Luận văn Tốt nghiệp Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp

Luận văn tốt nghiệp Đề tài: Chưng luyện để tỏch hỗn hộp cỏc cấu tử trong cụng nghiệp 1 mục lục Phần mở đầu 2 Vẽ và thuyết minh dây chuyền 2 Tính toán thiết bị chính 6 I.Tính cân bằng vật liệu 6 II.Đ−ờng kính tháp 8 III.Số đĩa thực tế và chiều cao tháp 14 IV. Tính toán cơ khí 21 V. Trở lực 36 Cân bằng nhiệt 41 I. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 41 II.Tháp ch−ng luyên 42 III. Thiết bị ng−ng tụ 45 IV.Thiết bị làm lạnh 45 Tính và chọn thiết bị phụ 46 I. Tính và chon thiết bị gi nhiệt 47 II.Tính bơm 43 Kết lụân 62 Tài liệu tham khảo 63 Phụ lục 64 2 Phần mở đầu Trong công nghiệp, việc phân tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu là rất cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện, khai thác, chế biến... Có rất nhiều ph−ơng pháp phân tách các cấu tử trong công nghiệp, trong đó có ph−ơng pháp ch−ng luyện là một trong những ph−ơng pháp hay đ−ợc sử dụng. Ch−ng là ph−ơng pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp. Hỗn hợp này có thể là chất lỏng hoặc chất khí, th−ờng khi ch−ng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu đ−ợc bấy nhiêu sản phẩm. Với hỗn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu đ−ợc hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa phần lớn là cấu tử khó bay hơi. Trong thực tế có thể gặp rất nhiều kiểu ch−ng khác nhau nh− : ch−ng bằng hơi n−ớc trực tiếp, ch−ng đơn giản, ch−ng luyện... Ch−ng luyện là ph−ơng pháp ch−ng phổ biến nhất dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hoà tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau. vẽ vμ thuyết minh dây chuyền sản xuất I. Thuyết minh dây chuyền sản xuất : Hỗn hợp đầu từ thùng chứa 1 đ−ợc bơm 2 bơm liên tục lên thùng cao vị 3. Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị đ−ợc khống chế nhờ ống chảy tràn. Từ thùng cao vị, hỗn hợp đầu (đ−ợc điều chỉnh nhờ van và l−u l−ợng kế) qua thiết bị đun nóng dung dịch 4. Tại đây, dung dịch đ−ợc gia nhiệt bằng hơi n−ớc bão hoà đến nhiệt độ sôi. Sau đó, dung dịch đ−ợc đ−a vào tháp ch−ng luyện qua đĩa tiếp liệu. Tháp ch−ng luyện gồm hai phần : phần từ đĩa tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện, còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn ch−ng. Nh− vậy, ở trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ d−ới lên. Hơi bốc từ đĩa d−ới lên qua các lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của đĩa trên, ng−ng tụ một phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng dần theo chiều cao tháp. Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng. Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi nồng độ của nó tăng thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm. Tóm lại, theo chiều cao tháp nồng độ cấu tử dễ bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) tăng dần, nồng độ cấu tử khó bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) giảm dần, và nhiệt độ giảm dần. Cuối cùng, ở đỉnh tháp ta sẽ thu đ−ợc hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở đáy tháp ta sẽ thu đ−ợc hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bay hơi chiếm tỷ lệ lớn. Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyện, ta bổ xung bằng dòng hồi l−u đ−ợc ng−ng tụ từ hơi đỉnh tháp. Hơi đỉnh tháp đ−ợc ng−ng tụ nhờ thiết bị ng−ng tụ hoàn toàn 6, dung dịch lỏng thu đ−ợc sau khi ng−ng tụ một phần đ−ợc dẫn hồi l−u trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện, phần còn lại đ−ợc đ−a qua thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 8. Chất lỏng ở đáy tháp đ−ợc tháo ra ở đáy tháp, sau đó một phần đ−ợc đun sôi bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi l−u về đĩa đáy tháp, phần chất lỏng còn lại đ−a vào bể chứa sản phẩm đáy 10. N−ớc ng−ng của các thiết bị gia nhiệt đ−ợc tháo qua thiết bị tháo n−ớc ng−ng 11. Nh− vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đ−a vào liên tục và sản phẩm cũng đ−ợc lấy ra liên tục). 3 II. Sơ đồ dây chuyền : H ơi đốt N−ớc ng−ng 12 3 4 5 10 6 7 8 9 H ơi đ ốt N−ớc lạnh N−ớc N−ớc ng−ng 11 11 N−ớc lạnh N−ớc Chú thích : 1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm 3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 5- Tháp ch−ng luyện 6- Thiết bị ng−ng tụ hồi l−u 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Thiết bị tháo n−ớc ng−ng 4 tính toán kỹ thuật thiết bị chính - Giả thiết : - Số mol pha hơi đi từ d−ới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp. - Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn ch−ng và đoạn luyện. - Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi. - Chất lỏng ng−ng tụ trong thiết bị ng−ng tụ có thành phần bằng thành phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp. - Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp. - Yêu cầu thiết bị : F : Năng suất thiết bị tính theo l−ợng hỗn hợp đầu = 7500 = 2,083(kg/s). Thiết bị làm việc ở áp suất th−ờng, P = 1 at Tháp loại : Tháp chóp - Điều kiện : Fa : Nồng độ axeton trong hỗn hợp đầu = 0,34% khối l−ợng. Pa : Nồng độ axeton trong sản phẩm đỉnh = 0,95% khối l−ợng. Wa : Nồng độ axeton trong sản phẩm đáy = 0,03 % khối l−ợng. 1M : Khối l−ợng phân tử của axeton = 58 kg/kmol. 2M : Khối l−ợng phân tử của H2O =18 kg/kmol. I. Tính cân bằng vật liệu : 1/ Tính cân bằng vật liệu : Theo ph−ơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp : 5 F = P + W Và ph−ơng trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi (Etylic): WPF a.Wa.Pa.F += ⇒ L−ợng sản phẩm đáy là : (kg/s) ,0 03,095,0 )34,095,0( . 2,083)( =− −=− −= WP FP aa aaFW ⇒ L−ợng sản phẩm đỉnh là : P = F – W = 06667 – 0,458 = 0,2087 (kg/s) Tính l−ợng hỗn hợp đầu F’, l−ợng sản phẩm đỉnh P’, l−ợng sản phẩm đáy W’ theo kmol/s : )/( 0302,06667,0.18 7,0 46 30,0.1' 21 skmolF M a M aF FF =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= )/( 10.889,42087,0.18 05,0 46 95,0.1' 3 21 skmolP M a M aP PP −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= )/( 0253,010.889,40302,0''' 3 skmolPFW =−=−= − 2/ Tính chỉ số hồi l−u thích hợp, số đĩa lý thuyết : Đổi nồng độ từ phần khối l−ợng sang phần mol : 14360,018/7046/30 46/30 /)100(/ / 21 1 =+=−+= MaMa Max FF F F 8814,018/546/95 46/95 /)100(/ / 21 1 =+=−+= MaMa Max PP P P 3 21 1 10.569,1 18/9846/4,0 46/4,0 /)100(/ / −=+=−+= MaMa Max WW W W Dựa vào đ−ờng cân bằng lỏng-hơi (nội suy), ta có : 278092,0* =Fy 6 a/ Chỉ số hồi l−u tối thiểu : 4584,41436,0278092,0 278092,08814,0 * * min =− −=− −= FF FP xy yxR b/ Chỉ số hồi l−u thích hợp : Cho R biến thiên (R >Rmin), với mỗi giá trị của R ta xác định đ−ợc số đĩa lý thuyết t−ơng ứng : β 1,2 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 2,5 R 5,3832 5,6075 6,729 7,8505 8,972 10,0935 11,215 N 28 27 23 22 21 20 19 N(R+1) 178,7296 178,4025 177,764 194,711 209,412 221,87 232,685 Hệ số hiệu chỉnh : minR R=β Từ bảng số liệu, ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ R – N(R+1). Dựa vào đồ thị , ta xác định đ−ợc Rth = 6,729 c/ Ph−ơng trình đ−ờng nồng độ làm việc : - Đ−ờng nồng độ làm việc đoạn ch−ng : L−ợng hỗn hợp đầu tính theo 1 kmol sản phẩm đỉnh : 1771,610.889,4 302,0 ' ' 3 === −P Ff 7 Ph−ơng trình : 001569,0. 1729,6 11771,6 1729,6 1771,6729,6 1 1 1 + −−+ +=+ −−+ += xx R fx R fRy W 001051,06698,1 −=⇒ xy - Đ−ờng nồng độ làm việc đoạn luyện : Ph−ơng trình : 1729,6 8814,0 1729,6 729,6 11 +++=+++= xR xx R Ry P 114,08706,0 +=⇒ xy d/ Số đĩa lý thuyết : Với Rth = 6,729 dựa vào đ−ờng cân bằng và đ−ờng làm việc, ta xác định đ−ợc số đĩa lý thuyết. NLT =23 Trong đó : số đĩa đoạn ch−ng :2 số đĩa đoạn luyện : 21 II. Đ−ờng kính của tháp : 1/ L−u l−ợng trung bình các dòng pha đi trong tháp : a/ Trong đoạn luyện : Số liệu : GP : L−ợng sản phẩm đỉnh (P’) = 4,889.10-3 (kmol/s). R : Hệ số hồi l−u thích hợp = 6,729 GR : L−ợng hồi l−u = GP . R (kmol/s) ♦ L−ợng hơi ra khỏi đỉnh tháp gđ : gđ = GR + GP = GP . (R + 1) = 4,889.10 -3 . (6,729+ 1) = 0,0952 (kmol/h) 8 ♦ L−ợng hơi đi vào đoạn luyện g1 , nồng độ hơi y1 , l−ợng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện, nồng độ lỏng x1 : Coi x1 = xF = 0,1740 Ph−ơng trình cân bằng vật liệu : g1 = G1 + GP (1) Ph−ơng trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) : g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2) Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng : g1 r1 = gđ rđ (3) r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/kmol) rđ : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/kmol) Gọi : rA : ẩn nhiệt hóa hơi của Etylic rB : ẩn nhiệt hoá hơi của H2O. Từ đồ thị (t,x,y) ta có : - Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (x = xP = 0,8814): tP = 78,1272 0C Nội suy theo bảng r – to (I-301) với to = 78,1272°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 9126)(kcal/kmolM.508 (kcal/kg) 508 r )(kcal/kmol 9108)(kcal/kmol198.M (kcal/kg) 198 r BB AA ⇒ rđ = rA . yđ + rB (1 - yđ) = 9108 . 0,8814 + 9126 .(1- 0,8814) = 9110,1348 (kcal/kmol) - Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (x = xF = 0,1436): tF = 84,6028°C Nội suy theo bảng r – to (I-301) với to = 84,6028°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 8028)(kcal/kmol446.M (kcal/kg) 446 r )(kcal/kmol 8878)(kcal/kmol193.M (kcal/kg) 193 r BB AA ⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . yl 8028 . (1 – yl) Thay rl vào (3) và giải hệ 3 ph−ơng trình trên (ẩn yl, gl, Gl), ta đ−ợc : 9 ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = = = ⇒ 1776,0 (kmol/s) 106,0 (kmol/s) 1011,0 1 1 1 y g G ⇒ L−ợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện : (kmol/s) 1006,0 2 106,00952,0 2 1 =+=+= ggg dtbL ⇒ L−ợng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện : (kmol/s) 0956,0 2 1011,010.889,4).1729,6( 2 3 1 =++=+= −GGG RtbL b/ Trong đoạn ch−ng : Số liệu : GW : L−ợng sản phẩm đáy (W’) = 0,0253 (kmol/s) ♦ L−ợng hơi đi vào đoạn ch−ng ,1g , nồng độ hơi ,1y , l−ợng lỏng '1G đối với đĩa thứ nhất của đoạn ch−ng, nồng độ lỏng , 1x , l−ợng hơi ra khỏi đoạn ch−ng chính là l−ợng hơi đi vào đoạn luyện g1 : Ta có * W , 1 yy = là nồng độ cân bằng ứng với xW , nội suy theo bảng số liệu đ−ờng cân bằng (II-145) : ⇒ 001856,0*,1 == Wyy Ph−ơng trình cân bằng vật liệu : W ' 1 ' 1 GgG += (1’) Ph−ơng trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) : WW ' 1 ' 1 ' 1 ' 1 xGygxG += (2’) Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng : 11 ' 1 ' 1 rgrg = (3’) rl : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đoạn ch−ng. 10 ⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . 