Tài liệu Bài tập lớn môn chuyển khối chưng cất methanol

  • Số trang: 73 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 355 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Bài tập lớn môn chuyển khối chưng cất methanol
§å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn dLêi nãi ®Çu Chng cÊt lµ ph¬ng ph¸p dïng ®Ó t¸ch c¸c hçn hîp láng còng nh c¸c hçn hîp khÝ - láng thµnh c¸c cÊu tö riªng biÖt, dùa vµo ®é bay h¬i kh¸c nhau cña c¸c cÊu tö trong hçn hîp. Chóng ta cã thÓ thùc hiÖn nhiÒu biÖn ph¸p chng cÊt kh¸c nhau nh chng cÊt gi¸n ®o¹n, chng cÊt liªn tôc, chng cÊt ®¬n gi¶n, chng cÊt ®Æc biÖt. Khi chng cÊt, hçn hîp ®Çu cã bao nhiªu cÊu tö th× ta thu ®îc bÊy nhiªu cÊu tö s¶n phÈm. Theo ®Ò bµi th× hçn hîp ®Çu gåm 2 cÊu tö lµ Benzen vµ Toluen nªn ®îc gäi lµ chng cÊt hçn hîp 2 cÊu tö. Trong phÇn ®å ¸n nµy hçn hîp hai cÊu tö Benzen – Toluen ®îc ph©n t¸ch thµnh hai cÊu tö riªng biÖt nhê ph¬ng ph¸p chng cÊt liªn tôc víi th¸p chng luyÖn lµ lo¹i th¸p ®Öm, lµm viÖc ë ¸p suÊt thêng (1at) víi hçn hîp ®Çu vµo ë nhiÖt ®é s«i. Sau qu¸ tr×nh chng cÊt, ta thu ®îc s¶n phÈm ®Ønh lµ cÊu tö cã ®é bay h¬i lín h¬n (Benzen) vµ mét phÇn rÊt Ýt cÊu tö cã ®é bay h¬i bÐ h¬n (Toluen). S¶n phÈm ®¸y gåm hÇu hÕt c¸c cÊu tö khã bay h¬i (Toluen) vµ mét phÇn rÊt Ýt cÊu tö dÒ bay h¬i (Benzen). Trong suèt qu¸ tr×nh tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ , ®Æc biÖt ®îc sù híng dÉn trùc tiÕp vµ gióp ®ì nhiÖt t×nh cña c« Lª Ngäc Thuþ b¶n ®å ¸n thiÕt kÕ th¸p chng luyÖn liªn tôc hai c©ó tö Benzen vµ Tooluen ®· hoµn thµnh víi c¸c néi dung sau: PhÇn I: S¬ ®å c«ng nghÖ vµ c¸c chÕ ®é thuû ®éng cña th¸p. PhÇn II: TÝnh to¸n, thiÕt kÕ thiÕt bÞ chÝnh. PhÇn III: TÝnh to¸n c©n b»ng nhiÖt lîng. PhÇn VI: TÝnh to¸n c¬ khÝ. PhÇn V: TÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ cÇn thiÕt. PhÇn IV: KÕt luËn vµ nhËn xÐt. Trêng §HBK – Hµ Néi - 3- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ vµ chÕ ®é thuû ®éng cña th¸p I. S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt. (h×nh 1): Nguyªn liÖu ®Çu ®îc chøa trong thïng chøa (1) vµ ®îc b¬m (2) b¬m lªn thïng cao vÞ (3). Møc chÊt láng cao nhÊt vµ thÊp nhÊt ë thïng cao vÞ ®îc khèng chÕ bëi cña ch¶y trµn. Hçn hîp ®Çu tõ thïng cao vÞ (3) tù ch¶y xuèng thiÕt bÞ ®un nãng hçn hîp ®Çu (4), qu¸ tr×nh tù ch¶y nµy ®îc theo dâi b»ng ®ång hå lu lîng. T¹i thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu (4) (dïng h¬i níc b·o hoµ), hçn hîp ®Çu ®îc gia nhiÖt tíi nhiÖt ®é s«i, sau khi ®¹t tíi nhiÖt ®é s«i, hçn hîp nµy ®îc ®a vµo ®Üa tiÕp liÖu cña th¸p chng luyÖn lo¹i th¸p ®Öm (5). Trong th¸p, h¬i ®i tõ díi lªn tiÕp xóc trùc tiÕp víi láng ch¶y tõ trªn xuèng, t¹i ®©y x¶y ra qu¸ tr×nh bèc h¬i vµ ngng tô nhiÒu lÇn. Theo chiÒu cao cña th¸p, cµng lªn cao th× nhiÖt ®é cµng thÊp nªn khi h¬i ®i qua c¸c tÇng ®Öm tõ díi lªn, cÊu tö cã nhiÖt ®é s«i cao sÏ ngng tô. Qu¸ tr×nh tiÕp xóc láng – h¬i trong th¸p diÔn ra liªn tôc lµm cho pha h¬i ngµy cµng giÇu cÊu tö dÔ bay h¬i, pha láng ngµy cµng giÇu cÊu tö khã bay h¬i. Cuèi cïng trªn ®Ønh th¸p ta sÏ thu ®îc hÇu hÕt lµ cÊu tö dÔ bay h¬i (Benzen) vµ mét phÇn rÊt Ýt cÊu tö khã bay h¬i (Toluen). Hçn hîp h¬i nµy ®îc ®i vµo thiÕt bÞ ngng tô (6) vµ t¹i ®©y nã ®îc ngng tô hoµn toµn (t¸c nh©n lµ níc l¹nh). Mét phÇn chÊt láng sau ngng tô cha ®¹t yªu cÇu ®îc ®i qua thiÕt bÞ ph©n dßng (7) ®Ó håi lu trë vÒ ®Ønh th¸p, phÇn cßn l¹i ®îc ®a vµo thiÕt bÞ lµm l¹nh (8) ®Ó lµm l¹nh ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt sau ®ã ®i vµo thïng chøa s¶n phÈm ®Ønh (10). ChÊt láng håi lu ®i tõ trªn xuèng díi, gÆp h¬i cã nhiÖt ®é cao ®i tõ díi lªn, mét phÇn cÊu tö cã nhiÖt ®é s«i thÊp l¹i bèc h¬i ®i lªn, mét phÇn cÊu tö khã bay h¬i trong pha h¬i sÏ ngng tô ®i xuèng. Do ®ã nång ®é cÊu tö khã bay h¬i trong pha láng ngµy cµng t¨ng, cuèi cïng ë ®¸y th¸p ta thu ®îc hçn hîp láng gåm hÇu hÕt lµ cÊu tö khã bay h¬i (Toluen) mét phÇn rÊt Ýt cÊu tö dÔ bay h¬i (Benzen), hçn hîp láng nµy ®îc ®a ra khái ®¸y th¸p, qua thiÕt bÞ ph©n dßng, mét phÇn ®îc ®a ra thïng chøa s¶n phÈm ®¸y (11), mét phÇn ®îc tËn dông ®a vµo nåi ®un s«i ®¸y th¸p (9) dïng h¬i níc b·o hoµ. ThiÕt bÞ (9) nµy cã t¸c dông ®un s«i tuÇn hoµn vµ bèc h¬i hçn hîp ®¸y (t¹o dßng h¬i ®i tõ díi lªn trong th¸p). Níc ngng cña thiÕt bÞ gia nhiÖt ®îc th¸o qua thiÕt bÞ th¸o níc ngng (12). Th¸p chng luyÖn lµm viÖc ë chÕ ®é liªn tôc, hçn hîp ®Çu vµo vµ s¶n phÈm ®îc lÊy ra liÖn tôc. II. ChÕ ®é thuû ®éng cña th¸p ®Öm: Trong th¸p ®Öm cã 3 chÕ ®é thuû ®éng lµ chÕ ®é ch¶y dßng, chÕ ®é qu¸ ®é vµ chÕ ®é xo¸y. Trêng §HBK – Hµ Néi - 4- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Khi vËn tèc khÝ bÐ, lùc hót ph©n tö lín h¬n vµ vît lùc lú. Lóc nµy qu¸ tr×nh chuyÓn khèi ®îc x¸c ®Þnh b»ng dßng khuyÕch t¸n ph©n tö. T¨ng vËn tèc lªn lùc lú trë nªn c©n b»ng víi lùc hót ph©n tö. Qu¸ tr×nh chuyÓn khèi lóc nµy kh«ng chØ ® îc quyÕt ®Þnh b»ng khuyÕch t¸n ph©n tö mµ c¶ b»ng khuyÕch t¸n ®èi lu. ChÕ ®é thuû ®éng nµy gäi lµ chÕ ®é qu¸ ®é. NÕu ta tiÕp tôc t¨ng vËn tèc khÝ lªn n÷a th× chÕ ®é qu¸ ®é sÏ chuyÓn sang chÕ ®é xo¸y. Trong giai ®o¹n nµy qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n sÏ ®îc quyÕt ®Þnh b»ng khuyÕch t¸n ®èi lu. NÕu ta t¨ng vËn tèc khÝ lªn ®Õn mét giíi h¹n nµo ®ã th× sÏ x¶y ra hiÖn tîng ®¶o pha. Lóc nµy chÊt láng sÏ chiÕm toµn bé th¸p vµ trë thµnh pha liªn tôc, cßn pha khÝ ph©n t¸n vµo trong chÊt láng vµ trë thµnh pha ph©n t¸n. VËn tèc khÝ øng víi thêi ®iÓm nµy gäi lµ vËn tèc ®¶o pha. KhÝ sôc vµo láng vµ t¹o thµnh bät v× thÕ trong giai ®o¹n nµy chÕ ®é lµm viÖc trong th¸p gäi lµ chÕ ®é sñi bät. ë chÕ ®é nµy vËn tèc chuyÓn khèi t¨ng nhanh, ®ång thêi trë lùc còng t¨ng nhanh. Trong thùc tÕ, ta thêng cho th¸p ®Öm lµm viÖc ë chÕ ®é mµng cã vËn tèc nhá h¬n vËn tèc ®¶o pha mét Ýt v× qu¸ tr×nh chuyÓn khèi trong giai ®o¹n sñi bät lµ m¹nh nhÊt, nhng v× trong giai ®o¹n ®ã ta sÏ khã khèng chÕ qu¸ tr×nh lµm viÖc. * ¦u ®iÓm cña th¸p ®Öm: + HiÖu suÊt cao v× bÒ mÆt tiÕp xóc pha lín. + CÊu t¹o th¸p ®¬n gi¶n. + Trë lùc trong th¸p kh«ng lín l¾m. + Giíi h¹n lµm viÖc t¬ng ®èi réng. * Nhîc ®iÓm. + Khã lµm ít ®Òu ®Öm. + Th¸p cao qu¸ th× ph©n phèi chÊt láng kh«ng ®Òu. * B¶ng kª c¸c ký hiÖu thêng dïng trong b¶n ®å ¸n: - F: Lîng hçn hîp ®Çu, kg/h (hoÆc kg/s, kmol/h) - P: Lîng s¶n phÈm ®Ønh, kg/h (hoÆc kg/s, kmol/h) - W: Lîng s¶n ph¶m ®¸y, kg/h (hoÆc kg/s, kmol/h) - C¸c chØ sè F, P, W, A, B : t¬ng øng chØ ®¹i lîng ®ã thuéc vÒ hçn hîp ®Çu, s¶n phÈm ®Ønh, s¶n phÈm ®¸y cña Axeton vµ Benzen. - a: nång ®é phÇn khèi lîng, kg axeton/kg hçn hîp - x: nång ®é phÇn mol, kmol axeton/kmol hçn hîp - M: Khèi lîng mol ph©n tö, kg/kmol - µ: ®é nhít, Ns/m2 - ρ: khèi lîng riªng, kg/m3 - C¸c chØ sè A, B, x, y, hh: t¬ng øng chØ ®¹i lîng thuéc vÒ cÊu tö axeton, benzen, thµnh phÇn láng, thµnh phÇn h¬i vµ hçn hîp. Trêng §HBK – Hµ Néi - 5- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  - Ngoµi ra c¸c ký hiÖu cô thÓ kh¸c ®îc ®Þnh nghÜa t¹i chç. PhÇn IIi TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh I. TÝnh c©n b»ng vËt liÖu: 1. TÝnh to¸n c©n b»ng vËt liÖu: - Ph¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu chung cho toµn th¸p. F=P+W [II – 144] - §èi víi cÊu tö dÔ bay h¬i FaF = Pap + Waw [II – 144] - Lîng s¶n phÈm ®Ønh lµ: P = F. aF − aw a p − aw Trong ®ã: F: n¨ng suÊt tÝnh theo hçn hîp ®Çu, kg/s hoÆc kg/h aF, ap, aw: lÇn lît lµ nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong hçn hîp ®Çu, s¶n phÈm ®Ønh, s¶n phÈm ®¸y, phÇn khèi lîng §Çu bµi cho F = 3,5 kg/s hay F = 3,5.3600 = 12.600kg/h. VËy ta cã lîng s¶n phÈm ®Ønh lµ: P = F. aF − aw 0,28 − 0,02 = 12600. = 2.800 kg/h a p − aw 0,98 − 0,02 - Lîng s¶n phÈm ®¸y lµ: W = F - P = 12.600 – 2.800 = 9.800 kg/h 2. §æi nång ®é phÇn khèi lîng sang nång ®é phÇn mol cña aF, ap, aw: ¸p dông c«ng thøc x= aA MA [II – 126] aA a + B MA MB Trong ®ã: Trêng §HBK – Hµ Néi - 6- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn aA, aB: nång ®é phÇn khèi lîng cña Benzen vµ Toluen Ma, MB: khèi lîng mol ph©n tö cña Benzen vµ Toluen Víi M A = M C6 H 6 = 78 kg/kmol M B = M C7 H 8 = 92 kg/kmol Thay sè liÖu vµo ta cã: aF 0,28 MA 78 = = 0,314 phÇn mol xF = 0 , 28 1 − 0,28 a F (1 − a F ) + + 78 92 MA MB aP 0,98 MA 78 = = 0,983 phÇn mol xP = 0 , 98 1 − 0,98 a P (1 − a P ) + + 78 92 MA MB aw 0,02 MA 78 = = 0,024 phÇn mol xw = a w (1 − a w ) 0,02 + 1 − 0,02 + 78 92 MA MB 3. TÝnh khèi lîng ph©n tö trung b×nh cña hçn hîp ®Çu, s¶n phÈm ®Ønh, s¶n phÈm ®¸y: Theo c«ng thøc: M = x.MA + (1 - x)MB Trong ®ã: M: Khèi lîng ph©n tö trung b×nh, kg/kmol x: Nång ®é phÇn mol - Khèi lîng ph©n tö trung b×nh cña s¶n phÈm ®Ønh: Mp = xp.MA + (1 - xp)MB Mp = 0,983.78 +(1- 0,983).92 Mp = 87,604 kg/kmol - Khèi lîng ph©n tö trung b×nh cña hçn hîp ®Çu: MF = xF.MA + (1 - xF)MB MF = 0,314.78 +(1- 0,314).92 MF = 78,238 kg/kmol - Khèi lîng ph©n tö trung b×nh cña s¶n phÈm ®¸y: Trêng §HBK – Hµ Néi - 7- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Mw = xw.MA + (1 - xw)MB Mw = 0,024.78 +(1- 0,024).92 Mw = 91,664 kg/kmol 4. §æi ®¬n vÞ cña F, P, W tõ kg/h sang kmol/h: F= F ( kg / h ) 12.600 = = 161,05kmol / h MF 78,238 P= P( kg / h ) 2.800 = = 31,96kmol / h Mp 87,604 W = W ( kg / h ) 9800 = = 106,91kmol / h Mw 91,664 5. Lîng hçn hîp ®Çu trªn mét ®¬n vÞ s¶n phÈm ®Ønh: f = F 161,05 = = 5,04 P 31,96 II. X¸c ®Þnh sè bËc thay ®æi nång ®é: 1. X¸c ®Þnh Rmin dùa trªn ®å thÞ y – x: Dùng ®êng c©n b»ng theo sè liÖu ®êng c©n b»ng tra trong b¶ng phÇn c©n b»ng láng h¬i vµ nhiÖt ®é s«i cña hai cÊu tö ë 760mmHg (phÇn tr¨m sè mol) cña Benzen vµ Toluen ta cã b¶ng sau: [II – 145] B¶ng 1 x 0 y 0 toC 5 10 20 11,8 21,4 38 30 40 50 51,1 61,9 71,2 60 70 80 79 85,4 91 90 100 95,9 100 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2 - Tõ sè liÖu trong b¶ng trªn ta vÏ ®å thÞ ®êng c©n b»ng láng (x) – h¬i (y) (h×nh 1), víi gi¸ trÞ cña xF = 0,314 ta dãng lªn ®êng c©n b»ng vµ t×m ®îc gi¸ trÞ y*F = 0,525% - Rmin: lîng håi lu tèi thiÓu ®îc tÝnh theo c«ng thøc R xmin = x p − y F* [II – 158] y *F − x F y*F: nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha h¬i c©n b»ng víi nång ®é trong pha láng xF cña hçn hîp. => R xmin = Trêng §HBK – Hµ Néi x p − y *F y − xF * F = 0,983 − 0,525 = 2,17 0,525 − 0,314 - 8- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  2. TÝnh chØ sè håi lu thÝch hîp: Rth: chØ sè håi lu thÝch hîp ®îc tÝnh theo tiªu chuÈn thÓ tÝch th¸p nhá nhÊt. C¬ së cña viÖc chän Rth theo tiªu chuÈn thÓ tÝch th¸p nhá nhÊt lµ: V = H.S H: tû lÖ víi Nlt G = W.S = P.(R + 1)  S tû lÖ víi R + 1  V = H.S tû lÖ víi Nlt(R + 1) Gi¸ thµnh th¸p tû lÖ víi V, mµ V tû lÖ víi N lt(R + 1), gi¸ thµnh th¸p thÊp nhÊt øng víi thÓ tÝch th¸p nhá nhÊt. V× vËy cÇn ph¶i chän chÕ ®é lµm viÖc thÝch hîp cho th¸p, tøc lµ Rth. Trong ®ã: V: lµ thÓ tÝch cña th¸p H: chiÒu cao cña th¸p S: tiÕt diÖn cña th¸p Nlt: sè bËc thay ®æi nång ®é (sè ®Üa lý thuyÕt) øng víi mçi gi¸ trÞ cña R > Rmin ta dùng ®îc mét ®êng lµm viÖc t¬ng øng vµ t×m ®îc mét gi¸ trÞ Nlt (C¸c ®å thÞ tõ 3 ÷7 lµ ®å thÞ x¸c ®Þnh sè ®Üa lý thuyÕt) Tõ ®ã ta cã b¶ng sè liÖu sau. B¶ng 2 Rx 2,28 2,932 3,915 5,553 8,83 B 0,249 0,246 0,24 0,23 0,208 Nlt 22 21 20 19 18 84,7 81,9 80 79,23 82,8 Nlt(Rx + 1) X©y dùng ®å thÞ quan hÖ gi÷a Rx – Nlt(Rx+1). Qua ®å thÞ ta thÊy, víi R x = 2,93 th× Nlt(Rx + 1) lµ nhá nhÊt hay thÓ tÝch th¸p nhá nhÊt. VËy ta cã Rth = 2,93 (§å thÞ 8). 