Chung cat đa

ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò

GVHD : Vuõ Baù Minh

MUÏC LUÏC
trang

LÔØI MÔÛ ÑAÀU
CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN.................................................
I . LYÙù THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT
1 . Phöông phaùp chöng caát
2 . Thieát bò chöng caát:
II . GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ NGUYEÂN LIEÄU
1 . Etanol
2 . Nöôùc
3 . Hoãn hôïp Etanol – Nöôùc
III . COÂNG NGHEÄ CHÖNG CAÁT HEÄ ETANOL – NÖÔÙC
CHÖÔNG II : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT
I . CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU
II . XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH VAØ
SAÛN PHAÅM ÑAÙY
III . XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU THÍCH HÔÏP
1 . Tæ soá hoaøn löu toái thieåu
2 . Tæ soá hoaøn löu thích hôïp
IV . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄC – SOÁ MAÂM LYÙ
THUYEÁT
1 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn caát
2 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn chöng
3 . Soá maâm lyù thuyeát
V . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂM THÖÏC TEÁ

1



CHÖÔNG III :TÍNH TOAÙN –THIEÁT KEÁ THAÙP
CHÖNG CAÁT
I . ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP
1 . Ñöôøng kính ñoaïn caát
2 . Ñöôøng kính ñoaïn chöng
II . MAÂM LOÃ – TRÔÛ LÖÏC CUÛA MAÂM
1 . Caáu taïo maâm loã
2 . Ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua moät maâm
3 . Kieåm tra ngaäp luït khi thaùp hoaït ñoäng :
III . TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ CUÛA THAÙP
1 . Beà daøy thaân thaùp :
2 . Ñaùy vaø naép thieát bò :
3 . Bích gheùp thaân, ñaùy vaø naép :
4 . Ñöôøng kính caùc oáng daãn – Bích gheùp caùc oáng daãn :
5 . Tai treo vaø chaân ñôõ:
CHÖÔNG IV : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ TRUYEÀN
NHIEÄT- THIEÁT BÒ PHUÏ
I . CAÙC THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT
1 . Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh
2 . Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh
3 . Noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy
4 . Thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa nhaäp lieäu vaø saûn phaåm
ñaùy
5 . Thieát gia nhieät nhaäp lieäu
II. TÍNH BAÛO OÂN CUÛA THIEÁT BÒ

2



III . TÍNH TOAÙN BÔM NHAÄP LIEÄU
1 . Tính chieàu cao boàn cao vò
2 . Choïn bôm
CHÖÔNG V : GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ
I . TÍNH SÔ BOÄ GIAÙ THAØNH CUÛA THIEÁT BÒ
II . KEÁT LUAÄN
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

3



LÔØI MÔÛ ÑAÀU
Moät trong nhöõng ngaønh coù söï ñoùng goùp to lôùn ñeán ngaønh coâng
nghieäp nöôùc ta noùi rieâng vaø theá giôùi noùi chung, ñoù laø ngaønh coâng
nghieäp hoùa hoïc. Ñaëc bieät laø ngaønh hoùa chaát cô baûn.
Hieän nay, trong nhieàu ngaønh saûn suaát hoùa hoïc cuõng nhö söû duïng
saûn phaåm hoùa hoïc, nhu caàu söû duïng nguyeân lieäu hoaëc saûn phaåm
coù ñoä tinh khieát cao phaûi phuø hôïp vôùi quy trình saûn suaát hoaëc nhu
caàu söû duïng.
Ngaøy nay, caùc phöông phaùp ñöôïc söû duïng ñeå naâng cao ñoä tinh
khieát: trích ly, chöng caát, coâ ñaëc, haáp thu… Tuøy theo ñaëc tính yeâu
caàu cuûa saûn phaåm maø ta coù söï löïa choïn phöông phaùp thích hôïp.
Ñoái vôùi heä Etanol - Nöôùc laø 2 caáu töû tan laãn hoaøn toaøn, ta phaûi
duøng phöông phaùp chöng caát ñeå naâng cao ñoä tinh khieát cho Etanol.
Ñoà aùn moân hoïc Quaù trình vaø Thieát bò laø moät moân hoïc mang
tính toång hôïp trong quaù trình hoïc taäp cuûa caùc kyõû sö hoaù- thöï c
phaåm töông lai. Moân hoïc giuùp sinh vieân giaûi quyeát nhieäm vuï tính
toaùn cuï theå veà: yeâu caàu coâng ngheä, keát caáu, giaù thaønh cuûa moät
thieát bò trong saûn xuaát hoaù chaát - thöïc phaåm. Ñaây laø böôùc ñaàu
tieân ñeå sinh vieân vaän duïng nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc cuûa nhieàu
moân hoïc vaøo giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà kyõû thuaät thöïc teá moät
caùch toång hôïp.
Nhieäm vuï cuûa ÑAMH laø thieát keá thaùp chöng caát heä Etanol - Nöôùc
hoaït ñoäng lieân tuïc vôùi naâng suaát nhaäp lieäu : 1000 kg/h coù noàng ñoä
10% mol etanol ,thu ñöôïc saûn phaåm ñænh coù noàng ñoä 85% mol etanol
vôùi ñoä thu hoài etanol laø 99%.
Em chaân thaønh caûm ôn caùc quí thaày coâ boä moân Maùy & Thieát Bò,
caùc baïn sinh vieân ñaõ giuùp em hoaøn thaønh ñoà aùn naøy. Tuy nhieân,

