Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 3: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Chương 3: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

CA20 = 2570 J/kg.độ , CA40 = 2670 J/kg. độ

= > Nhiệt dung riêng của metylic ở 250C là:

40



25

A



C



= C



20

A



20



C − CA

+ A

(25 − 20) = 2570 + 5.5 = 2595 J / kgdo

40 − 20



*Nhiệt dung riêng của nước ở 25oC:

Ta có nhiệt dung riêng của nước ở 250C là CB25 = 0,99892 kcal/kg.độ = 4182,3

J/kg.độ (Tra bảng I.147, trg 165, [1]).

Vậy



Cf = 0,15.2595 + (1-0,15).4182,3 = 3944.21 J/kg.độ

Qf = 2500.3944,21.25 = 246513,1 kJ/h



3. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi QF:

QF = F.CF . tF , J/h (Công thúc IX.152, trg 196, [2].

Với



CF: nhiệt dung riêng hỗn hợp đi ra thiết bị đun sơi.

tF = 880C



Ta có :



CF = aF.CA + (1-aF).CB

CA ,CB :nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 88oC.



Tra bảng nhiệt dung riêng và theo phương pháp nội suy ta có:

Nhiệt dung riêng của metylic ở 88oC:

100



CA88 = CA80 +



80



CA − CA

2965 − 2860

(88 − 80) = 2860 +

.8 = 2902 J / kgdo

100 − 80

20



Nhiệt dung riêng của nước ở 88oC:

CB88 = 1,00457 kcal/kg.độ = 4205,93 J/kg.độ

=>



CF = 0,15.2902 + 0,85.4205,93 = 4010,34 J/kg.độ

Vậy



QF = 2500.4010,34.88 = 882274,8 kJ/h .



4. Nhiệt lượng tổn hao ra môi trường xung quanh Qm:

Qm = 0,05.QD1

Thay vào (*):

QD1 + Qf = QF + 0,05.QD1



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

25



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

=>



QD1 =



QF − Q f

0,95



= 669222,84kJ / h



= 185895,23 (W)

=>



Qm = 0,05.669222,84 = 33461,142 kJ/h

5. Lượng hơi đốt cần dùng để đun sôi hỗn hợp đầu:

QD1 = D1.r1



=>



D1 =



QD1 669222,84

=

= 299,94 Kg / h

r1

2231,2



3.2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện:

Phương trình cân bằng nhiệt của tháp chưng luyện:

QF +QD2 + QR = Qh + QW + Qm



(** )



1. Lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp QR:

QR = CR.D.RX.tR J/h (Công thức IX.158, trg 196, [2])

Với



RX: chỉ số hồi lưu, RX = 2,224

D: lượng sản phẩm đỉnh, D = 344,83 kg/h

tR: nhiệt độ lỏng hồi lưu, tR = tD = 67oC

CR: nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu

CR = aP .CA + (1-aP).CB

CA,CB :nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 67oC



Tra bảng nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 60 oC và 80oC, theo phương pháp

nội suy ta có:

80



CA67 = CA60 +

= 2760 +



60



CA − CA

(67 − 60)

80 − 60



2860 − 2760

(67 − 60) = 3110 J / kg.do

20



CB67 =1,00091 kcal/kg. độ

= 4190,61 J/kg.độ



CR = 3218,061 J/kg độ



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

26



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Vậy



QR = 3218,061.344,83.2,224.67 = 165351,79 KJ/h



2. Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW:

QW = GW.CW.tW , J/h (Công thức IX, trg 197, [2])

Với



GW: lượng sản phẩm đáy, GW = 2155,17 kg/h

CW: nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy

tW:



nhiệt độ sản phẩm đáy , tW = 97oC.



Nhiệt dung riêng của nước ở 97oC là:

CB97 = 1,00684 kcal/kg.độ = 4215,44 J/kg.độ

Do sản phẩm đáy có nồng độ metylic a W = 0,03 < 0,2 nên nhiệt dung riêng của sản

phẩm đáy được tính theo cơng thức I.43, trg 152, [1]:

CW = CB97(1- aW) = 4215,44.(1-0,03) = 4088,98 J/kg.độ

Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:

QW = 2155,17.4088,98.97 = 854807,36 kJ/h

3. Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng Qy:

Qy = P.(1+RX).λđ , J/h (Công thức IX.159, [2])

Với



P: lượng sản phẩm đỉnh, P = 344,83 kg/h.

