môc lôc
PhÇn më ®Çu 2
VÏ vµ thuyÕt minh d©y chuyÒn 2
TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh 6
I.TÝnh c©n b»ng vËt liÖu 6
II.§−êng kÝnh th¸p 8
III.Sè ®Üa thùc tÕ vµ chiÒu cao th¸p 14
IV. TÝnh to¸n c¬ khÝ 21
V. Trë lùc 36
C©n b»ng nhiÖt 41
I. ThiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu 41
II.Th¸p ch−ng luyªn 42
III. ThiÕt bÞ ng−ng tô 45
IV.ThiÕt bÞ lµm l¹nh 45
TÝnh vµ chän thiÕt bÞ phô 46
I. TÝnh vµ chon thiÕt bÞ gi nhiÖt 47
II.TÝnh b¬m 43
KÕt lô©n 62
Tµi liÖu tham kh¶o 63
1
http://nuoc.com.vn
Phô lôc 64
PhÇn më ®Çu
Trong c«ng nghiÖp, viÖc ph©n t¸ch c¸c cÊu tö tõ hçn hîp ban ®Çu lµ rÊt cÇn thiÕt nh»m môc ®Ých hoµn thiÖn, khai th¸c, chÕ biÕn...
Cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ph©n t¸ch c¸c cÊu tö trong c«ng nghiÖp, trong ®ã cã ph−¬ng ph¸p ch−ng luyÖn lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p hay ®−îc sö dông.
Ch−ng lµ ph−¬ng ph¸p t¸ch c¸c cÊu tö tõ hçn hîp ban ®Çu dùa vµo ®é bay h¬i kh¸c nhau cña chóng trong hçn hîp. Hçn hîp nµy cã thÓ lµ chÊt láng hoÆc chÊt khÝ, th−êng khi ch−ng mét hçn hîp cã bao nhiªu cÊu tö ta sÏ thu ®−îc bÊy nhiªu s¶n phÈm. Víi hçn hîp cã hai cÊu tö ta sÏ thu ®−îc hai s¶n phÈm lµ s¶n phÈm ®Ønh gåm phÇn lín lµ cÊu tö dÔ bay h¬i vµ s¶n phÈm ®¸y chøa phÇn lín lµ cÊu tö khã bay h¬i.
Trong thùc tÕ cã thÓ gÆp rÊt nhiÒu kiÓu ch−ng kh¸c nhau nh− : ch−ng b»ng h¬i n−íc trùc tiÕp, ch−ng ®¬n gi¶n, ch−ng luyÖn... Ch−ng luyÖn lµ ph−¬ng ph¸p ch−ng phæ biÕn nhÊt dïng ®Ó t¸ch hçn hîp c¸c cÊu tö dÔ bay h¬i cã tÝnh chÊt hoµ tan hoµn toµn hoÆc mét phÇn vµo nhau.
vÏ vμ thuyÕt minh d©y chuyÒn s¶n xuÊt
I. ThuyÕt minh d©y chuyÒn s¶n xuÊt :
Hçn hîp ®Çu tõ thïng chøa 1 ®−îc b¬m 2 b¬m liªn tôc lªn thïng cao vÞ 3. Møc chÊt láng cao nhÊt ë thïng cao vÞ ®−îc khèng chÕ nhê èng ch¶y trµn. Tõ thïng cao vÞ, hçn hîp ®Çu (®−îc ®iÒu chØnh nhê van vµ l−u l−îng kÕ) qua thiÕt bÞ ®un nãng dung dÞch 4. T¹i ®©y, dung dÞch ®−îc gia nhiÖt b»ng h¬i n−íc b·o hoµ ®Õn nhiÖt ®é s«i. Sau ®ã, dung dÞch ®−îc ®−a vµo th¸p ch−ng luyÖn qua ®Üa tiÕp liÖu.
Th¸p ch−ng luyÖn gåm hai phÇn : phÇn tõ ®Üa tiÕp liÖu trë lªn trªn lµ ®o¹n luyÖn, cßn tõ ®Üa tiÕp liÖu trë xuèng lµ ®o¹n ch−ng.
Nh− vËy, ë trong th¸p, pha láng ®i tõ trªn xuèng tiÕp xóc víi pha h¬i ®i tõ d−íi lªn. H¬i bèc tõ ®Üa d−íi lªn qua c¸c lç ®Üa trªn vµ tiÕp xóc víi pha láng cña ®Üa trªn, ng−ng tô mét phÇn, v× thÕ nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha láng t¨ng dÇn theo chiÒu cao th¸p. V× nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong láng t¨ng nªn nång ®é cña nã trong h¬i do láng bèc lªn còng t¨ng. CÊu tö dÔ bay h¬i cã nhiÖt ®é s«i thÊp h¬n cÊu tö khã bay h¬i nªn khi nång ®é cña nã t¨ng th× nhiÖt ®é s«i cña dung dÞch gi¶m. Tãm l¹i, theo chiÒu cao th¸p nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i (c¶ pha láng vµ pha h¬i) t¨ng dÇn, nång ®é cÊu tö khã bay h¬i (c¶ pha láng vµ pha h¬i) gi¶m dÇn, vµ nhiÖt ®é gi¶m dÇn. Cuèi cïng, ë ®Ønh th¸p ta sÏ thu ®−îc hçn hîp h¬i cã thµnh phÇn hÇu hÕt lµ cÊu tö dÔ bay h¬i cßn ë ®¸y th¸p ta sÏ thu ®−îc hçn hîp láng cã thµnh phÇn cÊu tö khã bay h¬i chiÕm tû lÖ lín. §Ó duy tr× pha láng trong c¸c ®Üa trong ®o¹n luyÖn, ta bæ xung b»ng dßng håi l−u ®−îc ng−ng tô tõ h¬i ®Ønh th¸p. H¬i ®Ønh th¸p ®−îc ng−ng tô nhê thiÕt bÞ ng−ng tô hoµn toµn 6, dung dÞch láng thu ®−îc sau khi ng−ng tô mét phÇn ®−îc dÉn håi l−u trë l¹i ®Üa luyÖn trªn cïng ®Ó duy tr× pha láng trong c¸c ®Üa ®o¹n luyÖn, phÇn cßn l¹i ®−îc ®−a qua thiÕt bÞ lµm l¹nh 7 ®Ó ®i vµo bÓ chøa s¶n phÈm ®Ønh 8. ChÊt láng ë ®¸y th¸p ®−îc th¸o ra ë ®¸y th¸p, sau ®ã mét phÇn ®−îc ®un s«i b»ng thiÕt bÞ gia nhiÖt ®¸y th¸p 9 vµ håi l−u vÒ ®Üa ®¸y th¸p, phÇn chÊt láng cßn l¹i ®−a vµo bÓ chøa s¶n phÈm ®¸y 10. N−íc ng−ng cña c¸c thiÕt bÞ gia nhiÖt ®−îc th¸o qua thiÕt bÞ th¸o n−íc ng−ng 11.
2
http://nuoc.com.vn
Nh− vËy, thiÕt bÞ lµm viÖc liªn tôc (hçn hîp ®Çu ®−a vµo liªn tôc vµ s¶n phÈm còng ®−îc lÊy ra liªn tôc).
N−íc
6
3
N−íc l¹nh
5
7
N−íc
H ¬ i ® è t
N−íc l¹nh
4
9
11
11
t è ® i ¬ H
N − í c n g − n g
N−íc ng−ng
2
10
1
8
II. S¬ ®å d©y chuyÒn :
Chó thÝch :
1- Thïng chøa hçn hîp ®Çu 2- B¬m
3- Thïng cao vÞ 4- ThiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu
5- Th¸p ch−ng luyÖn 6- ThiÕt bÞ ng−ng tô håi l−u
7- ThiÕt bÞ lµm l¹nh s¶n phÈm ®Ønh 8- Thïng chøa s¶n phÈm ®Ønh
9- ThiÕt bÞ gia nhiÖt ®¸y th¸p 10- Thïng chøa s¶n phÈm ®¸y
3
http://nuoc.com.vn
11- ThiÕt bÞ th¸o n−íc ng−ng
tÝnh to¸n kü thuËt thiÕt bÞ chÝnh
- Gi¶ thiÕt :
- Sè mol pha h¬i ®i tõ d−íi lªn lµ b»ng nhau trong tÊt c¶ mäi tiÕt diÖn cña th¸p.
- Sè mol chÊt láng kh«ng thay ®æi theo chiÒu cao ®o¹n ch−ng vµ ®o¹n luyÖn.
- Hçn hîp ®Çu ®i vµo th¸p ë nhiÖt ®é s«i.
- ChÊt láng ng−ng tô trong thiÕt bÞ ng−ng tô cã thµnh phÇn b»ng thµnh phÇn cña h¬i ®i ra ë ®Ønh th¸p.
- CÊp nhiÖt ë ®¸y th¸p b»ng h¬i ®èt gi¸n tiÕp.
- Yªu cÇu thiÕt bÞ :
F : N¨ng suÊt thiÕt bÞ tÝnh theo l−îng hçn hîp ®Çu = 7500 = 2,083(kg/s).
ThiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt th−êng, P = 1 at
Th¸p lo¹i : Th¸p chãp
Fa : Nång ®é axeton trong hçn hîp ®Çu = 0,34% khèi l−îng.
Pa : Nång ®é axeton trong s¶n phÈm ®Ønh = 0,95% khèi l−îng.
Wa : Nång ®é axeton trong s¶n phÈm ®¸y = 0,03 % khèi l−îng.
1M : Khèi l−îng ph©n tö cña axeton = 58 kg/kmol.
2M : Khèi l−îng ph©n tö cña H2O =18 kg/kmol.
- §iÒu kiÖn :
I. TÝnh c©n b»ng vËt liÖu :
1/ TÝnh c©n b»ng vËt liÖu :
4
http://nuoc.com.vn
Theo ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho toµn th¸p :
F = P + W
=
a.F
+ a.Wa.P
F
P
W
Vµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho riªng cÊu tö dÔ bay h¬i (Etylic):
)
2,083
)34,0
F
W
,0
(kg/s)
=
=
=
aF ( a
− 03,0
95,0( . 95,0 −
P
a − P a − W
⇒ L−îng s¶n phÈm ®¸y lµ :
⇒ L−îng s¶n phÈm ®Ønh lµ :
P = F – W = 06667 – 0,458 = 0,2087 (kg/s)
1
F
'
F
6667
,0
0302
(
kmol
s )/
=
+
=
+
=
a F M
a − M
30,0 46
7,0 18
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ,0. ⎟ ⎠
1
2
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ . F ⎠
1
3
−
P
P
'
2087
889,4
10.
(
kmol
s )/
+
=
+
=
a P M
a − M
95,0 46
05,0 18
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ,0. ⎟ ⎠
1
2
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ . P ⎠
3 −
PFW
,0'
'
0302
10.889,4
,0
0253 (
kmol
s )/
' =−
=
−
=
TÝnh l−îng hçn hîp ®Çu F’, l−îng s¶n phÈm ®Ønh P’, l−îng s¶n phÈm ®¸y W’ theo kmol/s :
2/ TÝnh chØ sè håi l−u thÝch hîp, sè ®Üa lý thuyÕt :
x
,0
14360
=
=
=
F
Ma /
Ma /)
46/30
18/70
Ma / F 1 100( + −
46/30 +
F
1
F
2
x
,0
8814
=
=
=
P
Ma /
Ma /)
46/95
18/5
Ma / P 1 100( + −
46/95 +
P
1
P
2
3
−
569,1
10.
=
=
=
x W
46/4,0
18/98
Ma / W 1 100( + −
46/4,0 +
Ma / W
Ma /) W
1
2
,0
278092
§æi nång ®é tõ phÇn khèi l−îng sang phÇn mol :
* =Fy
5
http://nuoc.com.vn
Dùa vµo ®−êng c©n b»ng láng-h¬i (néi suy), ta cã :
* F
,4
4584
R
=
=
=
min
,0 ,0
8814 − 278092
x y
y x
− −
,0 278092 1436 ,0 −
P * F
F
a/ ChØ sè håi l−u tèi thiÓu :
b/ ChØ sè håi l−u thÝch hîp :
Cho R biÕn thiªn (R >Rmin), víi mçi gi¸ trÞ cña R ta x¸c ®Þnh ®−îc sè ®Üa lý thuyÕt t−¬ng øng :
1,2 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 2,5 β
R 5,3832 5,6075 6,729 7,8505 8,972 10,0935 11,215
N 28 27 23 22 21 20 19
=β
N(R+1) 178,7296 178,4025 177,764 194,711 209,412 221,87 232,685
R minR
HÖ sè hiÖu chØnh :
Tõ b¶ng sè liÖu, ta x©y dùng ®å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ R – N(R+1).
Dùa vµo ®å thÞ , ta x¸c ®Þnh ®−îc Rth = 6,729
c/ Ph−¬ng tr×nh ®−êng nång ®é lµm viÖc :
- §−êng nång ®é lµm viÖc ®o¹n ch−ng :
,6
1771
f
=
=
3 =
−
' '
302,0 10.
889,4
F P
6
http://nuoc.com.vn
L−îng hçn hîp ®Çu tÝnh theo 1 kmol s¶n phÈm ®Ønh :
,6
y
x
x
,0.
001569
=
−
=
−
x W
f R
1 1
729 + 729,6
fR + R 1 +
− +
,6 1771 1 +
,6 1771 1 − 1 ,6 729 +
,1
6698
x
,0
001051
y =⇒
−
Ph−¬ng tr×nh :
- §−êng nång ®é lµm viÖc ®o¹n luyÖn :
y
x
x
=
+
=
+
R
1
1
729,6
1
,0 729,6
R +
x P R +
729,6 +
8814 1 +
,0
8706
x
114,0
y =⇒
+
Ph−¬ng tr×nh :
d/ Sè ®Üa lý thuyÕt :
Víi Rth = 6,729 dùa vµo ®−êng c©n b»ng vµ ®−êng lµm viÖc, ta x¸c ®Þnh ®−îc sè ®Üa lý thuyÕt.
N
LT =23
Trong ®ã : sè ®Üa ®o¹n ch−ng :2
sè ®Üa ®o¹n luyÖn : 21
II. §−êng kÝnh cña th¸p :
1/ L−u l−îng trung b×nh c¸c dßng pha ®i trong th¸p :
a/ Trong ®o¹n luyÖn :
Sè liÖu :
GP : L−îng s¶n phÈm ®Ønh (P’) = 4,889.10-3 (kmol/s).
R : HÖ sè håi l−u thÝch hîp = 6,729
GR : L−îng håi l−u = GP . R (kmol/s)
♦ L−îng h¬i ra khái ®Ønh th¸p g® :
7
http://nuoc.com.vn
g® = GR + GP = GP . (R + 1) = 4,889.10-3 . (6,729+ 1) = 0,0952 (kmol/h)
♦ L−îng h¬i ®i vµo ®o¹n luyÖn g1 , nång ®é h¬i y1 , l−îng láng G1 ®èi víi ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n luyÖn, nång ®é láng x1 :
Coi x1 = xF = 0,1740
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu :
g1 = G1 + GP (1)
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu víi cÊu tö dÔ bay h¬i (etylic) :
(2) g1 y1 = G1 x1 + GP xP
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng :
(3) g1 r1 = g® r®
r1 : Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa luyÖn thø nhÊt (kcal/kmol)
r® : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i ra khái ®Ønh th¸p (kcal/kmol)
Gäi :
rA : Èn nhiÖt hãa h¬i cña Etylic
rB : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña H2O.
Tõ ®å thÞ (t,x,y) ta cã :
- NhiÖt ®é s«i cña hçn hîp ®Ønh (x = xP = 0,8814): tP = 78,12720C
198
(kcal/kg)
198.M
(kcal/kmol )
9108 (kcal/kmol )
=
=
=
A
⇒
508
(kcal/kg)
508
M.
(kcal/kmol )
9126 (kcal/kmol )
=
=
=
r A r B
B
⎧ ⎨ ⎩
Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 78,1272°C :
⇒ r® = rA . y® + rB (1 - y®) = 9108 . 0,8814 + 9126 .(1- 0,8814)
= 9110,1348 (kcal/kmol)
- NhiÖt ®é s«i cña hçn hîp ®Çu (x = xF = 0,1436): tF = 84,6028°C
193
(kcal/kg)
(kcal/kmol )
8878 (kcal/kmol )
193.M
=
=
=
⇒
Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 84,6028°C :
446
(kcal/kg)
(kcal/kmol )
8028 (kcal/kmol )
A 446.M
=
=
=
r A r B
B
⎧ ⎨ ⎩
⇒ rl =
rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . yl 8028 . (1 – yl)
8
http://nuoc.com.vn
Thay rl vµo (3) vµ gi¶i hÖ 3 ph−¬ng tr×nh trªn (Èn yl, gl, Gl), ta ®−îc :
,0
1011 (kmol/s)
=
106,0 (kmol/s)
⇒
=
g 1
,0
1776
=
y 1
G ⎧ 1 ⎪ ⎨ ⎪ ⎩
g
g
,0
106,0
1
d
g
,0
1006 (kmol/s)
=
=
=
tbL
+ 2
0952 + 2
⇒ L−îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn :
3 −
,6(
729
,0
1011
+
+
R
,0
0956 (kmol/s)
G
=
=
=
tbL
GG + 1 2
10.889,4).1 2
⇒ L−îng láng trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn :
b/ Trong ®o¹n ch−ng :
Sè liÖu :
'
GW : L−îng s¶n phÈm ®¸y (W’) = 0,0253 (kmol/s)
, 1y , l−îng láng
, 1g , nång ®é h¬i 1G ®èi víi ®Üa thø nhÊt , 1x , l−îng h¬i ra khái ®o¹n ch−ng chÝnh lµ l−îng h¬i ®i
♦ L−îng h¬i ®i vµo ®o¹n ch−ng
y
cña ®o¹n ch−ng, nång ®é láng vµo ®o¹n luyÖn g1 :
* W
, y = Ta cã 1 c©n b»ng (II-145) :
,0
001856
=
lµ nång ®é c©n b»ng øng víi xW , néi suy theo b¶ng sè liÖu ®−êng
, y 1
* = Wy
⇒
=
G
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu :
' 1
' + Gg 1
W
(1’)
=
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu víi cÊu tö dÔ bay h¬i (etylic) :
' xG 1
' 1
' + xGyg 1
' 1
WW
(2’)
=
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng :
' ' rg 1 1
rg 11
(3’)
9
http://nuoc.com.vn
rl : Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ra khái ®o¹n ch−ng.
⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . 0,1776 + 8028 . (1 – 0,1776)
= 8660,64 (kcal/kmol)
r1’: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa ch−ng thø nhÊt.
Tõ b¶ng sè liÖu x – to s«i dd (II-145), néi suy ta cã:
NhiÖt ®é s«i hçn hîp ®¸y (x = xW = 0,001569): tW = 99,6007°C
191
(kcal/kg)
(kcal/kmol
)
8786 (kcal/kmol
)
191.M
=
=
=
⇒
503
(kcal/kg)
(kcal/kmol
)
9054 (kcal/kmol
)
A 503.M
=
=
=
r A r B
B
⎧ ⎨ ⎩
Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 99,6007°C :
⇒ Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa ch−ng thø nhÊt :
rl’ = rA . yl’ + rB (1 – yl’) = 8786.0,001569 + 9054 . (1 – 0,001569)
)'3(
.106,0
,0
1014
(kmol/s)
=
=
' g =⇒ 1
g 1
8660 9050
64, 596,
r 1 ' r 1
)'1(
,0
1014
,0
0253
,0
1267 (kmol/s)
=⇒
+
=
+
=
' 1
' WGgG 1
= 9050,596 (kcal/kmol)
g
g
106,0
1014
' 1
1
,0
1037
(kmol/s)
=
=
=
gtbC
+ 2
,0 + 2
⇒ L−îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n ch−ng :
(
)
,0(
1011
,0
1267
+
+
,0) +
1
' G 1
G
129,0
(kmol/s)
=
=
=
tbC
0301 2
GG + F 2
⇒ L−îng láng trung b×nh ®i trong ®o¹n ch−ng :
2/ VËn tèc h¬i ®i trong th¸p :
Tèc ®é khÝ ®i trong th¸p chãp x¸c ®Þnh theo:
Yρ . Yω)tb=0,065.ϕ.[ ]σ .
. h ρρ . xtb
ytb
xtbρ : Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng (kg/ m3)
10
http://nuoc.com.vn
( (Kg/m2.s) [II.184]
ytbρ : Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i (kg/ m3)
h : Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®Üa (m)
1tb
1tb
=
+
a/ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng :
a1 − ρ
1 ρ
a ρ
xtb
1xtb
2xtb
[II.184]
Trong ®ã :
xtbρ
: Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng (kg/ m3)
1xtbρ
: Khèi l−îng riªng trung b×nh cÊu tö 1 (kg/ m3)
2xtbρ
1tba : Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cÊu tö 1 (kg/ kg)
: Khèi l−îng riªng trung b×nh cÊu tö 2 (kg/ m3)
- §o¹n luyÖn :
x
x
,0
1436
,0
8814
F
P
,0
5125
=
=
=
x tbL
+ 2
+ 2
Nång ®é trung b×nh pha láng ®o¹n luyÖn :
Néi suy víi xtbL theo b¶ng sè liÖu nång ®é – to s«i dung dÞch (II-145) :
⇒ NhiÖt ®é trung b×nh ®o¹n luyÖn : ttbL = 79,9144°C
⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo t = ttbL :
ρxL1 = 737,5 (kg/m3) ρxL2 = 974,8376 (kg/m3) [I.7]
a
a
30,0
95,0
F
P
a
,0
625
=
=
=
tbL
+ 2
+ 2
1 −
1
tbL
tbL
598,811
=
+
+
ρ xL
⇒ Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cña Etylic ®o¹n luyÖn :
625,0 737 5,
,01 − ,974
625 8376
a ρ xL 1
a − ρ xL
2
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
⇒ (kg/m3)
11
http://nuoc.com.vn
- §o¹n ch−ng :
x
,0
,0
1436
+
x W
F
,0
0725
x
=
=
=
tbC
+ 2
001569 2
Nång ®é trung b×nh pha láng ®o¹n ch−ng :
Néi suy víi xtbC theo b¶ng sè liÖu nång ®é – to s«i dung dÞch (II-145) :
⇒ NhiÖt ®é trung b×nh ®o¹n ch−ng : ttbC = 88,344°C
727
967
,
5537
⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo t = ttbC :
xCρ
1 =
xCρ
2 =
(kg/m3) (kg/m3) [ I.10]
a
,0
30,0
a W
F
17,0
a
=
=
=
tbC
+ 2
004 + 2
1
−
1
tbC
tbC
916
,
0267
+
=
+
ρ xC
⇒ Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cña Etylic ®o¹n luyÖn :
17,0 727
17,01 − 967 , 5537
a ρ xC
1
a − ρ xC
2
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎞ =⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⇒ (kg/m3)
b/ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i :
- §o¹n luyÖn :
Nång ®é pha h¬i ®Çu ®o¹n luyÖn lµ : y®L = y1 = 0,1776
Nång ®é pha h¬i cuèi ®o¹n luyÖn lµ : ycL = yP = xP = 0,8814
y
y
,0
1776
,0
8814
dL
cL
,0
5295
y
=
=
=
tbL
+ 2
+ 2
⇒ Nång ®é trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn :
yLM = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,5295 . 46 + (1- 0,5295).18
⇒ Khèi l−îng mol trung b×nh h¬i ®o¹n luyÖn :
= 32,826 (kg/kmol)
,1
1796
=
=
=
ρ yL
→ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn :
.(4,22
)
.(4,22
273
,79
9144
)
273 . 826,23 +
TM . yL O T t + O
tbL
(kg/m3)
12
http://nuoc.com.vn
- §o¹n ch−ng :
,0
01856
= y
' 1 =
ydC
Nång ®é pha h¬i ®Çu ®o¹n ch−ng lµ :
Nång ®é pha h¬i cuèi ®o¹n ch−ng lµ : ycC = y1 = 0,1776
y
y
,0
,0
1776
dC
cC
y
,0
09808
=
=
=
tbC
+ 2
01856 + 2
⇒ Nång ®é trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn :
yCM = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,09808.46+(1– 0,09808).18 =45,4624 (kg/kmol)
→ Khèi l−îng mol trung b×nh h¬i ®o¹n ch−ng :
,1
5333
=
=
=
ρ yC
→ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i ®o¹n ch−ng :
.(4,22
)
273 . 4 5,4624 .(4,22 273 )344,88 +
TM . yC O T t + O
tbC
(kg/m3)
Søc c¨ng bÒ mÆt tÝnh theo c«ng thøc:
1 hhσ
1 σ 1
1 σ 2
= + [I.360]
2σ = 62,933.10-3 (N/m) = 62,933
dyn cm
[I.361] Søc c¨ng bÒ mÆt cña N−íc:
1σ = 17,88.10-3(N/m) = 17,88
dyn cm
+
Søc c¨ng bÒ mÆt cña Etylic:
hhσ = (
1 88,17
1 933,62
dyn cm
dyn cm
1 σ 1
1 σ 2
+ )-1 = ( )-1 = 13,924 < 20
[ ]σϕ.
VËy hÖ sè tÝnh ®Õn søc c¨ng bÒ mÆt = 0,8
Chän h = 0,45 (m)
Tèc ®é khÝ cña h¬i ®o¹n luyÖn:
tbl = 0,065.ϕ.[ ]σ .
. h ρρ . xtbl
ytbl
)y y ωρ .
.45,0
598,811
,1.
1336
(Kg/m2.s) (
tbl = 0,065.0,8.
)y y ωρ .
= 1,3235(Kg/m2.s) Thay sè: (
Tèc ®é khÝ cña h¬i ®o¹n ch−ng:
tbc = 0,065.ϕ.[ ]σ .
)y y ωρ .
. ρρ . h xtbc
ytbc
.45,0
,916
0267
,1.
5333
(Kg/m2.s) (
tbc = 0,065.0,8.
)y y ωρ .
13
http://nuoc.com.vn
= 1,6341(Kg/m2.s) Thay sè: (
D
0188
,0=
3/ §−êng kÝnh th¸p :
g tb )w(ρ tb y
y
(m) [II.181]
Trong ®ã :
gtb : L−îng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p (kg/h)
(kg/kmol)
826,32=yLM
- §o¹n luyÖn :
Khèi l−îng mol trung b×nh pha h¬i :
yL
Mg .
826,32
,0.
1006
.
3600
=
g =⇒ tb
tbL
11888 ,
2641 (kg/h)
=
L−u l−îng h¬i trung b×nh : gtbL = 0,1006 (kmol/s)
4624
(kg/kmol)
,45=yCM
- §o¹n ch−ng :
Khèi l−îng mol trung b×nh pha h¬i :
yC
,45
4624
,0.
1037
.
3600
=
g =⇒ tb
Mg . tbC
16972 ,
0231 (kg/h)
=
yw : VËn tèc h¬i trung b×nh ®i trong th¸p (m/s)
yρ : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña h¬i ®i trong th¸p (kg/m3)
L−u l−îng h¬i trung b×nh : gtbC = 0,1037 (kmol/s)
2641
,0
0188
,0
0188
78,1
(m)
=
=
=
D L
11888 , ,1 3225
g ρ yL
tb w L
⇒ §−êng kÝnh ®o¹n luyÖn :
,0
0188
,0
0188
9,1
(m)
=
=
=
D C
16972 , 0231 ,1 6341
g ρ yC
tb w C
14
http://nuoc.com.vn
⇒ §−êng kÝnh ®o¹n ch−ng :
V× ®−êng kÝnh hai ®o¹n ch−ng vµ luyÖn sai kh¸c nhau kh«ng ®¸ng kÓ, chuÈn hãa ta chän ®−êng kÝnh cho c¶ th¸p : D = 2 (m)
III. Sè ®Üa thùc tÕ vμ chiÒu cao th¸p :
1/ HÖ sè khuÕch t¸n :
a/ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng:
6-
+
.101
.
=
D
20 x
♦ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ë 20oC:
μ
+
AB
v.(
v
1 M A 3/1 A
1 M B 23/1 ) B
B
(m2/s) [SCS.t12]
Trong ®ã :
A,B : HÖ sè liªn hîp cña chÊt tan vµ dung m«i : A= 2; B= 4,7
MA, MB : Khèi l−îng mol cña Etylic vµ n−íc (kg/kmol)
0
C = 1 (cP)
MA = 46(kg/kmol) ; MB = 18 (kg/kmol)
μB : §é nhít cña dung m«i ë 20oC (cP) : μH 2 0, 20
vA, vB : ThÓ tÝch mol cña Etylic vµ N−íc (cm3/mol)
6-
.101
.
+
10 −
,2
0376
10.
=
20 =⇒ xD
vA = 2.14,8 + 6.3,7 + 1.7,4 =59,2 (cm3/mol) vB = 2.4,7 + 7,4 = 14,8 (cm3/mol)
1 46 3/1
2,59.( 1.7,4.2
1 18 23/1 )8,14
+
=
−
D
(m2/s)
♦ HÖ sè khuÕch t¸n ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh t: ])20
[ + t(b1D
20 x
t x
μ
2,0
=
b
[SCS.t12]
3
ρ
15
http://nuoc.com.vn
HÖ sè nhiÖt ®é :
0
C = 1 (cP)
μ : §é nhít cña dung m«i ë 20oC (cP) : μH 2 O, 20
0
C = 1000 (kg/m3)
ρ : Khèi l−îng riªng cña dung m«i ë 20oC (kg/m3)
02,0
=⇒ b
=
12,0 3 1000
μH 2 O, 20
10
10
−
−
,2
0376
10.
)20
822,4
10.
+
−
=
⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ®o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C
[ 344,88(02,01
]
=xCD
(m2/s)
10
10
−
−
,2
0376
10.
9144
)20
,4
479
10.
+
−
=
[ ,79(02,01
]
⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ®o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C
=xLD
(m2/s)
b/ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i:
5,1
− 4
=
+
D
y
HÖ sè khuÕch t¸n cña khÝ trong khÝ
10. + v
1 M
1 M
,0 0043 3/1 v.( p A
T . 23/1 ) B
A
B
(m2/s)
Trong ®ã :
MA, MB : Khèi l−îng mol cña Etylic vµ N−íc (kg/kmol)
MA = 46 (kg/kmol) MB = 18 (kg/kmol)
vA, vB : ThÓ tÝch mol cña Etylic vµ N−íc (cm3/mol)
vA = 59,2 (cm3/mol) vB = 14,8 (cm3/mol)
P : ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña hçn hîp : P = P0 = 1 (atm)
T : NhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña hçn hîp : T = 273 + t (oK)
5,1
,0
0043
+
5
−
,2
0348
10.
+
=
=yCD
⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i ®o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C
4 − .( 3/1
10. 2,59.(1
)344,88 23/1 )8,14
1 46
1 18
273 +
(m2/s)
16
http://nuoc.com.vn
⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i ®o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C
,0
0043
5
−
10.964,1
+
=
=yLD
+ 18
5,1 ,79 9144 ) 23/1 )
1 46
1 18
4 − 10. .( 273 3/1 2,59.(1 +
(m2/s)
2/ HÖ sè cÊp khèi :
− 1
−
M).y1(M.y
2
1
+
=μ hh
a/ §é nhít cña hçn hîp h¬i :
μ
μ
1
2
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ .M hh ⎝
[I.94]
Trong ®ã :
y : Nång ®é Etylic trong pha h¬i :
- §o¹n ch−ng : y = ytbC = 0,9808
- §o¹n luyÖn : y = ytbL = 0,5259
yC
M
4624
,45=
Mhh : Träng l−îng ph©n tö cña hçn hîp khÝ :
hh M =
yL
M
826,32=
(kg/kmol) - §o¹n ch−ng :
hh M =
(kg/kmol) - §o¹n luyÖn :
M1, M2 : Träng l−îng ph©n tö cña Etylic vµ N−íc :
M1 = 46 (kg/kmol) M2 = 18 (kg/kmol)
μ1, μ2 : §é nhít cña Etylic vµ N−íc :
- §o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,324°C theo b¶ng 1.102 – I.134:
μ1 = 0,0117.10-3(Ns/m2) μ2 = 0,3226.10-3(Ns/m2)
- §o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C theo b¶ng (I-134):
μ1 = 0,011310-3 (Ns/m2) μ2 = 0,3569.10-3 (Ns/m2)
5
−
,45
,1
1786
10.
+
=hhμ
⇒ §é nhít hçn hîp h¬i ®o¹n ch−ng lµ :
18). 3 −
,01( − 3226 ,0
9808 10.
,0 9808 0117 ,0
46. 3 − 10.
⎛ . 4624 ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
(Ns/m2)
17
http://nuoc.com.vn
⇒ §é nhít hçn hîp h¬i ®o¹n luyÖn lµ :
5
−
826,32
,1
5063
10.
+
=hhμ
18). 3 −
,0 5295 0113 ,0
46. 3 − 10.
,01( − 3569 ,0
5295 10.
⎛ . ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
(Ns/m2)
−+μ
μ
lg
lg.x
lg).x1(
b/ §é nhít cña hçn hîp láng :
=μ hh
1
2
[I.93]
Trong ®ã :
x : Nång ®é phÇn mol cña Etylic trong hçn hîp :
- §o¹n ch−ng : x = xtbC = 0,0725
- §o¹n luyÖn : x = xtbL = 0,5125
μ1, μ2 : §é nhít ®éng lùc cña Etylic vµ N−íc :
- §o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C theo b¶ng vµ to¸n ®å (I-102):
μ1 = 0,37 (cP) μ2 = 0,295 (cP)
- §o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C theo b¶ng vµ to¸n ®å (I-102):
μ1 = 0,435 (cP) μ2 = 0,34 (cP)
⇒ §é nhít hçn hîp láng ®o¹n 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)
⇒ §é nhít hçn hîp láng ®o¹n luyÖn :
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)
ρ
. h .w y
y
=
Re
y
c/ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i :
μ
y
[II.164]
18
http://nuoc.com.vn
Trong ®ã :
yw : Tèc ®é h¬i tÝnh cho mÆt c¾t tù do cña th¸p (m/s)
(m/s)
=yw
w C = 1,0168
(m/s)
- §o¹n ch−ng :
=yw
w L = 1,1698
- §o¹n luyÖn :
yρ : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña h¬i (kg/m3)
,1
5333
(
3mkg /
)
= ρρ
=
h : KÝch th−íc dµi, chÊp nhËn b»ng 1m
y
yC
,1
1336
(
3mkg /
)
=
- §o¹n ch−ng :
= ρρ yL
y
yμ : §é nhít trung b×nh cña h¬i (Ns/m2)
- §o¹n luyÖn :
5
,1
3864
10.
Re
=
=
y
5
−
,1 1786
6341 10.
,1
⇒ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i ®o¹n ch−ng lµ :
5
,0
8779
10.
Re
=
=
y
5
−
,1 5036
3225 10.
,1
⇒ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i ®o¹n luyÖn lµ :
=
Pr x
d/ ChuÈn sè Prand ®èi víi pha láng :
ρ
μ x D.
x
x
[II.165]
xρ : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña láng (kg/m3)
Trong ®ã :
- §o¹n ch−ng : ρx = ρxC = 916,0267 (kg/m3)
xD : HÖ sè khuÕch t¸n trung b×nh trong pha láng (m2/s)
19
http://nuoc.com.vn
- §o¹n luyÖn : ρx = ρxL = 811,598 (kg/m3)
xμ : §é nhít trung b×nh cña láng (Ns/m2).
4 −
9,678
=
=
Pr x
10 −
,2 16,0207 9
9988 4 .
10. ,822
10.
⇒ ChuÈn sè Pran ®èi víi pha láng ®o¹n ch−ng lµ :
4 −
1061
19,
=
=
Pr x
10 −
,3 11,598 8
8756 4 .
10. ,479
10.
⇒ ChuÈn sè Pran ®èi víi pha láng ®o¹n luyÖn lµ :
e/ HÖ sè cÊp khèi trong pha h¬i :
D
kmol
Re . 79,0(
11000
)
+
=β y
y
Theo c«ng thøc tÝnh cho th¸p chãp:
y 4,22
2 .s.m
kmol kmol
[II.164]
yD : HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i (m2/s)
yRe : ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i.