0,1776 + 8028 . (1 – 0,1776) = 8660,64 (kcal/kmol) r1’: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa ch−ng thứ nhất. Từ bảng số liệu x – to sôi dd (II-145), nội suy ta có: Nhiệt độ sôi hỗn hợp đáy (x = xW = 0,001569): tW = 99,6007°C Nội suy theo bảng r – to (I-301) với to = 99,6007°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 9054)(kcal/kmol503.M (kcal/kg) 503 r )(kcal/kmol 8786)(kcal/kmol191.M (kcal/kg) 191 r BB AA ⇒ ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa ch−ng thứ nhất : rl’ = rA . yl’ + rB (1 – yl’) = 8786.0,001569 + 9054 . (1 – 0,001569) = 9050,596 (kcal/kmol) (kmol/s)1014,0 596,9050 64,8660.106,0)'3( ' 1 1 1 ' 1 ===⇒ r rgg (kmol/s) 1267,00253,01014,0)'1( '1 ' 1 =+=+=⇒ WGgG ⇒ L−ợng hơi trung bình đi trong đoạn ch−ng : (kmol/s) 1037,0 2 1014,0106,0 2 ' 11 =+=+= gggtbC ⇒ L−ợng lỏng trung bình đi trong đoạn ch−ng : (kmol/s)129,0 2 1267,0)0301,01011,0( 2 )( '11 =++=++= GGGG FtbC 2/ Vận tốc hơi đi trong tháp : Tốc độ khí đi trong tháp chóp xác định theo: ( Yρ . Yω )tb=0,065.ϕ . [ ]σ . ytbxtbh ρρ .. (Kg/m2.s) [II.184] xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3) 11 ytbρ : Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi (kg/ m3) h : Khoảng cách giữa các đĩa (m) a/ Khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng : 2xtb 1tb 1xtb 1tb xtb a1a1 ρ −+ρ=ρ [II.184] Trong đó : xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3) 1xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình cấu tử 1 (kg/ m3) 2xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình cấu tử 2 (kg/ m3) 1tba : Nồng độ khối l−ợng trung bình cấu tử 1 (kg/ kg) - Đoạn luyện : Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn luyện : 5125,02 8814,01436,0 2 =+=+= PFtbL xxx Nội suy với xtbL theo bảng số liệu nồng độ – to sôi dung dịch (II-145) : ⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn luyện : ttbL = 79,9144°C ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc theo t = ttbL : ρxL1 = 737,5 (kg/m3) ρxL2 = 974,8376 (kg/m3) [I.7] ⇒ Nồng độ khối l−ợng trung bình của Etylic đoạn luyện : 625,02 95,030,0 2 =+=+= PFtbL aaa ⇒ 598,8118376,974 625,01 5,737 625,01 11 21 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− xL tbL xL tbL xL aa ρρρ (kg/m3) - Đoạn ch−ng : 12 Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn ch−ng : 0725,02 1436,0001569,0 2 =+=+= FWtbC xxx Nội suy với xtbC theo bảng số liệu nồng độ – to sôi dung dịch (II-145) : ⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn ch−ng : ttbC = 88,344°C ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc theo t = ttbC : 7271 =xCρ (kg/m3) 5537,9672 =xCρ (kg/m3) [ I.10] ⇒ Nồng độ khối l−ợng trung bình của Etylic đoạn luyện : 17,02 30,0004,0 2 =+=+= FWtbC aaa ⇒ 0267,9165537,967 17,01 727 17,01 11 21 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− xC tbC xC tbC xC aa ρρρ (kg/m3) b/ Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi : - Đoạn luyện : Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện là : yđL = y1 = 0,1776 Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện là : ycL = yP = xP = 0,8814 ⇒ Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện : 5295,0 2 8814,01776,0 2 =+=+= cLdLtbL yyy ⇒ Khối l−ợng mol trung bình hơi đoạn luyện : yLM = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,5295 . 46 + (1- 0,5295).18 = 32,826 (kg/kmol) → Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi đoạn luyện : 1796,1 )9144,79273.(4,22 273 . 826,23 ).(4,22 . =+=+= tbLO OyL yL tT TMρ (kg/m3) - Đoạn ch−ng : 13 Nồng độ pha hơi đầu đoạn ch−ng là : 01856,0'1 == yydC Nồng độ pha hơi cuối đoạn ch−ng là : ycC = y1 = 0,1776 ⇒ Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện : 09808,0 2 1776,001856,0 2 =+=+= cCdCtbC yyy → Khối l−ợng mol trung bình hơi đoạn ch−ng : yCM = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,09808.46+(1– 0,09808).18 =45,4624 (kg/kmol) → Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi đoạn ch−ng : 5333,1 )344,88273.(4,22 273 . 5,46244 ).(4,22 . =+=+= tbCO OyC yC tT TMρ (kg/m3) Sức căng bề mặt tính theo công thức: hhσ 1 = 1 1 σ + 2 1 σ [I.360] Sức căng bề mặt của N−ớc: 2σ = 62,933.10-3 (N/m) = 62,933 cm dyn [I.361] Sức căng bề mặt của Etylic: 1σ = 17,88.10-3(N/m) = 17,88 cm dyn hhσ = ( 1 1 σ + 2 1 σ ) -1 = ( 933,62 1 88,17 1 + )-1 = 13,924 cm dyn < 20 cm dyn Vậy hệ số tính đến sức căng bề mặt [ ]σϕ. = 0,8 Chọn h = 0,45 (m) Tốc độ khí của hơi đoạn luyện: ( )yy ωρ . tbl = 0,065.ϕ . [ ]σ . ytblxtblh ρρ .. (Kg/m2.s) Thay số: ( )yy ωρ . tbl = 0,065.0,8. 1336,1.598,811.45,0 = 1,3235(Kg/m2.s) Tốc độ khí của hơi đoạn ch−ng: ( )yy ωρ . tbc = 0,065.ϕ . [ ]σ . ytbcxtbch ρρ .. (Kg/m2.s) Thay số: ( )yy ωρ . tbc = 0,065.0,8. 5333,1.0267,916.45,0 = 1,6341(Kg/m2.s) 14 3/ Đ−ờng kính tháp : tbyy tb )w(ρ gD 0188,0= (m) [II.181] Trong đó : gtb : L−ợng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h) - Đoạn luyện : Khối l−ợng mol trung bình pha hơi : (kg/kmol) 826,32=yLM L−u l−ợng hơi trung bình : gtbL = 0,1006 (kmol/s) 3600.1006,0.826,32 . ==⇒ yLtbLtb Mgg (kg/h) 2641,11888= - Đoạn ch−ng : Khối l−ợng mol trung bình pha hơi : (kg/kmol) 4624,45=yCM L−u l−ợng hơi trung bình : gtbC = 0,1037 (kmol/s) 3600.1037,0.4624,45 . ==⇒ yCtbCtb Mgg (kg/h) 0231,16972= yw : Vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s) yρ : Khối l−ợng riêng trung bình của hơi đi trong tháp (kg/m3) ⇒ Đ−ờng kính đoạn luyện : (m) 78,13225,1 2641,118880188,00188,0 === LyL tb L w gD ρ ⇒ Đ−ờng kính đoạn ch−ng : (m) 9,16341,1 0231,169720188,00188,0 === CyC tb C w gD ρ 15 Vì đ−ờng kính hai đoạn ch−ng và luyện sai khác nhau không đáng kể, chuẩn hóa ta chọn đ−ờng kính cho cả tháp : D = 2 (m) III. Số đĩa thực tế vμ chiều cao tháp : 1/ Hệ số khuếch tán : a/ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng: ♦ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20oC: 23/1 B 3/1 AB BA 6- 20 x )vv.( AB M 1 M 1 . .101 D +μ + = (m2/s) [SCS.t12] Trong đó : A,B : Hệ số liên hợp của chất tan và dung môi : A= 2; B= 4,7 MA, MB : Khối l−ợng mol của Etylic và n−ớc (kg/kmol) MA = 46(kg/kmol) ; MB = 18 (kg/kmol) μB : Độ nhớt của dung môi ở 20oC (cP) : μH 2 0, 20 0 C = 1 (cP) vA, vB : Thể tích mol của Etylic và N−ớc (cm3/mol) vA = 2.14,8 + 6.3,7 + 1.7,4 =59,2 (cm 3/mol) vB = 2.4,7 + 7,4 = 14,8 (cm 3/mol) 10 23/13/1 6- 20 10.0376,2 )8,142,59.( 1.7,4.2 18 1 46 1 . .101 −=+ + =⇒ xD (m2/s) ♦ Hệ số khuếch tán ở nhiệt độ xác định t: [ ])20t(b1DD 20xtx −+= [SCS.t12] Hệ số nhiệt độ : 3 2,0 b ρ μ= 16 μ : Độ nhớt của dung môi ở 20oC (cP) : μH 2 O, 20 0 C = 1 (cP) ρ : Khối l−ợng riêng của dung môi ở 20oC (kg/m3) μH 2 O, 20 0 C = 1000 (kg/m3) 02,0 1000 12,0 3 ==⇒ b ⇒ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,344°C [ ] 1010 10.822,4)20344,88(02,0110.0376,2 −− =−+=xCD (m2/s) ⇒ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144°C [ ] 1010 10.479,4)209144,79(02,0110.0376,2 −− =−+=xLD (m2/s) b/ Hệ số khuếch tán trong pha hơi: Hệ số khuếch tán của khí trong khí BA 23/1 B 3/1 A 5,14 y M 1 M 1 )vv.( p T .10.0043,0 D ++= − (m2/s) Trong đó : MA, MB : Khối l−ợng mol của Etylic và N−ớc (kg/kmol) MA = 46 (kg/kmol) MB = 18 (kg/kmol) vA, vB : Thể tích mol của Etylic và N−ớc (cm3/mol) vA = 59,2 (cm 3/mol) vB = 14,8 (cm 3/mol) P : áp suất tuyệt đối của hỗn hợp : P = P0 = 1 (atm) T : Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp : T = 273 + t (oK) ⇒ Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,344°C 5 23/13/1 5,14 10.0348,2 18 1 46 1 )8,142,59.(1 )344,88273.(10.0043,0 −− =++ +=yCD (m2/s) ⇒ Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144°C 17 5 23/13/1 5,14 10.964,1 18 1 46 1 )182,59.(1 )9144,79273.(10.0043,0 −− =++ +=yLD (m2/s) 2/ Hệ số cấp khối : a/ Độ nhớt của hỗn hợp hơi : 1 2 2 1 1 hhhh M).y1(M.y .M − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ μ −+μ=μ [I.94] Trong đó : y : Nồng độ Etylic trong pha hơi : - Đoạn ch−ng : y = ytbC = 0,9808 - Đoạn luyện : y = ytbL = 0,5259 Mhh : Trọng l−ợng phân tử của hỗn hợp khí : - Đoạn ch−ng : 4624,45== yChh MM (kg/kmol) - Đoạn luyện : 826,32== yLhh MM (kg/kmol) M1, M2 : Trọng l−ợng phân tử của Etylic và N−ớc : M1 = 46 (kg/kmol) M2 = 18 (kg/kmol) μ1, μ2 : Độ nhớt của Etylic và N−ớc : - Đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,324°C theo bảng 1.102 – I.134: μ1 = 0,0117.10-3(Ns/m2) μ2 = 0,3226.10-3(Ns/m2) - Đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144°C theo bảng (I-134): μ1 = 0,011310-3 (Ns/m2) μ2 = 0,3569.10-3 (Ns/m2) ⇒ Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn ch−ng là : 5 1 33 10.1786,110.3226,0 18).9808,01( 10.0117,0 46.9808,0.4624,45 − − −− =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=hhμ (Ns/m2) ⇒ Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn luyện là : 18 5 1 33 10.5063,110.3569,0 18).5295,01( 10.0113,0 46.5295,0.826,32 − − −− =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=hhμ (Ns/m2) b/ Độ nhớt của hỗn hợp lỏng : 21hh lg).x1(lg.xlg μ−+μ=μ [I.93] Trong đó : x : Nồng độ phần mol của Etylic trong hỗn hợp : - Đoạn ch−ng : x = xtbC = 0,0725 - Đoạn luyện : x = xtbL = 0,5125 μ1, μ2 : Độ nhớt động lực của Etylic và N−ớc : - Đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,344°C theo bảng và toán đồ (I-102): μ1 = 0,37 (cP) μ2 = 0,295 (cP) - Đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144°C theo bảng và toán đồ (I-102): μ1 = 0,435 (cP) μ2 = 0,34 (cP) ⇒ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn ch−ng : lg(μhh) = 0,0725 . lg(0,365.10-3) + (1- 0,091) . lg(0,298.10-3) = - 3,523 μhh = 2,9988 . 