λđ: nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp, được tính:

λđ = λA.aA + λB.(1-aA)

λA, λB: nhiệt lượng riêng của metylic và nước ở đỉnh tháp

aA: phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong sản



phẩm đỉnh, aA = 0,90.

Nnhiệt dung riêng một cấu tử được tính theo:

λ = r + C.t

với



r: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử đó.J/kg

C: nhiệt dung riêng của cấu tử ở nhiệt độ t = tP = 67oC



Nhiệt dung riêng của metylic ở 67oC:

CA = 3110 J/kg.độ

Nhiệt dung riêng của nước ở 67oC:



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

27



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

CB = 4190,61 J/Kg.độ

(Đã tính ở phần tính nhiệt lượng do lượng hồi lưu).

λđ = (rA + CA.tP).aA + (rB + CB.tP).(1 - aA)



=>



= rA.aA + rB.(1-aA) + [CA.aA + CB.(1-aA)].tP

=



r



+ [CA.aA + CB.(1-aA)].tP



Với r = rA.aA + rB.(1-aA) là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp, đã tính ở phần tính đường

kính đoạn luyện:

rđ = 292,078 kcal/kg = 1222872,17 J/kg

λđ = 1222872,17 + (3110.0,90 + 4190,61.0,1).67



=>



= 1438482,257 J/kg

Vậy nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi đỉnh tháp:

Qy = 344,83.(1 + 2,224).1438482,257 =1599206,641 kJ/h.

4. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào để đun sôi hỗn hợp ở đáy tháp QD:

Nhiệt lượng tổn hao Qm = 0,05.QD2 , thay vào (**), ta được:

QD 2 =



=



(Q y + Qw) − (QF + QR )

0,95



(1599206,641 + 854807,36 ) − (882274,8 + 165351,79 )

= 1480407,801 kJ/h

0,95



=

Do đó lượng hơi đốt sử dụng:

D2 =



QD 2 1480407,801

=

= 663,503kg / h

r1

2231,2



Lượng nhiệt tổn hao:

Qm = 0,05.QD2 = 74020,39 kJ/h

3.3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tu hồi lưu:

Ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh.

P.(RX+1).r = Gn1.Cn(t2 - t1) (Cơng thức IX.164, [2])



SVTH: Đinh Hồng Thảo

28



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Với



P:



lượng sản phẩm đỉnh, P = 344,83 kg/h



RX: chỉ số hồi lưu, RX = 2,224

Gn1: lượng nước cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu.

t1, t2: nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ hồi lưu,

chọn t1 = 25oC, t2 = 45oC.

= > Nhiệt độ trung bình trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu: ttb=



t1 + t 2

= 35 o C

2



Cn: nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình 35 oC, theo

bảng I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tập 1 thì Cn = 0,99859 kcal/kg.độ

=> Cn = 4180,89 J/kg.độ

r:



ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đi ra khỏi đỉnh tháp, đã tính trong



phần đường kính đoạn luyện, r = 292,078 kcal/kg = 1222872,17 J/kg.

Vậy lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu:

Gn1 =



P.( R X + 1).r 344,83.(2,224 + 1).1222872,17

=

= 16258,57kg / h

C n .(t 2 − t1 )

4180,89(45 − 25)



3.4. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:

Dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm.

P.CP.(t’1-t’2) = Gn2.Cn(t2-t1) (Công thức IX.167, trg 198, [2]).

Với



làm lạnh ,



Gn2:



lượng nước lạnh dùng cho thiết bị, kg/h



CP:



nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ, J/kg.độ



t’1, t’2: nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh khi qua thiết bị

t’1 = 67oC , t’2 = 35oC .



t1,t2:

= 45 C . => ttb = 35oC.



nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh , chọn t 1 = 25oC , t2



o



Cn:



nhiệt dung riêng của nước ở 35oC, Cn = 4180,89 J/kgđộ



CP:



nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ở ttb =



67 + 35

= 510 C .