Trong ®ã :
5
−
,2
0348
10.
kmol
5
. 79,0(
1,3865.10
11000
)
,0
1094
=
+
=
yCβ
4,22
2 ..sm
kmol kmol
⇒ HÖ sè cÊp khèi pha h¬i ®o¹n ch−ng lµ :
5 −
kmol
964,1
5
. 79,0(
0,8779.10
11000
)
,0
0704
=
+
=
yLβ
10. 4,22
2 .s.m
kmol kmol
⇒ HÖ sè cÊp khèi pha h¬i ®o¹n luyÖn lµ :
20
http://nuoc.com.vn
f/ HÖ sè cÊp khèi trong pha láng :
D .
x
kmol
=β x
62,0 Pr. x
38000 ρ . x h .M x
2 .s.m
kmol kmol
xρ : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña láng (kg/m3)
Trong ®ã :
- §o¹n ch−ng : ρx = ρxC = 916,0267 (kg/m3)
xD : HÖ sè khuÕch t¸n trung b×nh trong pha láng (m2/s)
xM : Khèi l−îng mol trung b×nh cña láng (kg/kmol)
- §o¹n luyÖn : ρx = ρxL = 811,598 (kg/m3)
Mx = x.MA + (1-x).MB
- §o¹n ch−ng : x = xtbC = 0,0725
⇒ MxC = 0,0725.46 + (1- 0,0725).18 = 20,03 (kg/kmol)
- §o¹n luyÖn : x = xtbL = 0,5125
⇒ MxL = 0,5125.46+ (1- 0,5125).18 = 32,35 (kg/kmol)
xPr : ChuÈn sè Prand ®èi víi pha láng.
h : KÝch th−íc dµi, chÊp nhËn b»ng 1m.
-10
kmol
38000
.
,822.10
62,0
9,678.
,0
0477
=
=xCβ
916,0267 2 0,03
4 . 1 .
2 .s.m
kmol kmol
⇒ HÖ sè cÊp khèi pha láng ®o¹n ch−ng lµ :
-10
kmol
38000
.
62,0
. 1061
19,
032,0
=
=xLβ
811,598 . 4,479.10 1 . 3 2,35
2 .s.m
kmol kmol
⇒ HÖ sè cÊp khèi pha láng ®o¹n luyÖn lµ :
21
http://nuoc.com.vn
3/ HÖ sè chuyÓn khèi – §−êng cong ®éng häc – Sè ®Üa thùc tÕ :
kmol
K
=
y
a/ HÖ sè chuyÓn khèi :
2 .s.m
1 m1 + β β
kmol kmol
x
y
( ) [II.162]
kmol
Trong ®ã :
yβ : HÖ sè cÊp khèi pha láng vµ pha h¬i (
xβ ,
2 .s.m
kmol kmol
)
m : HÖ sè ph©n bè vËt chÊt.
.(4,22
273
K.
y
=
=
yT
b/ Sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi ®èi víi mçi ®Üa trong pha h¬i :
m
f.K y G
.P).T ϕ 0 P.
3600
y
+ tb .w. 273 y
[I.173]
Trong ®ã :
f : DiÖn tÝch lµm viÖc cña ®Üa
f = F – (fh.n + m.fch )
2
fh: MÆt c¾t ngang cña chãp; chän dh = 75mm
75 1000
2 hdπ 4
⎞ ⎟ ⎠
⎛π ⎜ 4 ⎝
= 4,4179.10-3 (m2) = → fh =
2
.1,0
n: Sè èng h¬i ph©n bè trªn ®Üa;
D 2 hd
2
8,1
.1,0
[II.236] n =
2
75 1000
⎞ ⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
= 36 Thay sè: n =
m: Sè èng ch¶y truyÒn trªn mçi ®Üa; chän m = 1
05,0
=
2,0 →÷
06,0=
fch: MÆt c¾t ngang èng ch¶y truyÒn;
f ch F
f ch F
22
http://nuoc.com.vn
Chän Tû sè → fch= 0,06.F;
2
−
,4
4179
10.
3 58.
.88,0
π
−
=
( 98,1 m
)2
2 4
Thay sè: f =
g
,0
1037
,0
1006
tbc
=
Gy: L−u l−îng h¬i ®i trong th¸p;
g + tbl 2
+ 2
= 0,1021(Kmol/s) Gy =
c/ §−êng cong ®éng häc :
yTm
C
e
=
=
y
AC BC
Víi mçi gi¸ trÞ x, t−¬ng øng cã A lµ ®iÓm thuéc ®−êng lµm viÖc, C lµ ®iÓm thuéc ®−êng c©n b»ng vµ B lµ ®iÓm thuéc ®−êng cong ®éng häc (ch−a biÕt), th× :
Cho x c¸c gi¸ trÞ : {0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; … 0,9}, víi mçi gi¸ trÞ cña x tÝnh hÖ sè ph©n bè vËt yK , tÝnh sè chÊt m (m chÝnh b»ng hÖ sè gãc cña ®−êng c©n b»ng), tÝnh hÖ sè chuyÓn khèi ®¬n vÞ chuyÓn khèi myT vµ tû sè Cy t−¬ng øng. Tõ ®ã t×m ®−îc c¸c ®iÓm B t−¬ng øng thuéc ®−êng cong ®éng häc, n»m gi÷a A vµ C. Nèi chóng l¹i ta ®−îc ®−êng cong ®éng häc cña qu¸ tr×nh.
B¶ng tæng hîp kÕt qu¶ :
§o¹n ch−ng §o¹n luyÖn
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
3,7708 6,59 11,7732 23,5407 45,7031 64,7247 79,0149 87,66 xcb% 0,6916 1,6478
54,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 88,51 ycb% 33,2
m 5,7827 3,3 1,4964 0,8577 0,5446 0,3995 0,4378 0,5599 0,7583 0,743
6,4 10,6 20,5 30,6 40,26 47,51 45,22 39.72 33,16 33,6
Ky.103
0,1255 0,2078 0,40188 0,5999 0,7893 0,9314 0,8865 0,7787 0,65 0,659 myT
1,14 1,23 1,5 1,82 2,2 2,54 2,43 2,18 1,92 1,93 Cy
23
http://nuoc.com.vn
BC 21,88 22,42 16,19 11,03 6,897 4,12 2,576 1,36 0,389 0,39
Tõ ®−êng nång ®é lµm viÖc vµ ®−êng cong ®éng häc võa vÏ, ta t×m ®−îc sè ®Üa thùc tÕ cña th¸p.
N
TT = 72
Trong ®ã : Sè ®Üa ®o¹n ch−ng : 14
Sè ®Üa ®o¹n luyÖn : 58
4/ HiÖu suÊt th¸p – chiÒu cao th¸p :
LT
%94,31
η
=
=
=
N N
23 72
TT
HiÖu suÊt th¸p :
Theo c¸c th«ng sè cña ®Üa ®· chän :
- Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®Üa lç lµ : H® = 450 mm
- ChiÒu dµy mçi ®Üa lç lµ : δ = 2 mm
⇒ ChiÒu cao th¸p (Theo c«ng thøc II-169):
H = NTT (H® + δ) + 0,8 = 72 .(0,4 + 0,002) + 0,8 = 33 (m)
=Δ
IV. trë lùc th¸p :
Δ TT P.NP d
(N/m2) [II.192]
Trong ®ã :
NTT : Sè ®Üa thùc tÕ cña th¸p
ΔPd : Tæng trë lùc cña mét ®Üa (N/m2)
Δ+Δ+Δ=Δ P k
P d
P s
P t
(N/m2)
ΔPk : Trë lùc cña ®Üa kh« (N/m2)
ΔPs : Trë lùc cña ®Üa do søc c¨ng bÒ mÆt (N/m2)
ΔPt : Trë lùc cña líp chÊt láng trªn ®Üa (trë lùc thñy tÜnh) (N/m2)
24
http://nuoc.com.vn
1/ Trë lùc cña ®Üa kh« :
ρ
w.
y
2 o
ξ=Δ P k
2
(N/m2) [II.192]
Trong ®ã :
ξ : HÖ sè trë lùc :
yρ : Khèi l−îng riªng pha h¬i (Kg/m3)
(533,1
3mKg /
)
ξ = 4,5 ÷ 5 ; chän ξ = 5
yc =ρ
,1
1336
3mKg /
)
+ §o¹n ch−ng:
yl =ρ
oω : Tèc ®é khÝ qua r·nh chãp (m2/s)
f
f
=
+ §o¹n luyÖn:
oh
r
f
§Ó x¸c ®Þnh oω ph¶i thiÕt kÕ th¸p sao cho diÖn tÝch èng h¬i b»ng tæng diÖn tÝch c¸c khe chãp: . . ω ω oh r
oh ωω = r
f = r
oh
th× tøc lµ thiÕt kÕ r·nh sao cho tæng diÖn tÝch c¸c r·nh b»ng
S
.= Sn
Nh−ng ®Ó diÖn tÝch èng h¬i.
r
oh
2
⎛ ⎜ ⎝
n
. π
=
=
d ⎞ h ⎟ 2 ⎠ ba .
S oh S
r
Gäi sè r·nh lµ n, khi ®ã
2
⎛ ⎜ ⎝
.14,3
9,21
=
=n
+ §o¹n ch−ng: a=5 mm, b = 36 mm
71 ⎞ ⎟ 2 ⎠ 36.5
→ ChuÈn n = 22
2
⎛ ⎜ ⎝
7,19
.14,3
=
=n
+ §o¹n luyÖn: a = 5 mm, b = 40 mm
71 ⎞ ⎟ 2 ⎠ 40.5
25
http://nuoc.com.vn
→ ChuÈn n = 20
=
=
= ωωωω yh
oh
o
r
Khi ®ã
2
,10
)sm ( 085 /
=ω o
+ §o¹n ch−ng:
2
,11
602
)sm ( /
=ω o
+ §o¹n luyÖn:
869,389
,1.5
5333
=
=
Δ kLP
⇒ Trë lùc ®Üa kh« ®o¹n luyÖn lµ :
2 085,10 2
(N/m2)
2
,381
474
,1.5
1336
=
=
Δ kCP
⇒ Trë lùc ®Üa kh« ®o¹n ch−ng lµ :
602,11 2
(N/m2)
P =Δ s
2/ Trë lùc cña ®Üa do søc c¨ng bÒ mÆt :
σ4 d
td
(N/m2) [II.192]
Trong ®ã :
=
+
1 1 1 σσσ 2 1
σ : Søc c¨ng bÒ mÆt cña dung dÞch trªn ®Üa (N/m)
σ1, σ2 lµ søc c¨ng bÒ mÆt cña Etylic vµ N−íc :
Theo b¶ng ( H×nh I – I.361), tra søc c¨ng bÒ mÆt phô thuéc nhiÖt ®é :
- §o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344 oC
σ1 = 16,549 .10-3 (N/m) σ2 = 61,056 .10-3 (N/m)
26
http://nuoc.com.vn
- §o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144 oC
σ1 = 17,307 .10-3 (N/m) σ2 = 62,615 .10-3 (N/m)
1 −
3
−
10.
013,0
(N/m)
σ
=
+
=
1 16,549
1 056,61
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
⇒ Søc c¨ng bÒ mÆt dung dÞch ®o¹n ch−ng lµ :
1 −
3
−
10.
,0
0135
(N/m)
σ
=
+
=
1 17,307
1 615 ,62
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
⇒ Søc c¨ng bÒ mÆt dung dÞch ®o¹n luyÖn lµ :
dt®: §−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng cña khe r·nh chãp (m)
x
d
=
td
f .4 n
Khi r·nh chãp më hoµn toµn:
Trong ®ã n: Chu vi r·nh
fx: DiÖn tÝch tù do r·nh.
ba .=
+ Chän r·nh h×nh ch÷ nhËt, khi ®ã:
f x
a: ChiÒu réng r·nh;
b: ChiÒu cao khe chãp;
- §o¹n ch−ng: fx = a.b = 5.36 = 180 (mm2)
- §o¹n luyÖn: fx = a.b = 5.40 = 200 (mm2)
+ Chu vi r·nh: n = 2(a +b)
- §o¹n ch−ng: n = 2(a +b) = 2.(5 + 36) = 82(mm)
- §o¹n luyÖn: n = 2(a +b) = 2.(5 + 40) = 90(mm)
mm
(78,8
)
=
=
+ §−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng cña khe r·nh:
d td
180.4 82
.4
(888,8
)
mm
=
=
- §o¹n ch−ng:
d td
200 90
- §o¹n luyÖn:
27
http://nuoc.com.vn
⇒ Trë lùc do søc c¨ng bÒ mÆt ®o¹n luyÖn lµ :
922,5
Δ
=
sLP
3 =
013,0.4 − 10.78,8
(N/m2)
,6
075
Δ
=
sCP
⇒ Trë lùc do søc c¨ng bÒ mÆt ®o¹n ch−ng lµ :
3 =
,0.4 0135 − 10.888,8
(N/m2)
.
−
P ρ =Δ t b
3/ Trë lùc cña líp chÊt láng trªn ®Üa (trë lùc thñy tÜnh) :
h r 2
⎛ hg . ⎜ b ⎝
⎞ ⎟ ⎠
(N/m2) [II.194]
Trong ®ã :
hr: ChiÒu cao khe chãp; - ®o¹n ch−ng: hr = 36
.5,0
)
ρ
=
)6,04,0( ÷
- ®o¹n luyÖn: hr = 40
bρ : Khèi l−îng riªng cña bät
ρ b
ρ x
ρ = b
3mkgx / (
; chän
g = 9,81(m/s2): Gia tèc träng tr−êng
h
F
f
h
f
−Δ+
−
+
−
)( .
) .
( h c
x
x
( h ch
x
. ρ b
=
h b
) . . fPh . + ρ x b F . ρ b
hb: ChiÒu cao líp bät trªn ®Üa
- hc: ChiÒu cao ®o¹n ch¶y chuyÒn nh« lªn trªn ®Üa;
+ §o¹n ch−ng: hc= 61(mm)
+ §o¹n luyÖn: hc = 63(mm)
(
)
S +
- hx: ChiÒu cao líp chÊt láng kh«ng lÉn bät trªn ®Üa; hx< (S + b)
b 2
Chän hx=
S : Kho¶ng c¸ch tõ mÆt ®Üa ®Õn ch©n chãp
S = 15 (mm)
28
http://nuoc.com.vn
b: ChiÒu cao khe chãp;
15
(33
)
mm
=
+
=
hx
36 2
15
(35
)
mm
=
+
=
- §o¹n ch−ng:
hx
40 2
- §o¹n luyÖn:
(20 mm
)
=Δ
Δ : ChiÒu cao møc chÊt láng trªn èng ch¶y chuyÒn
(22 mm
)
=Δ
- §o¹n ch−ng:
- §o¹n luyÖn:
,0.2
018
=
( m 964,1
)2
F: PhÇn bÒ mÆt cã g¾n chãp (trõ 2 phÇn diÖn tÝch ®Üa ®Ó bè trÝ èng ch¶y chuyÒn)
2 2
⎛ . π ⎜ ⎝
2 ⎞ −⎟ ⎠
F = Fth¸p- Fv¸ch ch¶y chuyÒn =
.5,0
)
ρ
ρ = b
3mkgx / (
.5,0
,916
0267
,458
(013
3mkg /
)
=
=
Khèi l−îng riªng cña bät
ρ b
.5,0 = ρ x
.5,0
598,811
,405
(799
3mkg /
)
=
=
- §o¹n ch−ng:
ρ b
.5,0 = ρ x
- §o¹n luyÖn:
ChiÒu cao khe chãp:
)mm ( 2=δ
chδ+Δ
ch
; hch= hc +
- §o¹n ch−ng: hch= 61 + 20 + 2 = 83(mm)
- §o¹n luyÖn: hch= 63+ 22 + 2 = 87(mm)
VËy chiÒu cao líp bät trªn ®Üa:
20
630
,916
0267
.83
,458
.013
630
.630
,458
013
−
+
=
−
+
+
−
=
- §o¹n ch−ng:
( 61
) .
( 83
) .33
)mm ( 82,91
hb
1 ,458
1964 .
013
)( .33 1964
22
630
598,811
.799
630
,405
.799
630
+
−
−
+
−
( 63
)( .35 1964
) .
( 87
) .39
=
=
( )mm 82,95
hb
.87 + 1964 ,405.
,405 799
29
http://nuoc.com.vn
- §o¹n luyÖn:
−
82,91.81,9.013,458
681,331
3 =
Δ
=
−
tcP
⇒ Trë lùc thñy tÜnh ®o¹n ch−ng lµ :
36 2
⎛ ⎜ ⎝
⎞ 10. ⎟ ⎠
(N/m2)
82,95.81,9.799,405
83,301
3 = −
Δ
=
−
tcP
Trë lùc thuû tÜnh ®o¹n luyÖn:
40 2
⎛ ⎜ ⎝
⎞ 10. ⎟ ⎠
(N/m2)
4/ Trë lùc cña th¸p :
Δ
Δ=
Δ+
Δ+
P dL
P kL
P sL
P tL
869,389
922,5
681,331
=
+
+
,727
472
=
⇒ Tæng trë lùc cña mét ®Üa ®o¹n luyÖn lµ :
(N/m2)
Δ
Δ=
Δ+
Δ+
P dC
P kC
P sC
P tC
,381
474
075,6
83,301
=
+
+
379,689
=
⇒ Tæng trë lùc cña mét ®Üa ®o¹n ch−ng lµ :
(N/m2)
N
379,689.58
39983
982,
. Δ
=
=
⇒ Trë lùc cña ®o¹n luyÖn lµ :
P =Δ L
L TT
P dL
(N/m2)
N
,727.14
472
10184
608,
. Δ
=
=
⇒ Trë lùc cña ®o¹n ch−ng lµ :
P =Δ C
C TT
P dC
(N/m2)
10184
608,
39983
982,
50168
59,
P
+
=
⇒ Trë lùc cña toµn th¸p lµ :
P =Δ+Δ=Δ L
P C
30
http://nuoc.com.vn
(N/m2)
V. tÝnh to¸n c¬ khÝ :
1.TÝnh chãp vµ kÝch th−íc c¬ b¶n cña chãp.
(2 mm
)
δ
=
→
- §−êng kÝnh èng h¬i cña chãp: 50, 75, 100, 125, 150 (mm)
Chän dh=0,075(m) víi chiÒu dµy ®−êng kÝnh trong dh= 0,071(m)
2
.1,0
n =
- Sè chãp ph©n bè trªn ®Üa:
D 2 hd
[II.236]
D: §−êng kÝnh trong cña th¸p(m)
2
n
.1,0
3,79
=
=
→
dh: §−êng kÝnh èng h¬i(m)
2 2 071
,0
Thay sè: Qui chuÈn n = 80
25,0
- ChiÒu cao chãp phÝa trªn èng dÉn h¬i:
h 2 =
hd
,0.25,0
071
,0
01775 (
m
)
=
h =→ 2
[II.236]
d
d
=
+
-§−êng kÝnh chãp :
( d
)2
ch
2 h
h
2 ch δ+
(32
mm
)
÷=δ
[II.236]
chδ : ChiÒu dµy chãp ,
ch
chδ = 2(mm) = 0,002
2
2
d
,0
071
071
,0.2
002
(108,0
m
)
(108
mm
)
100
(
mm
)
=
+
+
=
=
( ,0
)
ch
d =→ ch
S
(25
mm
)
0 ÷=
, Chän
; Chän S = 15(mm) - Kho¶ng c¸ch tõ mÆt ®Üa ®Õn ch©n chãp:
15
(40
mm
)
=
÷
h 1
- ChiÒu cao møc chÊt láng trªn khe chãp:
Chän h1 = 30(mm)
.