10-4 (Ns/m2) ⇒ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn luyện : lg(μhh) = 0,5125 . lg(0,435.10-3) + (1- 0,5125) . lg(0,34.10-3) = - 3,4136 μhh = 3,856 . 10-4 (Ns/m2) c/ Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi : y yy y . h .w Re μ ρ= [II.164] Trong đó : 19 yw : Tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp (m/s) - Đoạn ch−ng : (m/s) 1,0168 w C ==yw - Đoạn luyện : (m/s) 1,1698 w L ==yw h : Kích th−ớc dài, chấp nhận bằng 1m yρ : Khối l−ợng riêng trung bình của hơi (kg/m3) - Đoạn ch−ng : )/( 5333,1 3mkgyCy == ρρ - Đoạn luyện : )/( 1336,1 3mkgyLy == ρρ yμ : Độ nhớt trung bình của hơi (Ns/m2) ⇒ Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn ch−ng là : 5 5 10.3864,110.1786,1 6341,1Re == −y ⇒ Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn luyện là : 5 5 10.8779,010.5036,1 3225,1Re == −y d/ Chuẩn số Prand đối với pha lỏng : xx x x D. Pr ρ μ= [II.165] Trong đó : xρ : Khối l−ợng riêng trung bình của lỏng (kg/m3) - Đoạn ch−ng : ρx = ρxC = 916,0267 (kg/m3) - Đoạn luyện : ρx = ρxL = 811,598 (kg/m3) xD : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m2/s) 20 xμ : Độ nhớt trung bình của lỏng (Ns/m2). ⇒ Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn ch−ng là : 9,678 10.,8224 . 16,02079 10.9988,2Pr 10 4 == − − x ⇒ Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn luyện là : 19,1061 10.,4794 . 11,5988 10.8756,3Pr 10 4 == − − x e/ Hệ số cấp khối trong pha hơi : Theo công thức tính cho tháp chóp: )11000Re . 79,0( 4,22 D y y y +=β kmol kmol .s.m kmol 2 [II.164] Trong đó : yD : Hệ số khuếch tán trong pha hơi (m2/s) yRe : Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi. ⇒ Hệ số cấp khối pha hơi đoạn ch−ng là : 1094,0)110001,3865.10 . 79,0( 4,22 10.0348,2 55 =+= − yCβ kmol kmol ..sm kmol 2 ⇒ Hệ số cấp khối pha hơi đoạn luyện là : 0704,0)110000,8779.10 . 79,0( 4,22 10.964,1 55 =+= − yLβ kmol kmol .s.m kmol 2 f/ Hệ số cấp khối trong pha lỏng : 21 62,0 x x xx x Pr.h .M D . . 38000 ρ=β kmol kmol .s.m kmol 2 Trong đó : xρ : Khối l−ợng riêng trung bình của lỏng (kg/m3) - Đoạn ch−ng : ρx = ρxC = 916,0267 (kg/m3) - Đoạn luyện : ρx = ρxL = 811,598 (kg/m3) xD : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m2/s) xM : Khối l−ợng mol trung bình của lỏng (kg/kmol) Mx = x.MA + (1-x).MB - Đoạn ch−ng : x = xtbC = 0,0725 ⇒ MxC = 0,0725.46 + (1- 0,0725).18 = 20,03 (kg/kmol) - Đoạn luyện : x = xtbL = 0,5125 ⇒ MxL = 0,5125.46+ (1- 0,5125).18 = 32,35 (kg/kmol) h : Kích th−ớc dài, chấp nhận bằng 1m. xPr : Chuẩn số Prand đối với pha lỏng. ⇒ Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn ch−ng là : 0477,09,678. 1 . 0,032 ,822.104 . 916,0267 . 38000 62,0-10 ==xCβ kmol kmol .s.m kmol 2 ⇒ Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn luyện là : 032,019,1061. 1 . 2,353 4,479.10 . 811,598 . 38000 62,0-10 ==xLβ kmol kmol .s.m kmol 2 3/ Hệ số chuyển khối – Đ−ờng cong động học – Số đĩa thực tế : 22 a/ Hệ số chuyển khối : xy y m1 1K β+β = ( kmol kmol .s.m kmol 2 ) [II.162] Trong đó : xβ , yβ : Hệ số cấp khối pha lỏng và pha hơi ( kmol kmol .s.m kmol 2 ) m : Hệ số phân bố vật chất. b/ Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi : P.273.w.3600 K..P).T273.(4,22 G f.K m y y0tb y y yT ϕ+== [I.173] Trong đó : f : Diện tích làm việc của đĩa f = F – (fh.n + m.fch ) fh: Mặt cắt ngang của chóp; chọn dh = 75mm → fh = 4 2 hdπ = 2 1000 75 4 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛π = 4,4179.10-3 (m2) n: Số ống hơi phân bố trên đĩa; n = 2 2 .1,0 hd D [II.236] Thay số: n = 2 2 1000 75 8,1.1,0 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = 36 m: Số ống chảy truyền trên mỗi đĩa; chọn m = 1 fch: Mặt cắt ngang ống chảy truyền; Tỷ số →ữ= 2,005,0 F fch Chọn 06,0= F fch → fch= 0,06.F; 23 Thay số: f = ( )232 98,158.10.4179,4 4 2.88,0 m=− −π Gy: L−u l−ợng hơi đi trong tháp; Gy = 2 1006,01037,0 2 +=+ tbltbc gg = 0,1021(Kmol/s) c/ Đ−ờng cong động học : Với mỗi giá trị x, t−ơng ứng có A là điểm thuộc đ−ờng làm việc, C là điểm thuộc đ−ờng cân bằng và B là điểm thuộc đ−ờng cong động học (ch−a biết), thì : yTm y eCBC AC == Cho x các giá trị : {0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; … 0,9}, với mỗi giá trị của x tính hệ số phân bố vật chất m (m chính bằng hệ số góc của đ−ờng cân bằng), tính hệ số chuyển khối yK , tính số đơn vị chuyển khối myT và tỷ số Cy t−ơng ứng. Từ đó tìm đ−ợc các điểm B t−ơng ứng thuộc đ−ờng cong động học, nằm giữa A và C. Nối chúng lại ta đ−ợc đ−ờng cong động học của quá trình. Bảng tổng hợp kết quả : Đoạn ch−ng Đoạn luyện x% 5 10 20 30 40 50 60 70 80 88,14 y% 8,2885 16,6294 28,8132 37,5198 46,2264 54,933 63,6396 73,3462 81,0518 88,14 xcb% 0,6916 1,6478 3,7708 6,59 11,7732 23,5407 45,7031 64,7247 79,0149 87,66 ycb% 33,2 54,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 88,51 m 5,7827 3,3 1,4964 0,8577 0,5446 0,3995 0,4378 0,5599 0,7583 0,743 Ky.10 3 6,4 10,6 20,5 30,6 40,26 47,51 45,22 39.72 33,16 33,6 myT 0,1255 0,2078 0,40188 0,5999 0,7893 0,9314 0,8865 0,7787 0,65 0,659 Cy 1,14 1,23 1,5 1,82 2,2 2,54 2,43 2,18 1,92 1,93 BC 21,88 22,42 16,19 11,03 6,897 4,12 2,576 1,36 0,389 0,39 24 Từ đ−ờng nồng độ làm việc và đ−ờng cong động học vừa vẽ, ta tìm đ−ợc số đĩa thực tế của tháp. NTT = 72 Trong đó : Số đĩa đoạn ch−ng : 14 Số đĩa đoạn luyện : 58 4/ Hiệu suất tháp – chiều cao tháp : Hiệu suất tháp : %94,31 72 23 === TT LT N Nη Theo các thông số của đĩa đã chọn : - Khoảng cách giữa các đĩa lỗ là : Hđ = 450 mm - Chiều dày mỗi đĩa lỗ là : δ = 2 mm ⇒ Chiều cao tháp (Theo công thức II-169): H = NTT (Hđ + δ) + 0,8 = 72 .(0,4 + 0,002) + 0,8 = 33 (m) IV. trở lực tháp : dTT P.NP Δ=Δ (N/m2) [II.192] Trong đó : NTT : Số đĩa thực tế của tháp ΔPd : Tổng trở lực của một đĩa (N/m2) tskd PPPP Δ+Δ+Δ=Δ (N/m2) ΔPk : Trở lực của đĩa khô (N/m2) ΔPs : Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt (N/m2) ΔPt : Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh) (N/m2) 1/ Trở lực của đĩa khô : 25 2 w. P 2 oy k ρξ=Δ (N/m2) [II.192] Trong đó : ξ : Hệ số trở lực : ξ = 4,5 ữ5 ; chọn ξ = 5 yρ : Khối l−ợng riêng pha hơi (Kg/m3) + Đoạn ch−ng: )/(533,1 3mKgyc =ρ + Đoạn luyện: )/1336,1 3mKgyl =ρ oω : Tốc độ khí qua rãnh chóp (m2/s) Để xác định oω phải thiết kế tháp sao cho diện tích ống hơi bằng tổng diện tích các khe chóp: rrohoh ff ωω .. = Nh−ng để roh ωω = thì ohr ff = tức là thiết kế rãnh sao cho tổng diện tích các rãnh bằng diện tích ống hơi. Gọi số rãnh là n, khi đó roh SnS .= ba d S Sn h r oh . 2. 2 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ == π + Đoạn ch−ng: a=5 mm, b = 36 mm 9,21 36.5 2 71 .14,3 2 = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ =n → Chuẩn n = 22 + Đoạn luyện: a = 5 mm, b = 40 mm 7,19 40.5 2 71 .14,3 2 = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ =n → Chuẩn n = 20 26 Khi đó yhohor ωωωω === + Đoạn ch−ng: ( )smo /085,10 2=ω + Đoạn luyện: ( )smo /602,11 2=ω ⇒ Trở lực đĩa khô đoạn luyện là : 869,389 2 085,105333,1.5 2 ==Δ kLP (N/m2) ⇒ Trở lực đĩa khô đoạn ch−ng là : 474,381 2 602,111336,1.5 2 ==Δ kCP (N/m2) 2/ Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt : td s d P σ4=Δ (N/m2) [II.192] Trong đó : σ : Sức căng bề mặt của dung dịch trên đĩa (N/m) 21 111 σσσ += σ1, σ2 là sức căng bề mặt của Etylic và N−ớc : Theo bảng ( Hình I – I.361), tra sức căng bề mặt phụ thuộc nhiệt độ : - Đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,344 oC σ1 = 16,549 .10-3 (N/m) σ2 = 61,056 .10-3 (N/m) - Đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144 oC 27 σ1 = 17,307 .10-3 (N/m) σ2 = 62,615 .10-3 (N/m) ⇒ Sức căng bề mặt dung dịch đoạn ch−ng là : (N/m)013,010. 056,61 1 16,549 1 3 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += − − σ ⇒ Sức căng bề mặt dung dịch đoạn luyện là : (N/m)0135,010. 615,62 1 17,307 1 3 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += − − σ dtđ: Đ−ờng kính t−ơng đ−ơng của khe rãnh chóp (m) Khi rãnh chóp mở hoàn toàn: n f d xtd .4= Trong đó n: Chu vi rãnh fx: Diện tích tự do rãnh. + Chọn rãnh hình chữ nhật, khi đó: baf x .= a: Chiều rộng rãnh; b: Chiều cao khe chóp; - Đoạn ch−ng: fx = a.b = 5.36 = 180 (mm2) - Đoạn luyện: fx = a.b = 5.40 = 200 (mm2) + Chu vi rãnh: n = 2(a +b) - Đoạn ch−ng: n = 2(a +b) = 2.(5 + 36) = 82(mm) - Đoạn luyện: n = 2(a +b) = 2.(5 + 40) = 90(mm) + Đ−ờng kính t−ơng đ−ơng của khe rãnh: - Đoạn ch−ng: )(78,8 82 180.4 mmdtd == - Đoạn luyện: )(888,8 90 200.4 mmdtd == ⇒ Trở lực do sức căng bề mặt đoạn luyện là : 28 922,5 10.78,8 013,0.4 3 ==Δ −sLP (N/m2) ⇒ Trở lực do sức căng bề mặt đoạn ch−ng là : 075,6 10.888,8 0135,0.4 3 ==Δ −sCP (N/m2) 3/ Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh) : ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=Δ 2 .. rbbt hhgP ρ (N/m2) [II.194] Trong đó : hr: Chiều cao khe chóp; - đoạn ch−ng: hr = 36 - đoạn luyện: hr = 40 bρ : Khối l−ợng riêng của bọt xb ρρ )6,04,0( ữ= ; chọn )/(.5,0 3mkgxb ρρ = g = 9,81(m/s2): Gia tốc trọng tr−ờng hb: Chiều cao lớp bọt trên đĩa ( )( ) ( ) b bxchbxxxc b F fhhfPhfFhhh ρ ρρ . ...... −++−−Δ+= - hc: Chiều cao đoạn chảy chuyền nhô lên trên đĩa; + Đoạn ch−ng: hc= 61(mm) + Đoạn luyện: hc = 63(mm) - hx: Chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa; hx< (S + b) Chọn hx= )2 ( bS + S : Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp S = 15 (mm) b: Chiều cao khe chóp; 29 - Đoạn ch−ng: )(33 2 3615 mmhx =+= - Đoạn luyện: )(35 2 4015 mmhx =+= Δ : Chiều cao mức chất lỏng trên ống chảy chuyền - Đoạn ch−ng: )(20 mm=Δ - Đoạn luyện: )(22 mm=Δ F: Phần bề mặt có gắn chóp (trừ 2 phần diện tích đĩa để bố trí ống chảy chuyền) F = Ftháp- Fvách chảy chuyền = ( )22 964,1018,0.222. m=−⎟⎠⎞⎜⎝⎛π Khối l−ợng riêng của bọt )/(.5,0 3mkgxb ρρ = - Đoạn ch−ng: )/(013,4580267,916.5,0.5,0 3mkgxb === ρρ - Đoạn luyện: )/(799,405598,811.5,0.5,0 3mkgxb === ρρ Chiều cao khe chóp: hch= hc + chδ+Δ ; ( )mmch 2=δ - Đoạn ch−ng: hch= 61 + 20 + 2 = 83(mm) - Đoạn luyện: hch= 63+ 22 + 2 = 87(mm) Vậy chiều cao lớp bọt trên đĩa: - Đoạn ch−ng: ( )( ) ( ) ( )mmhb 82,91013,458.1964 1013,458.630.3383630.013,458.830267,916.6301964.332061 =−++−−+= - Đoạn luyện: ( )( ) ( ) ( )mmhb 82,95799,405.1964 630.799,405.3987630.799,405.87598,811.6301964.352263 =−++−−+= 30 ⇒ Trở lực thủy tĩnh đoạn ch−ng là : 681,33110. 