4.5.4.1 Tại vị trí nhậpliệu:
Lưu lượng chất lỏng nhập liệu: 𝑄𝐹 = 1800 L.h-1 = 1.8 m3.h-1
Chọn vận tốc chất lỏng nhập liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm nhập liệu): 𝑣𝐹 =
0,2 m.s-1.
Đường kính nhập liệu:
𝐷𝑦 = 𝑑𝐹 = √ 4.𝑄𝐹
3600.𝜋.𝑣𝐹 = √3600.𝜋.0,24.1.8 = 0,08 m Ta chọn đường kính ống nhập liệu là: 𝑑𝐹 = 0,08 m
Tra bảng XIII.32 trang 434, [2] ta chọn được chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: 𝑙ℎ = 110 mm.
Tra bảng XIII.26 trang 409, [2] để xác định các thơng số của bích ghép ống nhập liệu:
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Bảng 4-6: Bảng thơng số bích ghép ống nhập liệu Dy Dl Dn D 𝐷𝛿 h Bu lơng db Z (mm) (cái) 80 160 89 195 160 26 M16 8 4.5.4.2 Ốnghơi ở đỉnh tháp:
Suất lượng hơi ở đỉnh tháp: 𝑔𝑑 = 1036,46 kg.h-1
Khối lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp ở 𝑡𝐷 = 79,69oC và 𝑦𝐷 = 0,658, được tính theo cơng thức:
𝜌ℎ =[46.𝑦𝐷+(1−𝑦𝐷).18].273
22,4.(𝑡𝐷+273) = 1,259 kg.m-3 Lưu lượng hơi ra khỏi tháp:
𝑄ℎ =𝑔𝑑 𝜌ℎ =1036,461,259 = 823,247 m3.h-1 Chọn vận tốc hơi ở đỉnh tháp: 𝑣ℎ = 25 m.s-1 Đường kính ống dẫn hơi: 𝑑ℎ = √ 4.𝑄ℎ 3600.𝜋.𝑣ℎ = √3600.𝜋.254.923,247 = 0,1 m
Nên chọn đường kính ống dẫn hơi: 𝑑ℎ = 0,1 m
Tra bảng XIII.32 trang 434, [2] ta chọn được chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: 𝑙ℎ = 125 mm.
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh SVTH: Phạm Văn Tín Trang 38 Bảng 4-7: Thơng số bích ghép ống hơi ởđỉnh tháp Dy Dn D 𝐷𝛿 Dl h Bu lơng db Z (mm) (cái) 100 108 205 170 148 14 M16 4 4.5.4.3 Ống hồn lưu
Suất lượng hồn lưu:
𝐺ℎ𝑙 = 𝐷. 𝑀𝐷. 𝑅 = 15,088.43,144.1,716 = 1117,042 (kg.h-1)
Khối lượng riêng của chất lỏng hồn lưu ở 𝑡𝐷 = 79,696oC và 𝑥𝐷 = 0,957
Tra bảng I.2 trang 9, [1] ta được: 𝜌𝑅 = 748,239 kg.m-3
Tra bảng I.249 trang 310, [1] ta được: 𝜌𝑁 = 960,239 kg.m-3
⇒ 𝜌ℎ𝑙 = (𝑥𝐷
𝜌𝑅 +1−𝑥𝐷
𝜌𝑁 )−1 = 781,859 (kg.m-3) Lưu lượng chất lỏng hồn lưu:
𝑄ℎ𝑙 =𝐺ℎ𝑙 𝜌ℎ𝑙 =1117,042781,859 = 1,428 (m3.h-1) Chọn vận tốc chất lỏng hồn lưu. 𝑣ℎ𝑙 = 1.5 m.s-1 Đường kính ống hồn lưu: 𝑑ℎ𝑙 = √ 4.𝑄ℎ𝑙 3600.𝜋.𝑣ℎ𝑙 = √3600.𝜋.1,54.1,428 = 0,07(m)
Nên chọn đường kính ống hồn lưu: 𝑑ℎ𝑙 = 70 𝑚𝑚
Chọn chiều dài đoạn ống nối ghép mặt bích (XIII.32 trang 434, [2]): 𝑙ℎ𝑙 = 110 mm Các thơng số của bích ghép ống hồn lưu (tra bảng XIII.26 trang 409, [2])