.
b
=
- ChiÒu cao khe chãp:
g
2 ρωξ y y . ρ x
31
http://nuoc.com.vn
[II.236]
.4
ω = y
.
n
3600
V y 2π d . . h
Trong ®ã:
=ξ
25,1 ÷
ξ: Trë lùc ®Üa chãp,
Vy: L−u l−îng h¬i ®i trong th¸p (m3/h).
chän ξ = 2
y ρρ , x
: Khèi l−îng riªng trung b×nh cña pha láng vµ pha h¬i (Kg/m3)
.
V
. π=
. 3600 ω tb
y
2D 4
g = 9,81m/s2.
2
3600
,1.
0168 .
11493
907,
(
3 hm /
)
. = π
=
V y
2 4
.10
0852 (
2 sm )/
ω
=
=
ytbc
907, 2 071,0.
80.
.4 11493 . 3600 π
,1
5333 (
3mKg /
)
xtbc =ρ
→ ChiÒu cao khe chãp ®o¹n ch−ng:
2
,10.2
0852
5333
b
,0
0347
(
m
)
=
=
+ §èi víi ®o¹n ch−ng:
,1. 576,910
.81,9
, Chän b = 36(mm)
2
3600
,1.
1698 .
13230 , 12631 (
3 hm /
)
. = π
=
V y
2 4
,11
(602
2 sm )/
ω
=
=
ytbl
.4 13230 , 12631 2 . 3600 ,0. 071 80. π
(59,811
3mKg /
)
xtbl =ρ
,1
1336
(
3mKg /
)
ytbl =ρ
→ ChiÒu cao khe chãp ®o¹n luyÖn:
32
http://nuoc.com.vn
+ §èi víi ®o¹n luyÖn:
2
,11.2
602
1336
b
,0
0383 (
m
)
=
=
.81,9
,1. 598,811
, Chän b = 40(mm)
mm
)
(43 ÷
- ChiÒu réng c¸c khe chãp: a = 5(mm)
- Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c khe: c = , ë ®©y chän c = 4(mm)
i
d
=
−
- Sè l−îng khe hë mçi chãp:
ch
2 d h .4 b
π c
⎛ ⎜ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
[II.236]
i
01,51
52
100
=
−
i =→
2 71 36.4
π 4
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
. §o¹n ch−ng:
i
100
76,53
54
=
−
i =→
π 4
2 71 40.4
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
. §o¹n luyÖn:
d
=
- §−êng kÝnh èng ch¶y chuyÒn:
c
.
.
z
3600
.4 G x . . ωρπ c x
(m)
xρ : Khèi l−îng riªng cña láng(Kg/m3)
Gx: L−u l−îng láng trung b×nh ®i trong th¸p (Kg/h)
sm )/
(2,01,0 ÷
cω : Tèc ®é chÊt láng trong èng ch¶y chuyÒn
=ω c
z : Sè èng ch¶y chuyÒn z = 1
cω =0,1(m/s)
Chän
,0
1895 (
m
)
(190
mm
)
=
=
=
d c
.030 0267
3600 1.1,0.
,20.129,0.4 . 3600 . ,916 π
. §o¹n ch−ng:
(22,0
m
)
(220
mm
)
=
=
=
d c
,0.4 0956 35,32. . . 1.1,0.598,811 3600 π
. §o¹n luyÖn:
33
http://nuoc.com.vn
ChuÈn dc = 152(mm)
- Kho¶ng c¸ch tõ ®Üa ®Õn èng ch¶y chuyÒn:
[II.237] S1 = 0,25.dc
Thay sè: S1c = 0,25.190 = 47,5(mm)
S1l = 0,250.220 = 55(mm)
Sb
++
h Δ−
- ChiÒu cao èng ch¶y chuyÒn trªn ®Üa
)
( h = 1
hc
2
3
h =Δ
V .85,1.
3600
. cd π
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
(mm) [II.237]
V: ThÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua (m3/h)
3
−
x
V
10.82,2
3 sm )/
(
=
=
=
c
,2 ,916
5836 0267
G ρ
xtb
2
3
−
3
,0
0187
(
m
)
(20
mm
)
h =Δ
=
.82,2 3600
10. 190,0.
3600 .85,1. π
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
36
15
20
(61
mm
)
=
+
+
−
=
( 30
)
hc
. §o¹n ch−ng:
,0
35,32.
3
−
x
10.81,3
3 sm )/
(
=
=
=
V l
0956 598,811
G ρ
xtb
2
−
3
,0
0207
(
m
)
(22
mm
)
h =Δ
=
10.81,3 3600
3 3600 . .85,1. 22,0. π
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
40
15
22
(63
mm
)
=
+
+
−
=
( 30
)
hc
. §o¹n luyÖn:
t
d
.2
l
=
+
+
- B−íc tèi thiÓu cña chãp trªn ®Üa:
ch
δ ch
2
min
[II.237]
l2 = 12,5 + 0,25.dch
34
http://nuoc.com.vn
Thay sè: l2 = 12,5 + 0,25.100 = 37,5
t
mm
100
2.2
5,37
(5,141
)
=
+
+
=
→ Qui chuÈn tmin = 142(mm)
min
t
=
+
+
+
+
- Kho¶ng c¸ch tõ t©m èng ch¶y chuyÒn ®Õn t©m chãp gÇn nhÊt:
1
l 1
δ c
δ ch
d c 2
d ch 2
(42
mm
)
÷=
→
(mm)
cδ : BÒ dµy èng ch¶y chuyÒn
cδ
cδ = 2(mm)
Chän
l1 : Kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a chãp vµ èng ch¶y chuyÒn,
t
75
(224
mm
)
=
2 ++
2 ++
=
1
190 2
100 2
th−êng chän l1= 75(mm)
2/ Th©n th¸p :
Th©n h×nh trô lµ bé phËn chñ yÕu cña ®Ó t¹o thµnh thiÕt bÞ ho¸ chÊt. Tuú theo ®iÒu kiÖn lµm viÖc mµ ng−êi ta chän vËt liÖu vµ ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o. Do ®iÒu kiÖn ®µu bµi lµ th¸p lµm viÖc ë ¸p suÊt th−êng, nhiÖt ®é lµm viÖc kh«ng cao l¾m, dung dÞch chøa Etylic vµ N−íc do ®ã ta chän lo¹i vËt liÖu lµ thÐp hîp kim ( thÐp kh«ng gØ ) X18H10T lµm th©n th¸p, ®ã lµ mét vËt liÖu bÒn chÞu nhiÖt. Nã ®−îc chÕ t¹o b»ng c¸ch cuèn tÊm vËt liÖu víi kÝch th−íc ®· ®Þnh sau ®ã hµn gi¸p mèi l¹i .
Khi chÕ t¹o lo¹i nµy ta chó ý : ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é lµm ¶nh h−ëng ®Õn chiÒu dµy vËt liÖu.
Chän vËt liÖu phô thuéc vµo m«i tr−êng lµm viÖc
B¶o ®¶m ®−êng hµn cµng ng¾n cµng tèt
ChØ hµn gi¸p mèi
Bè trÝ ®−êng hµn däc (ë c¸c ®−êng th©n riªng biÖt l©n cËn ) c¸ch nhau Ýt nhÊt lµ 100mm
Bè trÝ mèi hµn ë vÞ trÝ dÔ quan s¸t
Kh«ng khoan lç qua mèi hµn.
Th©n th¸p lµ th©n h×nh trô hµn, lµm viÖc chÞu ¸p suÊt trong, kh«ng bÞ ®èt nãng trùc tiÕp ⇒ ThiÕt bÞ lo¹i I nhãm 2 ⇒ HÖ sè ®iÒu chØnh lµ : η = 0,9 [II.356]
.
35
http://nuoc.com.vn
⇒ Theo b¶ng tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu ( III.4 - II.310), chän ®é dµy thiÕt bÞ trong kho¶ng (1- 3 mm), ta cã giíi h¹n bÒn kÐo vµ bÒn ch¶y cña vËt liÖu :
σk = 540.106 (N/m2) σch = 220.106 (N/m2)
⇒ HÖ sè an toµn bÒn kÐo vµ bÒn ch¶y cña vËt liÖu lµ :
nk = 2,6 nc = 1,5 [II.356]
6
6
k
=
[
=η .
9,0.
10.9,186
=σ ] k
⇒ øng suÊt giíi h¹n bÒn kÐo lµ :
σ n
10.540 6,2
k
(N/m2)
6
6
k
=
[
=η .
9,0.
10.132
=σ ] k
⇒ øng suÊt giíi h¹n bÒn ch¶y lµ :
σ n
10.220 5,1
k
(N/m2)
⇒ Chän øng suÊt cho phÐp lµ øng suÊt bÐ nhÊt trong hai øng suÊt trªn :
[σ] = [σk] = 132.106 (N/m2)
[II.362] ♦ Chän c¸ch chÕ t¹o : Dt > 700(mm)
- C¸ch hµn: Hµn tay b»ng hå quang ®iÖn.
- Hµn gi¸p mèi 2 bªn.
- HÖ sè bÒn mèi hµn lµ : ϕh = 0,95
S
C
(m)
=
+
♦ ChiÒu dµy th©n th¸p h×nh trô lµ :
P
[2
PD . t ]. ϕσ +
[II.360]
Trong ®ã :
Dt : §−êng kÝnh trong cña th¸p (m)
Theo th«ng sè ®Üa ®· chän : Dt = 2(m)
+
=
= PP
ρ+ .g
H.
P : ¸p suÊt trong thiÕt bÞ (N/m2)
mt
P l
P mt
l
l
(N/m2)
Víi :
Pmt : ¸p suÊt cña h¬i trong th¸p (N/m2)
36
http://nuoc.com.vn
Th¸p lµm viÖc ë ¸p suÊt th−êng nªn Pmt = 1 (at) = 105 (N/m2)
Pl : ¸p suÊt thñy tÜnh cña cét chÊt láng trong th¸p (N/m2)
ρl : Khèi l−îng riªng cña chÊt láng trong th¸p (kg/m3)
Ta lÊy theo khèi l−îng riªng lín nhÊt lµ khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng ®o¹n ch−ng : ρl = ρxC = 916,0267 (kg/m3)
Hl : ChiÒu cao cét chÊt láng trong th¸p (m)
Ta lÊy chiÒu cao lín nhÊt lµ chiÒu cao th¸p : Hl = H = 33 (m)
g : Gia tèc träng tr−êng : g = 9,81 (m/s2)
⇒ P = 105 + 9,81 . 916,0267 . 33 = 3,3965.105 (N/m2)
[σ] : øng suÊt cho phÐp víi lo¹i vËt liÖu ®· chän (N/m2)
ϕ : HÖ sè bÒn cña thµnh h×nh trô theo ph−¬ng däc
V× th¸p kÝn kh«ng ®ôc lç nªn ϕ = ϕh = 0,95
C : Sè bæ sung do ¨n mßn, bµo mßn vµ dung sai cña chiÒu dµy tÊm thÐp (m)
C = C1 + C2 + C3 (m) [II.363]
C1 : Bæ sung do ¨n mßn, xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ¨n mßn vËt liÖu cña m«i tr−êng vµ thêi gian lµm viÖc cña th¸p chän C1 = 1 (mm) = 10-3 (m)
C2 : Bæ sung do bµo mßn (m)
Th¸p ch−ng luyÖn chØ chøa láng vµ h¬i nªn Ýt bµo mßn ⇒ C2 = 0
C3 : Bæ sung do dung sai vÒ chiÒu dµy (m)
Chän dung sai, Chän C3 = 0,8 mm = 0,8.10-3 (m) [II.364]
⇒ C = 0,8.10-3 +10-3 = 1,8.10-3 (m)
5
3
3-
−
10.8,1
967,4
.10
(m)
967,4
(mm)
S
+
=
=
=
5
.2
132
965,3.2 6 95,0.10.
965,3
10.
10. −
⇒ ChiÒu dµy th©n th¸p h×nh trô lµ :
⇒ Theo quy chuÈn lÊy chiÒu dµy th¸p lµ : S = 7 mm
♦ KiÓm tra øng suÊt theo ¸p suÊt thö( Dïng n−íc ) :
- ¸p suÊt thö :
37
http://nuoc.com.vn
Po = Pth + Pl (N/m2)
Trong ®ã :
Pth : ¸p suÊt thñy lùc (N/m2)
Theo b¶ng ¸p suÊt thuû lùc khi thö [XIII.5 – II.358] :
⇒ Pth = 1,5.P = 1,5 . 3,965.105 = 5,9475.105 (N/m2)
Pl : ¸p suÊt cét chÊt láng trong th¸p (N/m2)
Pl = g . ρl . Hl = 2,965.105 (N/m2)
⇒ Po =5,9475.105 + 2,965.105 = 8,9125.105 (N/m2)
5
3 −
[
10.
10).8,17(2[ −
+
6
D t
884,180
10.
=
=
=
σ
- øng suÊt theo ¸p suÊt thö :
+ (2
( )]. PCS − o ). CS − ϕ
,8]. 9125 3 − 95,0.
10).8,17.(2 −
6
6
<σ⇒
=
=
10.333,183
(N/m2)
σ ch 2,1
10.220 2,1
(N/m2)
⇒ VËy chän S = 7 mm lµ phï hîp.
2/ N¾p vµ ®¸y th¸p :
♦ Chän cïng vËt liÖu víi th©n th¸p.
♦ Chi tiÕt cÊu t¹o :
- §¸y vµ n¾p elip cã gê chÞu ¸p suÊt trong.
- C¸c kÝch th−íc :
- §−êng kÝnh : Dt = 2 (m)
- ChiÒu cao phÇn låi : hb = 0,25 . Dt = 0,25 . 2= 0,5 (m)
- ChiÒu cao gê : h = 25 (mm)
=
+
S
.
C
(m)
♦ ChiÒu dµy ®¸y vµ n¾p :
σ
P.D t .k].
.[8,3
P
D t h.2
k
−ϕ h
b
[II.385]
Trong ®ã :
ϕ : HÖ sè bÒn mèi hµn h−íng t©m ϕh = 0,95
38
http://nuoc.com.vn
k : HÖ sè kh«ng thø nguyªn :
k
−= 1
d tD
[II.385]
95,0
−=k 1
=
1,0 2
132
95,0.
=
d: §−êng kÝnh lín nhÊt cña lç kh«ng d−îc t¨ng cøng, d = 0,1(m)
5
[ ] . k hϕσ p
6 95,0.10. 10.
965,3
S
C
.
=
+
. pD t [ ] 8,3 .. k ϕσ h
D t 2 h b
>30 nªn ®¹i l−îng p ë mÉu cã thÓ bá qua.
P : ¸p suÊt trong :
- N¾p : P = Ph¬i = 1 at = 1.105 (N/m2)
- §¸y : P = Pth¸p = 3,965. 105(N/m2)
4-
.
C
(m)
S
C
=
+
8,835.10 =
+
.8,3
132
5 .10.1.2 6 95,0.95,0.10.
2 5,0.2
⇒ ChiÒu dµy n¾p th¸p lµ :
→ S - C=8,835.10-4 (m) = 0,8835 (mm)
Ta thÊy S – C < 10 ( mm)
Nªn ph¶i t¨ng C lªn 2(mm), khi ®ã C=3,8mm
Do ®ã S = 0,8835 + 3,8 = 4,6835( mm).
Chän S = 7( mm).
♦ KiÓm tra øng suÊt theo ¸p suÊt thö :
[
σ =⇒
.(
−
2 D .2 + t k ..6,7 ϕ h
PCSh ( )]. − b o CSh . ) b
2
3
5
−
Pth = 1,5 . Ph¬i = 1,5 . 1.105 = 1,5 . 105 (N/m2)
2[
+
6
2
(N/m 10.18,175
)
=
=
10.5,1]. 3 −
10).8,17.(5,0.2 − 10).8,17.(5,0.95,0.95,0.6,7 −
39
http://nuoc.com.vn
[II.386]
6
6
<σ⇒
=
=
10.333,183
σ ch 2,1
10.220 2,1
(N/m2)
⇒ VËy chän S = 7 mm lµ phï hîp.
- Víi ®¸y th¸p :
5
3
−
.
C
m
10.5,3
(
)
+
=
Pth = Po = 8,9125.105 (N/m2)
2 5,0.2
965,3.2 6 132
10. 95,0.95,0.10.
.8,3
S =
Ta thÊy S – C < 10 ( mm)
Nªn ph¶i t¨ng C lªn 2(mm), khi ®ã C = 3,8mm
Do ®ã S = 3,5 + 3,8 = 7,3( mm).
Chän S = 8( mm).
[
σ =⇒
.(
−
2 D .2 + t k ..6,7 ϕ h
PCSh ( )]. − b o CSh . ) b
2
3
5
−
2[
10).8,18.(5,0.2 −
6
2
(N/m 10.93,167
)
=
=
9125 10. + 3 − 10).8,18.(5,0.95,0.95,0.6,7
,8]. −
6
6
<σ⇒
=
=
10.333,183
♦ KiÓm tra øng suÊt theo ¸p suÊt thö :
σ ch 2,1
10.220 2,1
(N/m2)
⇒ VËy chän S = 8( mm) lµ phï hîp.
3/ Chän mÆt bÝch :
Chän bÝch liÒn b»ng thÐp X18H10T (kiÓu 1) víi c¸c th«ng sè chän theo b¶ng [II.421] ]\víi yP = 0,1.106 N/m2 :
- Sè bÝch : 26 cÆp bÝch
- B−íc bÝch : 1,5 (m)
- §−êng kÝnh trong : Dt = 2000 (mm)
- D = 2141 (mm)
- Db = 2090 (mm)
40
http://nuoc.com.vn
- D1 = 2060 (mm)
- D0 = 2015 (mm)
- Bu l«ng : 44 (c¸i ) lo¹i M20
- ChiÒu dµy bÝch : h = 25 (mm)
4/ TÝnh ®−êng kÝnh c¸c èng dÉn :
d =
(m)
Chän vËt liÖu èng dÉn cïng lo¹i vËt liÖu th¸p, dµy 3 mm.