2 3682,91.81,9.013,458 3 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=Δ −tcP (N/m2) Trở lực thuỷ tĩnh đoạn luyện: 83,30110.2 4082,95.81,9.799,405 3 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=Δ −tcP (N/m2) 4/ Trở lực của tháp : ⇒ Tổng trở lực của một đĩa đoạn luyện là : tLsLkLdL PPPP Δ+Δ+Δ=Δ 681,331922,5869,389 ++= 472,727= (N/m2) ⇒ Tổng trở lực của một đĩa đoạn ch−ng là : tCsCkCdC PPPP Δ+Δ+Δ=Δ 83,301075,6474,381 ++= 379,689= (N/m2) ⇒ Trở lực của đoạn luyện là : 982,39983379,689.58. ==Δ=Δ dLLTTL PNP (N/m2) ⇒ Trở lực của đoạn ch−ng là : 608,10184472,727.14. ==Δ=Δ dCCTTC PNP (N/m2) ⇒ Trở lực của toàn tháp là : 59,50168982,39983608,10184 =+=Δ+Δ=Δ CL PPP (N/m2) 31 V. tính toán cơ khí : 1.Tính chóp và kích th−ớc cơ bản của chóp. - Đ−ờng kính ống hơi của chóp: 50, 75, 100, 125, 150 (mm) Chọn dh=0,075(m) với chiều dày →= )(2 mmδ đ−ờng kính trong dh= 0,071(m) - Số chóp phân bố trên đĩa: 2 2 .1,0 hd Dn = [II.236] D: Đ−ờng kính trong của tháp(m) dh: Đ−ờng kính ống hơi(m) Thay số: →== 3,79 071,0 2.1,0 2 2 n Qui chuẩn n = 80 - Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi: hdh 25,02 = [II.236] )(01775,0071,0.25,02 mh ==→ -Đ−ờng kính chóp : ( )22 2 chhhch ddd δ++= [II.236] chδ : Chiều dày chóp , )(32 mmch ữ=δ , Chọn chδ = 2(mm) = 0,002 ( ) )(100)(108)(108,0002,0.2071,0071,0 22 mmdmmmd chch =→==++= - Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: )(250 mmS ữ= ; Chọn S = 15(mm) - Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: )(40151 mmh ữ= Chọn h1 = 30(mm) - Chiều cao khe chóp: x yy g b ρ ρωξ . .. 2= [II.236] 32 Trong đó: nd V h y y ...3600 .4 2πω = Vy: L−u l−ợng hơi đi trong tháp (m3/h). ξ : Trở lực đĩa chóp, 25,1 ữ=ξ chọn ξ = 2 xy ρρ , : Khối l−ợng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi (Kg/m3) g = 9,81m/s2. 4 ..3600. 2DV tby ωπ= + Đối với đoạn ch−ng: )/(907,11493 4 2.0168,1.3600. 3 2 hmVy == π )/(0852.10 80.071,0..3600 907,11493.4 2 2 smytbc == πω )/(5333,1 3mKgxtbc =ρ →Chiều cao khe chóp đoạn ch−ng: )(0347,0 576,910.81,9 5333,1.0852,10.2 2 mb == , Chọn b = 36(mm) + Đối với đoạn luyện: )/(12631,13230 4 2.1698,1.3600. 3 2 hmVy == π )/(602,11 80.071,0..3600 12631,13230.4 2 2 smytbl == πω )/(59,811 3mKgxtbl =ρ )/(1336,1 3mKgytbl =ρ →Chiều cao khe chóp đoạn luyện: 33 )(0383,0 598,811.81,9 1336,1.602,11.2 2 mb == , Chọn b = 40(mm) - Chiều rộng các khe chóp: a = 5(mm) - Khoảng cách giữa các khe: c = )(43 mmữ , ở đây chọn c = 4(mm) - Số l−ợng khe hở mỗi chóp: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= b d d c i hch .4 2π [II.236] . Đoạn ch−ng: 5201,51 36.4 71100 4 2 =→=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ii π . Đoạn luyện: 5476,53 40.4 71100 4 2 =→=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ii π - Đ−ờng kính ống chảy chuyền: z G d cx x c ....3600 .4 ωρπ= (m) Gx: L−u l−ợng lỏng trung bình đi trong tháp (Kg/h) xρ : Khối l−ợng riêng của lỏng(Kg/m3) z : Số ống chảy chuyền z = 1 cω : Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền )/(2,01,0 smc ữ=ω Chọn cω =0,1(m/s) . Đoạn ch−ng: )(190)(1895,0 1.1,0.0267,916..3600 3600.030,20.129,0.4 mmmdc === π . Đoạn luyện: )(220)(22,0 1.1,0.598,811..3600 35,32.0956,0.4 mmmdc === π Chuẩn dc = 152(mm) 34 - Khoảng cách từ đĩa đến ống chảy chuyền: S1 = 0,25.dc [II.237] Thay số: S1c = 0,25.190 = 47,5(mm) S1l = 0,250.220 = 55(mm) - Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa ( ) hSbhhc Δ−++= 1 (mm) [II.237] 2 3 ..85,1.3600 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=Δ cd Vh π V: Thể tích chất lỏng chảy qua (m3/h) . Đoạn ch−ng: )/(10.82,2 0267,916 5836,2 33 smGV xtb x c −=== ρ )(20)(0187,0 190,0..85,1.3600 10.3600.82,2 2 3 3 mmmh ==⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=Δ − π ( ) )(6120153630 mmhc =−++= . Đoạn luyện: )/(10.81,3 598,811 35,32.0956,0 33 smGV xtb x l −=== ρ )(22)(0207,0 22,0..85,1.3600 3600.10.81,3 2 3 3 mmmh ==⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=Δ − π ( ) )(6322154030 mmhc =−++= - B−ớc tối thiểu của chóp trên đĩa: 2min .2 ldt chch ++= δ [II.237] l2 = 12,5 + 0,25.dch Thay số: l2 = 12,5 + 0,25.100 = 37,5 35 )(5,1415,372.2100min mmt =++= → Qui chuẩn tmin = 142(mm) - Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất: 11 22 l dd t chchcc ++++= δδ (mm) cδ : Bề dày ống chảy chuyền →ữ= )(42 mmcδ Chọn cδ = 2(mm) l1 : Khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền, th−ờng chọn l1= 75(mm) )(224752 2 1002 2 190 1 mmt =++++= 2/ Thân tháp : Thân hình trụ là bộ phận chủ yếu của để tạo thành thiết bị hoá chất. Tuỳ theo điều kiện làm việc mà ng−ời ta chọn vật liệu và ph−ơng pháp chế tạo. Do điều kiện đàu bài là tháp làm việc ở áp suất th−ờng, nhiệt độ làm việc không cao lắm, dung dịch chứa Etylic và N−ớc do đó ta chọn loại vật liệu là thép hợp kim ( thép không gỉ ) X18H10T làm thân tháp, đó là một vật liệu bền chịu nhiệt. Nó đ−ợc chế tạo bằng cách cuốn tấm vật liệu với kích th−ớc đã định sau đó hàn giáp mối lại . Khi chế tạo loại này ta chú ý : áp suất và nhiệt độ làm ảnh h−ởng đến chiều dày vật liệu. Chọn vật liệu phụ thuộc vào môi tr−ờng làm việc Bảo đảm đ−ờng hàn càng ngắn càng tốt Chỉ hàn giáp mối Bố trí đ−ờng hàn dọc (ở các đ−ờng thân riêng biệt lân cận ) cách nhau ít nhất là 100mm Bố trí mối hàn ở vị trí dễ quan sát Không khoan lỗ qua mối hàn. Thân tháp là thân hình trụ hàn, làm việc chịu áp suất trong, không bị đốt nóng trực tiếp ⇒ Thiết bị loại I nhóm 2 ⇒ Hệ số điều chỉnh là : η = 0,9 [II.356] . ⇒ Theo bảng tính chất cơ học của vật liệu ( III.4 - II.310), chọn độ dày thiết bị trong khoảng (1- 3 mm), ta có giới hạn bền kéo và bền chảy của vật liệu : 36 σk = 540.106 (N/m2) σch = 220.106 (N/m2) ⇒ Hệ số an toàn bền kéo và bền chảy của vật liệu là : nk = 2,6 nc = 1,5 [II.356] ⇒ ứng suất giới hạn bền kéo là : 6 6 k k k 10.9,1869,0.6,2 10.540 . n ][ ==ησ=σ (N/m2) ⇒ ứng suất giới hạn bền chảy là : 6 6 k k k 10.1329,0.5,1 10.220 . n ][ ==ησ=σ (N/m2) ⇒ Chọn ứng suất cho phép là ứng suất bé nhất trong hai ứng suất trên : [σ] = [σk] = 132.106 (N/m2) ♦ Chọn cách chế tạo : Dt > 700(mm) [II.362] - Cách hàn: Hàn tay bằng hồ quang điện. - Hàn giáp mối 2 bên. - Hệ số bền mối hàn là : ϕh = 0,95 ♦ Chiều dày thân tháp hình trụ là : (m) ].[2 . C P PDS t ++= ϕσ [II.360] Trong đó : Dt : Đ−ờng kính trong của tháp (m) Theo thông số đĩa đã chọn : Dt = 2(m) P : áp suất trong thiết bị (N/m2) llmtlmt H..gPPPP ρ+=+= (N/m2) Với : Pmt : áp suất của hơi trong tháp (N/m 2) Tháp làm việc ở áp suất th−ờng nên Pmt = 1 (at) = 105 (N/m2) 37 Pl : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong tháp (N/m2) ρl : Khối l−ợng riêng của chất lỏng trong tháp (kg/m3) Ta lấy theo khối l−ợng riêng lớn nhất là khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng đoạn ch−ng : ρl = ρxC = 916,0267 (kg/m3) Hl : Chiều cao cột chất lỏng trong tháp (m) Ta lấy chiều cao lớn nhất là chiều cao tháp : Hl = H = 33 (m) g : Gia tốc trọng tr−ờng : g = 9,81 (m/s2) ⇒ P = 105 + 9,81 . 916,0267 . 33 = 3,3965.105 (N/m2) [σ] : ứng suất cho phép với loại vật liệu đã chọn (N/m2) ϕ : Hệ số bền của thành hình trụ theo ph−ơng dọc Vì tháp kín không đục lỗ nên ϕ = ϕh = 0,95 C : Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai của chiều dày tấm thép (m) C = C1 + C2 + C3 (m) [II.363] C1 : Bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi tr−ờng và thời gian làm việc của tháp chọn C1 = 1 (mm) = 10 -3 (m) C2 : Bổ sung do bào mòn (m) Tháp ch−ng luyện chỉ chứa lỏng và hơi nên ít bào mòn ⇒ C2 = 0 C3 : Bổ sung do dung sai về chiều dày (m) Chọn dung sai, Chọn C3 = 0,8 mm = 0,8.10 -3 (m) [II.364] ⇒ C = 0,8.10-3 +10-3 = 1,8.10-3 (m) ⇒ Chiều dày thân tháp hình trụ là : (mm) 967,4(m) .10967,410.8,1 10.965,395,0.10.132.2 10.965,3.2 3-3 56 5 ==+−= −S ⇒ Theo quy chuẩn lấy chiều dày tháp là : S = 7 mm ♦ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử( Dùng n−ớc ) : - áp suất thử : Po = Pth + Pl (N/m 2) 38 Trong đó : Pth : áp suất thủy lực (N/m 2) Theo bảng áp suất thuỷ lực khi thử [XIII.5 – II.358] : ⇒ Pth = 1,5.P = 1,5 . 3,965.105 = 5,9475.105 (N/m2) Pl : áp suất cột chất lỏng trong tháp (N/m 2) Pl = g . ρl . Hl = 2,965.105 (N/m2) ⇒ Po =5,9475.105 + 2,965.105 = 8,9125.105 (N/m2) - ứng suất theo áp suất thử : 6 3 53 10.884,180 95,0.10).8,17.(2 10.9125,8].10).8,17(2[ ).(2 )].([ =− −+=− −+= − − ϕσ CS PCSD ot (N/m2) 6 6 ch 10.333,183 2,1 10.220 2,1 ==σ<σ⇒ (N/m2) ⇒ Vậy chọn S = 7 mm là phù hợp. 2/ Nắp và đáy tháp : ♦ Chọn cùng vật liệu với thân tháp. ♦ Chi tiết cấu tạo : - Đáy và nắp elip có gờ chịu áp suất trong. - Các kích th−ớc : - Đ−ờng kính : Dt = 2 (m) - Chiều cao phần lồi : hb = 0,25 . Dt = 0,25 . 2= 0,5 (m) - Chiều cao gờ : h = 25 (mm) ♦ Chiều dày đáy và nắp : (m) Ch.2 D . P.k]..[8,3 P.D S b t hk t +−ϕσ= [II.385] Trong đó : ϕ : Hệ số bền mối hàn h−ớng tâm ϕh = 0,95 k : Hệ số không thứ nguyên : 39 tD dk −= 1 [II.385] d: Đ−ờng kính lớn nhất của lỗ không d−ợc tăng cứng, d = 0,1(m) 95,0 2 1,01 =−=k [ ] 95,0. 10.965,3 95,0.10.132. 5 6 = p k hϕσ >30 nên đại l−ợng p ở mẫu có thể bỏ qua. [ ] Ch D k pD S b t h t += 2 . ..8,3 . ϕσ P : áp suất trong : - Nắp : P = Phơi = 1 at = 1.10 5 (N/m2) - Đáy : P = Ptháp = 3,965. 10 5(N/m2) ⇒ Chiều dày nắp tháp là : (m) C 8,835.10 5,0.2 2. 95,0.95,0.10.132.8,3 .10.1.2 4- 6 5 +=+= CS →S - C=8,835.10-4 (m) = 0,8835 (mm) Ta thấy S – C < 10 ( mm) Nên phải tăng C lên 2(mm), khi đó C=3,8mm Do đó S = 0,8835 + 3,8 = 4,6835( mm). Chọn S = 7( mm). ♦ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử : Pth = 1,5 . Phơi = 1,5 . 1.10 5 = 1,5 . 105 (N/m2) )(N/m 10.18,175 10).8,17.(5,0.95,0.95,0.6,7 10.5,1].10).8,17.(5,0.22[ ).(...6,7 )].(.2[ 26 3 532 2 =− −+= − −+=⇒ − − CShk PCShD bh obt ϕσ [II.386] 40 6 6 ch 10.333,183 2,1 10.220 2,1 ==σ<σ⇒ (N/m2) ⇒ Vậy chọn S = 7 mm là phù hợp. - Với đáy tháp : Pth = Po = 8,9125.10 5 (N/m2) S = )(10.5,3 5,0.2 2. 95,0.95,0.10.132.8,3 10.965,3.2 3 6 5 mC −=+ Ta thấy S – C < 10 ( mm) Nên phải tăng C lên 2(mm), khi đó C = 3,8mm Do đó S = 3,5 + 3,8 = 7,3( mm). Chọn S = 8( mm). ♦ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử : )(N/m 10.93,167 10).8,18.