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Bảng 4-8: Thơng số bích ghép ống hồn lưu Dy Dl Dn D 𝐷𝛿 h Bu lơng db Z (mm) (cái) 70 76 110 160 140 14 M12 4
4.5.4.4 Ống dẫnhơi vào đáy tháp:
Suất lượng hơi vào đáy tháp: 𝑔1′ = 612,124 kg.h-1
Khối lượng riêng của hơi vào đáy tháp ở 𝑡𝑤 = 97,255oC và 𝑦𝑤 = 0.112 ⇒ 𝜌ℎđ =[46.𝑦𝑤+(1−𝑦𝑤).18].273
22,4.(𝑡𝑤+273) = 0,696(kg.m-3) Lưu lượng hơi ra khỏi tháp:
𝑄ℎđ = 𝑔1′
𝜌ℎđ=612,1240,696 = 879,489 (m3.h-1) Chọn vận tốc hơi vào đáy tháp: 𝑣ℎđ = 25 m.s-1
Đường kính ống dẫn hơi:
𝑑ℎđ = √ 4.𝑄ℎđ
3600.𝜋.𝑣ℎđ = √3600.𝜋.254.879,489 = 0,1 (m) Nên chọn đường kính ống dẫn hơi: 𝑑ℎđ = 0,1 m
Chiều dài ống nối để ghép mặt bích (XIII.32 trang 434, [2]): 𝑙ℎđ = 125 mm Các thơng số của bích ghép ống dẫn hơi vào đáy tháp (XIII.26 trang 409, [2])
Bảng 4-9: Thơng số bích ghép ống dẫn hơi vào tháp
Dy Dn D 𝐷𝛿 Dl h Bu lơng
db Z
(mm) (cái)
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 40 4.5.4.5 Ống dẫnchất lỏng ở đáy tháp:
Suất lượng chất lỏng vào nồi đun:
𝐺𝐿′ = 88,675 (kmol.h-1) =1595,82 (Kg.h-1)
Khối lượng riêng của chất lỏng vào nồi đun với 𝑡𝑤 = 97,255oC và 𝑥𝐿′ = 0,226 ⇒ 𝜌𝐿 = 834,899 kg.h-1
Lưu lượng chất lỏng vào nồi đun:
𝑄𝐿 =𝐺𝐿′
𝜌𝐿 =88,6834 = 1,911 (m3.h-1)
Chọn vận tốc chất lỏng vào nồi đun (chất lỏng bơm vào nồi đun):
𝑣𝐿 = 1,5 m.s-1
Đường kính ống dẫn chất lỏng:
𝑑𝐿 = √ 4.𝑄𝐿
3600.𝜋.𝑣𝐿 = √3600.𝜋.0,0154.1,911 = 0,67 (m) Chọn đường kính ống dẫn: 𝑑𝐿 = 80 m
Chiều dài ống nối để ghép mặt bích (XIII.32 trang 434, [2]): 𝑙𝐿 = 110 mm
Các thơng số của bích ghép ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp (XIII.26, trang 409, [2]):
Bảng 4-10: Thơng số bích ghép ống dẫn chất lỏng ởđáy tháp
Dy Dl Dn D 𝐷𝛿 h Bu lơng
db Z
(mm) (cái)
80 160 89 195 160 26 M16 8
4.5.4.6 Ống dẫn chất lỏngtừ nồi đun (sản phẩm đáy)
Suất lượng sản phẩm đáy:
𝐺𝑤 = 𝑊. 𝑀𝑤 = 17,872.56,921 = 1014,844 (kg.h-1)
Khối lượng riêng của sản phẩm đáy 𝑡𝑤 = 97,255oC và 𝑥𝑤 = 0.025
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
⇒ 𝜌𝑤 = 947,242 kg.m-3 (bảng I.5 trang 11, [1]) Lưu lượng sản phẩm đáy:
𝑄𝑤 =𝐺𝑤𝜌 𝑤 =1014,844947,242 = 1,071 (m3.h-1) Chọn vận tốc dịng sản phẩm đáy (chất lỏng tự chảy): 𝑣𝑤 = 0,2 m.s-1 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: 𝑑𝑤 = √ 4.𝑄𝑤 3600.𝜋.𝑣𝑤 = √3600.𝜋.0,24.1,071 = 0,0435 (m) Chọn đường kính ống dẫn: 𝑑𝑤 = 0,05 m