V 785
,0
w.
[II.448]
Trong ®ã :
V : L−u l−îng thÓ tÝch (m3/s)
w : VËn tèc trung b×nh (m/s)
a/ èng ch¶y chuyÒn :
41
http://nuoc.com.vn
L−îng láng trung b×nh ®i trong :
- §o¹n luyÖn : VxL = 2,82.10-3 (m3/s)
- §o¹n ch−ng : VxC = 3,81.10-3 (m3/s)
Chän vËn tèc láng qua èng ch¶y chuyÒn lµ w = 0,2 (m/s)
Chän sè èng ch¶y chuyÒn víi mçi ®Üa :
Z = 1 (èng)
3 −
d
0,1557 (m)
=
=
⇒ §−êng kÝnh cña èng ch¶y chuyÒn ®o¹n luyÖn lµ :
10.81,3 785,0
2,0.
, chuÈn ho¸ d = 160(mm)
3 −
d
0,134 (m)
=
=
⇒ §−êng kÝnh cña èng ch¶y chuyÒn ®o¹n ch−ng lµ :
10.82,2 785,0
2,0.
, qui chuÈn d = 140(mm)
b/ èng dÉn hçn hîp ®Çu vµo th¸p :
L−îng hçn hîp ®Çu vµo th¸p lµ F = 2400 (kg/h)
NhiÖt ®é cña hçn hîp ®Çu tF = 84,6628 oC
730
,
627
969
,
778
⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc (b¶ng I-10) theo t = tF :
=Aρ
=Bρ
(kg/m3) (kg/m3)
Nång ®é khèi l−îng cña hçn hîp ®Çu aF = 30%
1
−
1
30,0
F
=
+
,882
483
+
ρ F
⇒ Khèi l−îng riªng cña hçn hîp ®Çu lµ :
,730
627
30,01 − ,969 778
a F ρ A
− a ρ B
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
(kg/m3)
V
554,7
410. −
=
=
=
⇒ L−u l−îng thÓ tÝch cña hçn hîp ®Çu lµ :
2400 ,882.
3600
483
F ρ F
(m3/s)
Chän tèc ®é hçn hîp ®Çu lµ : w = 0,3 (m/s)
42
http://nuoc.com.vn
⇒ §−êng kÝnh cña èng dÉn hçn hîp ®Çu lµ :
4 −
d
0,0566 (m)
=
=
554,7 ,0 785
10. 3,0.
Quy chuÈn : d = 0,06 (m) = 60 (mm)
ChiÒu dµi ®o¹n èng nèi : l = 100 (mm) [II.434]
4 −
0,27 (m/s)
=
=
=
wTT
2
2
V 785,0
d .
10.554,7 785,0
06,0.
⇒ Tèc ®é thùc tÕ cña hçn hîp ®Çu :
b/ èng dÉn h¬i ®Ønh th¸p :
L−îng h¬i ®Ønh th¸p lµ g® = 0,0952 (kmol/s)
NhiÖt ®é cña h¬i ®Ønh th¸p tP = 78,1272 oC
.(4,22.
273
)
g
t
+
,0
0952
.(4,22.
,78
1272
)
+
d
P
,2
742
V
=
=
=
⇒ L−u l−îng thÓ tÝch cña h¬i ®Ønh th¸p lµ :
273
273 273
(m3/s)
Chän tèc ®é h¬i ®Ønh th¸p lµ : w = 20 (m/s)
742
0,417 (m)
=d
=
,2 785,0
20.
⇒ §−êng kÝnh cña èng dÉn h¬i ®Ønh th¸p lµ :
Quy chuÈn : d = 420 (mm)
ChiÒu dµi ®o¹n èng nèi : l = 150 (mm) [II.434]
19
,801 (m/s)
=
=
=
wTT
2
2
V 785,0
d .
,2 785,0
472 42,0.
⇒ Tèc ®é thùc tÕ cña h¬i ®Ønh th¸p :
c/ èng dÉn s¶n phÈm ®¸y :
L−îng s¶n phÈm ®¸y lµ W = 0,458 (kg/s)
NhiÖt ®é cña hçn hîp ®¸y tW = 99,6007 oC
43
http://nuoc.com.vn
⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc (b¶ng I-10) theo t = tW :
716
,
379
958
28,
=Aρ
=Bρ
(kg/m3) (kg/m3)
Nång ®é khèi l−îng cña s¶n phÈm ®¸y aW = 0,04%
1
−
1
987,956
=
+
+
ρ W
⇒ Khèi l−îng riªng cña s¶n phÈm ®¸y lµ :
004,0 379,716
,01 004 − 28,958
a W ρ A
a − W ρ B
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
(kg/m3)
,0
V
785,4
410. −
=
=
=
⇒ L−u l−îng thÓ tÝch cña s¶n phÈm ®¸y lµ :
458 987,956
W ρ W
(m3/s)
Chän tèc ®é s¶n phÈm ®¸y lµ : w = 0,2 (m/s)
4 −
d
0,055(m)
=
=
,4 10.785 ,0 2,0.785
⇒ §−êng kÝnh cña èng dÉn s¶n phÈm ®¸y lµ :
Quy chuÈn : d = 0,06 (m) = 60 (mm)
ChiÒu dµi ®o¹n èng nèi : l = 100 (mm) [II.434]
4 −
0 ,1693 (m/s)
=
=
=
wTT
2
2
V 785,0
d .
,4 ,0
10.785 06,0.785
⇒ Tèc ®é thùc tÕ cña s¶n phÈm ®¸y :
,0
2087
729,6.
d/ èng dÉn h¬i ng−ng tô håi l−u :
= 1,4043 (kg/s) L−îng h¬i ng−ng tô håi l−u lµ GR = P.R =
NhiÖt ®é cña h¬i ng−ng tô håi l−u tR = tP = 78,1272 oC
736
78,
973
03,
⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc (b¶ng I-10) theo t = tR :
=Aρ
=Bρ
(kg/m3) (kg/m3)
Nång ®é khèi l−îng cña h¬i ng−ng tô håi l−u aR = aP = 95%
44
http://nuoc.com.vn
⇒ Khèi l−îng riªng cña h¬i ng−ng tô håi l−u lµ :
1
−
1
R
=
+
83,745
+
ρ R
95,0 78,736
95,01 − 03,973
a R ρ A
− a ρ B
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
(kg/m3)
V
882,1
310. −
=
=
=
⇒ L−u l−îng thÓ tÝch cña h¬i ng−ng tô håi l−u lµ :
,1 403 83,745
RG ρ R
(m3/s)
Chän tèc ®é h¬i ng−ng tô håi l−u lµ : w = 0,3 (m/s)
3 −
d
0,089 (m)
=
=
10.882,1 ,0
3,0.785
⇒ §−êng kÝnh cña èng dÉn h¬i ng−ng tô håi l−u lµ :
Quy chuÈn : d = 0,90 (m) = 90 (mm)
ChiÒu dµi ®o¹n èng nèi : l = 110 (mm) [II.434]
3 −
0 ,295 (m/s)
=
=
=
wTT
2
2
V d .785,0
882,1 785,0
10. 9,0.
⇒ Tèc ®é thùc tÕ cña h¬i ng−ng tô håi k−u :
e/ èng dÉn h¬i s¶n phÈm ®¸y håi l−u :
L−îng h¬i s¶n phÈm ®¸y håi l−u lµ g1’ = 0,1014 (kmol/h)
NhiÖt ®é cña h¬i s¶n phÈm ®¸y håi l−u tW = 99,6007 oC
273
)
g
+
,0
1014
.(4,22.
,99
6007
)
+
Wt
.(4,22.' 1
1,3
V
=
=
=
⇒ L−u l−îng thÓ tÝch cña h¬i s¶n phÈm ®¸y håi l−u lµ :
273
273 273
(m3/s)
Chän tèc ®é h¬i s¶n phÈm ®¸y håi l−u lµ : w = 20 (m/s)
0,444 (m)
=d
=
1,3 785
,0
20.
⇒ §−êng kÝnh cña èng dÉn h¬i s¶n phÈm ®¸y håi l−u lµ :
Quy chuÈn : d = 0,45 (m) = 450 (mm)
45
http://nuoc.com.vn
ChiÒu dµi ®o¹n èng nèi : l = 150 (mm) [II.434]
19
,58 (m/s)
=
=
=
wTT
2
2
V 785,0
d .
1,3 45,0.
785,0
⇒ Tèc ®é thùc tÕ cña h¬i s¶n phÈm ®¸y :
5/ Khèi l−îng th¸p :
G = GT + GN-§ + GB + Gbl + G§ + G¤ + GL (kg)
Trong ®ã :
GT : Khèi l−îng th©n th¸p trô (kg)
GN-§ : Khèi l−îng n¾p vµ ®¸y th¸p (kg)
GB : Khèi l−îng bÝch (kg)
Gbl : Khèi l−îng bu l«ng nèi bÝch (kg)
G§ : Khèi l−îng ®Üa lç trong th¸p (kg)
G¤ : Khèi l−îng èng ch¶y chuyÒn (kg)
GL : Khèi l−îng chÊt láng ®iÒn ®Çy th¸p (kg)
a/ Khèi l−îng th©n th¸p trô :
[II.313] - Khèi l−îng riªng cña thÐp lµ ρT = 7,9.103 (kg/m3)
- §−êng kÝnh trong cña th©n th¸p :
Theo c¸c th«ng sè ®Üa ®· chän : Dt = 2 (m)
- ChiÒu dµy th©n th¸p : S = 7 (mm)
- ChiÒu cao th©n th¸p : H = 33 (m)
2
.[(
)
]
−
π
2 D t
. H
=
G T
. ρ T
−
14,3
23 )
2 ]2
SD + t 4 10.72.[( +
−
3
10.9,7.33.
5743 , 1254 (kg)
=
=
4
⇒ Khèi l−îng th©n th¸p lµ :
b/ Khèi l−îng n¾p vµ ®¸y th¸p :
Theo c¸c th«ng sè cña n¾p vµ ®¸y th¸p ®· chän :
[II.382] - BÒ mÆt trong cña n¾p, ®¸y th¸p : F = 4,48 (m2)
46
http://nuoc.com.vn
- ChiÒu dµy cña n¾p, ®¸y th¸p lÊy chung : S = 8 (mm) =8.10-3 (m)
3
−
10.8.24,2.2
3 10.9,7.
136,283
(kg)
G
SF .2
=
=
=
. ρ T
DN −
⇒ Khèi l−îng n¾p vµ ®¸y th¸p lµ :
c/ Khèi l−îng bÝch :
Theo c¸c th«ng sè cña bÝch ®· chän :
- §−êng kÝnh trong cña bÝch : Dt = 2(m)
- §−êng kÝnh ngoµi cña bÝch : D = 2,141 (m)
- ChiÒu dµy bÝch : h = 0,025 (m)
- Sè bÝch : n = 26 (cÆp) = 42 (chiÕc)
2
D
]
.[ π
−
2 141,2.[14,3
2 ]2
−
2 D t
3
G
42.10.9,7.025,0.
3803
913, (kg)
h ..
n .
=
=
=
ρ T
B
4
4
⇒ Khèi l−îng bÝch lµ :
d/ Khèi l−îng bu l«ng nèi bÝch :
Theo c¸c th«ng sè cña bÝch ®· chän :
CÇn 26 cÆp bÝch, mçi cÆp cÇn 44 bu l«ng lo¹i M20 (khèi l−îng : 0,15 kg/c¸i) .
15,0.44.26
6,171
(kg)
=
=blG
⇒ Khèi l−îng bu l«ng nèi bÝch lµ :
e/ Khèi l−îng ®Üa lç trong th¸p :
Theo c¸c th«ng sè ®Üa ®· chän :
- §−êng kÝnh ®Üa : D = 2 (m)
- ChiÒu dµy ®Üa : δ = 0,002 (m)
- Sè ®Üa : n = 72 (chiÕc)
2
2
. D π
3
G
n .
72.10.9,7.002,0.
3573
876, (kg)
=
=
=
d
. . ρδ T
4
2.14,3 4
⇒ Khèi l−îng ®Üa trong th¸p lµ :
f/ Khèi l−îng èng ch¶y chuyÒn :
47
http://nuoc.com.vn
Khèi l−îng mét èng ch¶y chuyÒn lµ :
2
2
)
]
[( π
−
)
2 ]1,0
+
−
3
2 D o
m
10.9,7.28,0.
701,0 (kg)
=
=
=
o
h . o
. ρ T
SD + o 4
,01,0[(14,3 002 4
⇒ Sè èng ch¶y chuyÒn lµ :
n¤ = 72.1 = 72 (èng)
⇒ Khèi l−îng èng ch¶y chuyÒn lµ :
G¤ = n¤ . m¤ = 72 . 0,701 = 50,472 (kg)
g/ Khèi l−îng chÊt láng ®iÒn ®Çy th¸p :
Ta lÊy theo khèi l−îng riªng lín nhÊt lµ khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng ®o¹n ch−ng : ρL = ρxC = 916,0267 (kg/m3)
2
2
. D π
G
. H
,916.33.
0267
94918
6,
(kg)
=
=
=
L
. ρ L
4
2.14,3 4
⇒ Khèi l−îng chÊt láng chøa trong th¸p lµ :
⇒ Khèi l−îng th¸p lµ :
G = 5743,1254 + 283,136 + 3803,913 +171,6 + 3573,876 +50,472+94918,6
= 108544,7224 (kg)
6/ TÝnh tai treo :
Träng l−îng th¸p lµ : P = G . g = 108544,7224 . 9,81 = 1064823,727 (N)
Chän 18 tai treo b»ng thÐp CT3, t¶i träng trªn 1 tai treo lµ : 6,0.104 (N)
⇒ C¸c th«ng sè cña tai treo (KiÓu VIII) (II-438)
- T¶i träng cho phÐp trªn bÒ mÆt ®ì : 1,33.106 (N/m2)
- BÒ mÆt ®ì : F = 451.10-4 (m2)
H
L B S l a d B1
mm
Khèi l−îng mét tai treo, Kg T¶i träng cho phÐp trªn mét tai treo G.10-4, N T¶i träng cho phÐp lªn mÆt ®ì q.10- 6N/m2 BÒ mÆt ®ì F.104, m2
6,0 451 1,33 230 200 205 350 12 100 25 34 13,2
⇒ T¶i träng cña c¶ 18 tai treo : 18. 6,0.104 = 108.104 (N) > P
48
http://nuoc.com.vn
⇒ Phï hîp
7/ TÝnh ch©n ®ì :
Chän ch©n thÐp: 18 ch©n
H h s l d L B B1 B2
mm
BÒ mÆt ®ì F.104, m2 T¶i träng cho phÐp trªn mét ch©n G.10-4N T¶i träng cho phÐp trªn bÒ mÆt ®ì q.10-6, N/m2
6,0 711 0,84 300 240 260 370 450 226 18 110 34
⇒ T¶i träng cña c¶ 18 ch©n ®ì : 18. 6,0.104 = 48.104 (N) > P
⇒ Phï hîp
*Chän tÊm lãt cho tai treo b»ng thÐp:
H b sh T¶i träng cho phÐp trªn mét tai treo. G.10- 4,N ChiÒu dÇy tèi thiÓu cña thµnh thiÕt khi bÞ kh«ng cã lãt ChiÒu dÇy tèi cña thiÓu thiÕt bÞ khi cã lãt S
mm
49
http://nuoc.com.vn
10 550 8 6 20 340
50
http://nuoc.com.vn
tÝnh c©n b»ng nhiÖt
I. thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu :
+
=
+
+
Q
Q
Q
Q
(J/h)
1D
f
F
1ng
Q 1xq
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng cña thiÕt bÞ ®un nãng hçn hîp ®Çu (II-196) :
Trong ®ã :
QD1 : NhiÖt l−îng do h¬i ®èt mang vµo (J/h)
Qf : NhiÖt l−îng do hçn hîp ®Çu mang vµo (J/h)
1ngQ : NhiÖt l−îng do n−íc ng−ng mang ra (J/h)
1xqQ : NhiÖt l−îng mÊt m¸t ra m«i tr−êng xung quanh (J/h)
QF : NhiÖt l−îng do hçn hîp ®Çu mang ra (J/h)
Chän h¬i ®èt lµ h¬i n−íc b·o hoµ ë ¸p suÊt 2 at, cã to s«i = 119,62 oC
=
Q
(J/h)
1/ NhiÖt l−îng do h¬i ®èt mang vµo :
1D
.D 1
=λ 1
r.(D 1 1
θ+ 1
)C. 1
[II.196]
Trong ®ã :
D1 : L−îng h¬i ®èt (kg/h)
λ1 : Hµm nhiÖt (nhiÖt l−îng riªng) cña h¬i ®èt (J/kg)
51
http://nuoc.com.vn
θ1 : NhiÖt ®é n−íc ng−ng (oC) : θ1 = 119,62 oC
r1 : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña h¬i ®èt (J/kg)
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt ho¸ h¬i – to (I-301) t¹i to = θ1, néi suy ta cã :
r1 = 526,7 (kcal/kg) = 526,7 . 4,18.103 (J/kg) = 2201,4.103 (J/kg)
C1 : NhiÖt dung riªng cña n−íc ng−ng (J/kg.®é)
Q
(J/h)
2/ NhiÖt l−îng do hçn hîp ®Çu mang vµo :
f =
t.C.F f
f
[II.196]
Trong ®ã :
F : L−îng hçn hîp ®Çu (kg/h)
F = 2400 (kg/h)
tf : NhiÖt ®é ®Çu cña hçn hîp (oC)
Hçn hîp vµo ë nhiÖt ®é th−êng tf = 20 oC
Cf : NhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu (J/kg.®é)
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt dung riªng – to (I-202), ta cã :
C E = 0,99947 ( kcal/kg.®é)=4,1778( kJ/kg.®é)
CN =2,480( kJ/kg.®é)
Nång ®é hçn hîp ®Çu : af = aF = 30%
⇒ Cf = CA.af + CB.(1 – af) = 4,1778 . 0,30 + 2,48 .(1 – 0,30)
= 2,98934 (kJ/kg.®é)
Q
(J/h)
3/ NhiÖt l−îng do hçn hîp ®Çu mang ra :
F =
t.C.F F
F
[II.196]
Trong ®ã :
tF : NhiÖt ®é cña hçn hîp ®Çu sau khi ®un nãng (oC) : tF = 84,6028 oC
52
http://nuoc.com.vn
CF : NhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu khi ®i ra (J/kg.®é)
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt dung riªng – to (I-202) t¹i to = tF, néi suy ta cã :
CA = 3289,042(J/kg.®é)
CB = 4196,07 (J/kg.®é)
Nång ®é hçn hîp ®Çu : aF = 30%
⇒ CF = CA.aF + CB.(1 – aF) = 3289,042 . 0,3 + 4196,07 .(1 – 0,30)
3
3923
,48 . 961,
6028
4002 .