3. Ph¬ng tr×nh ®êng nång ®é lµm viÖc cña ®o¹n luyÖn: y= Rx XP x+ Rx + 1 Rx + 1 [II – 148] Trong ®ã: y: lµ nång ®é phÇn mol cña cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha h¬i ®i tõ díi lªn. x: lµ nång ®é phÇn mol cña cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha láng ch¶y tõ ®Üa xuèng. Trêng §HBK – Hµ Néi - 9- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Rx : chØ sè håi lu. Thay sè liÖu vµo ta cã. Rx XP 2,93 0,983 x+ = x+ Rx + 1 R x + 1 2.93 + 1 2,93 + 1 yL = yL = 0,75x + 0,25 4. Ph¬ng tr×nh ®êng nång ®é lµm viÖc cña ®o¹n chng: y= Rx + f f −1 x− xw Rx + 1 Rx + 1 [II.158] Trong ®ã: f = F 306,95 = = 2,84 P 107,81 : lîng hçn hîp ®Çu tÝnh cho 1kmol s¶n phÈm ®Ønh. Thay sè liÖu vµo ta cã. yC = Rx + f f −1 2,93 + 5,04 5,04 − 1 x− xw = x− .0,024 Rx + 1 Rx + 1 2,93 + 1 2,93 + 1 yc = 2,028x – 0,0247 III. TÝnh ®êng kÝnh th¸p chng luyÖn: §êng kÝnh th¸p ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc D = 0,0188 g tb ( ρ y .ω y ) tb , m [II - 181] Trong ®ã: gtb: lîng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p, kg/h. (ρy.ϖy)tb: tèc ®é h¬i trung b×nh ®i trong th¸p, kg/m2.s V× lîng h¬i vµ lîng láng thay ®æi theo chiÒu cao cña th¸p vµ kh¸c nhau trong mçi ®o¹n nªn ta ph¶i tÝnh lîng h¬i trung b×nh cho tõng ®o¹n. 1. §êng kÝnh ®o¹n luyÖn: a. X¸c ®Þnh lîng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn: Lîng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn tÝnh gÇn ®óng b»ng trung b×nh céng cña lîng h¬i ®i ra khái ®Üa trªn cïng cña th¸p vµ lîng h¬i ®i vµo ®Üa díi cïng cña ®o¹n luyÖn. g tb = g d + g1 , kg/h 2 Trêng §HBK – Hµ Néi [II - 181] - 10- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Trong ®ã: gtb: lîng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn, kg/h. g®: lîng h¬i ®i ra khái ®Üa trªn cïng cña th¸p, kg/h. gl: lîng h¬i ®i vµo ®Üa díi cïng cña th¸p, kg/h. * Lîng h¬i ra khái ®Ønh th¸p: g® = GR + Gp = Gp(Rx+1) [II – 181] g® = 2800(2,93 + 1) g® = 11.004 kg/h * Lîng h¬i ®i vµo ®o¹n luyÖn: Lîng h¬i g1, hµm lîng h¬i y1 vµ lîng láng G1 ®èi víi ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n luyÖn ®îc x¸c ®Þnh theo hÖ ph¬ng tr×nh. g1 = G1 + Gp (1) g1.y1 = G1.x1 + Gp.xp (2) g1.r1 = g®.r® (3) [II - 182] Trong ®ã: y1: hµm lîng h¬i ®i vµo ®Üa 1 cña ®o¹n luyÖn, phÇn khèi lîng. G1: lîng láng ®èi víi ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n luyÖn. r1: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa. r®: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i ra khái ®Ønh th¸p. x1 = xF = 0,314 phÇn khèi r1 = ra.y1 + (1-y1).rb [II - 182] Víi ra, rb: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña c¸c cÊu tö nguyªn chÊt lµ Benzen vµ Toluen ë t = tF . Tõ x1= xF = 0,314 tra ®« thÞ láng h¬i h×nh 9 ta ®îc t01 = tf = 97,6 0C 0 1 Víi t01 = 97,6 0 C néi suy theo b¶ng I.212 trong [I – 254] ta ®îc; ra = rC6 H 6 = 380,66 kJ/kg. rb = rC7 H 8 = 369,64 kJ/kg.  r1 = 380,66.y1 + (1 - y1).369,64  r1 = 11,02y1 + 369,64 kJ/kg. r® = ra.y® + (1 – y®).rb [II - 182] Víi ra, rb: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña c¸c cÊu tö nguyªn chÊt lµ Benzen vµ Toluen ë t = tp. Tõ xp = 0,983 tra ®å thÞ láng h¬i h×nh 9 ta ®îc tp = 82,60C. 0 2 Trêng §HBK – Hµ Néi - 11- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  y®: hµm lîng h¬i ®i ra khái ®Ønh th¸p, phÇn khèi lîng. y® = yp = xp = 0,95 phÇn khèi lîng. Víi t02 = tP = 82,60C néi suy theo b¶ng I.212 trong [I – 254] ta ®îc: ra = rC6 H 6 = 391,65 kJ/kg. rb = rC7 H 8 = 377,18 kJ/kg.  r® = 391,65.0,98 + (1 - 0,98).377,18  r® = 391,36 kJ/kg. Thay c¸c gi¸ trÞ ®· tÝnh ®îc vµo hÖ ph¬ng tr×nh trªn ta ®îc g1 = G1 + 2800 g1.y1 = 0,314G1 + 2800.0,98 g1(11,02y1 + 369.64) = 11004.391,36 = 4306525,44 Gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh ta ®îc: g1 = 30012,06 kg/h G1 = 27212,06 kg/h y1 = 0,345 phÇn khèi lîng Thay y1 = 0,345 vµo r1 ta ®îc: r1 = 11,02.0,345 + 369,64 = 373,4419 kJ/kg VËy lîng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn lµ: g tb L = g d + g1 11004 + 30012,06 = = 20508,03 kg/h. 2 2 b. TÝnh khèi lîng riªng trung b×nh * Khèi lîng riªng trung b×nh ®èi víi pha h¬i ®îc tÝnh theo ρ ytb = y tb1 .M A + (1 − y tb1 ).M B 22,4.T .273 , kg/m3. [II - 183] Trong ®ã: MA MB: khèi lîng phÇn mol cña cÊu tö Benzen vµ Toluen T: nhiÖt ®é lµm viÖc trung b×nh cña th¸p, 0K. ytb1: nång ®é phÇn mol cña cÊu tö 1 lÊy theo gi¸ trÞ trung b×nh y tb1 = y d1 + y c1 Trêng §HBK – Hµ Néi [II - 183] 2 - 12- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Víi y d , y c : nång ®é lµm viÖc t¹i 2 ®Çu mçi ®o¹n th¸p, phÇn mol. 1 1 y d1 = yp = 0,983 phÇn mol y c1 = y1 = 0,345 phÇn khèi lîng §æi sang phÇn mol ta cã: 0,345 78 y c1 = = 0,383 phÇn mol 0,345 1 − 0,345 + 78 92 ⇒ y tb1 = y d1 + y c1 2 = 0,983 + 0,383 = 0,683 phÇn mol 2 Víi y tb = 0,7348 phÇn mol. Néi suy tõ sè liÖu trong b¶ng IX.2a [II-145] ta ®îc L t y0tb L = 93,5 0 C  T = 93,5 + 273 = 366,5 0K. VËy khèi lîng riªng trung b×nh cña pha h¬i ®èi víi ®o¹n luyÖn lµ: ρy ρy = tb L tb L = y tb1 .M 1 + (1 − y tb1 ).M 2 22,4.T .273 0,83.78 + (1 − 0,683).92 .273 = 2,74 kg/m3. 22,4.366,5 * Khèi lîng riªng trung b×nh ®èi víi pha láng a tb 1 − a tb1 1 = 1 + , kg/m3 ρ xtb ρ xtb1 ρ xtb2 [II - 183] Trong ®ã: ρ x : khèi lîng riªng trung b×nh cña láng, kg/m3. tb ρ x , ρ x : khèi lîng riªng trung b×nh cña cÊu tö 1 vµ 2 cña pha láng lÊy theo tb1 tb2 nhiÖt ®é trung b×nh, kg/m3. a tb1 : phÇn khèi lîng trung b×nh cña cÊu tö 1 trong pha láng. a tb1 = a F + a P 0,28 + 0,98 = = 0,63 phÇn khèi lîng 2 2 o t tb : nhiÖt ®é trung b×nh cña ®o¹n luyÖn theo pha láng xtb1 = xF + x p 2 = 0,314 + 0,983 = 0,6485 phÇn mol. 2 Trêng §HBK – Hµ Néi - 13- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Víi xtb = 0,6485 phÇn mol. Néi suy tõ sè liÖu trong b¶ng IX.2a, [II-145] ta ®L îc t 0 xtb = 87,6 0 C øng víi t0 = 87,60C. Néi suy theo b¶ng I.2 trong [I-9] ta ®îc: ρx tb1 = 795,64 kg/m3. ρx tb 2 = 790,4 kg/m3. VËy khèi lîng riªng trung b×nh cña láng trong ®o¹n luyÖn lµ: atb 1 − atb1 1 = 1 + = 0,63 + 1 − 0,63 795,64 790,4 ρ xtb ρ xtb1 ρ xtb2 ⇒ ρ xtb = 793,69 kg/m3 c. TÝnh tèc ®é h¬i ®i trong th¸p: §èi víi th¸p ®Öm khi chÊt láng ch¶y tõ trªn xuèng vµ pha h¬i ®i tõ díi lªn chuyÓn ®éng ngîc chiÒu cã thÓ x¶y ra bèn chÕ ®é thuû ®éng; ChÕ ®é ch¶y mµng, chÕ ®é qu¸ ®é, chÕ ®é xo¸y vµ chÕ ®é sñi bät. ë chÕ ®é sñi bät th× pha láng chiÕm toµn bé thÓ tÝch tù do vµ nh vËy pha láng lµ pha liªn tôc. NÕu t¨ng tèc ®é lªn th× th¸p bÞ sÆc. Trong phÇn tÝnh to¸n nµy ta tÝnh tèc ®é h¬i cña th¸p dùa vµo tèc ®é sÆc cña th¸p. Tèc ®é h¬i ®i trong th¸p ®Öm ω = (0,8 ÷ 0,9)ωs [II – 187] Víi ωs lµ tèc ®é sÆc, m/s ®îc tÝnh theo c«ng thøc Y = 1,2e-4X Víi [II – 187] ω s2.σ d . ρ y  µ x   Y = . g .Vd3 .ρ x  µ y  0 ,16 [II – 187] tb tb G X = x G  y     1/ 4  ρy . tb  ρx  tb     1/ 8 [II – 187] Trong ®ã: σ®: bÒ mÆt riªng cña ®Öm, m2/m3 V®: thÓ tÝch tù do cña ®Öm, m3/m3 g: gia tèc träng trêng, m2/s Gx, Gy: lîng láng vµ lîng h¬i trung b×nh, kg/s Trêng §HBK – Hµ Néi - 14- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  ρ x , ρ y :khèi lîng riªng trung b×nh cña pha láng vµ pha h¬i, kg/m3 tb tb µx, µn: ®é nhít cña pha láng theo nhiÖt ®é trung b×nh vµ ®é nhít cña níc ë 20 C, Ns/m2 o * TÝnh Gx, Gy: Ta cã Gy = gtb = 30012,06 kg/h 28382,86 = 8,337 kg/s 3600 ⇒ Gy = Gx = G R + G1 P.R x + G1 2800.2,93 + 27212,06 = = = 17708,03 kg/h 2 2 2 17708,03 = 4,919 kg/s 3600 ⇒ Gx = * TÝnh ®é nhít. - §é nhít cña níc ë t = 20oC, Tra b¶ng I.102 trong [I – 94] ta cã µn = 1,005.10-3 Ns/m2. - §é nhít cña pha láng ë t = 87,6oC. Néi suy theo b¶ng I.101 trong [I – 91] ta ®îc. µ A = µ C H = 0,2676.10 −3 N.s/m2 6 6 µ B = µ C H = 0,27676.10 −3 N.s/m2 7 8 VËy ®é nhít cña pha láng tÝnh theo nhiÖt ®é trung b×nh lµ lgµhh = xtb.lgµA+ (1 - xtb).lgµB [I – 84] lgµhh = 0,6485.lg(0,2676.10-3) + (1 - 0,6485)lg(0,27676.10-3) = -0,525525  µhh = µx = 0,298.10-3 Ns/m2 Thay sè liÖu ta cã G X = x G  y     1/ 4  ρy . tb  ρx  tb     1/ 8  17708,03  =   30012,06  1/ 4  2,74  .   793,69  1/ 8 = 0,4315 Y = 1,2e-4.0,4315 = 0,2136 Chän lo¹i ®Öm vßng Rasiga b»ng sø ®æ lén xén. Sè liÖu trong [II – 193] B¶ng 3 KÝch thíc ®Öm, mm BÒ mÆt riªng σ®, m2/m3 ThÓ tÝch tù do V®, m3/m3 Sè ®Öm trong 1m3 Khèi lîng riªng xèp, ρ®, kg/m3 30x30x3,5 165 0,76 25.102 570 Tõ c«ng thøc: Trêng §HBK – Hµ Néi - 15- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Y = ω σ d. ρ y  µx . g .Vd3 .ρ x  µ y 2 s. tb tb Suy ra; ω = 2 s     0 ,16 [II – 187] Y .g .Vd3 .ρ xtb µ σ d .ρ ytb . x  µy     0 ,16 = 0,2136.9,81.0,76 3.793,69  0,298.10 −3 165.2,74. −3  1,005.10    0 ,16 ωs2 = 1,96155 m/s  ωs = 1,4 m/s LÊy ω = 0,8ωs  ω = 0,8.1,4 = 1,12 m/s VËy ®êng kÝnh cña ®o¹n luyÖn lµ: DL = 0,0188. g tb 20508,03 = 0,0188. = 1,54 m. ( ρ y .ω y ) tb 1,12 x 2,74 Quy chuÈn ®êng kÝnh ®o¹n luyÖn lµ DL = 1,6 m * Thö l¹i ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ. - Tèc ®é h¬i thùc tÕ ®i trong ®o¹n luyÖn lµ: ωy = 20508,03.0,0188 2 = 1,033 m/s 1,6 2.2,74 - Tû sè gi÷a tèc ®é thùc tÕ vµ tèc ®é sÆc lµ: ω tt 1,033 = = 0,739 ωs 1,4 VËy chän ®êng kÝnh lµ 1,6m cã thÓ chÊp nhËn ®îc. * KiÓm tra c¸ch chän ®Öm. d td = ⇒ 4.Vd σd = 4.0,76 = 0,0184 m 165 D 1,6 = = 86,9 d td 0,0184 VËy c¸ch chän ®Öm vµ ®êng kÝnh th¸p cña ®o¹n luyÖn nh vËy lµ chÊp nhËn ®îc yªu cÇu cña bµi to¸n vµ phï hîp víi qu¸ tr×nh tÝnh to¸n 2. §êng kÝnh ®o¹n chng: a. Lîng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p Trêng §HBK – Hµ Néi - 16- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  g ' tb = NguyÔn §øc Toµn gn +g1 2 ' ' [II - 182] Trong ®ã: g’n: lîng h¬i ®i ra khái ®o¹n chng, kg/h. g’1: lîng h¬i ®i vµo ®o¹n chng, kg/h. V× lîng h¬i ®i ra khái ®o¹n chng b»ng lîng h¬i ®i vµo ®o¹n luyÖn (g’n= g1) nªn ta cã thÓ viÕt: g 1 + g '1 g tb = 2 ' [II - 182] Lîng h¬i ®i vµo ®o¹n chng g’l, lîng láng G1’ vµ hµm lîng láng x’l ®îc x¸c ®Þnh theo hÖ ph¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu vµ c©n b»ng nhiÖt lîng sau: G’1 = g’1 + Gw G’1. x’1 = g’1.yw + Gw.xw [II - 182] g’1.r’1 = g1.r1 Trong ®ã: r’1: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n chng. xw: thµnh phÇn cÊu tö dÔ bay h¬i trong s¶n phÈm ®¸y. r1: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa trªn cïng cña ®o¹n chng. Ta cã: Gw = W = 9800 kg/h. xw = 0,024 phÇn mol t¬ng øng víi 0,02 phÇn khèi lîng y’1 = yw x¸c ®Þnh theo ®êng c©n b»ng øng víi xw = 0,024 phÇn mol.  yw = 0,062 phÇn mol. §æi y’1 = yw = 0,062 phÇn mol ra phÇn khèi lîng ta cã: y '1 = y w = 0,062.78 = 0,053 phÇn khèi 0,062.78 + (1 − 0,062).92 r’1 = ra. y’1 + (1- y’1).rb lîng [II – 182] Víi ra, rb: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña c¸c cÊu tö nguyªn chÊt ë t 0 = tw. Víi xw = 0,024 tra ®å thÞ h×nh 9 ta ®îc tw = 100,50C. Tõ t0 = tw =100,50C néi suy theo b¶ng I.212 trong [I – 254] ta ®îc. ra = 378,49 kJ/kg. rb = 368,13 kJ/kg. Trêng §HBK – Hµ Néi - 17- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn ’ => r 1 = 378,49.0,053 + (1 - 0,053).368,13 r’1 = 368,68 kJ/kg Thay vµo hÖ ph¬ng tr×nh trªn ta ®îc: G’1 = g’1 + 9800 G’1. x’1 = g’1.0,053 + 9800.0,02 g’1.368,68 = 30012,06.373,4419 Gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh trªn ta ®îc: g’1 = 30399,69 kg/h G’1 = 40199,698 kg/h x’1 = 0,04496 phÇn khèi lîng VËy lîng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n chng lµ: g1 + g '1 30012,06 + 30399,698 g tbC = = = 30205,879 kg/h. 2 2 ' b. TÝnh khèi lîng riªng trung b×nh: * Khèi lîng riªng trung b×nh ®èi víi pha h¬i ®îc tÝnh theo: ρ ytb = y tb1 .M A + (1 − y tb1 ).M B 22,4.T .273 , kg/m3. [II - 183] Trong ®ã: MA MB: khèi lîng phÇn mol cña cÊu tö Benzen vµ Toluen T: nhiÖt ®é lµm viÖc trung b×nh cña th¸p, 0K. ytbc: nång ®é phÇn mol cña cÊu tö 1 lÊy theo gi¸ trÞ trung b×nh ytbC = y d1 + y c1 [II - 183] 2 Víi y d , y c : nång ®é lµm viÖc t¹i 2 ®Çu mçi ®o¹n th¸p, phÇn mol. 1 1 y d1 = y’1 = yw = 0,062 phÇn mol y c1 = y1 = 0,383 phÇn mol ⇒ ytbC = Trêng §HBK – Hµ Néi y d1 + y c1 2 = 0,062 + 0,383 = 0,2225 phÇn mol 2 - 18- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Víi y tb = 0,2225 phÇn mol. Néi suy tõ sè liÖu trong b¶ng IX.2a [II-145] ta ®îc C t 0 tbC = 106,8 C 0  T = 106,8 + 273 = 379,8 0K. VËy khèi lîng riªng trung b×nh cña pha h¬i ®èi víi ®o¹n chng lµ: ρy ρy tb C tb C = = y tb1 .M 1 + (1 − y tb1 ).M 2 22,4.T .273 0,2225.78 + (1 − 0,2225).92 .273 = 2,852 kg/m3. 