Chiều dài ống nối để ghép mặt bích (XIII.32 trang 434, [2]): 𝑙𝑊 = 100 mm Các thơng số của bích ghép ống dẫn sản phẩm đáy (XIII.26, trang 409, [2]):
Bảng 4-11: Thơng số bích ghép ống dẫn sản phẩm đáy
`Dy Dl Dn D 𝐷𝛿 h Bu lơng
db Z
(mm) (cái)
50 102 57 160 125 24 M12 4
4.6 Chân đỡ và tai treo
4.6.1. Tính trọng lượng của tồn tháp
Khối lượng của một bích ghép thân được làm bằng thép CT3: Ta cĩ: 𝜌𝐶𝑇3 = 7850 kg.m-3
𝑚1 =𝜋4⋅ (𝐷2− 𝐷𝑡)2⋅ ℎ ⋅ 𝜌𝐶𝑇3
𝑚1 =𝜋4⋅ (0,5562− 0, 52) ⋅ 0,02 ⋅ 7850 = 7,334(kg.m-3)
Khối lượng của một mâm:
𝑚2 =𝜋4⋅ 𝐷𝑡2⋅ 𝛿𝑚â𝑚⋅ 0,9 ⋅ 𝜌𝐶𝑇3 =𝜋4⋅ 0, 52⋅ 0,67. 10−3.⋅ 0,9 ⋅ 7850 = 1,232 (kg.m-3) Khối lượng của thân tháp:
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 42
𝑚3 =𝜋4⋅ (𝐷𝑛2− 𝐷𝑡2) ⋅ 𝐻𝑡ℎâ𝑛⋅ 𝜌𝐶𝑇3 =𝜋4⋅ (0,552− 0, 52) ⋅ 7 ⋅ 7850 𝑚3 = 2566,868 (kg.m-3)
Với 𝐷𝑛 = 𝐷𝑡+ 2. 𝑆 = 0,5 + 2.0,000667 = 0,55 (m) Khối lượng của đáy, nắp tháp:
𝑚đá𝑦 = 𝑆đá𝑦. 𝛿đá𝑦. 𝜌𝐶𝑇3 = 0,2.0,06.7850 = 94,2 (kg.m-3) Với 𝑆đá𝑦 = 0,2 (tra bảng XIII.10 trang 384, [2])
Khối lượng chất lỏng trong tháp:
Giả sử trường hợp xấu nhất xảy ra hiện tượng ngập lụt thì chất lỏng sẽ dâng lên tồn tháp, khi đĩ chiều cao mực chất lỏng sẽ dâng lên tồn tháp, khi đĩ chiều cao mực chất lỏng sẽ bằng chiều cao tháp.Tuy nhiên do bên trong tháp cịn vị trí của các mâm nên thể tích chất lỏng khơng chiếm hết thể tích tồn tháp.
Chọn 𝑉𝑑𝑑 = 𝑉𝑡ℎá𝑝
𝑚𝑐𝑙 = (𝜋𝐷𝑡2𝐻𝑡ℎâ𝑛
4 ) × (𝜌𝑥𝑡𝑏+𝜌′𝑥𝑡𝑏
2 )= (𝜋.0,542.7) × (945,89+937,642 ) = 1293,75 (kg)
Khối lượng bổ sung: chọn 𝑚𝑏𝑠 = 𝑚𝑏í𝑐ℎ + 𝑚𝑜á𝑛𝑔+ 𝑚𝑏𝑢𝑙𝑜â𝑛𝑔+ 𝑚𝑔ờ = 100 (kg) Khối lượng của tồn tháp:
𝑚 = 16𝑚1+ 15𝑚2+ 𝑚3+ 2𝑚đ+ 𝑚𝑐𝑙+ 𝑚𝑏𝑠
𝑚 = 16.7,33 + 15.1,232 + 2.94,2 + 1293,75 + 100 = 4284,85(kg) Trọng lượng của tồn tháp: 𝑃 = 𝑚. 𝑔 = 4282,85.9,81 = 42034,379 (N)
4.6.2. Chân đỡ tháp
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
Chọn chân đỡ tháp (thép CT3): tháp được đỡ trên bốn chân. Tải trọng cho phép trên một chân:
𝐺𝑐 =𝑃4 =42034,3794 = 10508,59 = 1.104 (N)
Để đảm bảo độ an tồn cho thiết bị, ta chọn: 𝐺𝑐 = 2.5.104 N Các kích thước chân đỡ (mm) tra bảng XIII.35 trang 437, [2]:
Bảng 4-12: Kích thước chân đỡ
L B B1 B2 H h s L D
250 180 215 290 350 185 16 90 27
4.6.3. Tai treo
Hình 4-4: Tai treo của thiết bị thằng đứng (trang 438, [2])
Chọn tai treo (thép CT3): tai treo được gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động trong điều kiện ngoại cảnh. Ta chọn bốn tai treo, tải trọng cho phép trên một tai treo.