(5,0.95,0.95,0.6,7 10.9125,8].10).8,18.(5,0.22[ ).(...6,7 )].(.2[ 26 3 532 2 =− −+= − −+=⇒ − − CShk PCShD bh obt ϕσ 6 6 ch 10.333,183 2,1 10.220 2,1 ==σ<σ⇒ (N/m2) ⇒ Vậy chọn S = 8( mm) là phù hợp. 3/ Chọn mặt bích : Chọn bích liền bằng thép X18H10T (kiểu 1) với các thông số chọn theo bảng [II.421] ]\với yP = 0,1.106 N/m2 : - Số bích : 26 cặp bích - B−ớc bích : 1,5 (m) - Đ−ờng kính trong : Dt = 2000 (mm) - D = 2141 (mm) - Db = 2090 (mm) - D1 = 2060 (mm) 41 - D0 = 2015 (mm) - Bu lông : 44 (cái ) loại M20 - Chiều dày bích : h = 25 (mm) 4/ Tính đ−ờng kính các ống dẫn : Chọn vật liệu ống dẫn cùng loại vật liệu tháp, dày 3 mm. (m) w.785,0 V d = [II.448] Trong đó : V : L−u l−ợng thể tích (m3/s) w : Vận tốc trung bình (m/s) a/ ống chảy chuyền : L−ợng lỏng trung bình đi trong : 42 - Đoạn luyện : VxL = 2,82.10 -3 (m3/s) - Đoạn ch−ng : VxC = 3,81.10-3 (m3/s) Chọn vận tốc lỏng qua ống chảy chuyền là w = 0,2 (m/s) Chọn số ống chảy chuyền với mỗi đĩa : Z = 1 (ống) ⇒ Đ−ờng kính của ống chảy chuyền đoạn luyện là : (m) 0,1557 2,0.785,0 10.81,3 3 == − d , chuẩn hoá d = 160(mm) ⇒ Đ−ờng kính của ống chảy chuyền đoạn ch−ng là : (m) 0,134 2,0.785,0 10.82,2 3 == − d , qui chuẩn d = 140(mm) b/ ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp : L−ợng hỗn hợp đầu vào tháp là F = 2400 (kg/h) Nhiệt độ của hỗn hợp đầu tF = 84,6628 oC ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t = tF : 627,730=Aρ (kg/m3) 778,969=Bρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của hỗn hợp đầu aF = 30% ⇒ Khối l−ợng riêng của hỗn hợp đầu là : 483,882 778,969 30,01 627,730 30,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B F A F F aa ρρρ (kg/m3) ⇒ L−u l−ợng thể tích của hỗn hợp đầu là : 410.554,7 483,882.3600 2400 −=== F FV ρ (m3/s) Chọn tốc độ hỗn hợp đầu là : w = 0,3 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn hỗn hợp đầu là : 43 (m) 0,0566 3,0.785,0 10.554,7 4 == − d Quy chuẩn : d = 0,06 (m) = 60 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 100 (mm) [II.434] ⇒ Tốc độ thực tế của hỗn hợp đầu : (m/s) 0,27 06,0.785,0 10.554,7 .785,0 2 4 2 === − d VwTT b/ ống dẫn hơi đỉnh tháp : L−ợng hơi đỉnh tháp là gđ = 0,0952 (kmol/s) Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp tP = 78,1272 oC ⇒ L−u l−ợng thể tích của hơi đỉnh tháp là : 742,2 273 )1272,78273.(4,22.0952,0 273 )273.(4,22. =+=+= Pd tgV (m3/s) Chọn tốc độ hơi đỉnh tháp là : w = 20 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn hơi đỉnh tháp là : (m) 0,417 20.785,0 742,2 ==d Quy chuẩn : d = 420 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 150 (mm) [II.434] ⇒ Tốc độ thực tế của hơi đỉnh tháp : (m/s) ,80119 42,0.785,0 472,2 .785,0 22 === d VwTT c/ ống dẫn sản phẩm đáy : L−ợng sản phẩm đáy là W = 0,458 (kg/s) Nhiệt độ của hỗn hợp đáy tW = 99,6007 oC ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t = tW : 44 379,716=Aρ (kg/m3) 28,958=Bρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của sản phẩm đáy aW = 0,04% ⇒ Khối l−ợng riêng của sản phẩm đáy là : 987,956 28,958 004,01 379,716 004,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B W A W W aa ρρρ (kg/m3) ⇒ L−u l−ợng thể tích của sản phẩm đáy là : 410.785,4 987,956 458,0 −=== W WV ρ (m3/s) Chọn tốc độ sản phẩm đáy là : w = 0,2 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn sản phẩm đáy là : 0,055(m) 2,0.785,0 10.785,4 4 == − d Quy chuẩn : d = 0,06 (m) = 60 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 100 (mm) [II.434] ⇒ Tốc độ thực tế của sản phẩm đáy : (m/s) ,16930 06,0.785,0 10.785,4 .785,0 2 4 2 === − d VwTT d/ ống dẫn hơi ng−ng tụ hồi l−u : L−ợng hơi ng−ng tụ hồi l−u là GR = P.R = 729,6.2087,0 = 1,4043 (kg/s) Nhiệt độ của hơi ng−ng tụ hồi l−u tR = tP = 78,1272 oC ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t = tR : 78,736=Aρ (kg/m3) 03,973=Bρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của hơi ng−ng tụ hồi l−u aR = aP = 95% ⇒ Khối l−ợng riêng của hơi ng−ng tụ hồi l−u là : 45 83,745 03,973 95,01 78,736 95,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B R A R R aa ρρρ (kg/m3) ⇒ L−u l−ợng thể tích của hơi ng−ng tụ hồi l−u là : 310.882,1 83,745 403,1 −=== R RGV ρ (m3/s) Chọn tốc độ hơi ng−ng tụ hồi l−u là : w = 0,3 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn hơi ng−ng tụ hồi l−u là : (m) 0,089 3,0.785,0 10.882,1 3 == − d Quy chuẩn : d = 0,90 (m) = 90 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 110 (mm) [II.434] ⇒ Tốc độ thực tế của hơi ng−ng tụ hồi k−u : (m/s) ,2950 9,0.785,0 10.882,1 .785,0 2 3 2 === − d VwTT e/ ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi l−u : L−ợng hơi sản phẩm đáy hồi l−u là g1’ = 0,1014 (kmol/h) Nhiệt độ của hơi sản phẩm đáy hồi l−u tW = 99,6007 oC ⇒ L−u l−ợng thể tích của hơi sản phẩm đáy hồi l−u là : 1,3 273 )6007,99273.(4,22.1014,0 273 )273.(4,22.'1 =+=+= WtgV (m3/s) Chọn tốc độ hơi sản phẩm đáy hồi l−u là : w = 20 (m/s) ⇒ Đ−ờng kính của ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi l−u là : (m) 0,444 20.785,0 1,3 ==d Quy chuẩn : d = 0,45 (m) = 450 (mm) Chiều dài đoạn ống nối : l = 150 (mm) [II.434] 46 ⇒ Tốc độ thực tế của hơi sản phẩm đáy : (m/s) ,5819 45,0.785,0 1,3 .785,0 22 === d VwTT 5/ Khối l−ợng tháp : G = GT + GN-Đ + GB + Gbl + GĐ + GÔ + GL (kg) Trong đó : GT : Khối l−ợng thân tháp trụ (kg) GN-Đ : Khối l−ợng nắp và đáy tháp (kg) GB : Khối l−ợng bích (kg) Gbl : Khối l−ợng bu lông nối bích (kg) GĐ : Khối l−ợng đĩa lỗ trong tháp (kg) GÔ : Khối l−ợng ống chảy chuyền (kg) GL : Khối l−ợng chất lỏng điền đầy tháp (kg) a/ Khối l−ợng thân tháp trụ : - Khối l−ợng riêng của thép là ρT = 7,9.103 (kg/m3) [II.313] - Đ−ờng kính trong của thân tháp : Theo các thông số đĩa đã chọn : Dt = 2 (m) - Chiều dày thân tháp : S = 7 (mm) - Chiều cao thân tháp : H = 33 (m) ⇒ Khối l−ợng thân tháp là : (kg) 1254,574310.9,7.33. 4 ]2)10.72.[(14,3 .. 4 ]).[( 3 223 22 =−+= −+= − T tt T H DSDG ρπ b/ Khối l−ợng nắp và đáy tháp : Theo các thông số của nắp và đáy tháp đã chọn : - Bề mặt trong của nắp, đáy tháp : F = 4,48 (m2) [II.382] - Chiều dày của nắp, đáy tháp lấy chung : S = 8 (mm) =8.10-3 (m) 47 ⇒ Khối l−ợng nắp và đáy tháp là : (kg) 136,28310.9,7.10.8.24,2.2..2 33 === −− TDN SFG ρ c/ Khối l−ợng bích : Theo các thông số của bích đã chọn : - Đ−ờng kính trong của bích : Dt = 2(m) - Đ−ờng kính ngoài của bích : D = 2,141 (m) - Chiều dày bích : h = 0,025 (m) - Số bích : n = 26 (cặp) = 42 (chiếc) ⇒ Khối l−ợng bích là : (kg) 913,380342.10.9,7.025,0. 4 ]2141,2.[14,3... 4 ].[ 322 22 =−=−= nhDDG TtB ρπ d/ Khối l−ợng bu lông nối bích : Theo các thông số của bích đã chọn : Cần 26 cặp bích, mỗi cặp cần 44 bu lông loại M20 (khối l−ợng : 0,15 kg/cái) . ⇒ Khối l−ợng bu lông nối bích là : (kg) 6,17115,0.44.26 ==blG e/ Khối l−ợng đĩa lỗ trong tháp : Theo các thông số đĩa đã chọn : - Đ−ờng kính đĩa : D = 2 (m) - Chiều dày đĩa : δ = 0,002 (m) - Số đĩa : n = 72 (chiếc) ⇒ Khối l−ợng đĩa trong tháp là : (kg) 876,357372.10.9,7.002,0. 4 2.14,3... 4 . 32 2 === nDG Td ρδπ f/ Khối l−ợng ống chảy chuyền : Khối l−ợng một ống chảy chuyền là : 48 (kg) 701,010.9,7.28,0. 4 ]1,0)002,01,0[(14,3.. 4 ])[( 32222 =−+=−+= Toooo hDSDm ρπ ⇒ Số ống chảy chuyền là : nÔ = 72.1 = 72 (ống) ⇒ Khối l−ợng ống chảy chuyền là : GÔ = nÔ . mÔ = 72 . 0,701 = 50,472 (kg) g/ Khối l−ợng chất lỏng điền đầy tháp : Ta lấy theo khối l−ợng riêng lớn nhất là khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng đoạn ch−ng : ρL = ρxC = 916,0267 (kg/m3) ⇒ Khối l−ợng chất lỏng chứa trong tháp là : (kg) 6,949180267,916.33. 4 2.14,3.. 4 . 22 === LL H D G ρπ ⇒ Khối l−ợng tháp là : G = 5743,1254 + 283,136 + 3803,913 +171,6 + 3573,876 +50,472+94918,6 = 108544,7224 (kg) 6/ Tính tai treo : Trọng l−ợng tháp là : P = G . g = 108544,7224 . 9,81 = 1064823,727 (N) Chọn 18 tai treo bằng thép CT3, tải trọng trên 1 tai treo là : 6,0.104 (N) ⇒ Các thông số của tai treo (Kiểu VIII) (II-438) - Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ : 1,33.106 (N/m2) - Bề mặt đỡ : F = 451.10-4 (m2) L B B1 H S l a d Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10-4, N Bề mặt đỡ F.104, m2 Tải trọng cho phép lên mặt đỡ q.10- 6N/m2 mm Khối l−ợng một tai treo, Kg 6,0 451 1,33 230 200 205 350 12 100 25 34 13,2 ⇒ Tải trọng của cả 18 tai treo : 18. 6,0.104 = 108.104 (N) > P ⇒ Phù hợp 49 7/ Tính chân đỡ : Chọn chân thép: 18 chân L B B1 B2 H h s l d Tải trọng cho phép trên một chân G.10-4N Bề mặt đỡ F.104, m2 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ q.10-6, N/m2 mm 6,0 711 0,84 300 240 260 370 450 226 18 110 34 ⇒ Tải trọng của cả 18 chân đỡ : 18. 6,0.104 = 48.104 (N) > P ⇒ Phù hợp *Chọn tấm lót cho tai treo bằng thép: Tải trọng cho phép trên một tai treo. G.10- 4,N Chiều dầy tối thiểu của thành thiết bị khi không có lót Chiều dầy tối thiểu của thiết bị khi có lót S H b sh mm 6 20 10 550 340 8 50 51 tính cân bằng nhiệt I. thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (II-196) : (J/h) QQQQQ 1xq1ngFf1D ++=+ Trong đó : QD1 : Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào (J/h) Qf : Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h) QF : Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h) 1ngQ : Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra (J/h) 1xqQ : Nhiệt l−ợng mất mát ra môi tr−ờng xung quanh (J/h) Chọn hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà ở áp suất 2 at, có to sôi = 119,62 oC 1/ Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào : (J/h) )C.r.(D.DQ 1111111D θ+=λ= [II.196] Trong đó : D1 : L−ợng hơi đốt (kg/h) λ1 : Hàm nhiệt (nhiệt l−ợng riêng) của hơi đốt (J/kg) θ1 : Nhiệt độ n−ớc ng−ng (oC) : θ1 = 119,62 oC 52 r1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt (J/kg) Theo bảng số liệu Nhiệt hoá hơi – to (I-301) tại to = θ1, nội suy ta có : r1 = 526,7 (kcal/kg) = 526,7 . 4,18.10 3 (J/kg) = 2201,4.103 (J/kg) C1 : Nhiệt dung riêng của n−ớc ng−ng (J/kg.