22,4.379,8 * Khèi lîng riªng trung b×nh ®èi víi pha láng a tb 1 − a tb1 1 = 1 + , kg/m3 ρ xtb ρ xtb ρ xtb 1 [II - 183] 2 Trong ®ã: ρ x : khèi lîng riªng trung b×nh cña láng, kg/m3. tb ρ x , ρ x : khèi lîng riªng trung b×nh cña cÊu tö 1 vµ 2 cña pha láng lÊy theo tb1 tb2 nhiÖt ®é trung b×nh, kg/m3. a tb1 : phÇn khèi lîng trung b×nh cña cÊu tö 1 trong pha láng. a tb1 = a F + a1' 2 Víi a’1: nång ®é phÇn khèi lîng cña pha láng ë ®Üa díi cïng cña ®o¹n chng. Ta cã: a’1 = x’1 = 0,04496 phÇn khèi lîng ⇒ a tb1 = a F + a1' 0,28 + 0,04496 = = 0,1625 phÇn khèi lîng 2 2 o t tb : nhiÖt ®é trung b×nh cña ®o¹n chng theo pha láng xtb1 = x F + x1' 2 Ta cã x’1 = 0,04496 phÇn khèi lîng 0,04496 78 x1' = = 0,0526 phÇn mol 0,04496 (1 − 0,04496) + 78 92 ⇒ xtbC = Trêng §HBK – Hµ Néi x F + x1' 0,314 + 0,0526 = = 0,1838 phÇn mol 2 2 - 19- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Víi xtb = 0,1838 phÇn mol. Néi suy tõ sè liÖu trong b¶ng IX.2a [II-145] ta ®C îc t 0 xtb = 104,5 0 C øng víi t0 = 104,50C. Néi suy theo b¶ng I.2 trong [I-9] ta ®îc: ρx = 787,6 kg/m3. ρx = 783,06 kg/m3. tb1 tb2 VËy khèi lîng riªng trung b×nh cña láng trong ®o¹n chng lµ: atb 1 − atb1 0,1625 1 − 0,1625 1 = 1 + = + = 0,001276 787,6 783,06 ρ xtb ρ xtb1 ρ xtb2 ⇒ ρ xtb = 783,8 kg/m3 c. TÝnh tèc ®é h¬i ®i trong ®o¹n chng: §èi víi th¸p ®Öm khi chÊt láng ch¶y tõ trªn xuèng vµ pha h¬i ®i tõ díi lªn chuyÓn ®éng ngîc chiÒu cã thÓ x¶y ra bèn chÕ ®é thuû ®éng; ChÕ ®é ch¶y mµng, chÕ ®é qu¸ ®é, chÕ ®é xo¸y vµ chÕ ®é sñi bät. ë chÕ ®é sñi bät th× pha láng chiÕm toµn bé thÓ tÝch tù do vµ nh vËy pha láng lµ pha liªn tôc. NÕu t¨ng tèc ®é lªn th× th¸p bÞ sÆc. Trong phÇn tÝnh to¸n nµy ta tÝnh tèc ®é h¬i cña th¸p dùa vµo tèc ®é sÆc cña th¸p. Tèc ®é h¬i ®i trong th¸p ®Öm ω = (0,8 ÷ 0,9)ωs [II – 187] Víi ωs lµ tèc ®é sÆc, m/s ®îc tÝnh theo c«ng thøc Y = 1,2e-4X Víi [II – 187] ω s2.σ d . ρ y  µ x   Y = . g .Vd3 .ρ x  µ y  0 ,16 [II – 187] tb tb G X = x G  y     1/ 4  ρy . tb  ρx  tb     1/ 8 [II – 187] Trong ®ã: σ®: bÒ mÆt riªng cña ®Öm, m2/m3 V®: thÓ tÝch tù do cña ®Öm, m3/m3 g: gia tèc träng trêng, m2/s Gx, Gy: lîng láng vµ lîng h¬i trung b×nh, kg/s Trêng §HBK – Hµ Néi - 20- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  ρ x , ρ y :khèi lîng riªng trung b×nh cña pha láng vµ pha h¬i, kg/m3 tb tb µx, µn: ®é nhít cña pha láng theo nhiÖt ®é trung b×nh vµ ®é nhít cña níc ë 20 C, Ns/m2 o * TÝnh Gx, Gy: Ta cã Gy = g’tb = 30205,879 kg/h ⇒ G yC = G xC = 30205,879 = 8,39 kg/s 3600 G1 + G1' 27212,06 + 40199,698 = = 33705,879 kg/h 2 2 ⇒ G yC = 33705,879 = 9,36 kg/s 3600 * TÝnh ®é nhít: - §é nhít cña níc ë t = 20oC, Tra b¶ng I.102 trong [I - 94] ta cã µn = 1,005.10-3 Ns/m2. - §é nhít cña pha láng ë totb = 104,5oC. Néi suy theo b¶ng I.101 trong [I - 91] ta ®îc. µ A = µ C H = 0,2516.10 −3 N.s/m2 6 6 µ B = µ C H = 0,262.10 −3 N.s/m2 7 8 VËy ®é nhít cña pha láng tÝnh theo nhiÖt ®é trung b×nh lµ lgµhh = xtb.lgµA+ (1 - xtb).lgµB [I – 84] lgµhh = 0,1849.lg(0,2516.10-3) + (1 - 0,1849)lg(0,262.10-3)  µhh = µx = 0,3095.10-3 Ns/m2 Thay sè liÖu ®· tÝnh ®îc ta cã G X = x G  y 1/ 4      ρy . tb  ρx  tb 1/ 8     1/ 4  33705,899  =   30205,879  1/ 8  2,852  .   783,8  = 0,5024 Y = 1,2e-4.0,5024 = 0,1586 Chän lo¹i ®Öm vßng Rasiga b»ng sø ®æ lén xén nh ®· chän ë trªn. Tõ c«ng thøc: ω s2.σ d . ρ y  µ x   Y = . g .Vd3 .ρ x  µ y  0 ,16 [II – 187] tb tb Trêng §HBK – Hµ Néi - 21- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  ωs2 = Y .g.V .ρ xtb 3 d µ σ d .ρ ytb . x  µy     0 ,16 = 3 0,1586.9,81.0,76 .783,8  0,287.10 −3 165.2,852. −3  1,005.10    0 ,16 ωs2 = 1,59 m/s  ωs = 1,26 m/s LÊy ω = 0,8ωs  ω = 0,8.1,26 = 1,008 m/s VËy ®êng kÝnh cña ®o¹n luyÖn lµ: DC = 0,0188. g tb 30205,879 = 0,0188. = 1.76 m. ( ρ y .ω y ) tb 1,008.2,852 Quy chuÈn ®êng kÝnh ®o¹n luyÖn lµ DC = 1,6 m * Thö l¹i ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ: - Tèc ®é h¬i thùc tÕ ®i trong ®o¹n chng lµ: ωy = - 30205,879.0,0188 2 = 1,46 m/s 1,6 2.2,852 Tû sè gi÷a tèc ®é thùc tÕ vµ tèc ®é sÆc lµ: ω tt 1,46 = = 0,89 ω s 1,59 VËy chän ®êng kÝnh lµ 1,6 m cã thÓ chÊp nhËn ®îc. * KiÓm tra c¸ch chän ®Öm: d td = ⇒ 4.Vd σd = 4.0,76 = 0,0184 m 165 DC 1,6 = = 86,96 d td 0,0184 VËy víi kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®îc vµ s¬ víi ®iÒu kiÖn thùc tÕ th× ta lÊy ®êng kÝnh phÇn chng lµ 1,6 m vµ ®Öm nh ®· chän lµ hîp lý. VI. TÝnh chiÒu cao th¸p: - §èi víi th¸p ®Öm, chiÒu cao lµm viÖc cña th¸p hay chiÒu cao líp ®Öm ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: H = h®v.my (m) [II – 175] Trong ®ã: Trêng §HBK – Hµ Néi - 22- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  h®v: chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi, m my: sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi x¸c ®Þnh theo nång ®é pha h¬i. 1. TÝnh chiÒu cao ®o¹n luyÖn: a. TÝnh chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi: - ChiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi cña th¸p ®Öm phô thuéc vµo ®Æc trng cña ®Öm vµ tr¹ng th¸i pha, ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc. hdv = h1 + m.G y Gx [II – 177] .h2 Trong ®ã: h1: chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi ®èi víi pha h¬i h2: chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi ®èi víi pha láng m: hÖ sè ph©n bè trung b×nh ë ®iÒu kiÖn c©n b»ng pha Gy, Gx: lu lîng h¬i vµ láng trung b×nh ®i trong th¸p, kg/s * TÝnh chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi h1, h2: h1 = Vd . Re 0y, 25 . Pr y2 / 3 , m a.ψ .σ d [II – 177] µ h2 = 256. x  ρx    2/3 .Rx x0, 25 . Prx0,5 ,m [II – 177] Trong ®ã: a: hÖ sè phô thuéc vµo d¹ng ®Öm, víi ®Öm vßng th× a = 0,123 µx: ®é nhít cña pha láng, Ns/m2 V®: thÓ tÝch tù do cña ®Öm, m3/m3 ρx: khèi lîng riªng cña láng, kg/m3 ψ: hÖ sè thÊm ít cña ®Öm, nã phô thuéc vµo tû sè gi÷a mËt ®é tíi thùc tÕ lªn tiÕt diÖn ngang cña th¸p vµ mËt ®é tíi thÝch hîp, x¸c ®Þnh theo ®å thÞ IX.16 [II - 178] Víi U tt = Vx : mËt ®é tíi thùc tÕ, m3/m2.h Ft Utt = B.σ® : mËt ®é tíi thÝch hîp, m3/m2.h Trong ®ã: Vx: lu lîng thÓ tÝch cña chÊt láng, m3/h Trêng §HBK – Hµ Néi - 23- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  Ft: diÖn tÝch mÆt c¾t th¸p, m NguyÔn §øc Toµn 2 σ®: bÒ mÆt riªng cña ®Öm, m2/m3 B: h»ng sè, B = 0,065 m3/m.h B¶ng IX.6 trong [II – 177] - Chän ®Öm lo¹i vßng Rasiga cã c¸c th«ng sè : 30x30x3,5mm V® = 0,76 m3/m3 σ® = 165 m2/m3 a = 0,123 * X¸c ®Þnh ψ : Ta cã U tt = Vx ; Ft Uth = B.σ® Mµ Ft = Vx = π .D 2 4 Gx = ρx ⇒ U tt = = 3,14.1,6 2 = 2,0096 m2 4 17708,03 = 22,31 m3/h 793,69 Vx 22,31 = = 11,1 m3/m2.h Ft 2,0096 σ® = 165 m2/m3  Uth = 0,065.165 = 10,725 m3/m2.h ⇒ U tt 11,1 = = 1,035 U th 10,725 Tra h×nh IX.16 trong [II – 178] ta ®îc ψL = 1 * X¸c ®Þnh chuÈn sè Reynon: - ChuÈn sè Reynon cña pha h¬i: Re y = 0,4.ρ y .ωs [II – 178] µ y .σ d Ta cã µy = µhh ®îc tÝnh theo M hh m1 M A m 2 M B = + µ hh µA µB [I – 85] Trong ®ã: Trêng §HBK – Hµ Néi - 24- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Mhh, MA, MB: khèi lîng ph©n tö cña hçn hîp vµ cÊu tö Benzen vµ Toluen. µhh, µA, µB: ®é nhít cña hçn hîp vµ cÊu tö Benzen vµ Toluen. m1, m2: nång ®é cña Benzen vµ Toluen tÝnh theo phÇn thÓ tÝch. §èi víi hçn hîp khÝ th× nång ®é phÇn thÓ tÝch b»ng nång ®é phÇn mol, nªn m 1 = y1, m2 = y2 = 1 - y1. Thay vµo ta cã: (1 − y1 ).M B y1 .M A + (1 − y1 ).M B yM = 1 A + µ hh µA µB ⇒ y1 M A (1 − y1 ) M B 1 1 1 = . + . µ hh y1 M A + (1 − y1 ) M B µ A y1 M A + (1 − y1 ) M B µ B ⇒ a a a 1 − a1 1 = 1 + 2 = 1 + µ hh µ A µ B 2 µ A µB a1, a2: nång ®é phÇn khèi lîng cña Benzen vµ Toluen. Ta cã y tb = 0,638 phÇn mol 1 ⇒ a1 = y tb1 .M A y tb1 .M A + (1 − y tb1 ).M B = 0,638.78 0,638.78 + (1 − 0,638).92 a1 = 0,599 phÇn khèi lîng Tõ dông to¸n ®å h×nh I.35 trong [I – 117] víi X A = 8,8; YA = 13,0; XB = 8,5; YB =13,2 vµ to = 960C ta t×m ®îc. µ A = 0,126.10 −3 N.s/m2 µ B = 0,145.10 −3 N.s/m2 ⇒ 1 µhh = 0,599 1 − 0,599 + = 6,46.10 3 −3 0,126.10 0,145.10 −3 => µhh = 0.1547.10-3 N.s/m2 Re y = 0,4.2,74.1,325 = 51,28 0,1547.10 −3.165 - ChuÈn sè Reynon cña pha láng: Re x = 0,04.G x Ft .σ d .µ x [II – 178] Trong ®ã: Trêng §HBK – Hµ Néi - 25- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Gx: lu lîng láng trung b×nh ®i trong th¸p, phÇn tríc ®· tÝnh ®îc Gx = 4,919kg/s Ft: diÖn tÝch mÆt c¾t cña th¸p, Ft = 2,0096 m2 σ® = 165 m2/m3 µx = 0,298.10-3Ns/m2 VËy chuÈn sè Reynon cña pha láng lµ: Re x = 0,04.G x 0,04.4,919 = = 1,99 Ft .σ d .µ x 2,0096.165.0,298.10 −3 * X¸c ®Þnh chuÈn sè Pran: - ChuÈn sè Pran cña pha h¬i: Pr y = µy [II – 178] ρ y .D y HÖ sè khuyÕch t¸n Dy trong pha h¬i tÝnh theo. Dy = 0,0043.10 −4.T 1,5 1 1 . + , m2/s 1 1 3 3 2 MA MB P.(v A + v B ) [II – 127] Trong ®ã: T: nhiÖt ®é trung b×nh cña h¬i, 0K P: ¸p suÊt chung cña h¬i, P = 1at. MA = 78: khèi lîng ph©n tö cña cÊu tö Benzen. MB = 92: khèi lîng ph©n tö cña cÊu tö Toluen. vA, vB: thÓ tÝch mol cña h¬i Benzen vµ Toluen , cm3/nguyªn tö v A = vC6 H 6 = 96 cm3/nguyªn tö v B = vC7 H 8 = 118 cm3/nguyªn tö t 0 y tb PhÇn tríc ta ®· t×m ®îc nhiÖt ®é trung b×nh cña pha h¬i trong ®o¹n luyÖn lµ = 93,50 C , vËy T = 335,27450K. VËy ta cã: Dy = 0,0043.10 −4.(360)1,5 1 1 . + = 5,322.10-6 m2/s. 1 1 3 3 2 78 92 1.(96 + 118 ) Thay c¸c gi¸ trÞ tÝnh ®îc vµo ta cã: Pr y = µy ρ y .D y Trêng §HBK – Hµ Néi = 0,1547.10 −3 = 11,758 2,47.5,322.10 −6 - 26- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  * ChuÈn sè Pran cña pha láng: Prx = µx ρ x .D x [II – 178] HÖ sè khuyÕch t¸n Dx cña pha láng ®îc tÝnh theo c«ng thøc: Dx = D20.[1 + b.(t - 20)] Víi b= [II – 134] 0,2. µ 3 ρ ρ: khèi lîng riªng cña dung m«i Benzen ë 200C, kg/m3; tra ë b¶ng I.2 trong [I9] ta ®îc ρ = 866 kg/m3 µ: ®é nhít cña dung m«i Benzen ë 200C, cP; µ = µ2 = 0,586 cP ⇒b = 0,2. 