (trang 12, [9])

 dbr: đường kính ống baromet, m

 μ: độ nhớt động lực của nước.

Chọn ống thép nên độ nhám ε= 0.2 mm

Như vậy, dòng nước trong ống baromet ở chế độ chảy xốy, hệ số ma sát được tính theo cơng thức II.65,(trang 380, [9]):

1 √λ=−2lg[(6.81 ℜ )0,9 + ∆ 3.7]=−2lg[( 6.81 228037.31)0,9 +9.52x10−4 3.7 ]=6.96 (5.17) Với : ∆=dε br=0.20.22x10−3=9.09x10−4:độ nhám tương đối (5.18) λ = 0.021 (W/m.độ)  h2=2ωg2(2.5+λ. Hdbr) h2=2x0.69.812 x(2.5+0.021x H0.22)=0.046+1.751x10−3H (5.19) H = h1 + h2 + 0.5 = 6.2 + 0.046 +1.751 x 10-3 x H + 0.5 H = 6.76 m.

Bảng 11. Những thông số cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet

Tên thơng số Kích thước Đơn vị

Lượng nước lạnh vào (Gn) Lượng khơng khí hút ra (Gkk)

Thể tích khơng khí ngưng cần hút ra (Vkk) Đường kính trong của thiết bị (Dtr)

2.14 kg/s 2.26 x 10-3 kg/s 0.0064 m3/s 0.2 m Kích thước tấm ngăn Chiều rộng (b) 150 mm Bề dày (δ) 4 mm Đường kính lỗ (d) 5 mm Chiều cao gờ (h) 40 mm

Đường kính trong của ống baromet (dbr) 0.22 m

Chiều cao ống baromet (h) 7 m

2. Tính tốn và chọn bơm chân khơng 2.1. Công suất bơm

Bơm là máy thủy lực dùng để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng. Các đại lượng đặc trưng của bơm là năng suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao và hệ số quay nhanh.

Công suất của bơm chân không là:

N= 1 nCKx103. mm−1x pkkx Vkkx[(p2 p1)m−1 m −1] [8] (5.20) Trong đó:  nCK: hệ số hiệu chỉnh. nCK=0.8  m : chỉ số đa biến, m=1.65  p1: áp suất khí lúc hút.

 pkk: áp suất khơng khí trong thiết bị ngưng tụ

pkk=p1=png−ph=0.4−0.0752=0.3248at=31862.88N/m2 (5.21) Suy ra công suất của bơm chân không là :

N= 1 0.8x103x 1.65 1.65−1x31862.88x0.0064.[( 1 0.2067)1.65−1 1.65 −1] = 0.56 (kW) [6] (5.22)

2.2 Cơng suất động cơ điện

Ndc= N

ηt× ηdc× β [6] (5.23) Trong đó:

 β: hệ số dữ trữ công suất, β=1.12

 ηt: hiệu suất truyền động, ηt=0.96

 ηt: hiệu suất động cơ, ηt=0.95

¿>Ndc=0.960.56×0.95×1.12=0.69kW (5.24)

2.3. Chọn bơm chân không

Dùng bơm chân khơng khơng cần dầu bơi trơn, có thể hút khơng khí, hơi nước. Chọn bơm chân khơng vịng nước hai cấp HWVP. Có các thơng số khác như sau:

 Kiểu HWVP – 2.

 Độ chân không: 30 ~ 150 Torr.  Lưu lượng từ 450 ~ 28000 lít / phút.  Công suất động cơ 0,5 ~ 75 kW.

 Vật liệu cánh, trục bơm được làm từ thép không gỉ 304 hoặc 316 giảm đáng kể sự ăn mòn các chất acid lẫn mơi trường khơng khí và nước.

3.1. Lưu lượng của bơm (Q)

Lưu lượng của bơm (Q):

Q=Gn

❑=997.082.14 =2.164x10−3 (m3/s)[8] (5.24) Với:

 Gn – lượng nước vào TBNT, Gn = 2.14 kg/s .

 ρ - khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 25oC  = 997.08 kg /m3 (trang 11, [9])

3.2. Tính tốn cột áp bơm (H)

Theo phượng trình Bernoulli, CT 2.1:

H=P2−P1

ρg +Ho+∆ H [10] (5.25) Trong đó:

 Ho – chiều cao hình học để nâng nước lên.  P1, P2 – áp suất ở đầu hút, đầu đẩy.

 P1 = 1 at, P2 = Pc = 0.4 at .