độ) 2/ Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang vào : (J/h) t.C.FQ fff = [II.196] Trong đó : F : L−ợng hỗn hợp đầu (kg/h) F = 2400 (kg/h) tf : Nhiệt độ đầu của hỗn hợp ( oC) Hỗn hợp vào ở nhiệt độ th−ờng tf = 20 oC Cf : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202), ta có : C E = 0,99947 ( kcal/kg.độ)=4,1778( kJ/kg.độ) CN =2,480( kJ/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu : af = aF = 30% ⇒ Cf = CA.af + CB.(1 – af) = 4,1778 . 0,30 + 2,48 .(1 – 0,30) = 2,98934 (kJ/kg.độ) 3/ Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang ra : (J/h) t.C.FQ FFF = [II.196] Trong đó : tF : Nhiệt độ của hỗn hợp đầu sau khi đun nóng ( oC) : tF = 84,6028 oC CF : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra (J/kg.độ) 53 Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202) tại to = tF, nội suy ta có : CA = 3289,042(J/kg.độ) CB = 4196,07 (J/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu : aF = 30% ⇒ CF = CA.aF + CB.(1 – aF) = 3289,042 . 0,3 + 4196,07 .(1 – 0,30) = 3923,961 (J/kg.độ) (J/h) 10.741,796744002 . 6028,48 . 961,3923 3==⇒ FQ 4/ Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra : (J/h) .C.D.C.GQ 111111ng1ng θ=θ= [I.197] Trong đó : 1ngG : L−ợng n−ớc ng−ng, bằng l−ợng hơi đốt D1 (kg/h) 5/ Nhiệt l−ợng mất ra môi tr−ờng xung quanh : L−ợng nhiệt mất ra môi tr−ờng lấy bằng 5% l−ợng nhiệt tiêu tốn : (J/h) r.D.05,0Q 111xq = [II.197] 6/ L−ợng hơi đốt cần thiết : 1 fF 1 f1xq1ngF 1 r.95,0 QQQQQQ D −=λ −++= [II.197] (kg/h) r.95,0 )t.Ct.C.(F D 1 ffFF 1 −= (kg/h) 365,312 10.4,2201.95,0 )20.34,29896028,84.961,3923.(2400 31 =−=⇒ D 54 II. tháp ch−ng luyện : Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của tháp ch−ng luyện : (J/h) QQQQQQQ 2ng2xqwyR2DF +++=++ [II.197] Trong đó : QF : Nhiệt l−ợng do hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h) QD2 : Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào tháp (J/h) QR : Nhiệt l−ợng do l−ợng lỏng hồi l−u mang vào (J/h) yQ : Nhiệt l−ợng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (J/h) Qw : Nhiệt l−ợng do sản phẩm đáy mang ra (J/h) 2xqQ : Nhiệt l−ợng mất mát ra môi tr−ờng xung quanh (J/h) 2ngQ : Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra (J/h) Chọn hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà ở áp suất 2 at, có to sôi = 119,62 oC 1/ Nhiệt l−ợng do hơi đốt mang vào tháp : (J/h) )C.r.(D.DQ 2222222D θ+=λ= [II.197] Trong đó : D2 : L−ợng hơi đốt (kg/h) λ2 : Hàm nhiệt (nhiệt l−ợng riêng) của hơi đốt (J/kg) θ2 : Nhiệt độ n−ớc ng−ng (oC) : θ2 = 119,62 oC r2 : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt (J/kg) r2 = r1 = 2201,4.10 3 (J/kg) C2 : Nhiệt dung riêng của n−ớc ng−ng (J/kg.độ) 2/ Nhiệt l−ợng do l−ợng lỏng hồi l−u mang vào : 55 (J/h) t.C.GQ RRRR = [II.197] Trong đó : GR : L−ợng lỏng hồi l−u (kg/h) GR = P . Rx Với : P : L−ợng sản phẩm đỉnh (kg/h) P = 751,32 (kg/h) Rx : Chỉ số hồi l−u : Rx = 6,729 ⇒ GR = 751,32.6,729 (kg/h) = 5055,48 (kg/h) tR : Nhiệt độ của l−ợng lỏng hồi l−u (oC) L−ợng lỏng hồi l−u (sau khi qua thiết bị ng−ng tụ) ở trạng thái sôi, có nồng độ bằng nồng độ của hơi ở đỉnh tháp : x = yP = xP = 0,8814 ⇒ Theo bảng số liệu nồng độ – to sôi ), nội suy ta có : tR = 78,1272 oC CR : Nhiệt dung riêng của l−ợng lỏng hồi l−u (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202), nội suy ta có : C1 = 3196,59 (J/kg.độ) C2 = 4190,868(J/kg.độ) Nồng độ l−ợng lỏng hồi l−u bằng nồng độ sản phẩm đỉnh: aR = aP = 95% ⇒ CR = C1.aR + C2.(1 – aR) = 3196,59 . 0,95 + 4190,868 .(1 – 0,95) = 3246,303 (J/kg.độ) (J/h) .10910,1282193 303,3246.1272,78.48,5055 3==⇒ RQ 3/ Nhiệt l−ợng do hơi mang ra ở đỉnh tháp : (J/h) ).R1.(PQ dxy λ+= [II.197] Trong đó : λd : Hàm nhiệt (nhiệt l−ợng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg) 56 )a1.(a. 21d −λ+λ=λ (J/kg) [II.197] Với : λ1, λ2 : Nhiệt l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (J/kg) ⎩⎨ ⎧ θ+=λ θ+=λ (J/kg) .Cr (J/kg) .Cr 2222 1111 Mà θ1 = θ2 = tR = 78,1272 oC ⇒ Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202), nội suy ta có : C1 = 3196,59 (J/kg.độ) C2 = 4190,68 (J/kg.độ) ⇒ Theo bảng số liệu Nhiệt hoá hơi – to (I-301), nội suy ta có : r1 = 202,749(kcal/kg) = 847,490.10 3 (J/kg) r2 = 560,8718(kcal/kg) = 2344,448.10 3 (J/kg) ⎪⎩ ⎪⎨⎧ =+= =+=⇒ (J/kg) 26718681272,78.68,419010.448,2344 (J/kg) 10972301272,78.59,319610.490,847 3 2 3 1 λ λ a : Nồng độ phần khối l−ợng của Etylic : a = aP = 0,95 (J/kg) 9,11756105,0.267186895,0.1097230 =+=⇒ dλ (J/h) 10.636,68287549,117561).729,61.(2087,0 3=+=⇒ yQ 4/ Nhiệt l−ợng do sản phẩm đáy mang ra : (J/h) t.C.WQ wWW = [II.197] Trong đó : W : L−ợng sản phẩm đáy (kg/h) W = 0,458(kg/s) tW : Nhiệt độ của l−ợng sản phẩm đáy (oC) : tW = 99,6007 oC CW : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg.độ) 57 Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202) tại tW, nội suy ta có : C1 = 3514(J/kg.độ) C2 = 4218,26(J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đáy: aW = 0,4% ⇒ CW = C1.aW + C2.(1 – aW) = 3514.0,004 + 4218,26 .(1 – 0,004) = 4215,443 (J/kg.độ) (J/h) .10932,692266 443,4215.6007,99.3600.458,0 3==⇒ WQ 5/ Nhiệt l−ợng mất ra môi tr−ờng xung quanh : L−ợng nhiệt mất ra môi tr−ờng lấy bằng 5% l−ợng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp : (J/h) r.D.05,0Q 222xq = [II.197] 6/ Nhiệt l−ợng do n−ớc ng−ng mang ra : (J/h) .C.D.C.GQ 222222ng2ng θ=θ= [II.198] Trong đó : 2ngG : L−ợng n−ớc ng−ng, bằng l−ợng hơi đốt (kg/h) 7/ L−ợng hơi đốt cần thiết : 2 RFWy 2 RF2xq2ngWy 2 r.95,0 QQQQQQQQQQ D −−+=λ −−+++= [ II.198] (kg/h) 444,1 10.4,2201.95,0 53,59540710.5,110810.96,94591210.8986403 3 333 2 =−−+=⇒D III. thiết bị ng−ng tụ : 58 Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của thiết bị ng−ng tụ (ng−ng tụ hoàn toàn): )tt.(C.Gr).1R.(P 12nnx −=+ [II.198] Trong đó : r : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đỉnh tháp (J/kg) Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp là tđ = 78,1272 oC ⇒ Theo bảng số liệu Nhiệt hoá hơi – to (I-301), nội suy ta có : r1 = 847,490.10 3 (J/kg) r2 = 2344,448.10 3 (J/kg) Nồng độ phần khối l−ợng của hơi đỉnh tháp là aP = 95% ⇒ r = r1.aP + r2.(1- aP) = 847,490.103 . 0,95 + 2344,448.103.(1- 0,95) = 922,338 . 103 (J/kg) Gn : L−ợng n−ớc lạnh tiêu tốn (kg/h) t1,t2 : Nhiệt độ vào và ra của n−ớc làm lạnh (oC) Nhiệt độ vào của n−ớc lạnh lấy là nhiệt độ th−ờng : t1 = 20 oC Nhiệt độ ra của n−ớc lạ nh chọn : t2 = 40 oC ⇒ ttb = 30 oC Cn : Nhiệt dung riêng của n−ớc ở nhiệt độ trung bình ttb (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-195), nội suy ta có : Cn = 4174,4 (J/kg.độ) ⇒ L−ợng n−ớc lạnh cần thiết là : (kg/h) 10.222,64 )2040.(4,4174 10.338,922).1729,6.(2807,0 ).( ).1.( 33 12 =− +=− += ttC rRPG n x n IV. thiết bị lμm lạnh : Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng của thiết bị làm lạnh : )tt.(C.G)tt(C.P 12n2n ' 2 ' 1P −=− [II.198] 59 Trong đó : Gn2 : L−ợng n−ớc lạnh tiêu tốn (kg/h) ' 2 ' 1 t,t : Nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ng−ng tụ (oC) Sản phẩm đỉnh sau ng−ng tụ ở trạng thái sôi : ⇒ Nhiệt độ vào chính bằng nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp : '1t = 78,125 oC Nhiệt độ ra của sản phẩm lấy là : ' 2t = 25 oC ⇒ 'tbt = 52oC CP : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ng−ng tụ (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202) tại ' tbt , nội suy ta có : C1 = 0,69 (kcal/kg.độ) = 2884(J/kg.độ) C2 = 1,01 (kcal/kg.độ) = 4222(J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đỉnh: aP = 95% ⇒ CP = C1.aP + C2.(1 – aP) = 2884 . 0,95 + 4222 .(1 – 0,95) = 2950,9 (J/kg.độ) ⇒ L−ợng n−ớc lạnh cần thiết là : (kg/h) 8222,1410 )2040.(4,4174 )251272,78.(9,2950.3600.2087,0 ).( )(. 12 ' 2 ' 1 2 =− −=− −= ttC ttCPG n P n 60 tính vμ chọn thiết bị phụ I. thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : Để đun nóng hỗn hợp đầu ( theo phần khối l−ợng ) với năng suất 3000 kg/h . giả thiết dung dịch đầu có nhiệt độ ban đầu t=200C ,cần đun nóng đến nhiệt độ sôi tF =84,6628 0C( nhiệt độ sôi tra theo đ−ờng cân bằng x-y-t ) .Để đun nóng hỗn hợp đầu ta dùng thiết bị gia nhiệt loại ống chùm loại đứng ,dùng hơi n−ớc bão hoà để đun nóng hỗn hợp đầu ,chọn áp suất tuyệt đối của hơi n−ớc bão hòa là P = 2at ,khi đó nhiệt độ của hơi n−ớc bão hoà là tbh= 119,620C . Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm thẳng đứng với các thông số : - Bề mặt truyền nhiệt trên 1 đơn vị thể tích(m2/m3): 15 – 40 - L−ợng kim loại cần cho 1 đơn vị nhiệt tải: 1 - L−ợng kim loại cần cho 1 đơn vị bề mặt đốt: 30 – 80 - Chiều cao ống : hO = 1,0 (m) - Đ−ờng kính ống : d = 25 (mm) - Chiều dày thành ống : δ = 2,5 (mm) ⇒ Đ−ờng kính trong của ống là : dO = 20 (mm) - Dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống. Chọn vật liệu chế tạo ống là thép không gỉ 2X13 ⇒ Theo I-148, hệ số dẫn nhiệt của vật liệu là : λ = 25,4 (W/m.độ) Chọn hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà ở áp suất 2 at, có to sôi = 119,62 oC 1/ Hiệu số nhiệt độ trung bình : Nhiệt độ vào của dung dịch là tđ = 20 oC Nhiệt độ ra của dung dịch là tc = tsôi = tF = 84,6628 oC Hơi đốt là hơi n−ớc bão hoà nên nhiệt độ không thay đổi và là nhiệt độ sôi ở áp suất đã chọn (2 at) : 119,62 oC ⇒ Δt1 = 119,62 – 20 = 99,62 oC ⇒ Δt2 = 119,62 – 84,6628 = 34,96 oC 61 ⇒ Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai l−u thể là : C 748,61 96,34 62,99ln 96,3462,99 ln O 2 1 21 =−= Δ Δ Δ−Δ=Δ t t ttttb ⇒ Nhiệt độ trung bình của hơi đốt là ttb1 = 119,62 oC ⇒ Nhiệt độ trung bình của dung dịch là ttb2 = ttb1 - Δttb = 119,62 – 61,748 = 57,872 oC 2/ L−ợng nhiệt trao đổi : )tt.(C.mQ dcP −= (J/s) Trong đó : m : L−ợng dung dịch đ−a vào (kg/s) m = F = 0,6667 (kg/s) PC : Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng – to (I-202) tại to = ttb2, nội suy ta có : C1 = 0,72 (kcal/kg.độ) = 3009,6(J/kg.độ) C2 = 1,1 (kcal/kg.độ) = 4598(J/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu : aF = 30% ⇒ CP = C1.aF + C2.(1 – aF) = 3009,6 . 0,30 + 4598 .(1 – 0,30) = 4121,48 (J/kg.độ) tđ, tc : Nhiệt độ vào và ra của dung dịch ( oC) ⇒ Q = 0,6667 . 