0,586 3 866 = 0,0161 HÖ sè khuyÕch t¸n cña láng ë 20oC lµ: 1.10 −6 D20 = ( 1 1 + M1 M 2 A.B µ 2 v 1/ 3 1 +v , m2/s ) [II – 133] 1/ 3 2 2 Trong ®ã: A, B: hÖ sè liªn hîp kÓ ®Õn ¶nh hëng cña Benzen vµ Toluen. Do Benzen vµ Toluen lµ nh÷ng chÊt láng kh«ng liªn kÕt nªn A = 1; B = 1. 1.10 −6 ⇒ D20 = - ( 0,586 96 1 1 + 78 92 1/ 3 ) 1/ 3 2 + 118 2 = 2,3.10 −9 , m /s NhiÖt ®é trung b×nh cña láng trong ®o¹n luyÖn lµ to = 93,5oC. VËy ta cã: Dx = 2,3.10-9[1 + 0,0161.(93,5 - 20)] Dx = 5,022.10-9 m2/s Thay c¸c gi¸ trÞ vµo ta cã: µx 0,298.10 −3 Prx = = = 74,737 ρ x .D x 793,96.5,022.10 −9 VËy: h1 = Vd . Re 0y, 25 . Pr y2 / 3 ,m a.ψ .σ d h1 = 0,76 .51,28 0 , 25.0,11,768 2 / 3 0,123.1.165 Trêng §HBK – Hµ Néi - 27- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc h1 NguyÔn §øc Toµn  = 0,318m µ h2 = 256. x  ρx    2/3 .Rx x0, 25 . Prx0,5 ,m  0,298.10 −3 h2 = 256.  793,96  2/3     .1,99 0 , 25.74,737 0, 5 h2 = 0,13677m b. TÝnh m: - Chän c¸c gi¸ trÞ x bÊt kú, t¹i mçi gi¸ trÞ x ®ã ta t×m gãc nghiªng cña ®êng c©n b»ng. Tõ c¸c gi¸ trÞ t×m ®îc tÝnh m theo c«ng thøc m = tgα = y cb − y x − xcb [II – 125] - Dùa vµo c¸c gi¸ trÞ ®· chän trªn ®êng c©n b»ng, ta tÝnh ®îc m = 0,541. c. TÝnh sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi my: - Sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi tÝnh theo pha h¬i. yc dy yd y −y my = ∫ [II – 176] * y*: thµnh phÇn mol c©n b»ng cña pha h¬i, %mol y: thµnh phÇn mol lµm viÖc cña pha h¬i, %mol øng víi mçi gi¸ trÞ cña x∈ {0,37; 0,96} ta t×m ®îc mét gi¸ trÞ cña y* t¬ng øng vµ theo ®êng lµm viÖc cña ®o¹n luyÖn y = 0,75x + 0,25 ta x¸c ®Þnh ®îc y. B¶ng 4. X Y* Y 1/y*-y 0,314 0,525 0,488 27,03 0,35 0,562 0,51 19,23 0,4 0,619 0,55 14,49 0,45 0,678 0,592 11,63 0,5 0,712 0,625 11,49 0,55 0,742 0,662 12,5 0,6 0,79 0,722 14,29 0,65 0,8402 0,735 14,93 0,7 0,854 0,80 18,52 0,75 0,882 0,83 19,23 Trêng §HBK – Hµ Néi - 28- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc - NguyÔn §øc Toµn  0,8 0,91 0,868 23,81 0,85 0,93 0,884 27,78 0,9 0,959 0,93 34,48 0,95 0,98 0,96 50 0,983 0,99 0,98 100 Tõ b¶ng sè liÖu trªn ta vÏ ®å thÞ 1 −y y −y * (§å thÞ h×nh 10). Tõ ®å thÞ ta tÝnh ®îc diÖn tÝch phÇn g¹ch chÐo lµ S = 10,52 (Xem ®å thÞ 10) - Víi tû lÖ trôc hoµnh 1.100 vµ tû lÖ trôc tung lµ 1/100 ta cã: my = 10,52. 100.1/100 my = 10,52 Thay c¸c gi¸ trÞ : h1 = 0,318 m h2 = 0,13667 m m = 0,541 my = 10,52 Gx = 4,919 kg/s Gy = 8,337 kg/s hdv = h1 + m.G y Gx .h2 = 0,318 + 0,541.8,337 .0,13667 4,919 h®v = 0,4433 m VËy chiÒu cao líp ®Öm cña ®o¹n luyÖn lµ: HL = h®v . my = 0,4433 . 10,52 = 4,66m 2. ChiÒu cao cña ®o¹n chng: C¸c c«ng thøc còng nh ý nghÜa c¸c ký hiÖu cã trong c¸c c«ng thøc tÝnh chiÒu cao ®o¹n chng t¬ng tù nh ®èi víi ®o¹n luyÖn, chØ kh¸c vÒ trÞ sè nªn trong phÇn nµy kh«ng gi¶i thÝch l¹i. a. TÝnh chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi h1, h2: * TÝnh ψ U tt = Ft = Vx Ft π .D 2 4 Trêng §HBK – Hµ Néi [II – 177] = 3,14.1,6 2 = 2,0096 m2 4 - 29- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Vx = G x 33705,899 = = 43,0032 m3/h ρx 783,8 ⇒ U tt = V x 43,0032 = = 21,399 m3/m2.h Ft 2,0096 σ® = 165 m2/m3  Uth = 0,065.165 = 10,725 m3/m2.h ⇒ U tt 21,399 = = 1,995 U th 10,725 Tra h×nh IX.16 trong [II – 178] ta lÊy ψL = 1 * X¸c ®Þnh chuÈn sè Reynon: - ChuÈn sè Reynon cña pha h¬i: Re y = 0,4.ρ y .ωs [II – 178] µ y .σ d Ta cã µy = µhh ®îc tÝnh theo M hh m1 M A m 2 M B = + µ hh µA µB [I – 85] §èi víi hçn hîp khÝ th× nång ®é phÇn thÓ tÝch b»ng nång ®é phÇn mol, nªn m 1 = y1, m2 = y2 = 1 - y1. Thay vµo ta cã: (1 − y1 ).M B y1 .M A + (1 − y1 ).M B yM = 1 A + µ hh µA µB ⇒ y1 M A (1 − y1 ) M B 1 1 1 = . + . µ hh y1 M A + (1 − y1 ) M B µ A y1 M A + (1 − y1 ) M B µ B ⇒ a a a 1 − a1 1 = 1 + 2 = 1 + µ hh µ A µ B 2 µ A µB Trong ®ã; a1, a2: nång ®é phÇn khèi lîng cña Benzen vµ Toluen. Ta cã y tb = 0,2225 phÇn mol C ⇒ a1 = y tb1 .M A y tb1 .M A + (1 − y tb1 ).M B = 0,2225.78 0,2225.78 + (1 − 0,2225).92 a1 = 0,1953 phÇn khèi lîng Trêng §HBK – Hµ Néi - 30- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Tõ dông to¸n ®å h×nh I.35 trong [I – 117] víi X A = 8,8; YA = 13,0; XB = 8,5; YB =13,2 vµ to = 82,60C ta t×m ®îc. µ A = 0,31185.10 −3 N.s/m2 µ B = 0,31278.10 −3 N.s/m2 ⇒ 1 = µhh 0,1953 1 − 0,1953 + = 3,199.10 3 −3 −3 0,31185.10 0,31278.10 => µhh = 0,3126.10-3 N.s/m2 Re y = - 0,4.2,852.1,59 = 35,17 3126.10 −3.165 ChuÈn sè Reynon cña pha láng: Re x = 0,04.G x Ft .σ d .µ x [II – 178] Ta cã Gx = 9,363 kg/s Ft = 2,0096 m2 σ® = 165 m2/m3 µx = 0,287.10-3Ns/m2 VËy chuÈn sè Reynon cña pha láng lµ: Re x = 0,04.G x 0,04.9,363 = = 3,9367 Ft .σ d .µ x 2,0096.165.0,3287.10 −3 * X¸c ®Þnh chuÈn sè Pran: - ChuÈn sè Pran cña pha h¬i: Pr y = µy [II – 178] ρ y .D y HÖ sè khuyÕch t¸n Dy trong pha h¬i tÝnh theo. Dy = 0,0043.10 −4.T 1,5 1 1 . + , m2/s 1 1 3 3 2 MA MB P.(v A + v B ) [II – 127] Trong ®ã: MA = 78 kg/kmol. MB = 92kg/kmol. Trêng §HBK – Hµ Néi - 31- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  v A = vC6 H 6 = 96 cm /nguyªn tö 3 cm3/nguyªn tö PhÇn tríc ta ®· t×m ®îc nhiÖt ®é trung b×nh cña pha h¬i trong ®o¹n chng lµ t y0tb = 82,6 0 C , vËy T = 82,6 + 273 = 355,60K. VËy ta cã: 0,0043.10 −4.(355,6)1,5 1 1 Dy = . + = 5,086.10-6 m2/s. 1 1 2 3 3 78 92 1.(96 + 118 ) Thay c¸c gi¸ trÞ tÝnh ®îc vµo ta cã: Pr y = - µy ρ y .D y = 3126.10 −6 = 0,557 2,852.5,086.10 −6 ChuÈn sè Pran cña pha láng: Prx = µx ρ x .D x [II – 178] HÖ sè khuyÕch t¸n Dx cña pha láng ®îc tÝnh theo c«ng thøc: Dx = D20.[1 + b.(t - 20)] [II – 134] ë phÇn tríc ®· tÝnh ®îc D20 = 2,3.10-3 m2/s, víi b = 0,0168 NhiÖt ®é trung b×nh cña láng trong ®o¹n luyÖn lµ to = 106,8oC. VËy ta cã: Dx = 2,79.10-9[1 + 0,0168.(106,8 - 20)] Dx = 5,654.10-9 m2/s Thay c¸c gi¸ trÞ vµo ta cã: Prx = VËy: µx ρ x .D x = 0,287.10 −3 = 64,762 783,8.5,654.10 −9 h1 = Vd . Re 0y, 25 . Pr y2 / 3 ,m a.ψ .σ d h1 = 0,76 .35,167 0 , 25.0,557 2 / 3 0,123.1.165 h1 = 0,0617 m µ h2 = 256. x  ρx    2/3 .Rx x0, 25 . Prx0,5 ,m  0,287.10 −3 h2 = 256.  783,8  2/3     .3,9367 0 , 25.764,762 0 , 5 h2 = 0,1596 m Trêng §HBK – Hµ Néi - 32- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  b. TÝnh m: - Chän c¸c gi¸ trÞ x bÊt kú, t¹i mçi gi¸ trÞ x ®ã ta t×m gãc nghiªng cña ®êng c©n b»ng. Tõ c¸c gi¸ trÞ t×m ®îc tÝnh m theo c«ng thøc m = tgα = y cb − y x − xcb [II – 125] - Dùa vµo c¸c gi¸ trÞ ®· chän trªn ®êng c©n b»ng, ta tÝnh ®îc m = 1,52 c. TÝnh sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi my: - Sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi tÝnh theo pha h¬i. yc dy yd y −y my = ∫ [II – 176] * Trong ®ã: y*: thµnh phÇn mol c©n b»ng cña pha h¬i, %mol y: thµnh phÇn mol lµm viÖc cña pha h¬i, %mol øng víi mçi gi¸ trÞ cña x∈ {0,04;0,37} ta t×m ®îc mét gi¸ trÞ cña y* t¬ng øng vµ theo ®êng lµm viÖc cña ®o¹n chng y = 2,028x - 0,0247 ta x¸c ®Þnh ®îc y. B¶ng 5. Y* 0,045 0,118 0,214 0,295 0,38 0,447 0,511 0,525 X 0,024 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,314 - 1/y*-y 40 14,7 14,9 15,38 16,13 16,66 21,7 27,03 y 0,02 0,05 0,148 0,236 0,318 0,397 0,465 0,488 Tõ b¶ng sè liÖu trªn ta vÏ ®å thÞ 1 − y (®å y −y * thÞ h×nh 10). Tõ ®å thÞ ta tÝnh ®îc diÖn tÝch phÇn g¹ch chÐo lµ S = 8,225 (Xem ®å thÞ 10) - Víi tû lÖ trôc hoµnh 1.100 vµ tû lÖ trôc tung lµ 1/ 100 ta cã : my = 8,225.100.1/100 my = 8,225 Thay c¸c gi¸ trÞ : h1 = 0,0617 m h2 = 0,1596 m m = 1,52 Trêng §HBK – Hµ Néi - 33- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  my = 8,225 Gx = 9,363 kg/s Gy = 8,39 kg/s hdv = h1 + m.G y Gx .h2 = 0,0617 + 1,52.8,39 .0,1596 9,363 h®v = 0,279 m VËy chiÒu cao líp ®Öm cña ®o¹n chng lµ: HC = h®v . my = 0,279. 8,225 = 2,3m 3. TÝnh chiÒu cao cña toµn th¸p: H = H L + HC + H1 + H2 + H3 Trong ®ã: HL, HC: chiÒu cao ®o¹n luyÖn vµ ®o¹n chng, m H1: kho¶ng c¸ch kh«ng gian phÇn ®Ønh th¸p ®Ó ®Æt ®Üa ph©n phèi chÊt láng vµ èng håi lu s¶n phÈm ®Ønh, m H2: kho¶ng c¸ch kh«ng gian gi÷a ®o¹n chng vµ ®o¹n luyÖn ®Ó ®Æt ®Üa tiÕp liÖu vµ èng dÉn hçn hîp ®Çu, m H3: kho¶ng c¸ch kh«ng gian cho håi lu ®¸y vµ ®Ó ®Æt èng håi lu s¶n phÈm ®¸y, m. Chän: H1 = H3 = 1m H2 = 1,2m VËy chiÒu cao toµn th¸p lµ H = 4,66 + 2,3 + 1 + 1,2 + 1 = 10,16m V. TÝnh trë lùc cña th¸p ®Öm. - Trë lùc ®èi víi th¸p ®Öm cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:  G ∆Pu = ∆Pk 1 + A x G   y  0 , 342      ρy . ρ  x 0 ,19     µ . x µ  y 0 , 038      ,   N/m2 [II – 189] Trong ®ã: ∆P : tæn thÊt ¸p suÊt t¹i ®iÓm ®¶o pha cã tèc ®é cña khÝ b»ng tèc ®é cña khÝ khi ®i qua ®Öm kh«, N/m2. ∆Pk: tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh«, N/m2. Gx, Gy: lu lîng cña láng vµ cña khÝ, kg/s. Trêng §HBK – Hµ Néi - 34- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  µx, µy: khèi lîng riªng cña láng vµ cña khÝ, kg/m 3 A = 5,15 [II – 189] 1. Trë lùc cña ®o¹n luyÖn: * TÝnh chuÈn sè Reynon:  Gy Rey = 0,045 Ar 0 ,57 .  Gx    0 , 43 [II – 188] Ar = d td = d td3 .ρ y ( ρ x − ρ y ).g [II – 188] µ y2 4.Vd σd = 4.0,76 = 0,0184 m 165 Ta cã: ρy = 2,74 kg/m3 ρx = 793,69 kg/m3 µy = 0,1547.10-3 Ns/m2 g = 9,81 m/s2 ⇒ Ar = 0,0184 3.2,74.( 793,69 − 2,74 ).9,81 (0,1547.10 ) −3 2 = 5534029 Gx = Gtb = Ft .3600 17708,03 = 2,448 kg/m2.s 1,6 2 3,14. .3600 4 Gy = g tb = Ft .3600 30012,06 = 4,15 kg/m2.s 1,6 2 3,14. .3600 4 0 , 43  4,15  ⇒ Re y = 0,045.5534029 0, 57 .   2,448  = 403,838 V× Rey > 400 nªn tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh« x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: ∆Pk = 1,56.H .ω1y,8 .ρ y0,8 .σ 1d, 2 .µ y0, 2 [II – 189] Vd3 ( 1,56.4,66.1,061,8.2,74 0,8.1651, 2. 0,1547.10 −3 ∆Pk = 0,76 3 ) 0. 2 = 1177,97 N/m2 VËy trë lùc cña ®o¹n luyÖn lµ: Trêng §HBK – Hµ Néi - 35- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn    4,919  ∆Pu = 1177,97 1 + 5,15  8,33     0 , 342 0 ,19  2,74  .   793,96   0,298.10 −3 .  0,1547.10 −3  0 , 038         ∆P = 3230,84 N/m2 2. Trë lùc cña ®o¹n chng: * TÝnh chuÈn sè Reynon: Rey = 0,045 Ar 0 , 57  Gy .  Gx    0 , 43 [II – 188] Ar = d td = d td3 .ρ y ( ρ x − ρ y ).g [II – 188] µ y2 4.Vd σd = 4.0,76 = 0,0184 m 165 Ta cã: ρy = 2,825kg/m3 ρx = 783,8 kg/m3 µy = 0,3126.10-3 Ns/m2 g = 9,81 m/s2 ⇒ Ar = 0,0184 3.2,825.( 783,8 − 2,825).9,81 (0,3126.10 ) −3 2 = 1379749,079 Gx = Gtb = Ft .3600 30205,879 = 4,175 kg/m2.s 1,6 2 3,14. .3600 4 Gy = g tb = Ft .3600 33705,879 = 4,659 kg/m2.s 1,6 2 3,14. .3600 4 0 , 43  4,659  ⇒ Re y = 0,045.1379749,079 0,57 .   4,175  =149,06 V× Rey < 400 nªn tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh« x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: ∆Pk = 1,56.H .ω1y,8 .ρ y0,8 .σ 1d, 2 .µ y0, 2 [II – 189] Vd3 ( 1,56.2,3.1,011,8.2,825 0,8.1651, 2. 0,3126.10 −3 ∆Pk = 0,76 3 ) 0.2 = 1741,74 N/m2 VËy trë lùc cña ®o¹n chng lµ: Trêng §HBK – Hµ Néi - 36- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn    9,363  ∆Pu = 1741,74 1 + 5,15  8,39     0 , 342 0 ,19  2,825  .   783,8   0,287.10 −3 .  