Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Tải bản đầy đủ - 0trang

16 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



dưới lên. Lượng lỏng bị cuốn theo dòng hơi phải nhở hơn một giới hạn cho phép và

phải đảm bảo để trở lực của đĩa không được quá lớn.

Sử dụng phương trình Souders Brown có thể xác định tốc độ sặc thông qua hằng số

mâm Csb. Hằng số Csb được tính thơng qua phương trình Kister-Hass [6]:

Trong đó :

Csb : Hệ số sặc trong phương trình Souders – Brown, ft/s

dh : Đường kính lỗ , in – giả thiết dh = 0,5 in

: Sức căng bề măt, dyn/cm

TS: Khoảng cách giữa các đĩa , in - giả thiết TS = 24 in

hcl : chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa ở chế độ chuyển từ lớp bọt sang phun tia.

Giả thiết hcl = 2.5 in, SF = 0.9

Bảng 3.1. Tính tốn sơ bộ đường kính đĩa

Csb (ft/s)

Tốc độ sặc

Us (ft/s)

Diện tích sục khí thực

AN (ft2)

Diện tích chảy truyền lỏng

AD (ft2)

Diện tích tiết diện ngang

AT (ft2)

Đường kính tháp Dt (ft)

Dt (m)



Đoạn luyện

0.2064



Đoạn chưng

0.2066



0.6047



0.5374



57.51



45.24



4.33



7.73



61.85

8.87

2.70



52.98

8.21

2.50



Trong đồ án này, đường kính hai đoạn khác nhau khơng đáng kể. Chính vì vậy

đường kính hai đoạn sẽ được chọn bằng nhau.

Chọn đường kính tháp là 2.8 m = 9,19 ft



-Trang 16-



17 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



4.2. Sắp đặt sơ bộ mặt đĩa

4.2.1. Số đường đi của Lỏng

Giả thiết chiều dài ngưỡng chảy tràn : Lw = 0,8Dt = 0,8.9,19 = 7,349 (ft)

Từ cơng thức: , ta tính tốn được:

Bảng 3.2. Tính toán tải trọng lỏng theo 1 đơn vị chiều dài của ngưỡng chảy tràn

Đoạn chưng Đoạn luyện

972.53

1735.51

11.0276

19.6791



GPM

QL (gpm/in)



Như vậy sẽ tiến hành thiết kế đĩa có một đường đi của lỏng cho cả đoạn luyện và

đoạn chưng.

Tổng kết diện tích trên đĩa :

Bảng 3.3. Tổng kết diện tích trên mặt đĩa

Đoạn luyện



Đoạn chưng



57.51



45.24



Diện tích sục khí thực

AN (ft2)

Diện tích chảy truyền lỏng

AD (ft2)

Diện tích tiết diện ngang

AT (ft2)

Diện tích chảy truyền lỏng

ở mép trên : ADT (ft2)

Diện tích chảy truyền lỏng

mép dưới: ADB (ft2)

Diện tích sục khí của đĩa

AB (ft2)



Chú thích







CFS

( SF ).0,8.U S



GPM .2, 228.10 3

UD



4.33



7.73



61.85



52.98



=AN + AD



4.33



7.73



ADT = AD



4.33



7.73



57.61



50.81



ADB = AD

= AT – ADT - ADB



4.2.2. Khoảng cách giữa các mâm

Đối với đoạn chưng của tháp chọn sơ bộ khoảng cách giữa các mâm TS = 24 in là

phù hợp và đối với đoạn luyện cũng tương tự với TS = 24 in.

