CHƯƠNG 6 : Tính tốn thiết bị phụ
6.7 Tính tốn bơm nhập liệu
6.7.1. Tính tốn chiều cao bồn cao vị
Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu: d=50 mm. Độ nhám của ống: ε=0,1 mm (hình II.14, trang 380, [1])
Các tính chất lý học của dịng nhập liệu được tra ở tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình:
ttbF=tF+tF '
2 =84,5+81,3
2 =82,905 oC
Khối lượng riêng: ρF=895,26 kg.m-3 (bảng I.2, trang 9, [1])
Độ nhớt động học: μF=57,6.1 0−3 N.s-1.m-2 (bảng I.101, trang 91, [1]) Vận tốc trung bình của dịng nhập liệu trong ống dẫn:
vF=GF ρF⋅ 4 π . dtr2= 0,236 961,858⋅ 4 π.0,052=1,515 (m.s-1) 6.7.1.1 Tổn thất dọc đường ống h1=(λ1 l1 dF+∑ξ1)⋅ v12 2g (m) (5-60) Trong đĩ: λ1: hệ số ma sát trong đường ống.
l1: chiều dài đường ống dẫn, chọn l1=15 m.
dF: đường kính ống dẫn (m).
∑ξ1: tổng hệ số tổn thất cục bộ.
vF=v1: vận tốc dịng nhập liệu trong ống m.s-1.
Xác định λ1:
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách
ℜF¿vF.dtr. ρF
μF =1,515.0,05 .895,26
0,576.1 0−3 =11071,11 Chuẩn số Reynolds tới hạn:
ℜgh1¿6⋅(d1 ε )8 7 =6⋅( 50 0,1)8 7=7289,343(II.60, trang 378, [1]) Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:
ℜn1¿220⋅(d1 ε )9
8
=23,9.1 04 (II.61, trang 378, [1])
Suy ra: ℜgh¿ℜF¿ℜn1❑: chế độ chảy rối (khu vực quá độ) khi đĩ:
→ λ1=0,1⋅(1,46⋅ ε d1+ 100 ℜF❑)0,25 =0,1⋅(1,46⋅0,1 50+ 100 494,1417)0,25 =0,002 (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ξ1:
Hệ số tổn thất của dịng nhập liệu qua đường ống dẫn (khơng tính các đoạn ống trong thiết bị trao đổi nhiệt và thiết bị gia nhiệt):
3 chỗ uốn cong: ξu1=3.0,15=0,43 (trang 393, [1]) 3 van cầu: ξv1=3.10=30 (van với độ mở hồn tồn) 1 lần đột thu: ξthu=0,5 (trang 387, [1])
1 lần đột mở: ξm=1 (trang 387, [1]) 1 lưu lượng kế: khơng đáng kể
Suy ra: ∑ξ1=31,85. Vậy tổn thất dọc đường ống dẫn:
h1=(0,002⋅ 15
0,05+11,85)⋅1,515
2
2.9,81=1,029 (m)
6.7.1.2 Tổn thất đường ống trong thiết bị trao đổi nhiệt của dịng nhập liệu và sản phẩm đáy
h2=(λ2 l2
d2+∑ξ2)⋅ v22
2g (5-61)
Với:
λ2: hệ số ma sát trong đường ống trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy.
l2: chiều dài đường ống dẫn, l2=15 m.
SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang 29
d2: đường kính ống dẫn, d2=0,021m
∑ξ2: tổng hệ số tổn thất cục bộ.
vF=v2: vận tốc dịng nhập liệu trong ống trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy.
vF=1,516 m.s-1
Xác định λ2:
Chuẩn số Renolds của dịng nhập liệu trong ống: ℜF¿49411,17>104
Chuẩn số Reynolds tới hạn[1] ℜgh2¿6⋅(d2 ε )8 7 =6⋅(21 0,1)8 7=2704,682(II.60, trang 378, [1]) Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám
ℜn1¿220⋅(d2 ε )9 8 =220⋅(21 0,1)9 8=90140,38 (II.61, trang 378, [1]) Suy ra: ℜgh¿ℜF¿ℜn1❑: chế độ chảy rối (khu vực quá độ) khi đĩ:
→ λ2=0,1⋅(1,46⋅ ε d2+ 100 ℜF❑)0,25 =0,1⋅(1,46⋅0,1 21+ 100 49411,17)0,25 =0,03 (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ξ2:
Hệ số tổn thất của dịng nhập liệu qua thiết bị trao đổi nhiệt: 6 chỗ uống cong quay ngược: ξu2=3,22=6,6
1 lần đột thu: ξthu2=0,46 1 lần đột mỡ: ξm2=0,68
Suy ra: ∑ξ2=724. Vậy tổn thất đường ống dẫn:
h2=(0,03⋅ 15
6,021+724)⋅1,516
2
2.9,81=3,48 (m)
Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị gia nhiệt nhập liệu
h3=(λ3 l3
d3+∑ξ3)⋅ v32
2g (5-62) Với:
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách
- λ3: hệ số ma sát trong đường ống trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy.