79674
10.741,
(J/h)
=
=⇒ FQ
= 3923,961 (J/kg.®é)
=
Q
(J/h)
4/ NhiÖt l−îng do n−íc ng−ng mang ra :
1ng
.C.G 1ng 1
=θ 1
θ .C.D 1 1 1
[I.197]
1ngG : L−îng n−íc ng−ng, b»ng l−îng h¬i ®èt D1 (kg/h)
Trong ®ã :
5/ NhiÖt l−îng mÊt ra m«i tr−êng xung quanh :
Q
r.D.05,0
(J/h)
L−îng nhiÖt mÊt ra m«i tr−êng lÊy b»ng 5% l−îng nhiÖt tiªu tèn :
1xq =
11
[II.197]
+
−
Q
Q
+ QQ F
1ng
1xq
f
f
=
=
D
1
6/ L−îng h¬i ®èt cÇn thiÕt :
λ
1
− QQ F r.95,0 1
t.C.(F
)t.C f f
=
(kg/h)
D
1
− F F r.95,0 1
2400
.(
3923
6028
)20.34,
365,312
(kg/h)
=⇒ D
=
1
2989 3
,84.961, .95,0
2201
− 10.4,
53
http://nuoc.com.vn
[II.197]
II. th¸p ch−ng luyÖn :
+
=
+
+
Q
Q
(J/h)
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng cña th¸p ch−ng luyÖn :
F
2D
R
y
w
2xq
Q 2ng
[II.197]
Trong ®ã :
QF : NhiÖt l−îng do hçn hîp ®Çu mang vµo th¸p (J/h)
QD2 : NhiÖt l−îng do h¬i ®èt mang vµo th¸p (J/h)
yQ : NhiÖt l−îng do h¬i mang ra ë ®Ønh th¸p (J/h)
QR : NhiÖt l−îng do l−îng láng håi l−u mang vµo (J/h)
2xqQ : NhiÖt l−îng mÊt m¸t ra m«i tr−êng xung quanh (J/h)
2ngQ : NhiÖt l−îng do n−íc ng−ng mang ra (J/h)
Qw : NhiÖt l−îng do s¶n phÈm ®¸y mang ra (J/h)
Chän h¬i ®èt lµ h¬i n−íc b·o hoµ ë ¸p suÊt 2 at, cã to s«i = 119,62 oC
=
θ+
Q
(J/h)
1/ NhiÖt l−îng do h¬i ®èt mang vµo th¸p :
2D
.D 2
=λ 2
r.(D 2 2
)C. 2
2
[II.197]
Trong ®ã :
D2 : L−îng h¬i ®èt (kg/h)
λ2 : Hµm nhiÖt (nhiÖt l−îng riªng) cña h¬i ®èt (J/kg)
θ2 : NhiÖt ®é n−íc ng−ng (oC) : θ2 = 119,62 oC
r2 : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña h¬i ®èt (J/kg)
r2 = r1 = 2201,4.103 (J/kg)
C2 : NhiÖt dung riªng cña n−íc ng−ng (J/kg.®é)
54
http://nuoc.com.vn
2/ NhiÖt l−îng do l−îng láng håi l−u mang vµo :
Q
(J/h)
R =
t.C.G RR
R
[II.197]
Trong ®ã :
GR : L−îng láng håi l−u (kg/h)
GR = P . Rx
Víi :
P : L−îng s¶n phÈm ®Ønh (kg/h)
P = 751,32 (kg/h)
Rx : ChØ sè håi l−u : Rx = 6,729
⇒ GR = 751,32.6,729 (kg/h) = 5055,48 (kg/h)
tR : NhiÖt ®é cña l−îng láng håi l−u (oC)
L−îng láng håi l−u (sau khi qua thiÕt bÞ ng−ng tô) ë tr¹ng th¸i s«i, cã nång ®é b»ng nång ®é cña h¬i ë ®Ønh th¸p : x = yP = xP = 0,8814
⇒ Theo b¶ng sè liÖu nång ®é – to s«i ), néi suy ta cã : tR = 78,1272 oC
CR : NhiÖt dung riªng cña l−îng láng håi l−u (J/kg.®é)
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt dung riªng – to (I-202), néi suy ta cã :
(J/kg.®é) C1 = 3196,59
C2 = 4190,868(J/kg.®é)
Nång ®é l−îng láng håi l−u b»ng nång ®é s¶n phÈm ®Ønh: aR = aP = 95%
⇒ CR = C1.aR + C2.(1 – aR) = 3196,59 . 0,95 + 4190,868 .(1 – 0,95)
3
5055
,78.48,
1272
.
3246
303,
1282193
910,
.10
(J/h)
=
=⇒ RQ
= 3246,303 (J/kg.®é)
=
λ
Q
+ ).R1.(P
(J/h)
3/ NhiÖt l−îng do h¬i mang ra ë ®Ønh th¸p :
y
x
d
[II.197]
Trong ®ã :
55
http://nuoc.com.vn
λd : Hµm nhiÖt (nhiÖt l−îng riªng) cña h¬i ë ®Ønh th¸p (J/kg)
a.
λ+
)a1.( −
λ=λ 1
d
2
(J/kg) [II.197]
Víi :
(J/kg) (J/kg)
2
+=λ θ .Cr ⎧ 1 1 1 1 ⎨ + θ =λ r .C ⎩ 2 2 2
λ1, λ2 : NhiÖt l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc (J/kg)
Mµ θ1 = θ2 = tR = 78,1272 oC
⇒ Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt dung riªng – to (I-202), néi suy ta cã :
C1 = 3196,59 (J/kg.®é) C2 = 4190,68 (J/kg.®é)
⇒ Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt ho¸ h¬i – to (I-301), néi suy ta cã :
r1 = 202,749(kcal/kg) = 847,490.103 (J/kg)
3
,847
10.490
3196
,78.59,
1272
1097230 (J/kg)
=
+
=
⇒
3
2344 ,
10.448
4190
,78.68,
1272
2671868 (J/kg)
=
+
=
⎧ λ ⎪ 1 ⎨ ⎪⎩ λ 2
r2 = 560,8718(kcal/kg) = 2344,448.103 (J/kg)
1097230
95,0.
2671868
05,0.
117561
9,
(J/kg)
+
=
=⇒ dλ
3
,0
2087
729
).
117561
9,
6828754
,
636
10.
(J/h)
,61.( +
=
=⇒ yQ
a : Nång ®é phÇn khèi l−îng cña Etylic : a = aP = 0,95
(J/h)
4/ NhiÖt l−îng do s¶n phÈm ®¸y mang ra :
t.C.WQ wW
W =
[II.197]
Trong ®ã :
W : L−îng s¶n phÈm ®¸y (kg/h)
W = 0,458(kg/s)
tW : NhiÖt ®é cña l−îng s¶n phÈm ®¸y (oC) : tW = 99,6007 oC
56
http://nuoc.com.vn
CW : NhiÖt dung riªng cña s¶n phÈm ®¸y (J/kg.®é)
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt dung riªng – to (I-202) t¹i tW, néi suy ta cã :
C1 = 3514(J/kg.®é)
C2 = 4218,26(J/kg.®é)
Nång ®é s¶n phÈm ®¸y: aW = 0,4%
⇒ CW = C1.aW + C2.(1 – aW) = 3514.0,004 + 4218,26 .(1 – 0,004)
3
,0
458
. 3600
,99.
6007
.
4215
,
443
692266
932,
.10
(J/h)
=
=⇒ WQ
= 4215,443 (J/kg.®é)
5/ NhiÖt l−îng mÊt ra m«i tr−êng xung quanh :
Q
r.D.05,0
(J/h)
L−îng nhiÖt mÊt ra m«i tr−êng lÊy b»ng 5% l−îng nhiÖt tiªu tèn ë ®¸y th¸p :
2xq =
2
2
[II.197]
=
Q
(J/h)
6/ NhiÖt l−îng do n−íc ng−ng mang ra :
2ng
.C.G 2ng 2
=θ 2
θ .C.D 2 2
2
[II.198]
2ngG : L−îng n−íc ng−ng, b»ng l−îng h¬i ®èt (kg/h)
Trong ®ã :
+
+
−
−
Q
Q
+ QQ y
W
2ng
2xq
− QQ F
R
+ QQ y
− QQ F
R
=
=
D
2
7/ L−îng h¬i ®èt cÇn thiÕt :
λ
2
W r.95,0 2
8986403
3 10.
945912
3 10.5,
595407
53,
+
−
444,1
(kg/h)
=
=⇒ D 2
3 10.96, 2201
1108 − 3 10.4,
.95,0
[ II.198]
57
http://nuoc.com.vn
III. thiÕt bÞ ng−ng tô :
+
=
−
R.(P
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng cña thiÕt bÞ ng−ng tô (ng−ng tô hoµn toµn):
x
t.(C.Gr).1 n
n
2
)t 1
[II.198]
Trong ®ã :
r : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña h¬i ®Ønh th¸p (J/kg)
NhiÖt ®é cña h¬i ®Ønh th¸p lµ t® = 78,1272 oC
⇒ Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt ho¸ h¬i – to (I-301), néi suy ta cã :
r1 = 847,490.103 (J/kg) r2 = 2344,448.103 (J/kg)
Nång ®é phÇn khèi l−îng cña h¬i ®Ønh th¸p lµ 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−îng n−íc l¹nh tiªu tèn (kg/h)
t1,t2 : NhiÖt ®é vµo vµ ra cña n−íc lµm l¹nh (oC)
NhiÖt ®é vµo cña n−íc l¹nh lÊy lµ nhiÖt ®é th−êng : t1 = 20 oC
NhiÖt ®é ra cña n−íc l¹
nh chän : t2 = 40 oC
⇒ ttb = 30 oC
Cn : NhiÖt dung riªng cña n−íc ë nhiÖt ®é trung b×nh ttb (J/kg.®é)
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt dung riªng – to (I-195), néi suy ta cã :
Cn = 4174,4 (J/kg.®é)
3
,0
2807
729
338,
10.
,64
222
3 10.
(kg/h)
G
=
=
=
n
,6.( 4174
).1 + 40.(4,
)20
922 −
2
).1 r + ) t − 1
.( RP x .( tC n
⇒ L−îng n−íc l¹nh cÇn thiÕt lµ :
IV. thiÕt bÞ lμm l¹nh :
−
=
−
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng cña thiÕt bÞ lµm l¹nh :
t(C.P P
' 1
' t.(C.G)t 2 2n
n
2
)t 1
58
http://nuoc.com.vn
[II.198]
Trong ®ã :
t
t,
Gn2 : L−îng n−íc l¹nh tiªu tèn (kg/h)
' 1
' 2
: NhiÖt ®é ®Çu vµ cuèi cña s¶n phÈm ®Ønh ®· ng−ng tô (oC)
S¶n phÈm ®Ønh sau ng−ng tô ë tr¹ng th¸i s«i :
' 1t = 78,125 oC
⇒ NhiÖt ®é vµo chÝnh b»ng nhiÖt ®é s«i ë ®Ønh th¸p :
' 2t = 25 oC
NhiÖt ®é ra cña s¶n phÈm lÊy lµ :
' tbt
⇒ = 52oC
CP : NhiÖt dung riªng cña s¶n phÈm ®Ønh ®· ng−ng tô (J/kg.®é)
' tbt
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt dung riªng – to (I-202) t¹i , néi suy ta cã :
C1 = 0,69 (kcal/kg.®é) = 2884(J/kg.®é)
C2 = 1,01 (kcal/kg.®é) = 4222(J/kg.®é)
Nång ®é s¶n phÈm ®Ønh: aP = 95%
⇒ CP = C1.aP + C2.(1 – aP) = 2884 . 0,95 + 4222 .(1 – 0,95)
= 2950,9 (J/kg.®é)
)
,0
2087
.
3600
1272
)25
−
1410
, 8222 (kg/h)
G
=
=
=
n
2
' 2 )
. 4174
2950 40.(4,
)20
,78.(9, −
' tCP . ( P 1 tC .( n
2
t − t − 1
59
http://nuoc.com.vn
⇒ L−îng n−íc l¹nh cÇn thiÕt lµ :
tÝnh vμ chän thiÕt bÞ phô
thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu :
I.
§Ó ®un nãng hçn hîp ®Çu ( theo phÇn khèi l−îng ) víi n¨ng suÊt 3000 kg/h .
gi¶ thiÕt dung dÞch ®Çu cã nhiÖt ®é ban ®Çu t=200C ,cÇn ®un nãng ®Õn nhiÖt ®é s«i tF =84,6628 0C( nhiÖt ®é s«i tra theo ®−êng c©n b»ng x-y-t ) .§Ó ®un nãng hçn hîp ®Çu ta dïng thiÕt bÞ gia nhiÖt lo¹i èng chïm lo¹i ®øng ,dïng h¬i n−íc b·o hoµ ®Ó ®un nãng hçn hîp ®Çu ,chän ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña h¬i n−íc b·o hßa lµ P = 2at ,khi ®ã nhiÖt ®é cña h¬i n−íc b·o hoµ lµ tbh= 119,620C .
ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt lo¹i èng chïm th¼ng ®øng víi c¸c th«ng sè :
- BÒ mÆt truyÒn nhiÖt trªn 1 ®¬n vÞ thÓ tÝch(m2/m3): 15 – 40
- L−îng kim lo¹i cÇn cho 1 ®¬n vÞ nhiÖt t¶i: 1
- L−îng kim lo¹i cÇn cho 1 ®¬n vÞ bÒ mÆt ®èt: 30 – 80
- ChiÒu cao èng : hO = 1,0 (m)
- §−êng kÝnh èng : d = 25 (mm)
- ChiÒu dµy thµnh èng : δ = 2,5 (mm)
⇒ §−êng kÝnh trong cña èng lµ : dO = 20 (mm)
- Dung dÞch ®i trong èng, h¬i ®èt ®i ngoµi èng.
Chän vËt liÖu chÕ t¹o èng lµ thÐp kh«ng gØ 2X13
⇒ Theo I-148, hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu lµ : λ = 25,4 (W/m.®é)
Chän h¬i ®èt lµ h¬i n−íc b·o hoµ ë ¸p suÊt 2 at, cã to s«i = 119,62 oC
1/ HiÖu sè nhiÖt ®é trung b×nh :
NhiÖt ®é vµo cña dung dÞch lµ t® = 20 oC
NhiÖt ®é ra cña dung dÞch lµ tc = ts«i = tF = 84,6628oC
H¬i ®èt lµ h¬i n−íc b·o hoµ nªn nhiÖt ®é kh«ng thay ®æi vµ lµ nhiÖt ®é s«i ë ¸p suÊt ®· chän (2 at) : 119,62 oC
⇒ Δt1 = 119,62 – 20 = 99,62 oC
60
http://nuoc.com.vn
⇒ Δt2 = 119,62 – 84,6628 = 34,96 oC
62,99
96,34
O
2
C 748,61
=
=
ttb =Δ
ln
ln
− 62,99 96,34
t t Δ−Δ 1 t Δ 1 t Δ
2
⇒ HiÖu sè nhiÖt ®é trung b×nh gi÷a hai l−u thÓ lµ :
⇒ NhiÖt ®é trung b×nh cña h¬i ®èt lµ ttb1 = 119,62 oC
⇒ NhiÖt ®é trung b×nh cña dung dÞch lµ ttb2 = ttb1 - Δttb = 119,62 – 61,748 = 57,872 oC
=
−
t.(C.mQ
2/ L−îng nhiÖt trao ®æi :
P
)t d
c
(J/s)
Trong ®ã :
m : L−îng dung dÞch ®−a vµo (kg/s)
PC : NhiÖt dung riªng cña dung dÞch (J/kg.®é)
m = F = 0,6667 (kg/s)
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt dung riªng – to (I-202) t¹i to = ttb2, néi suy ta cã :
C1 = 0,72 (kcal/kg.®é) = 3009,6(J/kg.®é)
C2 = 1,1 (kcal/kg.®é) = 4598(J/kg.®é)
Nång ®é hçn hîp ®Çu : aF = 30%
⇒ CP = C1.aF + C2.(1 – aF) = 3009,6 . 0,30 + 4598 .(1 – 0,30)
= 4121,48 (J/kg.®é)
t®, tc : NhiÖt ®é vµo vµ ra cña dung dÞch (oC)
⇒ Q = 0,6667 . 4121,48 . (84,6628 - 20) = 177679,841 (J/s)
61
http://nuoc.com.vn
3/ DiÖn tÝch trao ®æi nhiÖt :
qT
α2 q2
th
Δt1
tT1
tT2
ΔtT Δt2
tdd
q1 α1
δ
Ký hiÖu :
th : NhiÖt ®é h¬i ®èt – h¬i n−íc b·o hoµ ë 2 at (oC) : th = ttb1 = 119,62 oC
tT1 : NhiÖt ®é mÆt ngoµi èng (oC)
tT2 : NhiÖt ®é mÆt trong èng (oC)
tdd : NhiÖt ®é dung dÞch (oC) : tdd = ttb2 = 57,872 oC
Δt1 : HiÖu nhiÖt ®é gi÷a h¬i ®èt vµ mÆt ngoµi èng (oC) : Δt1 = th – tT1
Δt2 : HiÖu nhiÖt ®é gi÷a mÆt trong èng vµ dung dÞch (oC) : Δt1 = tT2 – tdd
ΔtT : HiÖu nhiÖt ®é gi÷a mÆt ngoµi èng vµ mÆt trong èng (oC) : ΔtT = tT1 – tT2
δ : ChiÒu dµy thµnh èng (m)
tm : NhiÖt ®é mµng n−íc ng−ng (oC) : tm = 0,5.( th + tT1)
q1 : NhiÖt t¶i riªng phÝa h¬i ng−ng tô (W/m2)
q2 : NhiÖt t¶i riªng phÝa dung dÞch (W/m2)
α1 : HÖ sè cÊp nhiÖt phÝa h¬i ng−ng tô (W/m2.®é)
α2 : HÖ sè cÊp nhiÖt phÝa dung dÞch (W/m2.®é)
.A.04,2 4
=α 1
a/ HÖ sè cÊp nhiÖt phÝa h¬i ng−ng tô :
Δ
r H.t
(W/m2.®é) [II-28]
Trong ®ã :
A : Phô thuéc nhiÖt ®é mµng n−íc ng−ng tm
62
http://nuoc.com.vn
r : Èn nhiÖt ho¸ h¬i lÊy theo nhiÖt ®é h¬i b·o hoµ th (J/kg)
Theo b¶ng sè liÖu NhiÖt ho¸ h¬i – to (I-301), néi suy ta cã :
r = 2201,4.103 (J/kg)
Δt : HiÖu nhiÖt ®é gi÷a h¬i ®èt vµ mÆt ngoµi èng (oC) : Δt = Δt1
H : ChiÒu cao èng (m) : H = hO = 1,0 (m)
b/ HÖ sè cÊp nhiÖt phÝa dung dÞch :
25,0
8,0
43,0
Re.
