Thiết bị bơm nước vào ngưng tụ

1.3 .7Tính tai treo chân đỡ

3. Thiết bị bơm nước vào ngưng tụ

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, cơng suất u 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 cơng 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.  H – cột áp bơm, m.

  = 1105.5 kg/m3 - khối lượng riêng dung dịch ở nồng độ 25%  g = 9,81 m/s2.

 - hiệu suất bơm, chọn = 0.75

6. Bồn cao vị

Bồn cao vị được dùng để ổn định lưu lượng của dung dịch nhập liệu. Bồn được đặt ở độ cao phù hợp nhằm thắng được các trở lực của đường ống và cao hơn với mặt thoáng của dung dịch trong bồn chứa sản phẩm.

Áp dụng phương trình Bernoulli với hai mặt cắt là 1-1 (mặt thoáng của bồn cao vị) và 2-2 (mặt thoáng của bồn chứa sản phẩm).

z1+p1 γ + α1× v1 2× g =z2+ p2 γ + α2× v2 2× g +h1−2 (5.57) Trong đó:  v1= v2= 0m/s  p1=p2= 1at

 z2: khoảng cách từ mặt thoáng của dung dịch trong bồn chứa sản phẩm đến mặt đất,

 z2= 4 m (=Ho)

Chọn đường kính ống nhập liệu là 25mm.

Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến thiết bị đun nóng là l = 15m. Tốc độ của dung dịch trong ống: v= 4×Gc π × ρ × d2= 4×200 3600×1105.5×0.0252=0.322m/s (5.58) - Chuẩn số Reynolds: ℜ=v× d × ρμ =0.322×0.025×1105.5 0.343.×10−3 =25915.128 (5.59) Re > 4000, chế độ chảy xoáy.

Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mịn ít, tra bảng II.15- (trang 381, [9]) ta có: ε=0.2mm.

Chuẩn số Reynolds giới hạn:

ℜgh=6×(dε)87=6×(0.225)87=1494.93 (5.60)

Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:

ℜn=200×(dε)98=200×(0.225)98=45714.48 (5.61)

Ta có Regh < Re< Ren nằm trong khu vực chảy quá độ. Hệ số ma sát được tính theo cơng thức:

λ=0.1׿ (5.61)

Tra bảng II.16- (trang 388, [8]):

Bảng 12. Các yếu tố gây 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 6

Van cửa ξvan 1.5 2

∑ξ = 0.45 x 1+1 x 1+1 x 6 + 1.5 x 2 = 10.45

Tổn thất trên đường ống từ bồn cao vị đến thiết bị đun nóng:

h1= v2

2× g×(λ × l

d+∑ ξ)= 0.3222

2×9.81×(0.035× 15

0.025+10.45)=0.17m (5.62)

Khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất: z1 = z2 + h1= 4 + 0.17 = 4.17 m

Tài liệu tham khảo

[1] Kar F. and Kaya B. A. 2014. THE RHEOLOGICAL BEHAVIOR OF CONCENTRATED ORANGE JUICE, 10th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, 1537 – 1543

[2] J. Telis-Romero, V. R. N. Telis, A. L. Gabas, F. Yamashitah. 1988. Thermophysical Properties of Brazilian Orange Juice as Affected by Temperature and Water Content, Journal of Food Engineering 38: 27-40

[3] Nicolosi, E.; Deng, Z. N.; Gentile, A.; La Malfa, S.; Continella, G.; Tribulato, E. 2000. “Citrus phylogeny and genetic origin of important species as investigated by molecular markers”. TAG Theoretical and Applied Genetics 100 (8): 1155– 1166. doi:10.1007/s001220051419.

[4] Nguyễn Công Khẩn, Hà Thị Anh Đào. 2007. Bảng thành phần thực phẩm Việt Nam. NXB Y học, trang 211

[5] M. Moresi, M. Spinosi. 1980. Engineering factors in the production of concentrated fruit juices 1. Fluid physical properties of orange juices, J. Fd Technol. 15, 265-276

[6] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng. 2006. Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 447 trang

[7] Phạm Văn Bơn. 2004. Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học và thực phẩm, tập 5 - Q trình và thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1 – Truyền nhiệt ổn định, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 418 trang

[8] Nguyễn Tấn Dũng. 2015. Quá trình và thiết bị cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm, tập 2, Q trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 474 trang.

[9] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông. 2006. Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 632 trang.

[10] Hồng Văn Bơn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam. 2006. Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học, tập 10, Ví dụ và bài tập, trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM, 463 trang

[11] Bộ môn máy và thiết bị. 2004. Bảng tra cứu quá trình cơ học - truyền nhiệt – truyền khối, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 67 trang

[12] Nguyễn Văn May. 2006. Thiết bị truyền nhiệt và chuyển khối, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 289 trang.

[13] Hồ Lê Viên. 2006. Tính tốn, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 239 trang

Gđ=G c. xcx đ =800.1220 =1333.33(kg h )