4121,48 . (84,6628 - 20) = 177679,841 (J/s) 3/ Diện tích trao đổi nhiệt : 62 Δt1 Δt2 ΔtT th tdd tT1 tT2 q1 q2 δ α1 α2 qT Ký hiệu : th : Nhiệt độ hơi đốt – hơi n−ớc bão hoà ở 2 at (oC) : th = ttb1 = 119,62 oC tT1 : Nhiệt độ mặt ngoài ống ( oC) tT2 : Nhiệt độ mặt trong ống ( oC) tdd : Nhiệt độ dung dịch ( oC) : tdd = ttb2 = 57,872 oC Δt1 : Hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và mặt ngoài ống (oC) : Δt1 = th – tT1 Δt2 : Hiệu nhiệt độ giữa mặt trong ống và dung dịch (oC) : Δt1 = tT2 – tdd ΔtT : Hiệu nhiệt độ giữa mặt ngoài ống và mặt trong ống (oC) : ΔtT = tT1 – tT2 δ : Chiều dày thành ống (m) tm : Nhiệt độ màng n−ớc ng−ng (oC) : tm = 0,5.( th + tT1) q1 : Nhiệt tải riêng phía hơi ng−ng tụ (W/m2) q2 : Nhiệt tải riêng phía dung dịch (W/m 2) α1 : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ng−ng tụ (W/m2.độ) α2 : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch (W/m2.độ) a/ Hệ số cấp nhiệt phía hơi ng−ng tụ : 4 1 H.t r .A.04,2 Δ=α (W/m2.độ) [II-28] Trong đó : A : Phụ thuộc nhiệt độ màng n−ớc ng−ng tm r : ẩn nhiệt hoá hơi lấy theo nhiệt độ hơi bão hoà th (J/kg) 63 Theo bảng số liệu Nhiệt hoá hơi – to (I-301), nội suy ta có : r = 2201,4.103 (J/kg) Δt : Hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và mặt ngoài ống (oC) : Δt = Δt1 H : Chiều cao ống (m) : H = hO = 1,0 (m) b/ Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch : Ph−ơng trình chuẩn số cấp nhiệt đối l−u c−ỡng bức : 25,0 t 43,08,0 1 Pr Pr.Pr.Re..021,0Nu ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ε= [I.14] Trong đó : ♦ ε1 : Hệ số hiệu chỉnh : 150020,0 0,1 d h 1 O O =ε⇒== ♦ Nu : Chuẩn số Nuyxen : λ α= l.Nu α : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch (W/m2.độ) : α = α2 l : Kích th−ớc hình học chủ yếu (m) : l = dO = 0,020 (m) λ : Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch (W/m.độ) 3P M ..C.A ρρ=λ (W/m.độ) [I.143] A : Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của dung dịch Etylic và N−ớc là hỗn hợp lỏng liên kết : A = 3,58.10-8 CP : Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) : CP = 3827,64 (J/kg.độ) ρ : Khối l−ợng riêng của dung dịch (kg/m3) Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc theo ttb2 = 57,872°C : 915,755=Aρ (kg/m3) 957,983=Bρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của dung dịch : aF = 30% Ta có : 64 296,902 957,983 30,01 915,755 30,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B F A F aa ρρρ (kg/m3) M : Khối l−ợng mol phân tử của dung dịch (kg/kmol) Nồng độ phần mol của dung dịch là : xF = 0,1436 (kmol/kmol) ⇒ M = MA.xF + MB.(1-xF) = 46.0,1436 + 18.(1- 0,1436) = 22,021 (kg/kmol) 426,0 021,22 296,902.64,3827.296,902.10.58,3 38 ==⇒ −λ (W/m.độ) ♦ Re : Chuẩn số Reynolt Để quá trình truyền nhiệt đạt hiệu quả, dung dịch phải ở chế độ chảy xoáy ⇒ Chọn Re = 10000 ♦ Pr : Chuẩn số Prand của dòng tính theo nhiệt độ dòng : λ μ= .CPr P μ : Độ nhớt của dung dịch (N.s/m2) Theo bảng và toán đồ (I-102) với nhiệt độ dung dịch ttb2 = 57,872°C : μ1 = 0,62 (cP) μ2 = 0,49 (cP) Theo công thức (I-93), ta có : 295,0 )49,0lg().1436,01()62,0lg(.1436,0 )lg().1()lg(.lg 21 −= −+= −+= μμμ FF xx ⇒ μ = 0,506 (cP) = 0,506 . 10-3 (N.s/m2) 546,4 426,0 10.506,0.64,3827Pr 3 ==⇒ − ♦ Prt : Chuẩn số Prand tính theo nhiệt độ t−ờng : 65 3/4 t 3/1 t 3 t t t t tPt t .A M. M ..A .C Pr ρ μ=ρρ μ=λ μ= 3/4 6 3/48 3/1 .10.3,78 .10.58,3 872,22.Pr t t t t t ρ μ ρ μ ==⇒ − 25,025,0 43,08,0 Pr Pr.826,63 Pr Pr.546,4.10000.021,0 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⇒ tt Nu c/ Tổng nhiệt trở thành ống : T 21O rrr λ δ++= (m2.độ/W) Trong đó : r1 : Nhiệt trở do lớp cặn bám bên ngoài thành ống : r1 = 0,232.10 -3 (m2.độ/W) r2 : Nhiệt trở do lớp cặn bám bên trong thành ống : r2 = 0,387.10 -3 (m2.độ/W) δ : Chiều dày thành ống : δ = 2,5 (mm) = 2,5.10-3 (m) λT : Hệ số dẫn nhiệt của thành ống : λT = 25,4 (W/m.độ) 33 O 10.72,010.4,25 5,2 387,0232,0r −− =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++=⇒ (m2.độ/W) d/ Nhiệt tải riêng trung bình : ♦ Giả sử Δt1 = 2,3 oC ⇒ tT1 = th - Δt1 = 119,62 – 2,3 = 117,32 (oC) ⇒ tm = 0,5.(th + tT1) = 0,5.(119,62 + 117,32) = 118,47 (oC) ⇒ Theo bảng số liệu A – tm (II-29), nội suy ta có : A = 187 04,11932 0,1.3,2 10.4,2201.0,187.04,2 4 3 1 ==⇒α (W/m2.độ) ⇒ q1 = α1 . Δt1 = 11932,04 . 2,3 = 27443,68 (W/m2) ⇒ qT = q1 = 27443,68 (W/m2) 66 ⇒ ΔtT = qT . rO = 27443,68 . 0,72.10-3 = 19,76 (oC) ⇒ tT2 = tT1 - ΔtT = 117,32 – 19,76 = 97,56 (oC) Theo bảng và toán đồ (I-102) với nhiệt độ t−ờng tT2 : μ1 = 0,33 (cP) μ2 = 0,26 (cP) Theo (I-93), ta có : 554,0 )26,0lg().1436,01()33,0lg(.1436,0 )lg().1()lg(.lg 21 −= −+= −+= μμμ FFt xx ⇒ μt = 0,279 (cP) = 0,279 . 10-3 (N.s/m2) Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (I-10) theo tT2 : 715=Aρ (kg/m3) 71,959=Bρ (kg/m3) ⇒ Theo (II-183), ta có : 352,870 71,959 30,01 715 30,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B F A F t aa ρρρ (kg/m3) 623,2 352,870 10.279,0.10.3,78Pr 3/4 3 6 ==⇒ − t 098,73 623,2 546,4.826,63 25,0 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⇒Nu 89,1556 020,0 426,0.0938,73. 2 ===⇒ l Nuλα (W/m2.độ) ⇒ Δt2 = tT2 – tdd = 97,56 – 57,872 = 39,688 (oC) ⇒ q2 = α2 . Δt2 = 1556,89 . 39,688 = 61789,85 (W/m2) Ta thấy q1 và q2 khác nhau nhiều và q1 < q2 nên giả thuyết ch−a thoả mãn Giả thuyết Δt1=4,2°C T−ơng tự ta có tT1=115,42°C tm=117,52 theo bảng (II- 29) ta nội suy đ−ợc 67 A=187 Nên hệ số cấp nhiệt: 25,03 1 1.2,4 410,2201.187.04,2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=α =10264,41 W/m2.độ. Suy ra q1 = 10264,41.4,2 = 43110,54 W/m 2 ΔtT = tT1- tT2 = q1.Σr = 43110,54.0,72.10 –3 = 31,04°C; suy ra tT2=115,42 – 31,04 = 84,38°C Theo bảng và toán đồ (I-102) với nhiệt độ t−ờng tT2 : μ1 = 0,42 (cP) μ2 = 0,362 (cP) Theo (I-93), ta có : 44,0 )362,0lg().1436,01()42,0lg(.1436,0 )lg().1()lg(.lg 21 −= −+= −+= μμμ FFt xx ⇒ μt = 0,362 (cP) = 0,362 . 10-3 (N.s/m2) Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (I-10) theo tT2 : 84,730=Aρ (kg/m3) 934,968=Bρ (kg/m3) ⇒ Theo (II-183), ta có : 667,882 934,968 30,01 84,730 30,01 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− B F A F t aa ρρρ (kg/m3) 58,2 667,882 10.279,0.10.3,78Pr 3/4 3 6 ==⇒ − t 17,73 58,2 546,4.826,63 25,0 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⇒Nu 521,1558 020,0 426,0.17,73. 2 ===⇒ l Nuλα (W/m2.độ) ⇒ Δt2 = tT2 – tdd = 84,38 – 57,872 = 26,508 (oC) ⇒ q2 = α2 . Δt2 = 1558,521 . 26,508 = 41313,275 (W/m2) 68 %5%17,4 54,43110 275,4131354,43110 1 21 <=−=−⇒ q qq ⇒ Chấp nhận đ−ợc ⇒ Nhiệt tải riêng trung bình : 9075,42211 2 275,4131354,43110 2 21 =+=+= qqqtb (W/m2) e/ Diện tích trao đổi nhiệt : 2,4 9075,42211 841,177679 === tbq QF (m2) ⇒ Số ống truyền nhiệt cần dùng là : 66 0,1.020,0.14,3 2,4 .. === OO O hd Fn π (ống) Chọn cách xếp ống theo hình lục giác, gọi a là số ống trên một cạnh hình lục giác ⇒ Tổng số ống là : nO = 3.a.(a-1) + 1 (ống) [II.48] ⇒ Chọn a = 6, nO = 3.6.(6-1)+1 = 91 (ống) Số ống trên đ−ờng chéo hình lục giác : b = 2a – 1 = 11 (ống) Chọn b−ớc ống là : t = 0,03 (m) (1,2d –1,5 d) Đ−ờng kính ngoài của ống là : d = 0,025 (m) ⇒ Đ−ờng kính trong của thiết bị là : D = t.(b - 1) + 4.d = 0,03.(11 - 1) + 4 . 0,025 = 0,4 (m) [II.48] ⇒ Vận tốc dung dịch trong ống : - Theo giả thiết ( chế độ chảy xoáy với Re = 104) : (m/s) 2804,0 02,0.296,902 10.506,0.10 . .Re 34 === − O GT d w ρ μ - Theo tính toán : 69 (m/s) 026,0 4 02,0.14,3.91.296,902 6667,0 4 ... 22 === O O TT dn mw πρ %5%90 2804,0 026,02804,0 >=−=−⇒ GT TTGT w ww ⇒ Ta cần phải chia ngăn thiết bị, số ngăn chia là : 78,10 026,0 2804,0 == TT GT w w (ngăn) Quy chuẩn, ta chia thiết bị làm 12 ngăn. II. tính bơm : Bơm làm việc liên tục trong quá trình ch−ng luyện, đ−a dung dịch từ bể chứa lên thùng cao vị, mức chất lỏng trong thùng cao vị đ−ợc giữ ở mức không đổi nhờ ống chảy tràn để duy trì áp suất ổn định cho quá trình cấp liệu. ⇒ L−u l−ợng bơm : GB = GF = 3000 (kg/h) Kí hiệu : H0 : Chiều cao tính từ mặt thoáng bể chứa dung dịch đến mặt thoáng thùng cao vị (m) H1 : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m) H2 : Chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến đáy tháp (m) Z : Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vị (m) Z H1 H2 H0 1 1 2 2 1/ Các trở lực của quá trình cấp liệu : Tronh quá trình sản xuất a/ Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt : 70 ΔP m1 = ΔP ms1 + ΔP cb1 + ΔPw (N/m2) Trong đó : ΔP ms1 : Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb1 : Trở lực cục bộ (N/m2) Số liệu : - Chiều dài ống : L1 = 22 (m) - Đ−ờng kính ống : dO = 0,1 (m) - L−u l−ợng : GF = 0,6667 (kg/s) ♦ Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống : 2 w. P 2 1O1 1w ρ=Δ (N/m2) [I.458] Trong đó : ρ1 : Khối l−ợng riêng dung dịch tr−ớc khi gia nhiệt (kg/m3) Nhiệt độ của dung dịch lúc đầu : t = 20 oC ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc (bảng I-10) theo t : ρA = 780 (kg/m3) ρB = 998,23 (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng của dung dịch a = aF = 30% ⇒ Khối l−ợng riêng của dung dịch lúc đầu là : 932,920 23,998 3,01 780 30,01 11 11 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− BA aa ρρρ (kg/m3) wO1 : Vận tốc dung dịch trong ống (m/s) 0922,0 1,0.785,0.932,920 667,0 .785,0. 221 1 === O F O d Gw ρ (m/s) 914,3 2 0922,0.932,920 2 1 ==Δ⇒ wP (N/m2) ♦ Trở lực ma sát : 1w O 1 1ms P.d L P Δλ=Δ (N/m2) [I.458] 71 Trong đó : λ : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch trong ống là : t = 20 oC Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có : μA = 1,19 (cP) μB = 1 (cP) Nồng độ dung dịch : x = 0,1436 ⇒ lg(μ1) = x.lg(μA) + (1- x).lg(μB) = 0,1436 . lg(1,19) + (1- 0,1436) . lg(1) = 0,0108 ⇒ μ1 = 1,0252 (cP) = 1,0252.10-3 (Ns/m2) 3 3 1 11 10.282,8 10.0252,1 1,0.932,920.0922,0..Re ===⇒ −μ ρ OO dw >4000 , Chế độ chảy xoáy rối 7 8 .6Re ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ε td gh D [I.461] Thay số 7 8 1,0 100.6Re ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=gh = 1,61.104 Vậy hệ số trở lực ma sát 033,0=λ Với loại ống thép không gỉ ta đã chọn, theo bảng I-466, ta có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 (mm) )(N/m 9162,12914,3. 