Pr.
=
.021,0Nu ε 1
Ph−¬ng tr×nh chuÈn sè cÊp nhiÖt ®èi l−u c−ìng bøc :
Pr Pr t
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ . ⎝
[I.14]
O
50
1
=
=ε⇒=
1
Trong ®ã :
h d
0,1 020,0
O
=
Nu
♦ ε1 : HÖ sè hiÖu chØnh :
α l. λ
♦ Nu : ChuÈn sè Nuyxen :
α : HÖ sè cÊp nhiÖt phÝa dung dÞch (W/m2.®é) : α = α2
l : KÝch th−íc h×nh häc chñ yÕu (m) : l = dO = 0,020 (m)
=λ
ρ ..C.A 3 P
λ : HÖ sè dÉn nhiÖt cña dung dÞch (W/m.®é)
ρ M
(W/m.®é) [I.143]
A : HÖ sè phô thuéc møc ®é liªn kÕt cña dung dÞch
Etylic vµ N−íc lµ hçn hîp láng liªn kÕt : A = 3,58.10-8
CP : NhiÖt dung riªng cña dung dÞch (J/kg.®é) : CP = 3827,64 (J/kg.®é)
ρ : Khèi l−îng riªng cña dung dÞch (kg/m3)
755
,
915
983
,
957
Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo ttb2 = 57,872°C :
=Bρ
=Aρ
(kg/m3) (kg/m3)
Nång ®é khèi l−îng cña dung dÞch : aF = 30%
63
http://nuoc.com.vn
Ta cã :
1
−
1
−
F
,902
296
+
=
+
ρ
30,0 915,755
30,01 957,983
a F ρ A
a − ρ B
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
(kg/m3)
M : Khèi l−îng mol ph©n tö cña dung dÞch (kg/kmol)
Nång ®é phÇn mol cña dung dÞch lµ : xF = 0,1436 (kmol/kmol)
⇒ M = MA.xF + MB.(1-xF) = 46.0,1436 + 18.(1- 0,1436)
10.58,3
8 − ,902.
.296
3827
.64, 3
,0
426
λ =⇒
=
,902 296 021,22
= 22,021 (kg/kmol)
(W/m.®é)
♦ Re : ChuÈn sè Reynolt
μ
=
Pr
§Ó qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt ®¹t hiÖu qu¶, dung dÞch ph¶i ë chÕ ®é ch¶y xo¸y ⇒ Chän Re = 10000
.C P λ
♦ Pr : ChuÈn sè Prand cña dßng tÝnh theo nhiÖt ®é dßng :
μ : §é nhít cña dung dÞch (N.s/m2)
Theo b¶ng vµ to¸n ®å (I-102) víi nhiÖt ®é dung dÞch ttb2 = 57,872°C :
μ1 = 0,62 (cP) μ2 = 0,49 (cP)
lg
.
lg(
)
).
lg(
)
x
x
μ
=
1( −+
μ 1 )62,0lg(
μ 2 1436
).
)49,0lg(
F ,01( −+
F ,0 1436 . ,0 295
= −=
Theo c«ng thøc (I-93), ta cã :
3 −
3827
546,4
Pr =⇒
=
10.506,0.64, 426
,0
⇒ μ = 0,506 (cP) = 0,506 . 10-3 (N.s/m2)
64
http://nuoc.com.vn
♦ Prt : ChuÈn sè Prand tÝnh theo nhiÖt ®é t−êng :
3/1
μ
μ
t
t
=
=
=
Pr t
.C Pt λ
M. ρ
μ t .A
t
3/4 t
ρ
.A
. 3
t
ρ t M
3/1
6 .10.3,78
=
Pr =⇒ t
μ t 10.58,3
872,22. 8 3/4 − . ρ t
μ t 3/4 ρ t
25,0
25,0
8,0
.021,0
10000
546,4.
=
Nu =⇒
Pr Pr t
Pr Pr t
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ .826,63 ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ 43,0 ⎜⎜ . ⎝
=
+
+
r O
r 1
r 2
c/ Tæng nhiÖt trë thµnh èng :
δ λ
T
(m2.®é/W)
Trong ®ã :
r1 : NhiÖt trë do líp cÆn b¸m bªn ngoµi thµnh èng : r1 = 0,232.10-3 (m2.®é/W)
r2 : NhiÖt trë do líp cÆn b¸m bªn trong thµnh èng : r2 = 0,387.10-3 (m2.®é/W)
δ : ChiÒu dµy thµnh èng : δ = 2,5 (mm) = 2,5.10-3 (m)
−
3
− = 3
+
+
,0
232
387,0
10.72,0
=⇒ r O
λT : HÖ sè dÉn nhiÖt cña thµnh èng : λT = 25,4 (W/m.®é)
5,2 4,25
⎞ 10. ⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
(m2.®é/W)
d/ NhiÖt t¶i riªng trung b×nh :
♦ Gi¶ sö 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)
3
2201
.0,187.04,2 4
11932
04,
=
=⇒α 1
⇒ Theo b¶ng sè liÖu A – tm (II-29), néi suy ta cã : A = 187
10.4, 0,1.3,2
(W/m2.®é)
⇒ q1 = α1 . Δt1 = 11932,04 . 2,3 = 27443,68 (W/m2)
65
http://nuoc.com.vn
⇒ qT = q1 = 27443,68 (W/m2)
⇒ ΔtT = qT . rO = 27443,68 . 0,72.10-3 = 19,76 (oC)
⇒ tT2 = tT1 - ΔtT = 117,32 – 19,76 = 97,56 (oC)
Theo b¶ng vµ to¸n ®å (I-102) víi nhiÖt ®é t−êng tT2 :
μ1 = 0,33 (cP) μ2 = 0,26 (cP)
lg
.
lg(
)
).
lg(
)
x
x
=
1( −+
,0
μ 1 )33,0lg(
μ 2 1436
).
)26,0lg(
F ,01( −+
μ t
F 1436 . 554,0
= −=
Theo (I-93), ta cã :
⇒ μt = 0,279 (cP) = 0,279 . 10-3 (N.s/m2)
715
959
71,
Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc (I-10) theo tT2 :
=Bρ
=Aρ
(kg/m3) (kg/m3)
1
−
1
F
352,870
+
=
+
ρ t
⇒ Theo (II-183), ta cã :
30,0 715
30,01 − 71,959
a F ρ A
a − ρ B
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎞ =⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
3 −
,2
623
6 .10.3,78
=
Pr =⇒ t
3/4
,0 10.279 352,870
25,0
098,73
=⇒ Nu
=
546,4 623,2
⎛ .826,63 ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
,73
0938
426
1556
89,
=
=
α =⇒ 2
(kg/m3)
Nuλ . l
,0. 020,0
(W/m2.®é)
⇒ Δt2 = tT2 – tdd = 97,56 – 57,872 = 39,688 (oC)
⇒ q2 = α2 . Δt2 = 1556,89 . 39,688 = 61789,85 (W/m2)
Ta thÊy q1 vµ q2 kh¸c nhau nhiÒu vµ q1 < q2 nªn gi¶ thuyÕt ch−a tho¶ m·n
Gi¶ thuyÕt Δt1=4,2°C
T−¬ng tù ta cã tT1=115,42°C
66
http://nuoc.com.vn
tm=117,52 theo b¶ng (II- 29) ta néi suy ®−îc
25,0
3
410
A=187
=α 1
2201 , 1.2,4
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ .187.04,2 ⎝
=10264,41 W/m2.®é. Nªn hÖ sè cÊp nhiÖt:
Suy ra q1 = 10264,41.4,2 = 43110,54 W/m2
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 b¶ng vµ to¸n ®å (I-102) víi nhiÖt ®é t−êng tT2 :
μ1 = 0,42 (cP) μ2 = 0,362 (cP)
lg
.
lg(
)
).
lg(
)
x
x
=
1( −+
,0
μ 1 )42,0lg(
μ 2 1436
).
)362,0lg(
F ,01( −+
μ t
F 1436 . 44,0
= −=
Theo (I-93), ta cã :
⇒ μt = 0,362 (cP) = 0,362 . 10-3 (N.s/m2)
730
84,
968
,
934
Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc (I-10) theo tT2 :
=Bρ
=Aρ
(kg/m3) (kg/m3)
1
−
1
−
F
=
+
,882
667
+
ρ t
⇒ Theo (II-183), ta cã :
30,0 84,730
30,01 934,968
a F ρ A
− a ρ B
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
3 −
58,2
6 .10.3,78
=
Pr =⇒ t
3/4
,0 10.279 667,882
25,0
17,73
=⇒ Nu
=
546,4 58,2
⎛ .826,63 ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
426
1558
521,
=
=
α =⇒ 2
(kg/m3)
Nuλ . l
,0.17,73 020,0
(W/m2.®é)
⇒ Δt2 = tT2 – tdd = 84,38 – 57,872 = 26,508 (oC)
67
http://nuoc.com.vn
⇒ q2 = α2 . Δt2 = 1558,521 . 26,508 = 41313,275 (W/m2)
q
43110
54,
41313 ,
275
−
−
q 1
2
%5%17,4
=
⇒
=
<
43110
54,
q 1
⇒ ChÊp nhËn ®−îc
q
43110
54,
275
q 1
2
42211 , 9075
=
=
=
qtb
⇒ NhiÖt t¶i riªng trung b×nh :
+ 2
41313 , + 2
(W/m2)
2,4
F
=
=
=
e/ DiÖn tÝch trao ®æi nhiÖt :
177679 841, 42211 9075 ,
Q tbq
(m2)
66
=
=
=
n O
⇒ Sè èng truyÒn nhiÖt cÇn dïng lµ :
2,4 020
,0.14,3
0,1.
F . . hd π OO
(èng)
Chän c¸ch xÕp èng theo h×nh lôc gi¸c, gäi a lµ sè èng trªn mét c¹nh h×nh lôc gi¸c
⇒ Tæng sè èng lµ : nO = 3.a.(a-1) + 1 (èng) [II.48]
⇒ Chän a = 6, nO = 3.6.(6-1)+1 = 91 (èng)
Sè èng trªn ®−êng chÐo h×nh lôc gi¸c : b = 2a – 1 = 11 (èng)
Chän b−íc èng lµ : t = 0,03 (m) (1,2d –1,5 d)
§−êng kÝnh ngoµi cña èng lµ : d = 0,025 (m)
⇒ §−êng kÝnh trong cña thiÕt bÞ lµ :
D = t.(b - 1) + 4.d = 0,03.(11 - 1) + 4 . 0,025 = 0,4 (m) [II.48]
⇒ VËn tèc dung dÞch trong èng :
4
3 −
w
,0
2804 (m/s)
=
=
=
GT
506,0.10 296 902 ,
10. 02,0.
.Re μ d . ρ
O
- Theo gi¶ thiÕt ( chÕ ®é ch¶y xo¸y víi Re = 104) :
68
http://nuoc.com.vn
- Theo tÝnh to¸n :
,0
6667
,0
026 (m/s)
w
=
=
=
TT
2
2 O
,902
296
.91.
.
. n ρ O
02,0.14,3 4
m . d π 4
w
w
026,0
,0
TT
⇒
=
=
%5%90 >
− GT w
2804 ,0
− 2804
GT
GT
78,10
=
=
⇒ Ta cÇn ph¶i chia ng¨n thiÕt bÞ, sè ng¨n chia lµ :
w w
,0 2804 026,0
TT
(ng¨n)
Quy chuÈn, ta chia thiÕt bÞ lµm 12 ng¨n.
II. tÝnh b¬m :
B¬m lµm viÖc liªn tôc trong qu¸ tr×nh ch−ng luyÖn, ®−a dung dÞch tõ bÓ chøa lªn thïng cao vÞ, møc chÊt láng trong thïng cao vÞ ®−îc gi÷ ë møc kh«ng ®æi nhê èng ch¶y trµn ®Ó duy tr× ¸p suÊt æn ®Þnh cho qu¸ tr×nh cÊp liÖu.
1
1
⇒ L−u l−îng b¬m : GB = GF = 3000 (kg/h)
Z
KÝ hiÖu :
2
H 0
2
H0 : ChiÒu cao tÝnh tõ mÆt tho¸ng bÓ chøa dung dÞch ®Õn mÆt tho¸ng thïng cao vÞ (m)
H 1
H1 : ChiÒu cao tÝnh tõ ®¸y th¸p ®Õn ®Üa tiÕp liÖu (m)
H 2
H2 : ChiÒu cao tÝnh tõ n¬i ®Æt b¬m ®Õn ®¸y th¸p (m)
Z : ChiÒu cao tÝnh tõ ®Üa tiÕp liÖu ®Õn mÆt tho¸ng thïng cao vÞ (m)
1/ C¸c trë lùc cña qu¸ tr×nh cÊp liÖu :
Tronh qu¸ tr×nh s¶n xuÊt
69
http://nuoc.com.vn
a/ Trë lùc trong èng dÉn tõ thïng cao vÞ ®Õn thiÕt bÞ gia nhiÖt :
ΔP m1 = ΔP ms1 + ΔP cb1 + ΔPw (N/m2)
Trong ®ã : ΔP ms1 : Trë lùc ma s¸t (N/m2)
ΔP cb1 : Trë lùc côc bé (N/m2)
Sè liÖu : - ChiÒu dµi èng : L1 = 22 (m)
- §−êng kÝnh èng : dO = 0,1 (m)
- L−u l−îng : GF = 0,6667 (kg/s)
2 1O
ρ 1
Δ
=
P 1w
♦ ThÕ n¨ng vËn tèc cña chÊt láng trong èng :
w. 2
(N/m2) [I.458]
Trong ®ã :
ρ1 : Khèi l−îng riªng dung dÞch tr−íc khi gia nhiÖt (kg/m3)
NhiÖt ®é cña dung dÞch lóc ®Çu : t = 20 oC
⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc (b¶ng I-10) theo t :
ρA = 780 (kg/m3) ρB = 998,23 (kg/m3)
Nång ®é khèi l−îng cña dung dÞch a = aF = 30%
1
−
1
932,920
+
=
+
ρ 1
⇒ Khèi l−îng riªng cña dung dÞch lóc ®Çu lµ :
30,0 780
3,01 − 23,998
a 1 ρ A
a − 1 ρ B
⎛ ⎜ ⎝
1 − ⎞ =⎟ ⎠
⎞ =⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
(kg/m3)
,0
0922
=
=
=
w 1 O
wO1 : VËn tèc dung dÞch trong èng (m/s)
G F d .785,0.
667,0 2 1,0.785,0.932,920
ρ 1
2 O
2
0922
914,3
=
=
Δ⇒ wP 1
(m/s)
932,920 ,0. 2
(N/m2)
1
Δ
λ=
Δ P.
P 1ms
1w
♦ Trë lùc ma s¸t :
L d
O
70
http://nuoc.com.vn
(N/m2) [I.458]
Trong ®ã :
λ : HÖ sè ma s¸t
NhiÖt ®é dung dÞch trong èng lµ : t = 20 oC
Theo to¸n ®å x¸c ®Þnh ®é nhít theo nhiÖt ®é (I-102), ta cã :
μA = 1,19 (cP) μB = 1 (cP)
Nång ®é dung dÞch : x = 0,1436
⇒ lg(μ1) = x.lg(μA) + (1- x).lg(μB)
= 0,1436 . lg(1,19) + (1- 0,1436) . lg(1) = 0,0108
,0
3
w 1 O
,8
10.282
=
=
Re =⇒
⇒ μ1 = 1,0252 (cP) = 1,0252.10-3 (Ns/m2)
3
1,0.932,920. −
0922 ,1
0252
10.
. . d ρ O 1 μ 1
>4000 , ChÕ ®é ch¶y
8 7
Re
=
gh
xo¸y rèi
D td ε
⎛ .6 ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
8 7
Re
=gh
[I.461]
100 1,0
⎞ ⎟ ⎠
⎛ .6 ⎜ ⎝
033
,0=λ
= 1,61.104 Thay sè
VËy hÖ sè trë lùc ma s¸t
2
033,0
.
914,3.
,12
9162 (N/m
)
=
=
Δ⇒ msP 1
10 1,0
Víi lo¹i èng thÐp kh«ng gØ ta ®· chän, theo b¶ng I-466, ta cã ®é nh¸m tuyÖt ®èi ε = 0,1 (mm)
Δ
=
Δξ P.
♦ Trë lùc côc bé :
P 1cb
1w
(N/m2)
∑
Trong ®ã : ξ : HÖ sè trë lùc côc bé
71
http://nuoc.com.vn
C¸c trë lùc côc bé trong èng gåm :
- Trë lùc cöa vµo tõ thïng cao vÞ vµo èng : víi c¹nh nh½n ⇒ ξ = 0,5
- Trë lùc do ®ét më tõ èng vµo thiÕt bÞ gia nhiÖt :
ThiÕt bÞ cã ®−êng kÝnh d = 0,4 (m)
2
2
,0
,0
f
,0
0105
=
=
=
1
TiÕt diÖn ®Çu thiÕt bÞ (chia 12 ng¨n) lµ :
d .785 12
4,0.785 12
(m2)
.785,0
2 Od
,0
2 1,0.785
,0
00785
=
=
=
TiÕt diÖn èng lµ :
fO
2
064,0
−
1
1
−
=⇒ ξ
f O f
,0 00785 ,0 0105
1
⎛ ⎜ ⎝
2 ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
(m2)
- Trë lùc do van : Coi van më 50% ⇒ ξ = 2,1
914,3).19,1 . 21,2
,20
0436
=
064,05,0( +
+
+
=
- Trë lùc do èng chuyÓn h−íng 2 lÇn víi gãc chuyÓn lµ 90o ⇒ ξ = 1,19 [I.479]
Δ⇒ cbP 1
,20
0436
,12
9162
96,32
=
+
=
(N/m2)
Δ⇒ mP 1
Δ
Δ+
P cb 1
P w 1
h
,0
00408
(
m
)
=
=
=
m 1
96,32 + 932,920
914,3 81,9.