𝐺𝑐 =𝑃4 =42034,3794 = 10508,59 = 1.104 (N)
Để đảm bảo độ an tồn cho thiết bị, ta chọn: 𝐺𝑐 = 2.5.104 N
Chọn tấm lĩt tai teo khi ghép vào thân cĩ kích thước (XIII.37 trang 439, [2]): - Chiều dài tấm lĩt: 260 mm
- Chiều rộng tấm lĩt: 140 mm - Bề dày tấm lĩt: 6 mm
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 44
Bảng 4-13: Kích thước tai treo tháp
L B B1 H S l A d
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 46
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT
5.1 Cân bằng năng lượng cho thiết bị trao đổi nhiệt dịng nhập liệuvà sản phẩm đáy và sản phẩm đáy
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
GF.CF.(tF’ – tF) + Qng =0,5.GW.CW.(t1’ – t2’) ( IX.167, trang 198, [3]) Trong đĩ:
tF = 30 °𝐶 nhiệt độ đầu vào của dịng nhập liệu tF’: nhiệt độ dịng nhập liệu sau khi trao đổi nhiệt t1’ = tW = 121°𝐶 nhiệt độ đầu vào của sản phẩm đáy
Chọn t2’ = 40℃ nhiệt độ ra của sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt Nhiệt dung riêng nguyên liệu: CF = 3705 J/kg.độ
Nhiệt độ trung bình sản phẩm đáy:
Nhiệt dung riêng sản phẩm đáy: CW = 4135 J/kg.độ Chọn Qxq = 5%QW
Lưu lượng sản phẩm đáy:
𝐺𝐹. 𝐶𝐹. (𝑡𝐹′ - 𝑡F) = 0.475. 𝐺𝑊. 𝐶𝑤. (𝑡′1 - 𝑡′2)
vậy TF’=560C
5.2 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị đun nĩng hỗn hợp
1/3𝑄𝐷2 = 𝑄𝐹 + 𝑄𝑚𝑓 (IX.149, trang 197, [2]) (5-1)
Trong đĩ :𝑄𝐷2 = 𝐷2. 𝜆2 = 1235,177234.2753 = 633567,5787 (kJ.h-1)
𝑄𝑚𝑓 = 0.05𝑄𝐷2
GF.CF.(tF’’ – tF’) =0.316.633567,57.103
tF’’=85oC
5.3 Cân bằng nhiệt lượng cho tồn tháp chưng cất
𝑄𝐹 + 𝑄𝐷2+ 𝑄𝑅 = 𝑄𝑦+ 𝑄𝑤+ 𝑄𝑛𝑡2+ 𝑄𝑚𝑓2 (IX.156, trang 197, [2]) (5-8)
Trong đĩ:
𝑸𝑫𝟐: nhiệt độ do dịng hơi đốt để đun sơi dung dịch trong đáy tháp
𝑄𝐷2 = 𝐷2. 𝜆2 = 𝐷2. (𝑟2+ 𝐶2. 𝑡2) (IX.157, trang 197, [2]) (5-9) Với:
- 𝐷2: lượng hơi đốt cần thiết để đun sơi dung dịch ở đáy tháp (kg.h-1) - 𝜆2: nhiệt lượng riêng của dịng hơi mang vào đáy tháp (kJ.kg-1)
CHƯƠNG 5: Cân bằng năng lượng CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
- Vì nhiệt độ sơi của hỗn hợp sản phẩm đáy là 1210C nên nhiệt độ của dịng hơi cấp nhiệt phải lớn. Chọn hơi quá nhiệt ở 2.1 at tương đươngdịng hơi cấp nhiệtcĩ nhiệt độ là 150oC. Theo bảng I.254 [3] ta cĩ nhiệt lượng riêng của nước ở 1500C là 2753 KJ/Kg => 𝜆đ = 2753 KJ/Kg.