4.2.3. Các kích thước khác

Ở giai đoạn thiết kế sơ bộ các kích thƣớc sau đây có thể coi là phù hợp cho việc sắp

đặt mặt mâm:



 Phần diện tích lỗ: Af = 0,2



-Trang 17-



18 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



 Chiều cao ngưỡng chảy tràn ở cửa ra khỏi mâm của lỏng: hw = 2,5 in

 Chiều cao mức chất lỏng trong ở trên mâm: hcl = 2.5 in

 Bề dày của mâm (thép cacbon) tt = 0,25 in

4.2.4. Bước lỗ

Với đường kính của mỗi van được lựa chọn là dv = 1.9 in thì ta có thể tính tốn được

bước lỗ theo công thức:

p  0.951



dv

Af



 0.951



1.9

 3.8(in)

0.2



4.2.5. Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền

Chiều dài ngưỡng chảy tràn (Lw) và chiều rộng kênh chảy truyền (Wdc)

Ta tính dựa vào tỉ lệ AD/AT. để suy ra tỉ lệ so với đường kính theo đồ thị sau:

Hình 3. Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % diện tích đĩa và kích thước

của kênh chảy truyền hình viên phân



-Trang 18-



19 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



Bảng 3.4. Bảng tính tốn đường đi của lỗ trên mâm

Đoạn luyện Đoạn chưng

AD/AT (%)

DT (in)

Lw viên phân

(in)

WDC viên phân

(in)

Đường đi của

lỏng trên mâm

FPL (in)



6.54



11.67



Chú thích

Nằm trong khoảng 5 – 15% nên phù

hợp



110.24

70.33



82.68



Tra đồ thị để có tỉ lệ Lw/DT



12.79



18.63



Tra đồ thị để có tỉ lệ WDC/DT



97.45



91.61



FPL = DT – Wdc , phải lớn hơn 18 in



Như vậy tất cả kết quả tính được đều thỏa mãn.

4.3. Vòng tính lặp 1

4.3.1. Kiểm tra sặc đĩa

Khi thiết kế tháp thường chọn tốc độ làm việc của tháp bằng khoảng 80% – 85% tốc

độ sặc đĩa. Đây là khoảng an tồn cần thiết do có thể có những sai số của các số liệu

cũng như các phương trình dùng để tính tốn – thiết kế. Ngồi ra, chọn giới hạn làm

việc trên cũng có thể tránh được sự giảm hiệu suất đĩa thường xảy ra ở ngay lân cận

điểm sặc.

hcl : Chiều cao lớp chất lỏng ở chế độ chuyển tiếp từ chế độ lớp bọt sang chế độ tia

và được tính theo cơng thức sau [6]



62, 2 0,5(1 n )



hcl  hH 2 O .(

)





L





0, 29. Af 0,791.d 0,833

h



hH 2 O 



0,59



1  0, 0036.QL . Af 1,79





với n = 0,0231



dh

Af



Trong đó: QL tải trọng lỏng, ft2/s

Af phần diện tích lỗ trên phần diện tích sục khí

Đối với mâm van, cũng có thể sử dụng cơng thức trên để dự đoán điểm sặc mâm

nhưng do chấp nhận các giả thuyết gần đúng nên các số liệu dự đốn có thể sai số

khoảng �10%.



-Trang 19-



20 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



Bảng 3.5. Kiểm tra sặc đĩa

Đoạn luyện

Tải trọng

QL (gpm/in)

QL (ft2/s)

Đường kính lỗ

dh (in)

Sức căng bề mặt

dyn/cm)

hcl (in)

hH2O (in)

hcl (in)

Tốc độ sặc

Us tính lại (ft/s)

Yếu tốc giảm tốc

SF

Thông số đặc trưng

cho tải trọng hơi

Cs (ft/s)

Thông số tại điểm sặc

đĩa C*sb (ft/s)

% sặc



Đoạn chưng



11,0276

0,29



19,6791

0,53



0,5



0,5



12,25

2,5

0,5726

0,7320



10,29

2,5

0,5751

0,7403



0,4354



0,3869



0,9



0,9



0.1486



0.1488



0.4304

34.53



0.4195

35.47



4.3.2. Kiểm tra tắt nghẽn kênh chảy truyền lỏng

Để kiểm tra kênh chảy truyền, sử dụng phương trình của Koch. Phương trình này

được thiết lập dựa vào thời gian lưu lớn nhất của lỏng trong kênh chảy truyền. Tiêu

chuẩn về thời gian lưu này cũng có thể biểu diễn qua tiêu chuẩn về tốc độ lớn nhất của

lỏng qua kênh chảy truyền. Phương trình Koch có dạng :