 ΔH – cột áp khắc phục trở lực trên đường ống hút và đẩy.   - khối lượng riêng nước,  = 997.08 kg/m3.

 g = 9.81 m/s2.

d - đường kính ống hút, d= √ 4xGn

π x x ω=√ 4x2.14

π x997.08x3=0.03m (5.26)

Ho: chiều cao đưa chất lỏng lên tháp, Ho = Hh + Hd = 5 + 7 = 12m

Tra bảng II.31- p439 [8] ta có chiều cao hút của bơm là Hh= 5m; chiều cao đẩy bằng chiều cao ống baromet, Hd= 7 m.

chọn ω=3m/s

chọn đường kính của ống dẫn bằng 30mm

∆ H=(λ× l d+∑ξ)× ω 2 2× g (5.27) Vận tốc thực của nước: ω= Gn 0.785x xd2= 2x14 0.785x997.08x0,032=3.04m/s (5.28) Chuẩn số Reynolds: ℜ=ρ× ω1×d μ =997.080.8937x0.03x10x−33.04=10174.97 (5.29)

Trong đó  - độ nhớt của nước ở nhiệt độ vào 25oC,  = 0.8937 x 10-3 Ns/m2 theo bảng I.102 (trang 94 [9])

Re > 4000, chế độ chảy xoáy.

Chọn ống thép OX25H10T là ống hàn trong điều kiện ăn mịn ít, tra bảng II.15 (trang 381, [6]) ta có: ε = 0.2mm.

Chuẩn số Reynolds giới hạn:

ℜgh=6.(d ϵ) 8/7 =6x(30 0.2) 8/7 =1841.25 (5.30)

Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:

ℜn=220.(d ϵ) 9/8 =220.(30 0,2) 9/8 =61734.13 (5.31)

Ta có Regh < Re< Ren nằm trong khu vực nhám. Tra bảng II.14 (trang 379, [6]), ta có: λ=¿0,04

Bảng 11. Các hệ số trở lực

Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng

Đầu vào ξv 0.45 1

Đầu ra ξr 1 1

Khuỷu 90o ξkhuỷu 1 2

Van 1 chiều 1.3 1 ∑ξ = 0.45 + 1 x 1 + 1 x 2 + 0.5 + 1.3= 5.25 (5.32) ∆ H=(λ× ld+∑ξ)× ω2× g2 =(0.04×0.0320 +5.25)×23.04x9.812 =15m (5.33) H=P2−P1 ρg +Ho+∆ H=(0,4−1)x9.81x104 997.08x9.81 +12+15=21m (5.34)

3.3. Công suất của bơm (Nb1)

Dùng bơm piton để bơm nước vào thiết bị, công suất yêu cầu trên trục bơm:

N=Q × ρ × g× H1000×η (5.35) Trong đó:

 Q – lưu lượng bơm, m3/s.  H – cột áp bơm, m.

  - khối lượng riêng của chất lỏng,  = 997.08 kg/m3.  g = 9.81 m/s2.

  - hiệu suất của bơm, chọn = 0.75.

N=Q × ρ × g× H

1000×η =2.164x10

−3×997.08×9,81×21

1000×0,75 =0.59kW (5.36)

3.4. Cơng suất động cơ điện

Nđc= N

ηt× ηđc× β=0.960.59×0.95×1.12=0,72kW (5.37)

Trong đó:

 β: hệ số dữ trữ công suất, β=1.12

 ηt: hiệu suất truyền động, ηt=0.96

3. Bơm nhập liệu

4.1. Lưu lượng bơm (Q)

Gđ = 1000 kg/h  = 1019.65 kg/m3

V=Gđ

❑=1019.651000 = 0.98 m3 (5.38)

Nhập liệu 0.98 m3 dung dịch mía đường trong 10 phút nên:

Q=❑V=10.600.98 =1.63x10−3m3/s (5.39)

Trong đó:

 V – thể tích dung dịch nhập liệu, m3   - thời gian nhập liệu cho 0.98 m3

4.2. Cột áp bơm (H)4.2.1. Tính Ho 4.2.1. Tính Ho

Chọn Ho = 4 m (chiều cao nhập liệu).

4.2.2. Tính hhút

- Tính 

 - hệ số trở lực do ma sát khi chảy trong ống,  = f(Re).

ℜ=ρ x ω1xd μ =1019.650.343x0.88x10x−30.056=146496.65 (5.40) Chọn độ nhám ống thép là ε =0,2 mm . ℜgh=6x(dε)8/7=6x(0.256)8/7=3757. (5.41) ℜn=220x(dϵ)9/8=220x(0.256 )9/8=124588. (5.42) Do Re > Ren nên

λ= 0.11 x (ϵd)0.25 = 0.11 x ¿. (5.43)  Tính hhút hhút=ω1 2 2g¿(5.44) Trong đó: 1 – vận tốc nước trong ống hút ω1=4x Q π x d2=4x2.164x10−3 π x0,0562 =0.88m/s (5.45) Trong đó:  g = 9.81 m/s2.  l1 – chiều dài ống hút, chọn l1 = 1m .

 Σξ - tổng hệ số trở lực đầu hút, chọn đầu hút có van và lưới lọc thìΣξ = 7

 - khối lượng riêng của dung dịch đường  = 1019.65 kg/m3

 - độ nhớt của dung dịch nước cam ở 25oC,  = 0.343 x 10-3 ns/m2

4.2.3. Tính hđẩy

 Tính hđẩy hđẩy= ω22

2.g¿ (5.46)

Trong đó:

Chọn ống có các kích thước đặc trưng giống ống hút thì  d = 0.056 m ; ε = 0.2 mm .

 l2 - chiều dài ống đẩy, l2 = 5 m

 Σξ - tổng hệ số trở lực đầu đẩy, chọn đầu đẩy có 1 khuỷu 90o thì Σξ = 0.9.