𝑸𝑹: nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp
𝑄𝑅 = 𝐷. 𝑅𝑥. 𝐶𝑅. 𝑡𝑅 (IX.158, trang 197, [2]) (5-10) Với:
- 𝐶𝑅: nhiệt dung riêng của dịng hồi lưu (J.kg-1.độ-1) - 𝑡𝑅: nhiệt độ của dịng hồi lưu ( oC)
Ở 𝑡𝑅 = 79,778 oC:
Tra bảng I.154, trang 172, [1] ⇒ 𝐶𝑅 = 3808,668 J.kg-1.độ-1 Tra bảng I.147, trang 165, [1] ⇒ 𝐶𝑁 = 4198,147 J.kg-1.độ-1
𝐶𝑅 = 𝑥𝐷. 𝐶𝑅 + (1 − 𝑥𝐷). 𝐶𝑁
𝐶𝑅 = 0,65883.3808,668 + (1 − 0,65883).4198,147 = 3941,54583(J.kg-1. 𝐶𝑜 -1)
Suy ra:
𝑄𝑅 = 15,088.43,144.1,716.79.778 = 351252,231 (kJ.h-1)
𝑸𝒚: nhiệt lượng do dịng hơi mang ra khỏi đỉnh tháp
𝑄𝑦 = 𝐷. (1 + 𝑅𝑡ℎ). 𝜆𝐷 (IX.159, [2]) (5-11)
Với 𝜆𝐷: nhiệt lượng riêng của hơi rượu ở đỉnh tháp (J.kg-1).
𝜆𝐷 = 𝜆𝑅. 𝑦∗
𝐷+ 𝜆𝑁. (1 − 𝑦∗ 𝐷)
Ở 𝑡𝐷 = 79,778 oC:
Tra bảng I.154, trang 172, [1] ⇒ 𝐶𝑅 = 3808,668 J.kg-1.độ-1
Tra bảng I.212, trang 254, [1] ⇒ 𝑟𝑅 = 845,5395kJ.kg-1 Ta cĩ:
𝜆𝑅 = 𝑟𝑅+ 𝐶𝑅. 𝑡𝑅 = 845,5395 + 3808,668.79,778 = 1159,988182 (kJ.kg-1)
𝑦∗
𝐷: phân khối lượng của dịng hơi ra khỏi đỉnh tháp 𝑦∗
𝐷 =0,659.46+(1−0,659).180,659.46 = 0,658875
Tra bảng I.250, trang 312, [2] ta cĩ 𝜆𝑁 = 2643 kJ.kg-1 Suy ra:
CHƯƠNG 5: Cân bằng năng lượng CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 48
𝜆𝐷 = 1159,988182.0,658875 + 2753(1 − 0,658875) = 1703,404759 (kJ.kg- 1)
𝑄𝑦 = 43,144. (1 + 1,716).1703,404759 = 3011616,754 (kJ.h-1)
𝑸𝒘: nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra
𝑄𝑤 = 𝑊. 𝐶𝑤. 𝑡𝑤 (IX.160, trang 197, [2]) (5-12) Trong đĩ:
𝐶𝑤: nhiệt dung riêng của dịng sản phẩm đáy (J.kg-1.độ-1)
𝑡𝑤: nhiệt độ của dịng sản phẩm đáy ( oC)
Tra bảng I.147, trang 165, [1] ở 120,7 oC ⇒ 𝐶𝑁 = J.kg-1.độ-1
Xem hỗn hợp đáy chỉ gồm nước ⇒ 𝐶𝑤 = 𝐶𝑁 = 4239,46 J.kg-1.độ-1
Suy ra: 𝑄𝑤 = 1014,845. [0,025.4178,14 + (1 − 0,025). 4241,04]. 120,787 = 519673,1654 (kJ.h-1)
𝑸𝑵𝒕𝟐: nhiệt lượng do nước ngưng ở bộ phận đun sơi hỗn hợp đáy
𝑄𝑛𝑡2 = 𝐷2. 𝐶𝑛𝑡2. 𝑡𝑛𝑡2 (IX.161, trang 198, [2]) (5-13) Với:
Tại 𝑝 = 2,088 at tương đương 𝑡𝑛𝑡2= 120,787oC
Tra bảng I.148, trang 166, [1] ở 120,787 oC: 𝐶𝑛𝑡2 = 4,24662 kJ.kg-1.độ-1
𝑸𝒙𝒒𝟐: nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường của tồn tháp