P Δ+ m 1 . g ρ
(N/m2)
b/ Trë lùc trong èng dÉn tõ thiÕt bÞ gia nhiÖt ®Õn th¸p :
ΔP m2 = ΔP ms2 + ΔP cb2 +ΔPw (N/m2)
Trong ®ã : ΔP ms2 : Trë lùc ma s¸t (N/m2)
ΔP cb2 : Trë lùc côc bé (N/m2)
Sè liÖu : - ChiÒu dµi èng : L2 =1,5 (m)
- §−êng kÝnh èng : dO = 0,1(m)
- L−u l−îng : GF = 0,6667 (kg/s)
72
http://nuoc.com.vn
♦ ThÕ n¨ng vËn tèc cña chÊt láng trong èng :
ρ
2
2 2O
Δ
=
P 2w
w. 2
(N/m2)
Trong ®ã :
ρ2 : Khèi l−îng riªng dung dÞch sau khi gia nhiÖt (kg/m3) :
,0
,0
0962
=
=
=
2
w O
G F d .785,0.
6667 2 1,0.785,0.483
,882
ρ 2
2 O
2
0962
,882
,4
083
=
=
Δ⇒ wP
2
ρ2 = ρF = 882,483 (kg/m3)
483 ,0. 2
(N/m2)
2
Δ
λ=
Δ P.
P 2ms
2w
♦ Trë lùc ma s¸t :
L d
O
(N/m2)
Trong ®ã :
λ : HÖ sè ma s¸t
NhiÖt ®é dung dÞch trong èng lµ : t = 84,6628 oC
Theo to¸n ®å x¸c ®Þnh ®é nhít theo nhiÖt ®é (I-102), ta cã :
μA = 0,38 (cP) μB = 0,29 (cP)
Nång ®é dung dÞch : 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
,0
0962
4
4
2
w O
10.813,2
10
Re =⇒
=
=
>
1,0.783,882. 3 −
10.301,0
. . d ρ O 2 μ 2
73
http://nuoc.com.vn
⇒ μ2 = 0,301 (cP) = 0,301.10-3 (Ns/m2)
⇒ ChÕ ®é ch¶y xo¸y
9,0
+
−=
lg.2
81,6 Re
Δ 7,3
1 λ
⎞ ⎟ ⎠
⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
− 2
9,0
−=λ⇒
+
lg.2
81,6 Re
Δ 7,3
⎞ ⎟ ⎠
⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
⎛ ⎜ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
−
9,0
3
−
lg.2
,0
023
+
=
81,6 28130
10.1 7,3
⎞ ⎟ ⎠
⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
⎛ ⎜ −= ⎜ ⎝
2
,0
023
,4.
083
,1
408
(N/m
)
=
=
Δ⇒ msP
2
5,1 1,0
⇒ X¸c ®Þnh λ theo c«ng thøc II-464 :
Δ
=
Δξ P.
♦ Trë lùc côc bé :
P 2cb
2w
(N/m2)
∑
Trong ®ã : ξ : HÖ sè trë lùc côc bé
C¸c trë lùc côc bé trong èng gåm :
,0
747
197,0
=
ξ =⇒
,0 00785 ,0 0105
f O =⇒ f 1
- Trë lùc do ®ét thu tõ thiÕt bÞ gia nhiÖt vµo èng :
- Trë lùc cöa ra tõ èng vµo th¸p : ⇒ ξ = 1,0
- Trë lùc do van : Coi van më 50% ⇒ ξ = 2,1
197,0(
083
32,18
=
+
,4).19,11,20,1 +
+
=
- Trë lùc do èng chuyÓn h−íng víi gãc chuyÓn lµ 90o ⇒ ξ = 1,19
Δ⇒ cbP
2
,1
408
32,18
,19
728
=
+
=
(N/m2)
Δ⇒ mP
2
Δ
728
P cb
P W
,0
00275
(
m
)
=
=
=
h m
2
,19 ,882
+ 483
,4 083 81,9.
P Δ+Δ+ m . g ρ
74
http://nuoc.com.vn
(N/m2)
c/ Trë lùc trong thiÕt bÞ gia nhiÖt :
ΔP m3 = ΔP ms3 + ΔP cb3 +ΔPw3 + ΔPH(N/m2)
Trong ®ã : ΔP ms3 : Trë lùc ma s¸t (N/m2)
ΔP cb3 : Trë lùc côc bé (N/m2)
2
ρ
w.
Δ
=
P w
♦ ThÕ n¨ng vËn tèc cña chÊt láng trong èng truyÒn nhiÖt:
2
(N/m2)
Trong ®ã :
ρ : Khèi l−îng riªng dung dÞch trong èng (kg/m3) : ρ = 882,483 (kg/m3)
w : VËn tèc dung dÞch trong èng truyÒn nhiÖt (m/s) :
2
,882
952,42
=
=Δ⇒ wP
ThiÕt bÞ chia lµm 12 ng¨n : w = 12 . wTT = 12. 0,026= 0,312 (m/s)
483 312,0. 2
(N/m2)
λ
Δ
=
. Δ
P ms
3
P w
3
♦ Trë lùc ma s¸t :
L d
O
(N/m2)
Trong ®ã :
L : ChiÒu dµi èng truyÒn nhiÖt do chia12 ng¨n : L = 12 . 1,0 = 12,0 (m)
dO : §−êng kÝnh èng truyÒn nhiÖt (m) : dO = 0,02 (m)
λ : HÖ sè ma s¸t
.
,882.312,0
4
4
10.83,1
10
Re =⇒
=
=
>
02,0.483 3
−
ρ Odw . μ
10.301,0
§é nhít dung dÞch trong èng : μ = 0,301 . 10-3 (N.s/m2)
⇒ ChÕ ®é ch¶y xo¸y
75
http://nuoc.com.vn
⇒ X¸c ®Þnh λ theo c«ng thøc II-464 :
9,0
−=
+
lg.2
81,6 Re
Δ 7,3
1 λ
⎞ ⎟ ⎠
⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
Víi lo¹i èng thÐp kh«ng gØ ta ®· chän, theo b¶ng I-466, ta cã ®é nh¸m tuyÖt ®èi ε = 0,1 (mm)
2 −
9,0
lg.2
+
−=⇒ λ
81,6 Re
Δ 7,3
⎞ ⎟ ⎠
⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎜ ⎝
2
−
9,0
3
−
lg.2
,0
0352
=
+
81,6 18300
10.5 7,3
⎞ ⎟ ⎠
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎢ ⎣
⎛ ⎜ −= ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
,0
0352
.
952,42.
907
, 14624
(N/m
)
=
=
Δ⇒ msP
3
0,12 02,0
§é nh¸m t−¬ng ®èi : Δ = ε/dO = 0,1/20 = 5.10-3
Δ
=
♦ Trë lùc côc bé :
P 3cb
Δξ P. w
(N/m2)
∑
a
b
d
c
e
f
g
h
Trong ®ã : ξ : HÖ sè trë lùc côc bé
C¸c trë lùc côc bé trong thiÕt bÞ gia nhiÖt gåm :
76
http://nuoc.com.vn
- Trë lùc do ®ét thu tõ ®Çu thiÕt bÞ vµo chïm èng :
ThiÕt bÞ cã sè èng truyÒn nhiÖt nO = 91 chia lµm12 ng¨n
2
2 OO nd .
f
,0
00238
=
=
=
2
TiÕt diÖn chïm èng ë 1 ng¨n lµ :
.785,0 12
91.02,0.785,0 12
,0
226
,0
4318
=
ξ =⇒
,0 00238 ,0 0105
f 2 =⇒ f 1
(m2)
2
2
1
1
598,0
−
ξ =⇒
−
,0 00238 ,0 0105
f f
1
2 ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
- Trë lùc do ®ét më tõ chïm èng ra ®Çu thiÕt bÞ:
2
1
1
,0
0637
−
ξ =⇒
−
,0 00785 ,0 0105
f O f
1
2 ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
⎞ =⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
- Khi dßng ch¶y tõ èng vµo thiÕt bÞ, ta cã ®ét më:
75,0
175,0
=
ξ =⇒
,0 00785 ,0 0105
f O =⇒ f 1
598,0.12
19,1 . 22
,0.12(
4318
067
1,2
,0
175,0
952,42).
1755
86,
+
+
+
+
=
+
=
3
- Khi dßng ch¶y tõ ngoµi thiÕt bÞ, ta cã ®ét thu:
Trë lùc do dßng chuyÓn h−íng 22 lÇn víi gãc chuyÓn lµ 90o 1,19 Δ⇒ cbP (N/m2)
907
, 14624
1755
86,
2663 ,
006
=
+
=
-
Δ⇒ mP
3
hPΔ : ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó n©ng chÊt láng lªn cao hoÆc ®Ó kh¾c phôc ¸p suÊt thuû tÜnh,
(N/m2)
Hg .
,882
1.81,9.483
8657
158,
Δ
=
=
+ N/m2
PH ρ .3 =
Δ
Δ+
2663
006,
952,42
P cb
P H
P w
312,1
(
m
)
=
=
=
3
h m
+ ,882
8657 483
158, + 81,9.
P Δ+Δ+ m . g ρ
77
http://nuoc.com.vn
(N/m2)
2/ TÝnh chiÒu cao cña thïng cao vÞ so víi ®Üa tiÕp liÖu:
Z
+
+
=
+
Δ+
mh
2 w 1 .2 g
g
2 w 2 .2 g
P 1 . g ρ 1
P 2 . ρ 2
ViÕt ph−¬ng tr×nh Becnuli cho hai mÆt c¾t 1-1 vµ 2-2 (lÊy 2-2 lµm mÆt chuÈn) :
Trong ®ã :
P1, P2 : ¸p suÊt t¹i mÆt c¾t 1 vµ 2 (N/m2)
P1 = Pa = 105 (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 : VËn tèc dung dÞch t¹i mÆt c¾t 1 (m/s)
Coi w1 = 0 v× tiÕt diÖn thïng cao vÞ rÊt lín so víi tiÕt diÖn èng.
w2 : VËn tèc dung dÞch t¹i mÆt c¾t 2 : w2 = 0,0962 (m/s)
ρ1 : Khèi l−îng riªng dung dÞch tr−íc khi gia nhiÖt (kg/m3):
ρ1 = 920,932 (kg/m3)
ρ2 : Khèi l−îng riªng dung dÞch sau khi gia nhiÖt (kg/m3) :
(
)
Z =⇒
−
+
+
mh
g
2 w 2 g .2
P 2 . ρ 2
P 1 g . ρ 1
⎡ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎦
5
2
(
)
318,1
=
−
+
+
139983 882 , 483
982, 81,9.
10 932,
920
81,9.
,0 0962 81,9.2
⎤ 16,163 (m) =⎥ ⎦
⎡ ⎢ ⎣
ρ2 = 882,483(kg/m3)
3/ tÝnh b¬m:
B¬m ly t©m lµm viÖc ë ¸p suÊt th−êng, ë 200C th× chiÒu cao hót cña b¬m lµ 5(m)[B¶ng II.34a – I.539]
ChiÒu cao ®Èy cña b¬m lµ:
78
http://nuoc.com.vn
H0 = Z + Hc + h’ + hn¾p
h’ : Kho¶ng cho phÐp tõ ®Üa trªn cïng víi n¾p chän h’ = 0,4(m)
hn¾p = 0,5(m)
H0 = 16,163 + 4,4 + 0,4 + 0,5 = 21,463(m)
ChiÒu cao lµm viÖc cña b¬m:
HF = H0 + Hh = 21,463 + 5 = 26,463(m)
a/ Trë lùc trong èng dÉn tõ bÓ chøa lªn thïng cao vÞ :
ΔP m0 = ΔP ms0 + ΔP cb0 (N/m2)
Trong ®ã : ΔP ms0 : Trë lùc ma s¸t (N/m2)
ΔP cb0 : Trë lùc côc bé (N/m2)
Sè liÖu : - ChiÒu dµi èng : L0 = H0 + 0,2 = 21,463 + 0,2 = 21,663 (m)
- §−êng kÝnh èng : dO = 0,1 (m)
- L−u l−îng : GB =0,6667 (kg/s)
ρ 1
2 0
Δ
=
P 0w
♦ ThÕ n¨ng vËn tèc cña chÊt láng trong èng :
w. 2
(N/m2)
Trong ®ã :
ρ1 : Khèi l−îng riªng dung dÞch tr−íc khi gia nhiÖt (kg/m3)
,0
6667
,0
0922
=
=
=
w O 1
w0 : VËn tèc dung dÞch trong èng (m/s)
G F d .785,0.
2 1,0.785,0.932,920
2 O
ρ 1
2
0922
,3
9124
=
=
Δ⇒ wP
0
(m/s)
932,920 ,0. 2
(N/m2)
λ
Δ
=
. Δ
P ms
0
P w
0
♦ Trë lùc ma s¸t :
L 0 d
O
(N/m2) [I.458]
79
http://nuoc.com.vn
Trong ®ã :
λ : HÖ sè ma s¸t
NhiÖt ®é dung dÞch trong èng lµ : t = 20 oC
Theo to¸n ®å x¸c ®Þnh ®é nhít theo nhiÖt ®é (I-102), ta cã :
μA = 1,19 (cP) μB = 1 (cP)
Nång ®é dung dÞch : x = 0,1436
⇒ lg(μ0) = x.lg(μA) + (1- x).lg(μB)
= 0,1436 . lg(1,19) + (1- 0,1436) . lg(1) = 0,0108
,0
0922
8279
4000
Re =⇒
=
=
>
3
1,0.483 −
,920. 10.025,1
. . w d ρ O 1 1 O μ 0
⇒ μ0 = 1,025 (cP) = 1,025.10-3 (Ns/m2)
8 7
Re
=
gh
⇒ ChÕ ®é ch¶y xo¸y rèi
D td ε
⎛ .6 ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
8 7
Re
=gh
[I.461]
100 1,0
⎛ .6 ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
033
,0=λ
Thay sè = 1,61.104
2
,0
033
.
912,3.
(N/m 966,27
)
=
=
Δ⇒ msP
0
663,21 1,0
VËy hÖ sè trë lùc ma s¸t
Δ
=
Δξ P.
♦ Trë lùc côc bé :
P 0cb
0w
(N/m2)
∑
Trong ®ã : ξ : HÖ sè trë lùc côc bé
C¸c trë lùc côc bé trong èng gåm :
80
http://nuoc.com.vn
- Trë lùc do van : Coi van më 50% ⇒ ξ = 2,1
966,27).19,11,2(
,92
008
=
+
=
- Trë lùc do èng chuyÓn h−íng víi gãc chuyÓn lµ 90o ⇒ ξ = 1,19
Δ⇒ cbP
0
912,3
966,27
,92
008
886,123
=
+
+
=
(N/m2)
Δ⇒ mP
0
(N/m2)
,0
0137
(
m
)
=
=
=
H m
886,123 932,
81,9.
920
P Δ 0 . g ρ
ChiÒu cao cét chÊt láng t−¬ng øng:
b/ ¸p suÊt toµn phÇn cña b¬m :
H = HF + Hm = 26,463+ 0,0137 = 26,476 (N/m2)
N =
c/ N¨ng suÊt b¬m :
HgQ . . . ρ 1000 . η
(KW)
Trong ®ã :
4
−
Q
,7
10.239
=
=
=
Q : L−u l−îng thÓ tÝch cña b¬m (m3/s)
,0 6667 932,920
BG ρ 1
(m3/s)
η: HiÖu suÊt toµn phÇn cña b¬m, η=η0.ηtl.ηck
η0 : HiÖu suÊt thÓ tÝch (do hao hôt khi chuyÓn tõ Pcao → PthÊp, η0=0,88
tlη =0,8
ηtl: HiÖu suÊt thuû lùc tÝnh ®Õn ma s¸t vµ sù t¹o dßng xo¸y trong b¬m
ηck: HiÖu suÊt c¬ khÝ, tÝnh ®Õn ma s¸t c¬ khÝ ë æ bi æ lãt trôc, ηck=0,92
,0
267
(
kw )
=
=
N b
*HiÖu suÊt toµn phÇn cña b¬m: η=0,880,80.0,92=0,64768
,26 1000
.476 ,0.
2400 81,9. . 64768 3600
VËy
Chän b¬m cã c«ng suÊt 0,3(kw) khi ®ã c«ng suÊt m« t¬:
tr:hiÖu suÊt truyÒn ®éng trôc ηtr=1
η
®c: hiÖu suÊt truyÒn ®éng c¬ η®c=0,8
81
http://nuoc.com.vn
η
(334,0
kw )
=
=
N moto
,0 267 8,0.1
N
N
.β=
Th«ng th−êng ®Ó ®¶m b¶o an toµn ng−êi ta chän ®éng c¬ cã c«ng suÊt lín h¬n c«ng suÊt tÝnh to¸n l−îng dù tr÷ dùa vµo kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cña b¬m:
t moto
moto
[I-439]
Trong ®ã β hÖ sè dù tr÷ c«ng suÊt vµ trong tr−êng hîp nµy ta chän β=2(do Nm«t¬<1)
m«t¬=2.0,334=0,668(kw)
Do ®ã: Nt
82
http://nuoc.com.vn
VËy ta chän b¬m cã c«ng suÊt 0,7 kw
tμi liÖu tham kh¶o
I. Bé m«n qu¸ tr×nh thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ ho¸ chÊt (Khoa Ho¸, tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi) – Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ chÊt, TËp I – NXB Khoa häc vµ kü thuËt (1978).
II. Bé m«n qu¸ tr×nh thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ ho¸ chÊt (Khoa Ho¸, tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi) – Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ chÊt, TËp II – NXB Khoa häc vµ kü thuËt (1999).
83
http://nuoc.com.vn
III. C¬ së c¸c qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ ho¸ häc(Tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, TËp 2 - 2000)
84
http://nuoc.com.vn
85
http://nuoc.com.vn
Phô Lôc