TS

QD max  448,8(

).SF,gpm/ ft 2

12.t R

Với :

tR: thời gian lưu của dòng lỏng trong kênh chảy truyền, s

TS: Khoảng cách giữa các đĩa, in

SF: Yếu tố giảm tốc



-Trang 20-



[6]



21 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



Tải trong làm việc của kênh chảy truyền QD :



QD 



GPM

, gpm / ft 2

AD



[6]



Thời gian lưu của dòng lỏng trong kênh chảy truyền được xác định qua đồ thị sau:

Hình 4. Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa hiệu số khối lượng riêng

hai pha và thời gian chất lỏng lưu trên đĩa [3]



Bảng 3.5. Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền lỏng

L - G (lb/ft )

tR (s)

TS (in)

SF

QD, max (gpm/ft2)

QD (gpm/ft2)

%Q

3



Đoạn luyên

33.07

5.13

24

0,9

157.4737

224.4163

142.51



-Trang 21-



Đoạn chưng

31.71

5.13

24

0,9

157.4737

224.4163

142.51



22 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



Nhận xét: Kết quả ở các bảng trên cho thấy kích thước của tháp phù hợp với yêu cầu

(% sặc đĩa dưới 80%). Nhưng do QD > QDmax nên kênh chảy truyền bị tắc nghẽn. Do đó

ở vòng lặp thứ hai nên tăng diện tích kênh chảy truyền bằng cách giảm vận tốc lỏng

trong kênh chảy truyền.

4.4. Vòng tính lặp số 2

Tại vòng lặp này, các thông số vật lý và tải trọng vẫn giữ nguyên. Ta chọn giảm vận

tốc lỏng trong kênh chảy truyền UD = 0,3 ft/s, đường kính vẫn giữ như cũ.

4.4.1. Sắp xếp lại mặt đĩa

Bảng 3.6. Sắp xếp kênh chảy truyền lần hai

Luyện

UD (ft/s)

AD (ft2)

AT (ft2)

DT (ft)

Chọn DT (ft)

Chọn DT (m)

Chọn DT (in)

AT (ft2)

AD/AT (%)

ADT (ft2)

ADB (ft2)

AB (ft2)

AN (ft2)



0.3

7.22

64.74

9.08

9.19

2.8

110.24

66.2814

10.90

7.2227

7.2227

51.8361

59.0587



Chưng

0.3

12.89

58.13

8.60

9.19

2.8

110.24

66.2814

19.45

12.8890

12.8890

40.5033

53.3924



Trong tính tốn tiếp theo sẽ giữ ngun số đường đi của lỏng trên đĩa, khoảng cách

giữa các đĩa, đường kính lỗ, chiều cao ngưỡng chảy tràn và khoảng cách mép dưới của

kênh chảy truyền với mặt đĩa như ở vòng tính thứ nhất.

4.4.2. Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền

Bảng 3.8. Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền

AD/AT (%)

Lw/DT

WDC/DT

Lw (in)

WDC (in)

FPL (in)



Luyện

Chưng

10.90

19.45

0.735

0.862

0.16

0.251

81.03

95.03

17.64

27.67

92.60

82.57



-Trang 22-



23 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



Ta thấy đường đi của lỏng trên mâm FPL > 18 in nên thỏa mãn.