0,3126.10 −3  0 , 038         ∆P = 4929,4 N/m2 VËy trë lùc cña toµn th¸p lµ: ∆P = ∆PL + ∆PC ∆P = 3230,84 + 4929,4 = 8160,24 N/m2 PhÇn III TÝnh c©n b»ng nhiÖt lîng Trêng §HBK – Hµ Néi - 37- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  S¬ ®å thiÕt bÞ chng luyÖn (dïng ®Ó tÝnh c©n b»ng nhiÖt lîng) Môc ®Ých cña viÖc tÝnh c©n b»ng nhiÖt lîng lµ ®Ó x¸c ®Þnh lîng níc l¹nh cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ngng tô, lµm l¹nh còng nh ®Ó x¸c ®Þnh lîng h¬i ®èt cÇn thiÕt khi ®un nãng hçn hîp ®Çu ®Ó ®a vµo ®Üa tiÕp liÖu vµ lîng h¬i ®¸y th¸p. §Ó tÝnh to¸n cho c¸c thiÕt bÞ ®ã ta cÇn dùa vµo s¬ ®å c©n b»ng nhiÖt lîng (S¬ ®å trªn) 1. C©n b»ng nhiÖt lîng cho thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu: QD1 + Qf = QF + Qng1 + Qxq1 (J/h) [II – 196]. Trong ®ã: QD1: NhiÖt lîng do h¬i ®èt mang vµo. J/h. Qf: NhiÖt lîng do hçn hîp ®Çu mang vµo. J/h. QF: NhiÖt lîng do hçn hîp ®Çu mang ra. J/h. Qng1: NhiÖt lîng do níc ngng mang ra. J/h. Qxq1: NhiÖt lîng mÊt ra m«i trêng xung quanh. J/h. - Lîng h¬i ®èt cÇn thiÕt ®Ó ®un nãng hçn hîp ®Çu ®Õn nhiÖt ®é s«i lµ: D1 = F (C F t F + C f .t f ) 0,95.r1 , kg/h Trong ®ã: D1: lîng h¬i ®èt, kg/h CF: nhiÖt dung riªng cña hçn hîp khÝ ®i ra, J/kg ®é Cf: nhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu, J/kg ®é tF: nhiÖt ®é hçn hîp khi ra khái thiÕt bÞ ®un nãng, 0 tf: nhiÖt ®é cña hçn hîp ®Çu, 0 F: lîng hçn hîp ®Çu, kg/h C C Ta cã: F = 12600 kg/h tF = t0S = 97,6o Chän tf = 20oC * TÝnh CF, Cf: CF, Cf: ®îc tÝnh theo c«ng thøc: Trêng §HBK – Hµ Néi - 38- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  CF = aA.Ca + CB.aB , J/kg ®é. Trong ®ã: aA.: nång ®é phÇn khèi lîng cña Benzen . aB.: nång ®é phÇn khèi lîng cña Toluen. CA: nhiÖt dung riªng cña Axet«n, J/kg ®é CB: nhiÖt dung riªng cña Benzen, J/kg ®é Cã aA = 0,28 aB = 1- aA = 1- 0,28 = 0,72. Tõ tF = 97,6 0C néi suy trong I 153 [I – 171] ta cã CA = 2045,2 J/kg ®é. CB = 1990,8 J/kg ®é. Suy ra CF = 0,28 x 2045,2 + 0,72 x 1990,8 = 2006,032 J/kg ®é. Tõ tf = 200C néi suy trong I.153 [I-171] ta cã CA’ = 1730 J/kg ®é. CB’ = 1710 J/kg ®é. Suy ra Cf = 0,28 x 1730 + 0,72 x 1710 = 1715,6 J/kg ®é. * TÝnh r1. r1: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña h¬i ®èt J/kg. Dïng h¬i níc b·o hoµ nªn ta chän P = 2 at khi ®ã t = 119,6 (oC).  r1 = 2208.103 J/kg.  D1 = F (C F t F + C f .t f ) 0,95.r1 = 12600.( 2006,032.97,6 +1715,6.20) = 1382,184 0,95.2208.10 3 kg/h. VËy nhiÖt lîng do h¬i ®èt mang vµo: QD1 = D1.λ1 = D1(r1 +01C1). Trong ®ã: [II – 196]. λ1: Hµm nhiÖt cña h¬i ®èt J/kg. r1: Èm nhiÖt ho¸ h¬i cña h¬i ®èt J/kg. 0 01: NhiÖt ®é níc ngng = 119,6 C. C1: NhiÖt dung riªng cña níc ngng. QD1 = 1382,184(2208.103 + 119,6x2156,62) = - NhiÖt lîng do hçn hîp ®Çu mang vµo: Qf = F.Cf.tf [[II – 196]. Trong ®ã: F: Lîng hçn hîp ®Çu, kg/h. Cf: NhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu khi vµo, J/kg ®é. tf: NhiÖt ®é cña hçn hîp ®Çu khi vµo, 0C. Trêng §HBK – Hµ Néi - 39- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Thay sè ta cã: Qf = 12600.1715,6.20 = 432331200 J/h. - NhiÖt lîng do hçn hîp ®Çu mang ra: QF = F.CF.tF [[II – 196]. Trong ®ã: F: Lîng hçn hîp ®Çu, kg/h. CF: NhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu khi ®i ra, J/kg ®é. tF: NhiÖt ®é cña hçn hîp ®Çu khi ®i ra, 0C. Thay sè ta cã: Qf = 12600.2006,032.97,6 = 2466937912 J/h. 2. C©n b»ng nhiÖt lîng cña th¸p chng luyÖn: - Tæng nhiÖt lîng mang vµo b»ng tæng nhiÖt l¬ng mang ra: QF + QD + QR = Qy + Qw + Qm + Qng2 [II-197] 2 Trong ®ã: Q D2 : nhiÖt lîng do h¬i ®èt mang vµo th¸p, J/h. QF: nhiÖt lîng do hçn hîp ®Çu mang vµo th¸p, J/h. QR: nhiÖt lîng do lîng láng håi lu mang vµo th¸p, J/h. Qy: nhiÖt lîng do h¬i ®èt mang ra ë ®Ønh th¸p, J/h. Qw: nhiÖt lîng do s¶n phÈm ®¸y mang ra, J/h. Qng2: nhiÖt lîng do níc ngng mang ra th¸p, J/h. Qm: nhiÖt lîng do tæn thÊt ra m«i trêng xung quanh, J/h. * TÝnh QR: QR = GR. CR .tR: [II-197] Trong ®ã: GR: lîng láng håi lu, kg/h GR = P.Rx = 6339.3,17 = 20094,63 kg/h tR : nhiÖt ®é cña chÊt láng håi lu, oC tR = tp =82,6oC CR: nhiÖt dung riªng cña chÊt láng håi lu, J/kg ®é. CR = C h 2 / 82 , 6 o C  Ch = a A .C A + (1 − a A ).C B 2 Cã aA = aP = 0,98 Trêng §HBK – Hµ Néi - 40- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  o CA, CB: nhiÖt dung riªng cña Benzen vµ Toluen ë 82,6 C. Néi suy theo to = 82,6oC trong I.153 [I-171] ta cã: CA = 2046,05 J/kg ®é CB = 2004,7 J/kg ®é. CR = Chçn h¬p = 0,98.2046,05 + (1- 0,98).2004,7 = 2045,223 J/kg ®é. QR = GR . CR .tR = 8204.2045,223.82,6 = 1385946184,1 J/kg ®é. * TÝnh Qy: Qy =P.(1 + Rx)λ® , J/h [II-197] Trong ®ã: λ®: nhiÖt l¬ng riªng cña h¬i ë ®Ønh th¸p, J/kg. λ® = λ1.a1 + λ2.a2 [II-197] λ® = λ1.a1 + λ2.(1 - a2) λ1 , λ2 :nhiÖt lîng riªng cña Benzen vµ Toluen ë ®Ønh th¸p, J/kg λ1 = r1 + tP.C1 λ2 = r2 + tP.C2 Víi tP = 82,6 0C néi suy theo b¶ng I 153 [I –171] ta cã: C1 = 2046,05 J/kg ®é C2 = 2004,7 J/kg ®é Víi tP = 82,6 0C néi suy theo b¶ng I 212 [I –154] ta cã: r1 = 406,308.103 J/kg r2 = 387,729.103 J/kg  λ1 = 406,308.103 + 82,6. 2046,05 = 580507,27 J/kg.  λ2 = 387,729.103 + 82,6.2004,7 = 557744,58 J/kg.  λ® = 58050,27.0,98 + (1- 0,98).557744,58 = 580052,016 J/kg.  Qy = 2800(1+2,93).580052,016 = 3682892386 J/h. *TÝnh Qw: Qw = W. Cw .tw ,J/h [II-197] Trong ®ã: W: lîng s¶n phÈm ®¸y, kg/h. W = 9800 kg/h. tw : nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ®¸y, oC Trêng §HBK – Hµ Néi tw = 100,5oC - 41- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Cw: nhiÖt dung riªng cña s¶n phÈn ®¸y, J/kg.®é Cw = a1.C1 + (1 – a1).C2 a1 = aw = 0,02 C1, C2. Néi suy trong b¶ng I.153 [I – 171] ë to = 100,5oC ta cã: C1 = 2121,5 J/kg ®é C2 = 2071,5 J/kg ®é  Cw = 0,02.2121, 5 + (1 – 0,02).2071,5  Cw = 2072,5 J/kg.®é VËy Qw = W. Cw .tw = 9800.2072,5.100,5 = 2041205250 J/h * TÝnh Qng2 theo D2: Qng2 = Gng2 .C2 . θ2 , J/h [II – 198] Trong ®ã: Gng2: lîng níc ngng tô, kg/h C2: nhiÖt dung riªng cña níc ngng, J/kg.®é θ2:nhiÖt ®é cña níc ngng, 0C ta cã θ2 = 119,6oC Gng2 = D2: lîng h¬i ®èt cÇn thiÕt ®Ó ®un s«i dung dÞch ®¸y th¸p. Néi suy C2 theo θ2 theo b¶ng I.149 [I – 168] ta cã: C2 = 2156,62 J/kg ®é  Qng2 = D2.2156,62.119,6 = 257931,752.D2, J/h *TÝnh Qm theo D2: Qm = 0,05.D2.r2, J/h [II – 198] Tra b¶ng I.251 [I – 314] ë to = 119,6oC ta cã r2 = 2208.103 J/kg  Qm = 0,05.2208.103 D2 = 110400.D2 J/h * TÝnh QD theo D2: 2 Q D2 = D2. λ2 , J/h [II – 197] λ2: hµm nhiÖt cña h¬i ®èt, J/kg λ2 = r2 + θ2.C2 λ2 = 2208.103 + 119,6.2156,62 λ2 = 2465931,752 J/kg  QD = 2465931,752 .D2 2 * TÝnh D2: Trêng §HBK – Hµ Néi - 42- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn - Thay c¸c gi¸ trÞ nhiÖt lîng Q ®· tÝnh ®îc vµo c«ng thøc: QF + QD + QR = Qy + Qw + Qm + Qng2 [II-197] 2 Ta tÝnh ®îc D2 = 831,65 kg/h 3. C©n b»ng nhiÖt lîng cho thiÕt bÞ ngng tô: - XÐt thiÕt bÞ ngng tô chØ ngng tô lîng håi lu. P .Rx.r = Gn1.Cn (t2 – t1), kg/h [II – 198] ⇒ G n1 = P.R x .r , kg/h C n .( t 2 − t1 ) [II – 198] Trong ®ã: Gn1: lîng níc l¹nh tiªu tèn cÇn thiÕt, kg/h t1: nhiÖt ®é vµo cña níc, t1 = 20oC t2: nhiÖt ®é ra cña níc, ta chän t2 = 45oC ®Ó tr¸nh hiÖn tîng ®ãng cÆn l¹i trªn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ tr¸nh sù kÕt tña cña c¸c muèi. t tbo = t1 + t 2 20 + 45 = = 32,5 oC 2 2 Rx: chØ sè håi lu, Rx = 2,93 Cn : nhiÖt dung riªng cña níc ë totb = 32,5oC. Néi suy trong b¶ng I.149 [I – 168] ta ®îc Cn = 4180,1 J/kg.®é P: lîng s¶n phÈm ®Ønh, P = 2800 kg/h r: Èm nhiÖt ngng tô ë hçn hîp ®Çu, J/kg. r = a1.r1 + (1-a1).r2 a1 = 0,98 phÇn khèi lîng T¹i to = top = 82,6oC, néi suy theo b¶ng I.212 [I – 254] ta cã: r1 = 406,308.103 J/kg r2 = 387,729.103 J/kg  r = 0,98.406,308.103 + (1-0,98). 387,729.103  r = 405936,42 J/kg Lîng níc l¹nh tiªu tèn cÇn thiÕt lµ: G n1 = 2800.2,93.405936,42 = 31868,16 kg/h 4180,1.( 45 − 20) 4. C©n b»ng nhiÖt lîng cho thiÕt bÞ lµm l¹nh: Trêng §HBK – Hµ Néi - 43- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  P[r + Cp (t’1 – t’2)] = Gn3 Cn (t2 – t1) [II – 198] Trong ®ã: Gn3: lîng níc l¹nh, kg/h P: lîng s¶n phÈm ®Ønh, kg/h t’1: nhiÖt ®é ®Çu vµo cña s¶n phÈm ®Ønh ®· ngng tô, t’1 = tp = 82,6oC t’2: nhiÖt ®é cuèi cña s¶n phÈm ®Ønh ®· ngng tô, chän t’2 = 25oC t1 = 20oC t2 = 25oC Cn = 4180,1 J/kg.®é Cp: nhiÖt dung riªng cña s¶n phÈm ®Ønh ®· ngng tô, J/kg.®é Cp = CR = Chh = 2045,223 J/kg.®é r: Èn nhiÖt ngng tô cña hçn hîp ë ®Ønh th¸p, J/kg r = 515954,9173 J/kg VËy lîng níc l¹nh cÇn thiÕt cho thiÕt bÞ lµm l¹nh lµ: G n3 = [ P. r + C p ( t1' − t 2' ) C n ( t 2 − t1 ) ] = 9800.[ 405936,42 + 2045,223( 82,6 − 25) ] 4180,1.( 45 − 20 ) Gn3 = 14129,715 kg/h PhÇn IV TÝnh to¸n c¬ khÝ. I. TÝnh c¸c ®êng èng dÉn: - §êng kÝnh c¸c èng dÉn vµ cöa ra vµo cña thiÕt bÞ ®îc x¸c ®Þnh tõ ph¬ng tr×nh lu lîng. V = π.d 2 4 ⇒d = .ω V 1,274.ω [I – 369] ,m [I – 369] Trong ®ã: ω: vËn tèc trung b×nh cña lu thÓ ®i trong èng, m/s V: lu lîng thÓ tÝch cña lu thÓ, m3/s V = G ρ Trêng §HBK – Hµ Néi - 44- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn G: lu lîng cña dßng pha, kg/s ρ: khèi lîng riªng trung b×nh cña dßng pha ®ã, kg/m3 1. TÝnh ®êng kÝnh èng dÉn s¶n phÈm ®Ønh: V = gd 3600.ρ d ρ®: khèi lîng riªng cña h¬i ë ®Ønh th¸p, kg/m3 ρd = M p .To 22,4.T = 87,604.273 = 2,88 kg/m3 22,4.( 97,6 + 273) g® = gtbL = 20508,03 kg/h gd 20508,03 = = 1,978 m3/s 3600.ρ d 2,88.3600 ⇒V = Chän tèc ®é h¬i ω = 20m/s V 1,978 = = 0,2786 m 1,2745.ω 1,274.20 ⇒d = Quy chuÈn dt = 300mm. 2. TÝnh ®êng kÝnh èng dÉn håi lu s¶n phÈm ®Ønh: V = GR 3600.ρ R GR = P.R = 2800.2,93 = 8204kg/h; lîng s¶n phÈm håi lu. ρR: khèi lîng riªng cña s¶n phÈm håi lu t¹i to = tp = 82,6oC a 1 − a1 1 = 1 + ρ ρA ρB Víi tp = 82,6oC. Néi suy theo b¶ng I.2 [I – 9] ta cã: ρA = 812,14kg/m3 ρB = 805,4kg/m3 ⇒ 1 ρ = 0,98 1 − 0,98 + 812,14 805,4 => ρ = 812 kg/m3 ⇒V = GR 8204 = = 0,00281 m3/s 3600.ρ R 3600.812 Chän vËn tèc lîng håi lu: ω = 0,5 m/s Trêng §HBK – Hµ Néi - 45- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  ⇒d = NguyÔn §øc Toµn V 0,00281 = = 0,0644 m 1,274.ω 1,274.0,5 Quy chuÈn dt = 100mm. 3. TÝnh ®êng kÝnh èng dÉn liÖu: - Lu lîng hçn hîp ®Çu ®i vµo th¸p V = F 3600.ρF F = 12600kg/h ρF: khèi lîng riªng cña hçn hîp ®Çu vµo t¹i to = tF = 97,6oC a 1 − a1 1 = 1 + ρ ρA ρB Víi tF = 97,6oC. Néi suy theo b¶ng I.2 [I – 9] ta ®îc ρA = 795,64 kg/m3 ρB = 790,4 kg/m3 ⇒ 1 ρ = 0,28 1 − 0,28 + 795,64 790,4 => ρ = 791,86 kg/m3 ⇒V = F 12600 = = 4,42.10 −3 m3/s 3600.ρ F 3600.791,86 Chän vËn tèc lîng håi lu: ω = 0,3 m/s ⇒d = V = 0,785.ω 4,42.10 −3 = 0,1075 m 1,274.0,3 Quy chuÈn dt = 150 mm. 4. TÝnh ®êng kÝnh èng dÉn s¶n phÈm ®¸y: V = W 3600.ρw W = 9800kg/h ρw: khèi lîng riªng cña s¶n phÈm ®¸y ë to = tF = 100,5oC a 1 − a1 1 = 1 + ρ ρA ρB Víi tF = 100,5oC. Néi suy theo b¶ng I.2 [I – 9] ta ®îc ρA = 792,4 kg/m3 Trêng §HBK – Hµ Néi - 46- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc ρB = 787,45 kg/m ⇒ NguyÔn §øc Toµn  1 ρ = 3 0,02 1 − 0,02 + 792,4 787,45 => ρ = 787,45 kg/m3 ⇒V = W 9800 = = 3,4566.10 −3 m3/s 3600.ρw 3600.787,45 Chän vËn tèc lîng håi lu: ω = 0,3 m/s ⇒d = V = 1,274.ω 3,4566.10 −3 = 0,095 m 1,274.0,3 Quy chuÈn dt = 100 mm. 5. TÝnh ®êng kÝnh èng dÉn lîng håi lu s¶n phÈm ®¸y: V = Gy 3600.ρ y ρy: khèi lîng riªng cña h¬i ë ®¸y th¸p, kg/m3 ρy = M w .To 91,664.273 = = 2,99 kg/m3 22,4.T 22,4.(100,5 + 273) Gy = g’tbC = 30205,879 kg/h ⇒V = Gy 3600.ρ y = 30205,879 = 2,81 m3/s 3600.2,99 Chän tèc ®é h¬i ω = 20m/s ⇒d = V 2,81 = = 0,332 m 1,274.