𝑄𝑥𝑞2 = 0,05. 𝐷2. 𝑟2 (IX.162, trang 198, [2]) (5-14)
Tại 𝑡1 = 120,787 oC ta cĩ 𝑟2 = 2204.95 kJ.kg-1 (tra bảng I.212, trang 254, [1]) Cơng thức (5-8) bằng: 𝑄𝐹 + 𝐷2. 𝜆2+ 𝑄𝑅 = 𝑄𝑦+ 𝑄𝑤+ 2/3𝐷2. 𝐶𝑛𝑡2. 𝑡𝑛𝑡2+ 0,05. 𝐷2. 𝑟2 Suy ra: 𝐷2 = 3/2𝜆 𝑄𝑦+𝑄𝑤−𝑄𝑅−𝑄𝐹 2−0,05.𝑟2−𝐶𝑛𝑡2.𝑡𝑛𝑡2 𝐷2 = 3/23011616,754+519673,1654−351252,231−580658,66342753−0.05.2712,1018−4,24662.120,787 = 1852,75kg.h-1) 𝑄𝐷2= 𝐷2. 𝜆2 = 633567,5787 (kJ.h-1) 𝑄𝑁𝑡2 = 𝐷2. 𝐶𝑛𝑡2. 𝑡𝑛𝑡2= 167496,3199 (kJ.h-1) 𝑄𝑥𝑞2 = 0,05. 𝐷2. 𝑟2 = 3400442 (kJ.h-1)
CHƯƠNG 5: Cân bằng năng lượng CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
5.4 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bịngưng tụ sản phẩm đỉnh
D × (Rth+ 1) × rD = Ghl× Cn× (t2− t1) (IX. 165 trang 198 − [4])
Với:
rD: ẩn nhiệt hĩa hơi của dịng hơi đi ra khỏi tháp. tra bảng I.212 trang 254 [3] với tD = 79.81 oC rD = 202.088 (kJ/kg).
Ghl: lượng nước cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu.
t1, t2: nhiệt độ của nước vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ, chọn t1 = 30oC, t2 = 40oC.
Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu: ttb = 35oC. Cn: nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình. Tra bảng I.147 trang 165 [3] => Cn = 4180.098 (J/kg.độ).
Suất lương nước lạnh dùng ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Ghl=𝐺𝐷C× (Rth+ 1) × rD
n× (t2− t1) (IX. 165 trang 198 − [4]) Ghl =8547,7 × (1.716 + 1) × 650,954180,0,98 × 10−3× (40 − 30) = 8547,7 (kg/h)
5.5 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
Vì thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh là dạng ngưng tụ hồn tồn nên
D × Cp × (t′ 1− t′
2) = Gll× Cn× (t2− t1) (IX. 167 trang 198 − [4])
Với:
Gll: lượng nước làm nguội sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (kg/h)
t1,t2: nhiệt độ nước trước và sau khi trao đổi nhiệt lần lượt là 30,400C Cp: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh khi chưa được làm nguội (J/kg.độ). t’1, t’2: nhiệt độ trước và sau khi sản phẩm đỉnh được làm nguội (oC).