1,0 10.033,0 21 ==Δ⇒ msP ♦ Trở lực cục bộ : 1w1cb P.P Δξ=Δ ∑ (N/m2) Trong đó : ξ : Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm : 72 - Trở lực cửa vào từ thùng cao vị vào ống : với cạnh nhẵn ⇒ ξ = 0,5 - Trở lực do đột mở từ ống vào thiết bị gia nhiệt : Thiết bị có đ−ờng kính d = 0,4 (m) Tiết diện đầu thiết bị (chia 12 ngăn) là : 0105,0 12 4,0.785,0 12 .785,0 22 1 === df (m2) Tiết diện ống là : 00785,01,0.785,0.785,0 22 === OdfO (m2) 064,0 0105,0 00785,011 22 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ f fOξ - Trở lực do van : Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trở lực do ống chuyển h−ớng 2 lần với góc chuyển là 90o ⇒ ξ = 1,19 [I.479] 0436,20914,3).19,1 . 21,2064,05,0(1 =+++=Δ⇒ cbP (N/m2) 96,329162,120436,201 =+=Δ⇒ mP (N/m2) )(00408,0 81,9.932,920 914,396,32 . 111 1 mg PPP h wmcbm =+=Δ+Δ+Δ= ρ b/ Trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp : ΔP m2 = ΔP ms2 + ΔP cb2 +ΔPw (N/m2) Trong đó : ΔP ms2 : Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb2 : Trở lực cục bộ (N/m2) Số liệu : - Chiều dài ống : L2 =1,5 (m) - Đ−ờng kính ống : dO = 0,1(m) - L−u l−ợng : GF = 0,6667 (kg/s) ♦ Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống : 73 2 w. P 2 2O2 2w ρ=Δ (N/m2) Trong đó : ρ2 : Khối l−ợng riêng dung dịch sau khi gia nhiệt (kg/m3) : ρ2 = ρF = 882,483 (kg/m3) 0962,0 1,0.785,0.483,882 6667,0 .785,0. 222 2 === O F O d Gw ρ 083,42 0962,0.483,882 2 2 ==Δ⇒ wP (N/m2) ♦ Trở lực ma sát : 2w O 2 2ms P.d L P Δλ=Δ (N/m2) Trong đó : λ : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch trong ống là : t = 84,6628 oC Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có : μA = 0,38 (cP) μB = 0,29 (cP) Nồng độ dung dịch : x = 0,1436 ⇒ lg(μ2) = x.lg(μA) + (1- x).lg(μB) = 0,1436 . lg(0,38) + (1- 0,1436) . lg(0,29) = - 0,52 ⇒ μ2 = 0,301 (cP) = 0,301.10-3 (Ns/m2) 44 3 2 22 1010.813,2 10.301,0 1,0.783,882.0962,0..Re >===⇒ −μ ρ OO dw 74 ⇒ Chế độ chảy xoáy ⇒ Xác định λ theo công thức II-464 : ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ 7,3Re 81,6 lg.2 1 9,0 2 9,0 7,3Re 81,6 lg.2 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ⇒ 023,0 7,3 10.1 28130 81,6lg.2 2 39,0 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−= −− )(N/m 408,1083,4. 1,0 5,1023,0 22 ==Δ⇒ msP ♦ Trở lực cục bộ : 2w2cb P.P Δξ=Δ ∑ (N/m2) Trong đó : ξ : Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm : - Trở lực do đột thu từ thiết bị gia nhiệt vào ống : 197,0747,0 0105,0 00785,0 1 =⇒==⇒ ξ f fO - Trở lực cửa ra từ ống vào tháp : ⇒ ξ = 1,0 - Trở lực do van : Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 - Trở lực do ống chuyển h−ớng với góc chuyển là 90o ⇒ ξ = 1,19 32,18083,4).19,11,20,1197,0(2 =+++=Δ⇒ cbP (N/m2) 728,1932,18408,12 =+=Δ⇒ mP (N/m2) )(00275,0 81,9.483,882 083,4728,19 .2 m g PPPh Wmcbm =+=Δ+Δ+Δ= ρ 75 c/ Trở lực trong thiết bị gia nhiệt : ΔP m3 = ΔP ms3 + ΔP cb3 +ΔPw3 + ΔPH(N/m2) Trong đó : ΔP ms3 : Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb3 : Trở lực cục bộ (N/m2) ♦ Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống truyền nhiệt: 2 w. P 2 w ρ=Δ (N/m2) Trong đó : ρ : Khối l−ợng riêng dung dịch trong ống (kg/m3) : ρ = 882,483 (kg/m3) w : Vận tốc dung dịch trong ống truyền nhiệt (m/s) : Thiết bị chia làm 12 ngăn : w = 12 . wTT = 12. 0,026= 0,312 (m/s) 952,42 2 312,0.483,882 2 ==Δ⇒ wP (N/m2) ♦ Trở lực ma sát : 33 . w O ms Pd LP Δ=Δ λ (N/m2) Trong đó : L : Chiều dài ống truyền nhiệt do chia12 ngăn : L = 12 . 1,0 = 12,0 (m) dO : Đ−ờng kính ống truyền nhiệt (m) : dO = 0,02 (m) λ : Hệ số ma sát Độ nhớt dung dịch trong ống : μ = 0,301 . 10-3 (N.s/m2) 44 3 1010.83,110.301,0 02,0.483,882.312,0..Re >===⇒ −μ ρ Odw ⇒ Chế độ chảy xoáy ⇒ Xác định λ theo công thức II-464 : 76 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=λ 7,3Re 81,6 lg.2 1 9,0 Với loại ống thép không gỉ ta đã chọn, theo bảng I-466, ta có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 (mm) Độ nhám t−ơng đối : Δ = ε/dO = 0,1/20 = 5.10-3 29,0 7,3Re 81,6lg.2 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−=⇒ λ 0352,0 7,3 10.5 18300 81,6lg.2 2 39,0 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−= −− )(N/m 14624,907952,42. 02,0 0,12.0352,0 23 ==Δ⇒ msP ♦ Trở lực cục bộ : w3cb P.P Δξ=Δ ∑ (N/m2) Trong đó : ξ : Hệ số trở lực cục bộ a b d c e h f g Các trở lực cục bộ trong thiết bị gia nhiệt gồm : - Trở lực do đột thu từ đầu thiết bị vào chùm ống : 77 Thiết bị có số ống truyền nhiệt nO = 91 chia làm12 ngăn Tiết diện chùm ống ở 1 ngăn là : 00238,0 12 91.02,0.785,0 12 ..785,0 22 2 === OO ndf (m2) 4318,0226,0 0105,0 00238,0 1 2 =⇒==⇒ ξ f f - Trở lực do đột mở từ chùm ống ra đầu thiết bị: 598,0 0105,0 00238,011 22 1 2 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ f fξ - Khi dòng chảy từ ống vào thiết bị, ta có đột mở: 0637,0 0105,0 00785,011 22 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ f fOξ - Khi dòng chảy từ ngoài thiết bị, ta có đột thu: 175,075,0 0105,0 00785,0 1 =⇒==⇒ ξ f fO Trở lực do dòng chuyển h−ớng 22 lần với góc chuyển là 90o 1,19 86,1755952,42).175,0067,019,1 . 221,2598,0.124318,0.12(3 =+++++=Δ⇒ cbP (N/m2) - 006,266386,175514624,9073 =+=Δ⇒ mP (N/m2) + hPΔ : áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh, N/m2 158,86571.81,9.483,882..3 ===Δ HgPH ρ (N/m2) )(312,1 81,9.483,882 952,42158,8657006,2663 .3 m g PPPPh wHmcbm =++=Δ+Δ+Δ+Δ= ρ 78 2/ Tính chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu: Viết ph−ơng trình Becnuli cho hai mặt cắt 1-1 và 2-2 (lấy 2-2 làm mặt chuẩn) : mhg w g P g w g PZ Δ++=++ .2..2. 2 2 2 2 2 1 1 1 ρρ Trong đó : P1, P2 : áp suất tại mặt cắt 1 và 2 (N/m 2) P1 = Pa = 10 5 (N/m2) P2 = P1 +ΔPL=39983,982+ 105 (N/m2) =139983,982(N/m2) hm=hm1 + hm2 + hm3 = 0,00408 + 0,00275 + 1,312 = 1,3188(m) w1 : Vận tốc dung dịch tại mặt cắt 1 (m/s) Coi w1 = 0 vì tiết diện thùng cao vị rất lớn so với tiết diện ống. w2 : Vận tốc dung dịch tại mặt cắt 2 : w2 = 0,0962 (m/s) ρ1 : Khối l−ợng riêng dung dịch tr−ớc khi gia nhiệt (kg/m3): ρ1 = 920,932 (kg/m3) ρ2 : Khối l−ợng riêng dung dịch sau khi gia nhiệt (kg/m3) : ρ2 = 882,483(kg/m3) (m) 16,163 318,1 81,9.2 0962,0) 81,9.932,920 10 81,9.483,882 982,139983( .2 ) .. ( 25 2 2 1 1 2 2 =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−= ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−=⇒ mhg w g P g PZ ρρ 3/ tính bơm: Bơm ly tâm làm việc ở áp suất th−ờng, ở 200C thì chiều cao hút của bơm là 5(m)[Bảng II.34a – I.539] Chiều cao đẩy của bơm là: H0 = Z + Hc + h ’ + hnắp 79 h’ : Khoảng cho phép từ đĩa trên cùng với nắp chọn h’ = 0,4(m) hnắp = 0,5(m) H0 = 16,163 + 4,4 + 0,4 + 0,5 = 21,463(m) Chiều cao làm việc của bơm: HF = H0 + Hh = 21,463 + 5 = 26,463(m) a/ Trở lực trong ống dẫn từ bể chứa lên thùng cao vị : ΔP m0 = ΔP ms0 + ΔP cb0 (N/m2) Trong đó : ΔP ms0 : Trở lực ma sát (N/m2) ΔP cb0 : Trở lực cục bộ (N/m2) Số liệu : - Chiều dài ống : L0 = H0 + 0,2 = 21,463 + 0,2 = 21,663 (m) - Đ−ờng kính ống : dO = 0,1 (m) - L−u l−ợng : GB =0,6667 (kg/s) ♦ Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống : 2 w. P 2 01 0w ρ=Δ (N/m2) Trong đó : ρ1 : Khối l−ợng riêng dung dịch tr−ớc khi gia nhiệt (kg/m3) w0 : Vận tốc dung dịch trong ống (m/s) 0922,0 1,0.785,0.932,920 6667,0 .785,0. 221 1 === O F O d Gw ρ (m/s) 9124,3 2 0922,0.932,920 2 0 ==Δ⇒ wP (N/m2) ♦ Trở lực ma sát : 0 0 0 . w O ms Pd LP Δ=Δ λ (N/m2) [I.458] Trong đó : 80 λ : Hệ số ma sát Nhiệt độ dung dịch trong ống là : t = 20 oC Theo toán đồ xác định độ nhớt theo nhiệt độ (I-102), ta có : μA = 1,19 (cP) μB = 1 (cP) Nồng độ dung dịch : x = 0,1436 ⇒ lg(μ0) = x.lg(μA) + (1- x).lg(μB) = 0,1436 . lg(1,19) + (1- 0,1436) . lg(1) = 0,0108 ⇒ μ0 = 1,025 (cP) = 1,025.10-3 (Ns/m2) 40008279 10.025,1 1,0.483,920.0922,0..Re 3 0 11 >===⇒ −μ ρ OO dw ⇒ Chế độ chảy xoáy rối 7 8 .6Re ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ε td gh D [I.461] Thay số 7 8 1,0 100.6Re ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=gh = 1,61.104 Vậy hệ số trở lực ma sát 033,0=λ )(N/m 966,27912,3. 1,0 663,21.033,0 20 ==Δ⇒ msP ♦ Trở lực cục bộ : 0w0cb P.P Δξ=Δ ∑ (N/m2) Trong đó : ξ : Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm : - Trở lực do van : Coi van mở 50% ⇒ ξ = 2,1 81 - Trở lực do ống chuyển h−ớng với góc chuyển là 90o ⇒ ξ = 1,19 008,92966,27).19,11,2(0 =+=Δ⇒ cbP (N/m2) 886,123008,92966,27912,30 =++=Δ⇒ mP (N/m2) Chiều cao cột chất lỏng t−ơng ứng: )(0137,081,9.932,920 886,123 . 0 m g PHm ==Δ= ρ b/ áp suất toàn phần của bơm : H = HF + Hm = 26,463+ 0,0137 = 26,476 (N/m 2) c/ Năng suất bơm : η ρ .1000 ... HgQN = (KW) Trong đó : Q : L−u l−ợng thể tích của bơm (m3/s) 4 1 10.239,7 932,920 6667,0 −=== ρ BGQ (m3/s) η: Hiệu suất toàn phần của bơm, η=η0.ηtl.ηck η0 : Hiệu suất thể tích (do hao hụt khi chuyển từ Pcao → Pthấp, η0=0,88 ηtl: Hiệu suất thuỷ lực tính đến ma sát và sự tạo dòng xoáy trong bơm tlη =0,8 ηck: Hiệu suất cơ khí, tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi ổ lót trục, ηck=0,92 *Hiệu suất toàn phần của bơm: η=0,880,80.0,92=0,64768 Vậy )(267,03600.64768,0.1000 81,9.2400.476,26 kwNb == Chọn bơm có công suất 0,3(kw) khi đó công suất mô tơ: ηtr:hiệu suất truyền động trục ηtr=1 ηđc: hiệu suất truyền động cơ ηđc=0,8 82 )(334,0 8,0.1 267,0 kwNmoto == Thông th−ờng để đảm bảo an toàn ng−ời ta chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán l−ợng dự trữ dựa vào khả năng quá tải của bơm: moto t moto NN .β= [I-439] Trong đó β hệ số dự trữ công suất và trong tr−ờng hợp này ta chọn β=2(do Nmôtơ<1) Do đó: Ntmôtơ=2.0,334=0,668(kw) Vậy ta chọn bơm có công suất 0,7 kw 83 tμi liệu tham khảo I. Bộ môn quá trình thiết bị và công nghệ hoá chất (Khoa Hoá, tr−ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội) – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, Tập I – NXB Khoa học và kỹ thuật (1978). II. Bộ môn quá trình thiết bị và công nghệ hoá chất (Khoa Hoá, tr−ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội) – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, Tập II – NXB Khoa học và kỹ thuật (1999). III. Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học(Tr−ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Tập 2 - 2000) 84 85 Phụ Lục