ω 1,274.20 Quy chuÈn dt = 400mm. II. TÝnh chiÒu dµy cña th©n th¸p h×nh trô: - Th¸p chng luyÖn cã th©n h×nh trô ®Æt th¼ng ®øng lµm viÖc ë kho¶ng nhiÖt ®é t = 25 ÷ 100oC vµ ë ¸p suÊt thêng nªn ta chän vËt liÖu lµm th©n h×nh trô b»ng thÐp cacbon ký hiÖu CT3. ThÐp nµy bÒn nhiÖt. C¸c hÖ sè trong b¶ng XII.4 [II – 309] vµ [II – 313]. B¶ng 6. VËt liÖu Giíi h¹n bÒn kÐo σ k (N/m3) Giíi h¹n bÒn ch¶y HÖ sè gi·n at (1/oC) Khèi lîng riªng ρ (kg/m3) HÖ sè dÉn nhiÖt W/m.®é CT3 380.106 240.106 11,0.106 7,85.103 50,0 Trêng §HBK – Hµ Néi - 47- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Tèc ®é rØ: 0,06mm/n¨m Thêi gian lµm viÖc tõ 15 ÷ 20n¨m ThiÕt bÞ hµn tay b»ng hå quang ®iÖn, kiÓu hµn ghÐp nèi hai bªn. ϕh = 0,95 b¶ng XIII.8 [II – 362] Gi¶ sö thiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt thêng, Pmt = 105 N/m2 ρ: khèi lîng riªng cña hçn hîp trong th¸p, kg/m3 ρ= ρ xtbL + ρ xtbC 2 = 793,69 + 783,8 = 788,745 kg/m3 2 P1: ¸p suÊt thuû tÜnh trong thiÕt bÞ, N/m2 P1 = g.ρ.Ht , N/m2 P1 = 9,81.788,745. 10,16 = 87092,66 N/m2 Ptt: ¸p suÊt tÝnh to¸n cho thiÕt bÞ Ptt = Pmt + P1 = 105 + 87092,66 = 187092,66 N/m2 [σ k ] = σ k .η , N/m2 [II – 355] nk ThiÕt bÞ thuéc nhãm 2 lo¹i II cã η = 1 b¶ng XIII.2 [II – 356] nk = 2,6 tra b¶ng XIII.3 [II – 356] σk = 380.106 ⇒ [σ k ] = 380.10 6 .1 = 146.10 6 N/m2 2,6 [σ c ] = σ c .η , N/m2 [II – 355] nc Chän nc = 1,5 η=1 σc = 240.106 [σ c ] = 240.10 1,5 6 .1 = 160.10 6 ,N/m2 Chän [σ ] = [σ k ] = 146.106, N/m2 Trªn th©n h×nh trô cã 2 lç ®êng kÝnh 150mm ®Ó l¾p kÝnh quan s¸t ë c¸c vÞ trÝ quan s¸t ph©n phèi chÊt láng vµ chÊt láng håi lu. ϕ= L − 2d L [II – 362] L: chiÒu cao th©n h×nh trô, L = Ht = 10,16m. Trêng §HBK – Hµ Néi - 48- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  L − 2d 10,16 − 2.0,15 ⇒ϕ = = = 0,965 L 10,16 - NguyÔn §øc Toµn HÖ sè bæ xung C. C = C 1 + C2 + C3 [II – 363] Trong ®ã: C1: bæ xung do ¨n mßn xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ¨n mßn vËt liÖu cña m«i trêng vµ thêi gian lµm viÖc cña thiÕt bÞ, (m). Víi thÐp CT3 cã vËn tèc ¨n mßn kho¶ng 0,06mm/n¨m, thêi gian lµm viÖc lµ 15 ÷ 20 n¨m, ta chän C1 = 1mm C2: ®¹i lîng bæ xung bµo mßn chØ cÇn tÝnh trong trêng hîp nguyªn liÖu cã chøa c¸c h¹t r¾n chuyÓn ®éng víi vËn tèc ®é lín ë trong thiÕt bÞ, ta bá qua C2. C3: bæ xung do dung sai, phô thuéc chiÒu dµy tÊm vËt liÖu, chän C3 = 0,8mm.  C = 1 + 0 + 1 = 2 mm ChiÒu dµy thiÕt bÞ ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau: S= V× gi¸ trÞ Dt .Ptt +C 2.[σ ].ϕ − Ptt [σ ] .ϕ = P [II – 360] 146.10 6 .0,965 = 841,75 > 50 , 167376,1575 cã thÓ bá qua ®¹i lîng P ë mÉu sè cña c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy thiÕt bÞ. S= Dt .Ptt 1,6.187092,66 +C = + C = 1,062 + C 2.[σ ].ϕ − Ptt 2.146.10 6.0,965 S = (1,062 + 2).10-3 = 3,062.10-3 m LÊy S = 4mm KiÓm tra øng suÊt theo c«ng thøc XIII.26 [II – 365] σ = [ Dt + ( S − C ) ].Po 2.( S − C ).ϕ h ≤ σc 1,2 [II – 365] Po = Pth + P1 [II – 358] P1 = g.ρ.Ht ρ: khèi lîng riªng cña níc ë nhiÖt ®é trung b×nh cña th¸p. Ta cã t tbo = t p + tF + tw 3 = 82,6 + 97,6 + 100,56 = 93,57 oC. 3 Víi nhiÖt ®é trung b×nh cña th¸p lµ 93,57oC, néi suy theo b¶ng I.2 trong [I - 9] ta ®îc: ρ = 796,85 kg/m3.  P1 = 9,81.796,85.10,16 = 7314459 N/m2 Trêng §HBK – Hµ Néi - 49- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Pth: ¸p suÊt thuû lùc häc, theo b¶ng XIII.5 [II – 358] th× Pth = 1,5.P = 1,5. 7314459 = 1097168,85 N/m2 => Po = 1097168,85 + 731445,9 = 1828614,75 N/m2 σ= σc [1,6 + ( 4 − 2).10 ].1828614,75 = 94841625,1 −3 2.( 4 − 2 ).10 −3.0,965 = 1,2 σ< 240.10 6 = 200000000 N/m2 1,2 σc , VËy lÊy S = 4mm lµ hîp lý. 1,2 III. TÝnh ®¸y vµ n¾p thiÕt bÞ: Chän ®¸y vµ n¾p d¹ng elÝp cã gê l¾p víi th©n thiÕt bÞ b»ng c¸ch ghÐp bÝch, ë t©m cã ®ôc lç ®Ó lÊy s¶n phÈm ®¸y vµ s¶n phÈm ®Ønh. VËt liÖu lµm ®¸y vµ n¾p b»ng thÐp CT3. - ChiÒu dµy cña ®¸y vµ n¾p ®îc tÝnh theo c«ng thøc: S= Dt .P D . t +C , m 3,8.[σ k ].K .ϕ h − P 2.hb [II – 385] Trong ®ã: hb: chiÒu cao phÇn nåi cña ®¸y vµ n¾p (m). Tra b¶ng XIII.10 [II – 382] ta cã: hb = 400mm ϕh: hÖ sè bÒn cña mèi hµn híng t©m h: chiÒu cao gê, m Chän n¾p hµn tõ hai nöa tÊm, hµn ®iÖn hai phÝa b»ng tay, tra [II – 362] ta cã: ϕh = 0,95 k: hÖ sè kh«ng thø nguyªn k =1 − d Dt [II – 385] d: ®êng kÝnh lç ®¸y, n¾p thiÕt bÞ. Ta ®· tÝnh ®îc d®¸y = 100mm; dn¾p = 300mm Dt: ®êng kÝnh trong cña th¸p, Dt = 1,6m k =1− d 0,4 =1− = 0,8 Dt 2 Trêng §HBK – Hµ Néi - 50- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc V× gi¸ trÞ [σ k ] .k .ϕ P NguyÔn §øc Toµn  h = 6 146.10 .0,8.0,95 = 1026,79 > 30 , cã thÓ bá qua ®¹i l187092,66 îng P ë mÉu sè cña c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy cña c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy ®¸y vµ n¾p. S= Dt .P D 1,6.187092,66 2 . t +C = . + C = 1,136 + C 6 3,8.[σ k ].K .ϕ h 2.hb 3,8.146.10 .0,8.0,95 2.0,5 S = 1,136.10-3 + C = (1,136+ 2).10-3 = 3,136.10-3m LÊy S = 4mm S – C = 4 – 2 = 2 <10mm Thªm vµo C 2mm, ta ®îc C = 2 + 2 = 4mm  S = 4 + 2 = 6mm Thö øng suÊt. σ= [D σ= [1,6 σk 1,2 ] + 2hb .( S − C ) .P σ k ≤ 7,6.K .ϕ h .hb ( S − C ) 1,2 2 t = [II – 386] ] + 2.0,5.( 6 − 4 ).10 −3 .187092,66 = 51891004,38 N/m2 7,6.0,8.0,5.0,95.( 6 − 4 ).10 −3 2 240.10 6 = 200000000 N/m2 1,2 VËy ta chän Sn¾p = S®¸y = S = 6mm. Tra b¶ng XIII.12 [II – 385] ta cã h = 0,025m Tra b¶ng XIII. 11 [II – 384], víi ®êng kÝnh Dt = 1600mm, S = 6mm, kh«ng tra ®îc khèi lîng cña ®¸y vµ n¾p, vËy ta chän l¹i S = 10mm, ta cã m = 137 kg VËy ta cã ®¸y vµ n¾p thiÕt bÞ víi c¸c th«ng sè sau: Dt = 1600mm S = 6mm hb = 400mm m = 137kg h = 25mm VI. Tra bÝch: * Chän bÝch liÒn b»ng thÐp nèi thiÕt bÞ: Do kh«ng thÓ chÕ t¹o ®îc th©n th¸p víi chiÒu dµi lín nªn ta buéc ph¶i dïng bÝch ®Ó nèi c¸c phÇn l¹i víi nhau. Víi th¸p h×nh trô lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn thêng ta chän mÆt bÝch liÒn b»ng thÐp CT3 ®Ó nèi th©n víi ®¸y vµ n¾p thiÕt bÞ. Theo b¶ng XIII.27 [II – 417] B¶ng 7. Trêng §HBK – Hµ Néi - 51- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc Py.106 Dt D Db §Oµn N/m2 0,1 NguyÔn §øc Toµn  Do db h Z Mm C¸i 1600 M20 • Chän bÝch liÒn b»ng thÐp kim lo¹i ®en ®Ó nèi c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ vµ èng: Theo b¶ng XIII.26 [II – 409] B¶ng 8. Tªn c¸c èng Dy Dn Dδ D D1 db h Z mm C¸i S¶n phÈm ®Ønh 300 325 440 400 370 M22 28 12 Håi lu ®Ønh 100 108 215 180 168 M16 22 4 èng dÉn liÖu 150 159 280 240 212 M20 14 8 S¶n phÈm ®¸y 100 108 215 180 168 M16 22 4 Håi lu ®¸y 400 426 565 515 482 M22 30 16 • KÝch thíc chiÒu dµi ®o¹n èng nèi: Dùa vµo ®êng kÝnh cña c¸c èng ta tra ®îc c¸c sè liÖu sau: Theo b¶ng XIII.32, [II - 434] B¶ng 9. Tªn c¸c èng Py < 2,5.10-6N/m2 Dy Mm S¶n phÈm ®Ønh 300 140 Håi lu ®Ønh 100 120 èng dÉn liÖu 150 130 S¶n phÈm ®¸y 100 120 Håi lu ®¸y 400 150 V. TÝnh líi ®ì ®Öm, dÇm ®ì ®Öm, ®Üa ph©n phèi chÊt láng: 1. §Üa ph©n phèi chÊt láng, chän kiÓu ®Üa lo¹i 2, víi c¸c th«ng sè sau: Theo sè liÖu trong [IV – 121] B¶ng 10. §êng kÝnh th¸p §êng kÝnh ®Üa Trêng §HBK – Hµ Néi §êng kÝnh èng - 52- Bíc èng, t Sè èng Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Mm 1600 1170 ChiÕc 57 95 96 • Líi ®ì ®Öm: - Chän ®êng kÝnh líi lµ: Dl = 1520mm. • DÇm ®ì ®Öm.: Chän dÇm ®ì h×nh ch÷ nhËt cã chiÒu cao b»ng 2 lÇn chiÒu réng. DÇm ®îc lµm b»ng vËt liÖu thÐp CT3, hai ®Çu thanh dÇm ®îc hµn vµo th©n thiÕt bÞ. TÝnh ®é bÒn cña dÇm bÞ uèn trong giíi h¹n ®µn håi tõ ®ã x¸c ®Þnh ®îc kÝch thíc dÇm. Coi thanh dÇm bÞ uèn thuÇn tuý, sau khi x¸c ®Þnh ®îc kÝch thíc ta tiÕn hµnh kiÓm tra ®é bÒn cña dÇm. σ = σ z2 + 3τ y2 ≤ [σ ] , kN/m2 Trong ®ã: σz: øng suÊt ph¸p, kN/m2 τy: øng suÊt tiÕp, kN/m2 DÇm sÏ chÞu t¸c dông ph©n bè g©y nªn bëi khèi lîng cña líp ®Öm cña chÊt láng vµ cña thµnh thiÕt bÞ. - §Ó ®¶m b¶o ®é bÒn cho thanh dÇm, ta coi chÊt láng cho¸n ®Çy th¸p. V× ρC H > ρC H8 nªn ta coi th¸p chøa toµn C 6H6. §ång thêi coi c¶ th¸p lµ mét khèi t¸c dông lªn mét thanh dÇm chung. 6 - 6 ThÓ tÝch cña ®Öm. Vd = - 7 πd 2 3,14.1,6 2 .H d = .( 4,66 + 2,3) = 13,987 m2 4 4 Khèi lîng ®Öm. m® = ρ®.V® víi ρ® = 570 kg/m2 [II – 193] => m® = 570.13,987 = 7972,59 kg - Khèi lîng chÊt láng trong th¸p (coi trong th¸p chøa toµn benzen) mth = Vth. ρC H 6 6 T¹i toF = 97,6oC ta cã ρC H = 795,64 kg/m3 6 Vth =  6 π.D 2t 3,14.1,6 2 .H t = .10,16 = 22,628 m3 4 4 mth = 22,628.795,64 = 18003,82 kg Trêng §HBK – Hµ Néi - 53- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc - NguyÔn §øc Toµn  DiÖn tÝch bao quanh th¸p. S = π.d.Ht = 3,14.10,16.1,6 = 56,57 m2 - Lùc ph©n bè t¸c dông lªn thanh dÇm cña thµnh thiÕt bÞ lµ. qth = ρth.S = 7850.56,57 = 444074,5 N/m2 - Khèi lîng cña n¾p b»ng khèi lîng cña ®¸y: mn = m® = 137 kg - Lùc ph©n bè t¸c dông lªn dÇm cña thiÕt bÞ. q = qthep + (md + mth + mn ) .10 , N/m Dt q = 428500 + (7972,59 + 18003,82 + 137) .10 = 444820,88 N/m 2 = 444,82 kN/m - Momen ®èi víi trôc x, Mx. M x = M A .M B = q.D 2t 444,82.1,6 2 = = 44,482 kN 16 16 A B Dt - MA MB A B Lùc c¾t ngang dÇm t¹i 2 ®Çu A vµ B Qy = R A = R B = q.l q.D t 444,82.1,6 = = = 355,857 kN 2 2 2 V× tr¹ng th¸i øng suÊt lµ ®¬n nªn ta cã Mx ≤ [σ ] wx [σ] : øng suÊt cho phÐp cña thÐp CT3 [σ] = [σ c ] = 240.106 N/m2 = 240.103 kN/m2 wx: kÝch thíc dÇm ¶o, m2 wx ≥ M x 355,857 = = 1,8534.10 −4 m2 3 [ σ] 240.10 Trêng §HBK – Hµ Néi - 54- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  -4 LÊy wx =1,8534.10 m 2 wx = b.h 2 b.( 2b ) 4.b 3 = = 6 6 6 b =3 6.w x 6.1,8534.10 −4 =3 = 0,0527 m 4 4 2 Ta chän b = 100mm  h = 200mm KiÓm tra ®é bÒn cña thanh dÇm cã b = 100mm, h = 200mm. Theo c«ng thøc: σ = σ z2 + 3τ y2 ≤ [σ ] t¹i vÞ trÝ 1,2,3. σmax σmax Ta cã: σmax = σmin = τy max =1,5. T¹i vÞ trÝ (1): Mx 44,482 = = 24.10 4 kN/m2 w x 1,8534.10 −4 Qy b..h = 1,5.355,857 = 26689,275 kN/m2 0,1.0,2 σ = σ2max + 0 = 24.10 3 kN/m2 σ < [σ] => tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn T¹i vÞ trÝ (2): τ y = 6.Q y  h 2  . − g 2  3  b.h  4  2 h 6.355,857  0,2   0,2 −  .   vËy τy = 3  0,1.( 0,2 )  4  4  4 2 mµ g = ⇒ σz =   = 4003,39 kN/m2   σ max 24.10 4 = = 12.10 4 2 2 σ = σ2z + 3.τ2y = (12.10 ) 4 2 + 3.( 4003,39 ) 2 = 3,5757.10 3 kN/m2 σ < [σ] => tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn. T¹i vÞ trÝ (3): σ = 0 + 3.τ2y = 0 + 3.( 4003,3912 ) 2 = 6934,1 kN/m2 σ < [σ] => tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn. Trêng §HBK – Hµ Néi - 55- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn VËy thanh dÇm víi th«ng sè: b = 100mm vµ h = 200mm lµ ®¹t ®îc yªu cÇu thiÕt kÕ. V. TÝnh chän tai treo vµ ch©n ®ì: • Tai treo: - ChiÒu cao cña toµn th¸p Ht = 10,16m - Tæng khèi lîng toµn th¸p: M = mt + mn¾p + m®Öm + m®¸y + mchÊt láng + mbx Víi mbx: hÖ sè bæ xung bao gåm khèi lîng c¸c chi tiÕt phô cña th¸p nh bÝch, bul«ng.... - Khèi lîng th¸p: mt = ρt. Vt Th©n thiÕt bÞ lµm b»ng thÐp CT3 víi ρt = 7850kg/m3 [II – 313] π .( Dn2 − Dt2 ) ThÓ tÝch th¸p: Vt = H t . 4 Dn, Dt: ®êng kÝnh ngoµi vµ trong cña th¸p. Dn = 1,6 + 2.0,004 = 1,608m Dt = 1,6m ⇒ Vt = H t . π.( D 2n − D 2t ) 3,14.(1,608 2 − 1,6 2 ) = 10,16. = 0,1022 m3 4 4 => mt = 7850.0,1022 = 802,39kg => M = 802,39 + 137 + 7972,59 + 137 + 18003,82 + mbx => M = 27052,8 + mbx mbx: khèi lîng c¸c bé phËn kh¸c, gi¶ thiÕt chän mbx = 2000kg => M = 27052,8 + 2000 = 29052,8 kg - Träng lîng cña th¸p lµ: P = M.g P = 29052,8 . 