4



trong quaù trình hoaøn thaønh ñoà aùn khoâng theå khoâng coù sai soùt, em
raát mong quí thaày coâ goùp yù, chæ daãn.

5



CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN.
I . LYÙù THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT:
1 . Phöông phaùp chöng caát :
Chöng caát laø qua ùtrình phaân taùch hoãn hôïp loûng (hoaëc khí loûng)
thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo söï khaùc nhau veà ñoä bay
hôi cuûa chuùng (hay nhieät ñoä soâi khaùc nhau ôû cuøng aùp suaát),
baèng caùch laëp ñi laëp laïi nhieàu laàn quaù trình bay hôi - ngöng tuï, trong
ñoù vaät chaát ñi töø pha loûng vaøo pha hôi hoaëc ngöôïc laïi. Khaùc vôùi
coâ ñaëc, chöng caát laø quaù trình trong ñoù caû dung moâi vaø chaát tan
ñeàu bay hôi, coøn coâ ñaëc laø quaù trình trong ñoù chæ coù dung moâi bay
hôi.
Khi chöng caát ta thu ñöôïc nhieàu caáu töû vaø thöôøng thì bao nhieâu
caáu töû seõ thu ñöôïc baáy nhieâu saûn phaåm. Neáu xeùt heä ñôn giaûn
chæ coù 2 heä caáu töû thì ta thu ñöôïc 2 saûn phaåm: saûn phaåm ñænh
chuû yeáu goàm goàm caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn (nhieät ñoä soâi
nhoû ), saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi
beù(nhieät ñoä soâi lôùn) .Ñoái vôùi heä Etanol - Nöôùc saûn phaåm ñænh
chuû yeáu goàm etanol vaø moät ít nöôùc , ngöôïc laïi saûn phaåm ñaùy chuû
yeáu goàm nöôùc vaø moät ít etanol.
Caùc phöông phaùp chöng caát: ñöôïc phaân loaïi theo:
• AÙp suaát laøm vieäc : chöng caát aùp suaát thaáp, aùp suaát
thöôøng vaø aùp suaát cao. Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp naøy
laø döïa vaøo nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû, neáu nhieät ñoä soâi
cuûa caùc caáu töû quaù cao thì ta giaûm aùp suaát laøm vieäc ñeå
giaûm nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû.
• Nguyeân lyù laøm vieäc: lieân tuïc, giaùn ñoaïn(chöng ñôn giaûn) vaø
lieân tuïc.

6



* Chöng caát ñôn giaûn(giaùn ñoaïn): phöông phaùp naøy ñuôïc söû
duïng trong caùc tröôøng hôïp sau:
+ Khi nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû khaùc xa nhau.
+ Khoâng ñoøi hoûi saûn phaåm coù ñoä tinh khieát cao.
+ Taùch hoãn hôïp loûng ra khoûi taïp chaát khoâng bay hôi.
+ Taùch sô boä hoãn hôïp nhieàu caáu töû.
* Chöng caát hoãn hôïp hai caáu töû (duøng thieát bò hoaït ñoäng lieân
tuïc) laø quaù trình ñöôïc thöïc hieän lieân tuïc, nghòch doøng, nheàu
ñoaïn.
• Phöông phaùp caát nhieät ôû ñaùy thaùp: caáp nhieät tröïc tieáp baèng
hôi nöôùc: thöôøng ñöôïc aùp duïng tröôøng hôïp chaát ñöôïc taùch
khoâng tan trong nöôùc .
Vaäy: ñoái vôùi heä Etanol – Nöôùc, ta choïn phöông phaùp chöng caát
lieân tuïc caáp nhieät giaùn tieáp baèng noài ñun ôû aùp suaát thöôøng.