- l3: chiều dài đường ống dẫn, l3=15 m. - d3: đường kính ống dẫn, d3=0,021 m - ∑ξ3: tổng hệ số tổn thất cục bộ.
- vF=v3: vận tốc dịng nhập liệu trong ống trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy.
- vF=1,519 m.s-1
Xác định λ3:
Chuẩn số Renolds của dịng nhập liệu trong ống: ℜF¿49411,7>104
Chuẩn số Reynolds tới hạn [1] ℜgh3¿6⋅(d3 ε )8 7 =6⋅(21 0,1)8 7=2704,682 (II.60, trang 378, [1]) Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám
ℜn1¿220⋅(d3 ε )9 8 =220⋅(21 0,1)9 8=90140,38 (II.61, trang 378, [1]) Suy ra: ℜgh¿ℜF¿ℜn1❑: chế độ chảy rối (khu vực quá độ) khi đĩ:
→ λ3=0,1⋅(1,46⋅ ε d3+ 100 ℜF❑)0,25 =0,1⋅(1,46⋅0,1 21 + 100 32333,163)0,25 =0,032 (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ξ3:
Hệ số tổn thất của dịng nhập liệu qua thiết bị trao đổi nhiệt: 3 chỗ uống cong quay ngược: ξu3=4.2,8=8,8
1 lần đột thu: ξthu3=0,46 1 lần đột mỡ: ξm3=0,68
Suy ra: ∑ξ2=9,94. Vậy tổn thất đường ống dẫn:
h3=(0,037⋅ 8 0,021+9,94)⋅ 1,51 2 2.9,81=3,74 (m) Chọn: - Mặt cắt (1 - 1) là mặt thống chất lỏng trong bồn cao vị - Mặt cắt (2 – 2) là mặt cắt tại vị trí nhập liệu của đáy tháp Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt:
SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang 31
z1+ P1 ρF. g+ v1 2 2g=z2+ P2 ρF. g+ v2 2 2g+∑hf1−2 (5-63) Hay: z1=z2+P2−P1 ρF. g +v2 2 −v12 2.g +∑hf1−2 Với:
z1: độ cao mặt thống (1 – 1) so với mặt đất hay bằng chiều cao bồn cao vị
Hcv=z1
z2: độ cao mặt thống (2 – 2) so với mặt đất hay bằng chiều cao vị trí nhập liệu
z2=hchân+hnắp+(Nchưng+1).(hmâm+δmâm)
⇒z2=0,35+0,125+(8+1).(0,25+0,002)=2,743 (m) P1: áp suất mặt thống (1 – 1), chọn P1=1 at P2: áp suất tại mặt thống (2 – 2) v1: vận tốc tại mặt thốt (1 – 1), xem v1=0 m.s-1 v2: vận tốc tại vị trí nhập liệu, v2=vF=1,516 m.s-1 ∑hf−2: tổn thất đường ống từ (1 – 1) đến (2 – 2) ∑hf−2=h1+h2+h3=1,029+9,48+3,74=8,25 (m) Xem: ΔP=P2−P1=Nca á t. htl=17.521,438=8864,446 (N.m-2) Vậy chiều cao bồn cao vị là:
Hcv=8,25+P2−P1 ρF. g +v2 2 −v12 2.g +∑hf1−2 ⇒Hcv=2,788+ 8864,446 961,858.9,81+0,125 2 2.9,81+1,447=5,175 (m) Hb = Hcv +hf−2 =5.175+8.25= 19.36 (m)
Dung dịch nhập liệu luơn chảy liên tục từ bồn cao vị vào vị trí nhập liệu của tháp chưng cất khi độ cao của bồn cao vị từ 19,36 m trở lên. Ta chọn khoảng cách từ mặt đất đên bồn cao vị là 20 m.
6.7.1.3 Chọn bơm nhập liệu
Chọn bơm cĩ năng suất Qb=2 m3.h-1 Chọn hiệu suất của bơm: ηb=0,8 Hb = 20 m
CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách
Cơng suất thực tế của bơm:
Nb=Qb. Hb. ρF. g
3600.ηb =2.2 0 .895,26 .9,81
3600.0,8 =118,2 (W)
Kết luận: để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn máy bơm ly tâm Ebara 3M 32-160/1.5 với cơng suất 1,5 kW, lưu lượng 100 L.phút-1, đường kính hút – xả từ 42- 60 mm và rượu nguyên chất là chất khơng độc hại.
SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang 33