9,81 = 285007,968 N Ta sö dông 8 tai treo lµm b»ng thÐp CT3, t¶i träng cña mçi tai treo lµ: G= P 285007,968 = = 35652,996 N 8 8 Theo b¶ng XIII. 36 [II – 438], ta chän tai treo cã t¶i träng cho phÐp lµ G = 8.10 N. 4 Trêng §HBK – Hµ Néi - 56- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  -4 2 BÒ mÆt ®ì lµ: F = 639.10 m , t¶i träng cho phÐp trªn mÆt ®ì lµ q = 1,25.106 N/m2. B¶ng 11. L B B1 H s l a d Kl 1 tai 12 100 25 34 13,2 Mm 230 200 205 350 • Ch©n ®ì. Tra b¶ng XIII. 35 [II – 437] ta chän ch©n ®ì víi c¸c th«ng sè sau: B¶ng 12. L B B1 B2 H h s l d 226 18 110 34 Mm 300 240 260 370 450 PhÇn V TÝnh to¸n thiÕt bÞ phô I. TÝnh to¸n thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu: - ThiÕt bÞ gia nhiÖt dïng h¬i níc b·o hoµ ë ¸p suÊt 2 at ®Ó ®un nãng hçn hîp ®Çu tõ nhiÖt ®é t = 20oC ®Õn nhiÖt ®é s«i lµ t F =97,6oC. Hai lu thÓ ®i ngîc chiÒu nhau, h¬i ®èt ®i tõ trªn xuèng, truyÒn Èn nhiÖt ho¸ h¬i cho hçn hîp láng ®i tõ díi lªn vµ ngng tô thµnh láng ®i ra khái thiÕt bÞ. NhiÖm vô cña ta lµ ph¶i tÝnh ®îc ®Çy ®ñ c¸c th«ng sè kü thuËt cÇn thiÕt cña thiÕt bÞ ®ã nh: ®êng kÝnh, chiÒu cao, bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, sè èng, sè ng¨n... - Chän thiÕt bÞ truyÒn nhiÖt èng chïm kiÓu ®øng cã c¸c th«ng sè sau: + §êng kÝnh èng: d = 38x2,5mm + ChiÒu cao èng: H = 1,5m + èng lµm b»ng thÐp CT3 cã λ = 50 w/m2.®é [II – 313] 1. Lîng nhiÖt cÇn thiÕt: H¬i níc b·o hoµ ë 2at cã totb = 119,6oC [I – 197] ttb = th® - ∆ttb Víi: ∆ttb: hiÖu sè nhiÖt ®é trung b×nh cña hai lu thÓ Trêng §HBK – Hµ Néi - 57- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  th®: nhiÖt ®é h¬i ®èt Ta cã: ∆t tb = ∆t tb = ∆t d − ∆t c ∆t ln d ∆t c (119,6 − 20 ) − (119,6 − 97,6) 119,6 − 20 ln 119,6 − 97,6 = 51,38 o C ttb = th® - ∆ttb = 119,6 – 51,38 = 68,22oC - NhiÖt lîng dïng ®Ó ®un nãng hçn hîp ®Çu tíi nhiÖt ®é s«i lµ: Q = GF .Cp (tc – t®) [II – 46] GF: lîng hçn hîp ®Çu cÇn ®un nãng hoÆc lµm nguéi, kg/s tc, t®: nhiÖt ®é ®Çu vµ cuèi cña hçn hîp, oC Cp: nhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu ë tt b, J/kg.®é Cp = aF.Ca + (1 – aF). Cb T¹i ttb = 68,22 néi suy trong b¶ng I.153, [I – 171] ta ®îc Ca = 1973,16 J/kg Cb = 1932,88 J/kg  Cp = 0,28. 1973 + (1 – 0,28).1932,88  Cp = 1944,16 J/kg.®é VËy nhiÖt lîng cÇn thiÕt ®Ó ®un nãng hçn hîp ®Çu tíi nhiÖt ®é s«i lµ: Q = 3,5.1944,16 (97,6 – 20) Q = 528033,856 w 2. T¶i nhiÖt trung b×nh cho qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt: * C¸c chuÈn sè cÇn thiÕt: - Khèi lîng riªng cña hçn hîp t¹i nhiÖt ®é trung b×nh ta tÝnh b»ng c«ng thøc sau: a 1 − a1 1 = 1 + ρ ρA ρB Víi tF = 68,22oC. Néi suy theo b¶ng I.2 [I – 9] ta ®îc ρA = 827,37 kg/m3 ρB = 821,89kg/m3 ⇒  1 0,28 1 − 0,28 = + ρ 827,37 821,89 ρ = 821,89 kg/m3 Trêng §HBK – Hµ Néi - 58- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  - TÝnh ®é nhít cña dung dÞch lgµdd = xtb.lgµA+ (1 - xtb).lgµB [I – 84] T¹i ttb = 68,22oC. Néi suy trong b¶ng I.102 , [I – 91] ta cã µA = 0,3596.10-3 Ns/m2 µB = 0,40397.10-3 Ns/m2  lgµdd = 0,6485.lg(0,3596.10-3) + (1 – 0,6485)lg(0,403971.10-3)  µdd = µx = 0,3556.10-3 Ns/m2 - TÝnh chuÈn sè Reynon. Re = ω.d .ρ µ Chän vËn tèc cña dung dÞch ®i trong èng lµ 0,5m/s Re = ω.d .ρ 0,510,033.821,89 = = 34673 > 10 4 chÕ ®é ch¶y xo¸y µ 0,3556.10 −3 - HÖ sè dÉn nhiÖt cña dung dÞch, λ λ = A.C p .ρ.3 ρ M , w/m.®é [I – 123] Trong ®ã: A: hÖ sè phô thuéc møc ®é liªn kÕt cña chÊt láng. V× Toluen vµ Benzen lµ 2 chÊt láng kh«ng liªn kÕt nªn A = 4,22.10-8 Cp: nhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p cña chÊt láng, J/kg.®é ρ: khèi lîng riªng cña chÊt láng, kg/m3 M: khèi lîng mol tû lÖ gi÷a chÊt láng 1 ph©n tö chÊt ®· cho vµ 1/16 khèi lîng nguyªn tö oxi Ta cã: M = MF =78,238kg/kmol Cp = 1944,16 J/kg.®é ρ = 821,89 kg/m3 ⇒λ = 4,22.10 −8.1944,16.821,89.3 821,89 78,238 λ = 0,219 W/m.®é - TÝnh chuÈn sè Pran cña hçn hîp. Pr = C P .µ [II – 12] λ - TÝnh chuÈn sè Nuyxen Trêng §HBK – Hµ Néi - 59- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn   Pr Nu = 0,021. Re 0,8 .ε1 . Pr 0, 43 .  Pr  t 0 , 25     [II – 12] Trong ®ã: Prt: chuÈn sè Pran tÝnh theo ttb cña têng. ε1: hÖ sè hiÖu chØnh tÝnh ®Õn ¶nh hëng cña tû sè gi÷a chiÒu dµi l vµ ®êng kÝnh. Ta cã: §êng kÝnh èng dn = 38mm ChiÒu dµi H = l = 1,5m Víi l 1500 = = 40 vµ Re > 104. Tra b¶ng 4.1 trong [III – 197] ta cã ε1= 1,02 d 38 P r Do chªnh lÖch gi÷a vá vµ dßng lu thÓ lµ kh¸ nhá nªn ta cã thÓ coi P = 1 r t  Nu = 0,021.1,02.346730,8.3,1570,43.10,25  Nu = 150,49 • TÝnh hÖ sè cÊp nhiÖt. - HÖ sè cÊp nhiÖt phÝa h¬i ®èt α1 α1 = 2,04. A..4 r ∆t.H , w/m2.®é [II – 28] Trong ®ã: r: Èn nhiÖt ngng tô cña níc, J/kg H = l = 1,5m A: hÖ sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é mµng, tm. ( t m = 0,5. t T1 − t bh ) [II – 29] tT1: nhiÖt ®é cña bÒ mÆt têng, tiÕp xóc víi níc ngng, oC tbh: nhiÖt ®é cña h¬i níc b·o hoµ, oC ∆t1 = tbh – tT1 ∆t1: hiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a tbh vµ nhiÖt ®é phÝa têng tiÕp xóc víi níc ngng. Chän ∆t1 = 5,2oC Ta cã nhiÖt ®é thµnh èng phÝa h¬i ngng tô lµ: tT1 = tbh - ∆t1 tT1 = 119,6 – 5,2 = 114,4oC Trêng §HBK – Hµ Néi - 60- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn NhiÖt ®é mµng níc ngng tô lµ tm = 0,5.(114,4 + 119,6) = 117oC Víi tm = 117oC. Néi suy trong [II – 29] ta ®îc A = 186,65 T¹i tT1 = 114,4oC ta cã r = 2217,497.103 J/kg VËy hÖ sè cÊp nhiÖt phÝa h¬i ngng tô lµ: α1 = 2,04.186,65.4 2217,497.10 3 5,2.1,5 α1 = 8792,25 w/m2.®é - NhiÖt t¶i riªng vÒ phÝa h¬i ngng tô q1 = α1.∆t = 8792,25.5,2 = 45719,7 w/m2 - HiÖu sè nhiÖt ®é ë hai bÒ mÆt thµnh èng ∆Tt = tT1 – tT2 = q1.Σr Víi Σr = r1 + δ + r2 λ [II – 3] Trong ®ã: r1, r2: nhiÖt trë cña cÆn bÈn b¸m vµo hai bªn thµnh èng phÝa h¬i ®èt vµ phÝa dung dÞch, m2.®é/w δ: chiÒu dµy cña thµnh èng, δ = 2,5.10-3m r1, r2 tra b¶ng PL.12 [III – 346] ta cã r1 = r2 =  Σr = 1 m2®é/w 5800 1 2,5.10 −3 1 + + = 3,948.10 −4 m2®é/w 5800 50 5800  ∆T1 = 45719,7.3,948.10-4 = 18oC - NhiÖt ®é thµnh èng phÝa dung dÞch tT2 = tT1 - ∆tT = 114,4 – 18 = 96,4oC - HiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a thµnh èng vµ dung dÞch. ∆t2 = tT2 – ttb = 96,4 – 46,341 = 50,059oC - HÖ sè cÊp nhiÖt α2 phÝa dung dÞch α2 = Nu.λ 150,49.0,219 = = 998,7 d ( 38 − 2.2,5).10 −3 - NhiÖt t¶i riªng tõ thµnh èng ®Õn dung dÞch q2 = α2.∆t2 = 998,7.28,189 = 28143,55 w/m2 Trêng §HBK – Hµ Néi - 61- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc Ta cã:  q1 − q 2 q1 = 45719,7 − 28143,55 45719,7 NguyÔn §øc Toµn = 0,038 < 5% VËy chän ∆t1 = 5,2oC lµ phï hîp - NhiÖt t¶i riªng trung b×nh qtb = q1 + q 2 45719,7 + 44211,91 = = 44965,805 w/m2 2 2 * BÒ mÆt chuyÒn nhiÖt. F = Q 528033,856 = = 14,3 m2 qtb 36931,625 * Tæng sè èng n. - Tæng sè èng n ®îc tÝnh theo c«ng thøc. n= F f Trong ®ã: f: diÖn tÝch xung quanh cña mét èng, m2 f = π.dn.h, m2 f = 3,14.0,038.1,5 = 0,17898 ⇒n = F 14,3 = = 80 èng f 0,17898 Quy chuÈn n = 61 èng b¶ng V.11 [II – 48] Ta bè trÝ èng s¾p xÕp theo h×nh 6 c¹nh gåm 5 h×nh. Sè èng trªn ®êng xuyªn t©m cña h×nh 6 c¹nh lµ b ®îc tÝnh theo. b = 2a – 1 a ®îc tÝnh theo c«ng thøc: n = 3a(a - 1) + 1 [II – 48]  91 = 3a(a - 1) + 1  a2 – a – 30 = 0  a = 6 vµ a = - 4 VËy b = 2.6 – 1 = 11 èng - Sè ng¨n n= ω ωt ωt: tèc ®é chÊt láng thùc tÕ ch¶y trong èng, m/s. Trêng §HBK – Hµ Néi - 62- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc ωt =  GF nt .3600.ρ. π 4 NguyÔn §øc Toµn d2 12600.4 = 0,0547 ωt = 91.3600.821,89. 3,14 0,033 2 m/s 4 Theo lý thuyÕt ta chän: ωt = 0,2 m/s. Do lý thuyÕt lín h¬n thùc tÕ nªn ta ph¶i chia ng¨n. * Sè ng¨n. m = ωlt 0,2 = = 3,65 ωt 0,0547 Theo nguyªn t¾c sè ng¨n ph¶i ch½n nªn ta chän m = 4 ng¨n. * TÝnh ®êng kÝnh thiÕt bÞ. D = t(b – 1) + 4.dn [II - 49] Trong ®ã: t lµ bíc èng, t = (1,2 ÷ 1,5).dn Chän t = 1,5 dn = 1,5.0,038 = 0,057 m  D = 0,057(11 – 1) + 4.0,038 = 0,722 m. VËy thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu cã c¸c th«ng sè sau: F = 14,3 m2 L = 1,5 m dn =38 mm D = 722 mm n = 91 èng m = 4 ng¨n II. TÝnh b¬m vµ thïng cao vÞ. - §Ó tÝnh b¬m vÒ b¬m trong viÖc ®a hçn hîp ®Çu lªn thïng cao vÞ ®¶m b¶o yªu cÇu c«ng nghÖ th× ta ph¶i tÝnh c¸c trë lùc cña ®êng èng ®Én liÖu cña thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu tõ ®ã tÝnh gia chiªï cao thïng cao vÞ so víi vÞ trÝ ®Üa tiÕp liÖu vµo th¸p. Cuèi cïng, tÝnh c«ng suÊt vµ ¸p suÊt toµn phÇn cña b¬m. Chän b¬m ly t©m. - TÝnh to¸n. - ¸p suÊt toµn phÇn cÇn thiÕt ®Î kh¾c phôc tÊt c¶ søc c¶n thuû lùc trong hÖ thèng (kÓ c¶ èng ®Én vaß thiÕt bÞ) khi dßng ch¶y ®¼ng nhiÖt. ∆P = ∆P® + ∆Pm + ∆PH + ∆Pc + ∆Pk + ∆Pt , N/m3 Trêng §HBK – Hµ Néi - 63- [I – 376] Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Trong ®ã: - ∆P® : ¸p suÊt ®éng lùc häc lµ ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó t¹o tèc ®é cho dßng ch¶y ra khái èng dÉn, N/m3 ∆P® = ρ.ω2 2 N/m3 [I – 376] ρ: khèi lîng riªng cña chÊt láng trong èng, kg/m3 ω: tèc ®é dßng ch¶y, m/s - ∆Pm: ¸p suÊt ®Ó kh¾c phôc trë lùc ma s¸t khi dßng ch¶y æn ®Þnh trong èng th¼ng, N/m3 ∆Pm = λ. L L ρ.ω2 . = λ. d .∆P® , N/m2 d td 2 td [I – 377] λ: hÖ sè ma s¸t L: chiÒu dµi èng, m dt®: ®êng kÝnh t¬ng ®¬ng cña èng, m - ∆Pc : ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó kh¾c phôc trë lùc côc bé, N/m3 ∆Pc =ξ. ω2 .ρ 2 = ξ.∆Pd , N/m2 [I – 377] Víi ξ: hÖ sè trë lùc côc bé. - ∆PH: ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó n©ng cao chÊt láng lªn cao hoÆc ®Ó kh¾c phôc ¸p suÊt thuû tÜnh. ∆PH = ρ.g.H, N/m2 [I – 377] - ∆Pt, ∆Pk: lµ ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó kh¾c phôc trë lùc trong thiÕt bÞ vµ ¸p suÊt bæ xung ë cuèi èng dÉn trong nh÷ng trêng hîp cÇn thiÕt. Trong trêng hîp tÝnh to¸n gi¸ trÞ nµy bá qua. 1. Trë lùc cña ®o¹n èng tõ thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu tíi th¸p. * TÝnh ∆P® . - Khèi lîng riªng cña dung dÞch t¹i tos = tF = 97,6oC Trong phÇn tÝnh to¸n c¬ khÝ cho èng dÉn liÖu, ta ®· tÝnh ®îc ρ = 791,86 kg/m3 - Tèc ®é trung b×nh cña lu thÓ. ω= 4.V π.d 2. 3600 Trêng §HBK – Hµ Néi [I – 369] - 64- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc ω=  NguyÔn §øc Toµn 4.F π.d 2. 3600 d = 150 mm (®êng kÝnh èng dÉn liÖu, ®· tÝnh ë phÇn c¬ khÝ). 4.F 4.12600 ω = π.d 2. 3600 = 3,14.(0,15) 2 .791,86.3600 = 0,25 m/s ⇒ ∆Pd = 791,86.0,25 2 = 24,75 N/m3 2 * TÝnh ∆Pm. ∆Pm = λ. L L ρ.ω2 . = λ. d .∆P® N/m2 d td 2 td Chän chiÒu dµi èng dÉn L = 3 m §êng kÝnh t¬ng ®¬ng cña èng dtd = d = 0,2m - ChuÈn sè Re cña lu thÓ. Re = ω.d .ρ µ [I – 399] µ: ®é nhít cña hçn hîp ë t = 97,6oC lgµhh = xtb.lgµA+ (1 - xtb).lgµB [I – 84] T¹i to = 97,6oC. Néi suy theo b¶ng I.101, [I – 91] ta ®îc µA = 0,2676.10-3 Ns/m2 µB = 0,27676.10-3 Ns/m2  lgµhh = 0,6485.lg(0,2676.10-3) + (1 – 0,6485)lg(0,27676.10-3)  µhh = 0,27.10-3 Ns/m2 Re = ω.d .ρ 0,25.0,15.791,86 = = 109980,55 > 10 4 −3 µ 0,27.10 VËy dßng ch¶y trong èng lµ chÕ ®é ch¶y xo¸y, khi ®ã hÖ sè ma s¸t λ ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau:  6,81  = −2 lg   λ   Re  0,9 1 + ∆  3,7   [I – 380] ∆: ®é nh¸m t¬ng ®èi, x¸c ®Þnh theo ∆= ε [I – 380] d td Tra b¶ng II.15, [I – 381], víi lo¹i èng tr¸ng kÏm ta ®îc ε = 0,1mm ∆= ε d td = Trêng §HBK – Hµ Néi 0,1.10 −3 = 5.10 −4 0,2 - 65- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc ⇒ NguyÔn §øc Toµn   6,81  = −2 lg   λ  109980,55  0,9 1 + −4 5.10 3,7      λ = 0,03299  ∆Pm = 0,03299. 