7



2 . Thieát bò chöng caát:
Trong saûn xuaát thöôøng söû duïng raát nhieàu loaïi thaùp nhöng chuùng
ñeàu coù moät yeâu caàu cô baûn laø dieän tích beà maët tieáp xuùc pha
phaûi lôùn ,ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo ñoä phaân taùn cuûa löu chaát
naøy vaoø löu chaát kia .
Thaùp chöng caát raát phong phuù veà kích côõ vaø öùng duïng ,caùc
thaùp lôùn nhaát thöôøng ñöôïc öùng duïng trong coâng nghieäp loïc hoaù
daàu. Kích thöôùc cuûa thaùp : ñöôøng kính thaùp vaø chieàu cao thaùp tuyø
thuoäc suaát löôïng pha loûng, pha khí cuûa thaùp vaø ñoä tinh khieát cuûa
saûn phaåm. Ta khaûo saùt 2 loaïi thaùp chöng caát thöôøng duøng laø
thaùp maâm vaø thaùp cheâm.
• Thaùp maâm: thaân thaùp hình truï, thaúng ñöùng phía trong coù
gaén caùc maâm coù caáu taïo khaùc nhau ñeå chia thaân thaùp thaønh
nhöõng ñoaïn baèng nhau, treân maâm pha loûng vaø pha hôi ñöïôc cho
tieáp xuùc vôùi nhau. Tuøy theo caáu taïo cuûa ñóa, ta coù:
* Thaùp maâm choùp : treân maâm boá trí coù cheùp daïng:troøn ,xuù
baép ,chöõ s…
* Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm boá trí caùc loã coù ñöôøng
kính (3-12) mm.
• Thaùp cheâm(thaùp ñeäm): thaùp hình truï, goàm nhieàu ñoaïn noái
vôùi nhau baèng maët bích hay haøn. Vaät cheâm ñöôïc cho vaøo thaùp
theo moät trong hai phöông phaùp: xeáp ngaãu nhieân hay xeáp thöù töï.
* So saùnh öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi thaùp :
Thaùp maâm
Thaùp cheâm.

xuyeân lo.ã

Thaùp maâm choùp.

- Hieäu suaát töông
Öu ñieåm:

- Ñôn giaûn.

ñoái cao.

- Hieäu suaát cao.

- Trôû löïc thaáp.

- Hoaït ñoäng khaù

- Hoaït ñoäng oån

8


oån ñònh.

ñònh.

- Laøm vieäc vôùi
chaát loûng baån.
Nhöôïc

- Hieäu suaát

ñieåm:

thaáp.

- Caáu taïo phöùc
- Trôû löïc khaù cao.

taïp.

- Yeâu caàu laép ñaët
- Ñoä oån ñònh

khaét khe -> laép ñóa

keùm.

thaät phaúng.

- Trôû löïc lôùn.
- Khoâng laøm vieäc

- Thieát bò

vôùi chaát loûng

naëng.

baån.

Nhaän xeùt: thaùp maâm xuyeân loã laø traïng thaùi trung gian
giöõa thaùp cheâm vaø thaùp maâm choùp. Neân ta choïn thaùp chöng
caát laø thaùp maâm xuyeân loã.
Vaäy: Chöng caát heä Etanol - Nöôùc ta duøng thaùp maâm xuyeân loã
hoaït ñoäng lieân tuïc ôû aùp suaát thöôøng, caáp nhieät giaùn tieáp ôû ñaùy
thaùp.

II . GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ NGUYEÂN LIEÄU :
Nguyeân lieäu laø hoãn hôïp Etanol - Nöôùc.

1 . Etanol: (Coøn goïi laø röôïu etylic , coàn eâtylic hay coàn thöïc phaåm).
Etanol coù coâng thöùc phaân töû: CH3-CH2-OH, khoái löôïng phaân töû:
46 ñvC. Laø chaát loûng coù muøi ñaëc tröng, khoâng ñoäc, tan nhieàu trong
nöôùc.
• Moät soá thoâng soá vaät lyù vaø nhieät ñoäng cuûa etanol:
o

+ Nhieät ñoä soâi ôû 760(mmHg): 78.3 C.
20

3

+ Khoái löôïng rieâng: d4 = 810 (Kg/m ).
• Tính chaát hoùa hoïc:
Taát caû caùc phaûn öùng hoaù hoïc xaûy ra ôû nhoùm hydroxyl (OH) cuûa etanol laø theå hieän tính chaát hoaù hoïc cuûa noù.