2



Tính nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh ở 51oC:



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

29



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

CP = aA.CA + (1-aA).CB

(Tra bảng I.154, trg 172, [1]) ta có nhiệt dung riêng của rượu metylic theo nhiệt độ:

CA40 = 2670 J/kg.độ, CA60 = 2760 J/kg.độ

60



=>



51

A



C



40

A



=C



40



C − CA

+ A

(51 − 40)

60 − 40



= 2670 +



2760 − 2670

(51 − 40) = 2719,5 J/kg.độ

60 − 40



Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ 51oC:

CB51 = 0,99926 kcal/kg.độ = 4183,7 J/kg.độ

Vậy



CP = 0,90.2719,5 + 0,10.4183,7 = 2865,92 J/kg.độ



Lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị làm lạnh:

kg/h.



Nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

30



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa



Chương 4: TÍNH KẾT CẤU CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN

4.1. Kết cấu dĩa phần luyện:

1. Tính tốn: Các cơng thức có giá trị sau được tra ở trang 236, [2]:

-



Đường kính ống hơi của chóp dh = 50 mm = 0,05 m



-



Số chóp phân bố trên đĩa:

n = 0,1.



Với D:



D2

2

dh



đường kính trong của tháp, m



dh: đường kính ống hơi của chóp, m

2



 0,65 

n = 0,1.

 = 16,9 Chọn n = 17 (chóp ).

 0,05 



=>

-



Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi:

h2 = 0,25.dh = 0,25.0,05 = 0,0125 m = 12,5 mm.



-



Đường kính chóp:

d ch = d h + (d h + 2.δ ch ) 2

2



Với δch: chiều dày chóp, chọn δch = 2,5 mm

-



Vậy

d ch = 502 + (50 + 2.2,5) 2 = 74,33 mm

Khoảng cách từ mặt dĩa đến chân chóp:

S = 0 ÷ 25 mm , chọn S = 5 mm.



-



Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp:

h1 = 15 ÷ 40 mm , chọn h1 = 20 mm



- Chiều cao khe chóp:

ξ .ω y .ρ y

b=

(Công thức IX.215, trg 236, [2].

g .ρ x

4.Vy

2



Với



ωy =



3600.π .d h .n

2



; Vy - lưu lượng hơi đi trong đoạn luyện, m3/h ;



ξ - hệ số trở lực của đĩa chóp, chọn ξ = 2



SVTH: Đinh Hồng Thảo

31



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

ρx, ρy - khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và hơi, kg/m3.

ρx = 834,1026 kg/m3 ; ρy = 0,8951 kg/m3 .

*Tính Vy:

g tb



Vy = ρ



=



ytb



954,178

= 1066m 3 / h

0,8951



ρytb - khối lượng riêng trung bình pha hơi trong đoạn luyện, kg/m3.





ωy =



4 × 1066

= 8,87 m/s

3600.π .0,05 2.17



⇒ Chiều cao của khe chóp

b=

-



2.8,87 2.0,8951

= 0,017m = 17 mm

9,81.834,1026



Số lượng khe hở của mỗi chóp:

2

π

dh

i=



c



(d ch −



4.b



)



Với gtb - lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kg/h

Với c - khoảng cách giữa các khe, chọn c = 3 mm.



-



i=



π

0,05 2

(0,07433 −

) = 39,32 ≈ 40 khe

0,003

4.0,017



Đường kính ống chảy chuyền:

dc =



4.G X

;

3600.π .ρ X .ωC .z



Với GX - lưu lượng lỏng trung bình đi trong doạn luyện, kg/h

GX = 609,35 kg/h.

ρX - khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện,

ρX = 834,1026 kg/m3

z - số ống chảy chuyền, chọn z = 1.

ωC - tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, chọn ωC = 0,15 m/s.

Vậy

-



dC =



4.609,35

= 0,042m

3600.π .834,1026.0,15.1



Khoảng cách từ mép dưới ống chảy chuyền đến đĩa:

S1 =0,25.dC = 0,25.0,042 = 0,01037 (m) = 10,37 (mm).



-



Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa:



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

32



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 3: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×