4.4.3. Kiểm tra sặc đĩa

Bảng 3.9. Kiểm tra sặc đĩa lần 2

Luyện

QL (gpm/in)

Af

dh (in)

hH2O (in)

n = 0.0231dh/Af

pL (lb/ft3)

hcl (in)

Csb (ft/s)

Us (ft/s)

SF

Cs (ft/s)

C*sb (ft/s)

% sặc



11.0276

0.20

0.50

0.5726

0.0578

36.93

0.7320

0.4782

0.4354

0.9

0.1486

0.4304

34.53



Chưng

19.6791

0.2

0.5

0.5751

0.0578

36.40

0.7403

0.4661

0.3869

0.9

0.1488

0.4195

35.47



4.4.4. Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền

Bảng 3.10. Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền lần 2

Luyện

Chưng

33.07

31.71

5.13

5.13

157.4737

157.4737

134.6498

134.6498

85.51

85.51



pL - pV (lb/ft3)

tR (s)

QD,max (gpm/ft2)

QD (gpm/ft2)

%Q



Nhận xét: Kênh chảy truyền không bị tắc nghẽn và % sặc đĩa vẫn thỏa mãn nên diện

tích kênh chảy truyền là tương đối phù hợp.

4.5. Kiểm tra thủy lực

4.5.1. Chế độ làm việc trên mâm

Do mâm không thường làm việc ở chế độ phun tia nên tính kiểm tra chế độ dòng

trên mâm ở chế độ chuyển tiếp sẽ được bắt đầu từ chế độ chuyển tiếp lớp bọt - nhũ tương.

Để tính chiều cao lớp chất lỏng trên mâm ở chế độ chuyển tiếp lớp bọt nhũ tương, sẽ

sử dụng phương trình của Hofhuis-Zuiderweg :

hC  2, 08(FLV



N  AB

LW



[6]



 ) 0,25 .hW0,5 ,in



-Trang 23-



24 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



Với :

ρ



: bước lỗ, in



AB : diện tích sục khí trên đĩa, ft2

hW : chiều cao ngưỡng chảy tràn, in

hC : chiều cao lớp chất lỏng trong trên đĩa, in

NP: số đường đi của lỏng trên đĩa

LW : chiều dài ngưỡng chảy tràn Lw in

FLV : thơng số dòng với



FLV 



L

V



V

L



[6]



Nếu FLV > 0,0208 thì tháp làm việc ở chế độ nhũ tương.

Ta có bảng:

Bảng 3.11. Chế độ làm việc của đĩa

Đại lượng

L (lb/h)

V (lb/h)

 L (lb/ft3)



V (lb/ft3)

FLV

Số đường đi của lỏng

AB (ft2)

Bước lỗ p (in)

hw (in)

Lw (in)

hc (in)

Thơng số dòng chuyển tiếp



Đoạn luyện

288031

335181



Đoạn chưng

507490

285927



36.93



36.40



3.85

0.2776

1

51.8361

3.8

2.5

81.03

1.1399

0.1558



4.69

0.6371

1

40.5033

3.8

2.5

95.03

2.3636

0.1149



Tất cả các thơng số dòng chuyển tiếp đều vượt qua giá trị thơng số dòng ở chế độ

chuyển tiếp lớp bọt – nhũ tương. Do đó chế độ làm việc của đĩa là chế độ nhũ tương.

4.5.2. Xác định lượng lỏng cuốn theo hơi

Nếu lượng lỏng bị cuốn theo hơi cao q mức cho phép thì đường kính tháp hoặc

khoảng cách mâm thường được tăng lên, Lượng lỏng tối đa cho phép cuốn theo hơi là

0,1 lb bị cuốn theo hơi trên 1 lb của dòng lỏng, tức ψmax= 0,1. Giá trị lỏng cuốn theo hơi



-Trang 24-



25 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



của mâm phải nhỏ hơn giá trị này để đảm bảo mâm hoạt động ổn định. Nếu lớn hơn giá

trị này thì hiệu suất mâm sẽ giảm đáng kể.

Ở chế độ bọt (hay chế độ nhũ tương) để dự báo lượng lỏng bị cuốn theo hơi có thể

sử dụng phương trình của Fair [6]. Ta có bảng:

Bảng 3.12. Lượng lỏng cuốn theo hơi

Đại lượng

Thơng số dòng FLV

ψ max

ψ(40% sặc mâm)

ψ(80% sặc mâm)



Đoạn luyện

0.2776

0.1

0.0018

0.007



Đoạn chưng

0.6371

0.1

0.001

0.0014



Từ bảng kết quả trên, nhận thấy giá trị ψ thực tế nhỏ hơn nhiều so với giá trị tối đa

ψmax , nên vấn đề lỏng cuốn theo hơi trong tháp chưng luyện không ảnh hưởng đến hiệu

suất mâm.