3 .24,75 =12,25 N/m2 0,2 * TÝnh ∆Pc. - Trªn èng cã: + 3 khuûu 90o, mçi khuûu do 3 khuûu 30o t¹o thµnh Chän a/b = 1 => ξ1 = 0,3.3 = 0,9 [I – 394] + 2 èng nèi cong cã gãc θ = 90o ë θ = 90o => A = 1 R/dtd = 2 => B = 0,15 a/b = 1 => C = 1  ξ2 = 0,15 + 1 van tiªu chuÈn, ξ3 = 4,9 [I – 397]  ξ = 3.ξ1 + 2.ξ2 + ξ3 = 3.0,9 + 2.0,15 + 4,9 = 7,9  ∆ Pc = ξ.∆Pd = 7,9.24,75 = 195,525 N/m2 VËy ¸p suÊt tæng céng lµ ∆P1 = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc = 24,75 + 12,25 + 195,525 = 232,525 N/m2 - ChiÒu cao cét chÊt láng t¬ng øng víi ∆P1 lµ: H1 = ∆P1 235,525 = = 0,0299 m ρ.g 791,86.9,81 2. Trë lùc cña èng dÉn tõ thïng cao vÞ ®Õn thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu. * TÝnh ∆Pd: - Khèi lîng riªng cña hçn hîp lµ: a 1 − a1 1 = 1 + ρ ρA ρB Víi to = 20oC. Néi suy theo b¶ng I.2 [I – 9] ta ®îc ρA = 879kg/m3 ρB = 866kg/m3 Trêng §HBK – Hµ Néi - 66- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  0,28 1 − 0,28 ⇒ = + ρ 879 866 1  ρ = 869,61 kg/m3 - Tèc ®é cña dung dÞch ch¶y trong èng lµ: 4.F 4.12600 ω = π.d 2. 3600 = 3,14.(0,15) 2 .869,61.3600 = 0,2279 m/s ⇒ ∆Pd = 869,61.0,2279 2 = 22,58 N/m3 2 * TÝnh ∆Pm. - ChuÈn sè Reynon cña lu thÓ. Re = ω.d .ρ µ [I – 399] µ: ®é nhít cña hçn hîp ë t = 20oC lgµhh = xtb.lgµA+ (1 - xtb).lgµB [I – 84] T¹i to = 20oC. Néi suy theo b¶ng I.101, [I – 91] ta ®îc µA = 0,65.10-3 Ns/m2 µB = 0,586.10-3 Ns/m2  lgµhh = 0,6485.lg(0,65.10-3) + (1 – 0,6485)lg(0,586.10-3)  µhh = 0,627.10-3 Ns/m2 Re = ω.d .ρ 0,2279.0,15.869,61 = = 47411,92 > 10 4 µ 0,627.10 −3 VËy dßng ch¶y trong èng lµ chÕ ®é ch¶y xo¸y, khi ®ã hÖ sè ma s¸t λ ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau:  6,81 0,9 ∆ = −2 lg   +  3,7  λ   Re   1 [I – 380] Cã ∆ = 5.10-4  6,81 0,9 5.10 −4  ⇒ = −2 lg   +  3,7  λ   47411,92   1  λ = 0,0227 Chän chiÒu dµi ®o¹n èng lµ L = 15m  ∆Pm = 0,0227. 15 .24,75 = 56,1825 N/m2 0,15 * TÝnh ∆Pc: Trêng §HBK – Hµ Néi - 67- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn - Trë lùc côc bé qua c¸c ®o¹n èng lµ : + Trë lùc vµo èng, ta cã thÓ chän ξ1 = 0,52 + 2 khuûu 90o, mçi khuûu do 3 khuûu 30o t¹o thµnh Chän a/b = 1 => ξ2 = 0,3.3 = 0,9 [I – 394] + 1 van tiªu chuÈn, ξ3 = 4,9 [I – 397] ξh = ξ1 + 2.ξ2 + ξ3 = 0,52 + 2.0,9 + 4,9 = 7,22 ∆Pc = ξ . ∆P® = 7,22.24,75 = 178,695 N/m2 ∆P2 = ∆P® + ∆Pm + ∆Pc = 24,75 + 56,1825 + 178,695 = 259,6275 N/m2 - ChiÒu cao cét chÊt láng t¬ng øng lµ: H2 = ∆P2 259,6275 = = 0,03 m ρ.g 869,6.9,81 3. Trë lùc cña thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu. * TÝnh ∆P®: - Tèc ®é lu thÓ trung b×nh ®i trong èng lµ: ω= V f V: thÓ tÝch cña hçn hîp V = F , m2/s 3600.ρtb f: tiÕt diÖn cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. f = n π.d 2 . , m2 m 4 n: sè èng cña thiÕt bÞ gia nhiÖt, cã n = 91 èng m: sè ng¨n cña thiÕt bÞ gia nhiÖt, cã m = 4 ng¨n Khèi lîng riªng cña lu thÓ ë totb = 68,22oC, ®· tÝnh ®îc ë phÇn tÝnh thiÕt bÞ phô, ta cã ρtb = 812,89 kg/m3. V = f = ω= 12600 = 4,258.10 −3 m2/s 3600.812,89 91 3,14.0,033 2 . = 0,013 m2 4 4 7,3.10 −3 = 0,562 m/s 0,013 Trêng §HBK – Hµ Néi - 68- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc ⇒ ∆Pd = NguyÔn §øc Toµn  2 821,866.0,562 = 129,79 N/m2 2 * TÝnh ∆Pm: - ChuÈn sè Reynon cña lu thÓ. Re = ω.d .ρ µ [I – 399] ë to = 46,341oC cã µ = 0,3686.10-3 Ns/m2 0,562.821,866.0,033 = 41351,945 > 10 4 −3 0,3686.10 Re = VËy dßng ch¶y trong èng lµ chÕ ®é ch¶y xo¸y, khi ®ã hÖ sè ma s¸t λ ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau:  6,81  = −2 lg   λ   Re  0,9 1 ξ ∆ = d = + ∆  3,7   [I – 380] 0,1.10 −3 0,033 0,9  6,81 0,1.10 −3   ⇒ = −2 lg   +  3,7.0,033  λ   41351,945   1 λ = 0,029 ∆Pm = λ. L .∆Pd d L = 4.1,5 = 6 m ∆Pm = 0,029. 6 .129,79 = 684,35 0,033 N/m2 * TÝnh ∆Pc. - Khi dßng ch¶y qua thiÕt bÞ gia nhiÖt, ph¶i qua c¸c ng¨n vµ nhiÒu chç ngoÆt, ®ét thu, ®ét më. Ta cã tiÕt diÖn cöa vµo thiÕt bÞ b»ng tiÕt diÖn cöa ra thiÕt bÞ . f1 = π .d 2 4 = 3,14.0,2 2 = 0,0314 m2 4 TiÕt diÖn kho¶ng trèng ë 2 ®Çu thiÕt bÞ ®èi víi mçi ng¨n lµ : f2 = π .D 2 1 4 . m = 3,14.0,608 2 1 . = 0,0725 m2 4 4 TiÕt diÖn èng truyÒn nhiÖt cña mét ng¨n lµ: f3 = π.d 2 n 4 Trêng §HBK – Hµ Néi . m = 3,14.0,033 2 61 . = 0,013 m2 4 4 - 69- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  Khi dßng ch¶y vµo thiÕt bÞ gia nhiÖt, tøc lµ ®ét më. f1 0,0314 = = 0,43 f 2 0,0725  ξ1 = (1 – 0,43) = 0,57 Khi dßng ch¶y ®i tõ c¸c kho¶ng trèng vµo c¸c ng¨n, tøc lµ ®ét thu 2 lÇn. f3 0,013 = = 0,179 f 2 0,0725  ξ2 = 0,4542 Khi dßng ch¶y tõ c¸c ng¨n ra kho¶ng trèng, tøc lµ ®ét më 2 lÇn.  ξ3 = (1 - 0,179)2 = 0,821 Khi dßng ch¶y ra khái thiÕt bÞ, tøc lµ ®ét thu. Víi f1 = 0,43 . Tra b¶ng II.16, [I-388] f2  ξ4 = 0,328 Tõ ng¨n nä sang ng¨n kia lu thÓ ®æi chiÒu 180o  ξ5 = 3,6  ξ = ξ1 + 4.ξ2 + 4ξ3 + ξ4 + 1.ξ5  ξ = 0,57 + 4.0,4542 + 4.0,821 + 0,328 + 3,6 = 9,5988  ∆Pc = ξ . ∆P® = 9,5988.129,79 = 1245,828 N/m2 * Trë lùc thuû tÜnh: ∆PH = ρ.g h = 821,866.9,81.1,5 = 12093,758 N/m2  ∆P3 = ∆P® + ∆Pm + ∆Pc +∆PH = 129,79 + 684,35 + 1245,828 + 12093,758 = 14153,726 N/m2 - ChiÒu cao cét chÊt láng t¬ng øng víi ∆P3 lµ:  H3 = ∆P3 14153,726 = = 1,76 m ρ.g 821,866.9,81 4. TÝnh chiÒu cao cña thïmg cao vÞ so víi ®Üa tiÕp liÖu: ViÕt ph¬ng tr×nh Becnuly cho ®iÓm B: Chän mÆt chuÈn O - O. XÐt t¹i 1-1 tacã; Pa ρ 20o C .g + z = C = cos nt Trêng §HBK – Hµ Néi (1) - 70- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  XÐt t¹i B tacã; Pa ω F2 + + hm = C = cos nt 2.g ρ 96,7 C .g (2) o Tõ (1) vµ (2) ω2 P P a a F + hm  ρ . g + z = 2. g + ρ .g 96 , 7 C 20 C o o ωF2 P P a a + hm z = 2. g + ρ .g ρ20 C .g 96 , 7 C o o Pa = 9,81.104 N/m2  PB = Pa + ∆PL = 98100 +4030,044 = 102130,044 N/m2 ρ20 C = 869,8 kg/m3 o ρ86 , 7 o C = 791, 68 kg/m3 ωF = 0,25 m/s hm =H1 + H2 + H3 = 0,0299 + 0,03 + 1,54 hm = 1,5999 m z= 0,25 2 98100.4030,044 98100 + − +1,5999 = 3,26 2.9,81 791,86.9,81 868,6.9,81 m 5. TÝnh b¬m. B¬m ly t©m lµm viÖc ë ¸p suÊt thêng, chän chiÒu cao hót cña b¬m ë to = 20oC lµ 0,5 m b¶ng II.34 [I - 441]. ë chiÒu cao nµy b¬m lµm viÖc tuÇn hoµn ®¶m b¶o vµ kh«ng x¶y ra hiÖn tîng x©m thùc. - ChiÒu cao ®Èy cña b¬m lµ. H® = Hc + Z = (0,6 + 1,47 + 1,525) + 3,26 = 6,855 m - ChiÒu cao lµm viÖc cña b¬m lµ. Trêng §HBK – Hµ Néi - 71- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc NguyÔn §øc Toµn  HF = H® + Hh = 6,855 + 0,5 = 7,355 m * Tæn thÊt ¸p suÊt trªn ®êng èng. ∆P® = ρ.ω 2 2 = 869,6.0,2279 2 = 22,583 N/m3 2 * TÝnh ∆Pm: - ë phÇn tæn thÊt ¸p suÊt tõ thïng cao vÞ ®Õn thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu ta tÝnh ®îc. Re = 47411,92 λ = 0,0227 - ChiÒu dµi èng. L = H + 0,8 = 7,355 + 0,8 = 8,155 m  ∆Pm = 0,0227. 8,155 .22,583 = 27,87 0,15 N/m2 * TÝnh ∆Pc: - Trªn ®êng èng cã 2 khuûu 90o , mçi khuûu do 3 khuûu 30o t¹o thµnh.  ξ1 = 3.0,3 = 0,9 - Cã 2 van tiªu chuÈn: ξ2 = 4,9 ξ = ξ1 + ξ2 = 2.0,9 + 2.4,9 = 11,6 N/m2 ∆Pc = 11,6.22,583 = 261,96 N/m2 ∆P = ∆P® + ∆Pm + ∆Pc = 22,583 + 27,87 + 261,96 = 312,413 N/m2 . - ChiÒu cao cét chÊt láng t¬ng øng lµ: ∆P Hm = ρ.g = 312,413 = 0,0366 869,6.9,81 m - ¸p suÊt toµn phÇn cña b¬m lµ: H = HF + Hm = 7,355 + 0,0366 = 7,3916 m - C«ng suÊt cña b¬m lµ: N = Q.ρ.g .H 1000.η , kw [I – 439] Trong ®ã: Q: n¨ng suÊt cña b¬m, m3/s ρ: khèi lîng riªng cña chÊt láng, kg/m3 g: gia tèc träng trêng, m/s2 H: ¸p suÊt toµn phÇn cña b¬m, m η: hiÖu suÊt chung cña b¬m η = ηo . ηtl . ηck Ta chän: hiÖu suÊt thÓ tÝch ηo = 0,96 hiÖu suÊt thuû lùc ηtl = 0,85 hiÖu suÊt c¬ khÝ ηck = 0,96  η = 0,96 . 0,85 . 0,96 = 0,78 Q= F ρ.3600 Trêng §HBK – Hµ Néi , m3/s - 72- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn VËy n¨ng suÊt cña b¬m lµ: N = F ..g.H 12600.9,81.7,3916 = = 0,325 kw 1000.3600.η 1000.3600.0,78 - C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn N dc = N , kw ηtr .ηdc [I – 439] Víi ηtr: hiÖu suÊt truyÒn ®éng, chän ηtr = 1 η®c: hiÖu suÊt ®éng c¬ ®iÖn, chän η®c = 0,8 ⇒ N dc = N 0,325 = = 0,41 kw ηtr .ηdc 1.0,8 Trong thùc tÕ chän ®éng c¬ ®iÖn cã c«ng suÊt lín h¬n tÝnh to¸n Nc®c = β.N®c [I – 439] Dùa vµo b¶ng II.33 [I – 439], cã N®c < 1 th× hÖ sè dù tr÷ β =1,5  Nc®c = 1,5.0,41 = 0,615 kw VËy ta chän b¬m cã c«ng suÊt lµ 1,1 kw. PhÇn VI. KÕt luËn Qua mét thêi gian lµm viÖc kh¸ nghiªm tóc, víi sù híng dÉn trùc tiÕp vµ nhiÖt t×nh cña c« Lª Ngäc Thôy còng nh c¸c thÇy c« trong bé m«n Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ Ho¸ Häc, em ®· hoµn thµnh b¶n ®å ¸n m«n häc, víi néi dung tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ th¸p chng luyÖn liªn tôc lo¹i th¸p ®Öm ®Ó ph©n t¸ch hçn hîp Benzen – Toluen. C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n ®îc tra cøu trong sæ tay vµ nh÷ng tµi liÖu ®óng qui ®Þnh, ®¶m b¶o viÖc tÝnh to¸n chÝnh x¸c vµ hîp lý. KÕt qu¶ tÝnh to¸n trong b¶n thuyÕt minh nµy cïng víi b¶n vÏ thuyÕt tr×nh cã thÓ cã chç nhÇm lÉn, ®ã lµ nh÷ng khiÕm khuyÕt kh«ng thÓ bá qua ®îc. Tuy nhiªn do lÇn ®Çu lµm quen víi qu¸ tr×nh tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ do ®ã nhÇm lÉn lµ ®iÒu kh«ng tr¸nh khái. Em rÊt mong c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n bá qua. ViÖc lµm ®å ¸n m«n häc nµy ®· thùc sù ®em l¹i hiÖu qu¶ cho em nãi riªng vµ cho sinh viªn trong ngµnh nãi chung, th«ng qua ®ã, sinh viªn n©ng cao ®îc kü n¨ng tÝnh to¸n còng nh biÕt c¸ch nh×n nhËn vÊn ®Ò thiÕt kÕ mét c¸ch hÖ thèng, ®Æc biÕt gióp cho sinh viªn biÕt c¸ch sö dông, tra cøu tµi liÖu. Cã thÓ nãi r»ng ®©y lµ mét sù chuÈn bÞ tèt cho viÖc lµm ®å ¸n tèt nghiÖp s¾p tíi. Tuy nhiªn, do h¹n chÕ vÒ thêi gian còng nh tr×nh ®é nªn b¶n thuyÕt m×nh nµy cña em cßn thiÕu râ rµng m¹ch l¹c trong viÖc tr×nh bµy, vµ còng kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt. Em rÊt mong ®îc sù th«ng c¶m vµ gióp ®ì chØ b¶o cña c¸c thÇy, c¸c c« vµ c¸c b¹n. Trêng §HBK – Hµ Néi - 73- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Tµi liÖu tham kh¶o I- TËp thÓ t¸c gi¶ Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ hãa chÊt tËp 1 Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt, 1992 II - HiÖu ®Ýnh Pts TrÇn Xoa, Pts NguyÔn Träng Khu«ng, Pts Ph¹m Xu©n To¶n Sæ tay qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ c«ng nghÖ hãa chÊt tËp 2 Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt, 1999 III - Gs – Ts NguyÔn Bin TÝnh to¸n qu¸ tr×nh, thiÕt bÞ trong c«ng nghÖ ho¸ chÊt vµ thùc phÈm tËp 1 Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt, 1999 IV - Gs – Ts NguyÔn Bin TÝnh to¸n qu¸ tr×nh, thiÕt bÞ trong c«ng nghÖ ho¸ chÊt vµ thùc phÈm tËp 2 Trêng §HBK – Hµ Néi - 74- Líp Ho¸ GiÊy - K44 §å ¸n m«n häc  NguyÔn §øc Toµn Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt, 1999 V - Nhãm t¸c gi¶ Bé m«n m¸y ho¸ Híng dÉn thiÕt qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ chuyÓn khèi tËp 2 Trêng ®¹i häc B¸ch Khoa xuÊt b¶n, 1975 VI - V¬ng §×nh Nh©n Sæ tay kü s ho¸ Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o Dôc, 1961 Trêng §HBK – Hµ Néi - 75- Líp Ho¸ GiÊy - K44
- Xem thêm -