Nhiệt độ trước và sau khi sản phẩm đỉnh được làm nguội là t’1 = 79,78oC, t’2 =
40oC
Tra I.154 trang 172 với 𝑥𝐷̅̅̅ = 0,653 [3] ở 79,78.1 oC CR = 3979,56 (J/kg.độ). Tra I.147 trang 165 [1] ở 79,78 oC CN = 4198,13 (J/kg.độ).
CHƯƠNG 5: Cân bằng năng lượng CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 50
Suất lượng nước làm nguội sản phẩm đỉnh
Gll =D × CC p × (t′1− t′2)
n × (t2− t1)
Gll =650,95. 4050,13 × (79,78 − 40)4198,13. (40 − 30) = 2500.55 (kg/h)
5.6 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm mát Chipller
Gkk x Ckk× (t′
3− t′4) = Gll× Cn × (t2− t1)
Với:
Gll: lượng nước làm nguội sản phẩm đỉnh đã qua làm mát (kg/h) t1,t2: nhiệt độ nước trước và sau khi trao đổi nhiệt lần lượt là 30,400C Cp: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh khi chưa được làm nguội (J/kg.độ). t’3, t’4: nhiệt độ khơng khí trước và sau khi làm mát lần lượt là 30,600C (oC). Nhiệt độ trước và sau khi sản phẩm đỉnh được làm nguội là t’1 = 40oC, t’2 = 30oC Ta cĩ nhiệt độ tủng bình của khơng khí là 450C.=> Ckk = 980,61 (J/kg.độ). Ta cĩ nhiệt độ tủng bình của nước là 350C.=> Cn = 4198,14 (J/kg.độ).
Gk𝑘 =G𝑖𝑖×Cp×(t2−t1) Ckk×(t′3−t′4) = 2055,55×4198,14×(40−30) 980,61.(60−30) = 3568,39 (Kg.h -1) Qkk= Gkk . 𝐶kk× (t′3− t′4)= 3568,3. 9.980,61.10-3. (60-30)=104976,7KJ.h-1
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 52
CHƯƠNG 6: Tính tốn thiết bị phụ
6.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ - ống loại TH đặt nằm ngang
Ống truyền nhiệt làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 25 x 2, chiều dài ống
𝐿 = 1,5 (m)
Chọn nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ đầu 𝑡1 = 28 oC và nhiệt độ cuối
𝑡2 = 42 oC
Nhiệt độ trung bình trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu: 𝑡𝑡𝑏𝐷 = 35oC
Các tính chấtlý học của nước được tra ở tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình 𝑡𝑡𝑏𝐷 = 35oC:
Nhiệt dung riêng: 𝐶𝑁 = 4,1809 J.kg-1.độ-1 Khối lượng riêng: 𝜌𝑁 = 994 kg.m-3
Độ nhớt động học: 𝜇𝑁 = 0,7225.10−3 N.s.m-2
Hệ số dẫn nhiệt: 𝜆𝑁 = 0,6257 W.m-1.K-1
6.1.1. Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh:
𝐷. (𝑅𝑥 + 1). 𝑟𝐷 = 𝐺𝑁. 𝐶𝑁. (𝑡2− 𝑡1) (IX.165, trang 198, [2]) (5-15) Tra bảng I.212, trang 254, [1] ở 𝑡𝐷 = 78,2oC ta được 𝑟𝐷 = 848,748 kJ.kg-1
⇒ 𝐺𝑁 =𝐷.(𝑅𝑥+1).𝑟𝐷
𝐶𝑁.(𝑡2−𝑡1) =42,696.7,202.(1,714+1).848,7484,1809.(42−28) = 12101,274 (kg.h-1)
⇒ 𝐺𝑁 = 3,361 (kg.s-1)
Nhiệt lượng dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh:
𝑄𝑛𝑡𝐷 = 𝐺𝑁. 𝐶𝑁. (𝑡2− 𝑡1) = 12101,274.4,1809. (42 − 28) = 708319030,5 (kJ.h-1)
Xác định bề mặt truyền nhiệt
Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt
𝐹𝑡𝑏 = 𝑄𝑛𝑡𝐷
𝐾.𝛥𝑡𝑙𝑜𝑔 (V.1, trang 3, [2]) (5-16) Với:
- 𝐾: hệ số truyền nhiệt
- 𝜟𝒕𝒍𝒐𝒈: nhiệt độ trung bình logarit