4.5.3. Thời gian lưu của lỏng trong kênh chảy truyền

Việc kiểm tra ở đây nhằm mục đích chỉ ra thời gian lưu biểu kiến của lỏng trong

kênh chảy truyền và kiểm tra xem thời gian này có nằm trong giới hạn cho phép hay

khơng.

Ta có bảng:

Bảng 3.13. Thời gian lưu

Đại lượng

Diện tích kênh chảy truyền lỏng, AD (ft2)

Khoảng cách giữa các đĩa, TS (in)

Thể tích của kênh chảy truyền lỏng, VD (ft3)

Thòi gian lưu của lỏng trong kênh chảy, tR (s)

truyền

Thời gian lưu tối thiểu

lỏng trong kênh chảy,

tRmin (s)



Đoạn

luyện

7.22

24

14.4454

6.67



Đoạn

chưng

12.89

24

25.7781

6.67



5



5



Nhận xét : Hệ có khả năng tạo bọt cao, thời gian lưu nhỏ nhất trong kênh chảy

truyền lỏng là 5 giây. Từ bảng kết quả trên ta thấy thời gian lưu của lỏng trong kênh

chảy truyền nằm trong giới hạn cho phép.

4.5.4. Trở lực của mâm

Thông thường trở lực của mâm nằm trong khoảng 50: 120 mm cột chất lỏng. Nếu

trở lực của mâm nằm ngồi khoảng trên, cần điều chỉnh lại thơng số quyết định hơn

chính là thơng số phần diện tích lỗ và chiều cao ngưỡng chảy tràn.



-Trang 25-



26 Đồ án Q trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



 Đĩa khơ :

Bảng 3.14. Trở lực đĩa khơ

Đại lượng

Đường kính lỗ dh,in

Bề dày đĩa tt, in

Ti số tt/dh

Tổng diện tích các lỗ trên đĩa Ah ,ft2

Tốc độ dòng khí qua lỗ Uh (ft/s)

Hệ số K=50,8/Cv2

Trờ lực của đĩa khô hd, in



Đoạn luyện Đoạn chưng

0.5

0.5

0.25

0.25

0.5

0.5

10.3672

8.1007

2.4156

2.1608

0.2847

0.2847

0.1733

0.1712



 Đĩa ướt :

Bảng 3.15. Trở lực đĩa ướt

Đại lượng

Đoạn luyện Đoạn chưng

Chiều cao lớp bọt phía trên ngưỡng chảy tràn, how

1.1384

1.5060

(in)

Gradient lỏng trên đĩa ,hhg (in)

0

0

Chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa, hc (in)

2.5

2.5

Khối lượng riêng pha hơi (lb/ft3)

3.85

4.69

Tốc độ dòng khí qua lỗ, UB (ft/s)

0.4831

0.4322

0,5

Thơng số FB=UB.G

0.9483

0.9358

Yếu tố sục khí 

0.644

0.648

Trở lực do chất lỏng tạo ra, hl’(in)

2.3431

2.5959

 Tổng kết :

Bảng 3.16. Trở lực tổng

Tổng trở lực của đĩa

Tổng trở lực của đĩa ht, in cột lỏng

Tổng trở lực của đĩa ht, mm cột lỏng



Đoạn Luyện

2.5164

63.9171



Đoạn chưng

2.7671

70.2847



Trở lực cho phép trong khoảng 50 - 120 mm cột lỏng nên kết quả tính tốn thỏa mãn.

4.5.5. Kiểm tra chiều cao mực chất lỏng trong kênh chảy truyền :



-Trang 26-



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×