 2 – vận tốc nước trong ống đẩy, 2 = 1

 Λ - hệ số ma sát trên đường ống, do các yếu tố không đổi nên λ = 0.015

ΔH = hhút + hđẩy =0.85 + 0.37 = 1.22 m.

Theo phương trình Bernoulli, cơng thức 2.1, ta có:

H=P2−P1

ρg +H0+∆ H=¿ 0 + 4 + 1.22 = 5.22 [10] [5.47] Trong đó:

 Ho – chiều cao hình học .

 P1, P2 – áp suất ở đầu hút và đầu đẩy .

 P1 = 1 at, P2 = 1 at (do ban đầu đã tạo chân không).

 ΔH – cột áp khắc phục trở lực trên đường ống hút và đẩy .

4.3. Cơng suất bơm (Nb2)

Ta có: Nb2=Q .Hρ .g1000.η =2.164x10−31000x21xx0,751019.6x.9,81=0.62kW [9] (5.48) Trong đó:

 Q – lưu lượng bơm, m3/s.  H – cột áp bơm, m.

  - khối lượng riêng của dung dịch,  = 1019.65 kg/m3.  Theo bảng

 g = 9.81 m/s2.

 - hiệu suất bơm, chọn  = 0.75 .

5. Bơm tháo sản phẩm5.1. Lưu lượng bơm (q) 5.1. Lưu lượng bơm (q)

Tháo liệu 200 kg dung dịch đường trong 10 phút nên:

Q=Gc

. =10x60200x1105.5=3x10

−4m/s (5.49) Trong đó:  =1105.5 kg/m3– khối lượng riêng của dung dịch đường lúc tháo liệu.

5.1.1. Tính hhút hhút=ω1 hhút=ω1 2 2g¿ (5.50) Trong đó:  1 – vận tốc nước trong ống hút,  ω1=4x Q π x d2= 4x3.10−4 π x0.042 =0.24m/s  g = 9.81 m/s2.  l1 – chiều dài ống hút, chọn l1 = 2 m .

 Σξ - tổng hệ số trở lực đầu hút, chọn đầu hút có van thìΣξ = 4.9

  - khối lượng riêng của dung dịch đường   =1105.5 kg/m3

 - độ nhớt của dung dịch đường,  = 0.343 x 10-3 ns/m2  - hệ số trở lực do ma sát khi chảy trong ống,  = f(re).

ℜ=ρ x ω1xd μ =1105.50,343x0,24x10x−30,04=30941>104 (5.51) Ống thép chọn độ nhám là ε =0,2 mm . Regh = 6 x (❑d )8/7 = 6 x (0,240)8/7 = 2558. Ren = 220 x ( ❑d)9/8 = 220 x ( 0.240)) 9/8 = 85326. Do Re > Ren nên: λ= 0.11 x (❑d)0.25 = 0.029 [6] (5.52) 5.1.2. Tính hđẩy hđẩy= ω2 2 2x g¿ (5.53)

Trong đó:

Chọn ống có các kích thước đặc trưng giống ống hút thì  d = 0.04 m ; ε = 0.2 mm .

 l2 - chiều dài ống đẩy, l2 = 3 m

 Σξ - tổng hệ số trở lực đầu đẩy, chọn đầu đẩy có 2 khuỷu 90o thì Σξ = 1.8 .

 2 – vận tốc nước trong ống đẩy, 2 = 1

 λ- hệ số ma sát trên đường ống. do các yếu tố không đổi nên λ = 0.029

5.1.3. Chọn Ho = 4 m (chiều cao nhập liệu)

Tính Δh: Δ h = hhút + hđẩy =0.012 + 0.018 = 0.03 m. (5.54) Trong đó hhút, hđẩy - trở lực trên đường ống hút và đẩy .

5.2. Cột áp bơm (h)

Theo phương trình bernoulli, cơng thức 2.1, ta có:

H = P2−P1 ρ g +Ho+ΔH = (1−0.4)x9.81x10 4 9.81x1105.5 +¿ 4 + 0.03 = 9.46 m (5.55) Trong đó:

 Ho – chiều cao hình học để hút dung dịch ra .  P1, P2 – áp suất ở đầu hút, đầu đẩy .

 P1 = 0.4 at, p2 = 1 at (do ban đầu đã tạo chân không).  Δh – cột áp khắc phục trở lực trên đường ống hút và đẩy

5.3. Công suất bơm (Nb3)

Ta có: Nb3=Q x H x ρ x g1000xη =3x10−4x10009.45xx1105.50.75 x9,81=0.041kW [10] (5.56) Trong đó:

 q – lưu lượng bơm, m3/s.