9



* Phaûn öùng cuûa hydro trong nhoùm hydroxyl:
-

CH3-CH2-OH

+

CH3-CH2-O + H

Haèng soá phaân ly cuûa etanol: K CH

3 −CH 2 −OH

= 10 −18 , cho neân

etanol laø chaát trung tính.
+ Tính acid cuûa röôïu theå hieän qua phaûn öùng vôùi kim loaïi
kieàm, Natri hydrua(NaH), Natri amid(NaNH2):
CH3-CH2-OH + NaH

CH3-CH2-ONa + H2
Natri etylat

Do K CH

3 −CH 2 −OH

< K H 2O = 10

−14

: tính acid cuûa röôïu nhoû hôn tính

acid cuûa nöôùc, neân khi muoái Natri etylat tan trong nöôùc seõ bò
thuyû phaân thaønh röôïu trôû laïi.
+ Taùc duïng vôùi acid taïo ester: Röôïu etanol coù tính bazô töông
ñöông vôùi nöôùc. Khi röôïu taùc duïng vôùi acid voâ cô H2SO4, HNO3
Laïnh

vaø acid höõu cô ñeàu taïo ra ester.
CH3-CH2-OH + HO-SO3-H

CH3-CH2O-SO3-H + H2O

CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3

H+

CH3-COO-C2H5

+ H2O

* Phaûn öùng treân nhoùm hydroxyl:
+ Taùc duïng vôùi HX: CH3-CH2-OH + HX

CH3-CH2-X +

H2 O
+ Taùc duïng vôùi Triclo Phoát pho:
CH3-CH2-OH + PCl3

CH3-CH2-Cl + POCl + HCl
Al2O3

+ Taùc duïng vôùi NH3: CH3-CH2-OH + NH3to

C2H5-NH2 +

H2 O
+ Phaûn öùng taïo eter vaø taùch loaïi nöôùc:
2CH3-CH2-OH

H2SO4
>150oC

(CH3-CH2)2O

+

H2 O

10


CH3-CH2-OH


H2SO4
>150oC

CH2=CH2

+

H2 O

* Phaûn öùng hydro vaø oxy hoaù:
Cu

CH3-CH2-OH

200-300oC

CH3-CHO

+ H2

• ÖÙng duïng: etanol coù nhieàu öùng duïng hôn metanol, noù ñoùng
moät vai troø quan troïng trong neàn kinh teá quoác daân. Noù laø
nguyeân lieäu duøng ñeå saûn suaát hôn 150 maët haøng khaùc nhau
vaø ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong caùc ngaønh: coâng nghieäp
naëng, y teá vaø döôïc, quoác phoøng, giao thoâng vaän taûi, deät, cheá
bieán goã vaø noâng nghieäp.
+ Coâng nghieäp cao su

+ Dung moâi höõu cô:pha

toång hôïp

sôn..

+ Ñoäng löïc.

+ Nguyeân lieäu.

+ Röôïu

Nhieân

muøi.

lieäu.

+ Daám.
+ Ñoäng löïc.

Etan

+ Thuoác tröø

ol

saâu.

+ Thuoác suùng khoâng khoùi.
+ Ñoà nhöïa.
+ Nhieân lieäu hoaû tieãn,
+ Keo daùn.

+ Thuoác
nhuoäm.

+ Höông lieäu.

+ Tô nhaân taïo.
+ Saùt truøng.

+ Sôn.

+ Pha cheá

+ Vecni.

thuoác.

11



Sô ñoà toùm taét vò trí cuûa etanol trong caùc ngaønh coâng
nghieäp.
• Phöông phaùp ñieàu cheá: coù nhieàu phöông phaùp ñieàu cheá
etanol: hydrat hoaù etylen vôùi xuùc taùc H2SO4; thuyû phaân daãn xuaát
halogen vaø ester cuûa etanol khi ñun noùng vôùi nöôùc xuùc taùc dung
dòch bazô; hydro hoaù aldyhyt aceâtic; töø caùc hôïp chaát cô kim…
Trong coâng nghieäp, ñieàu cheá etanol baèng phöông phaùp leân
men töø nguoàn tinh boät vaø ræ ñöôøng. Nhöõng naêm gaàn ñaây, ôû
nöôùc ta coâng ngheä saûn suaát etanol chuû yeáu laø söû duïng
Naám men
chuûng naám menZymaza
Saccharomyses cerevisiae ñeå leân men tinh boät:
C6H6O6

2C2H5OH

+ 2CO2 + 28 Kcal

Trong ñoù: 95% nguyeân lieäu chuyeån thaønh etanol vaø CO2.
5% nguyeân lieäu chuyeån thaønh saûn phaåm phuï:
glyxeârin, acid sucxinic, daàu fusel, metylic vaø caùc acid höõu
cô(lactic, butylic…).

2 . Nöôùc:
Trong ñieàu kieän bình thöôøng: nöôùc laø chaát loûng khoâng maøu,
khoâng muøi, khoâng vò nhöng khoái nöôùc daøy seõ coù maøu xanh nhaït.
Khi hoùa raén noù coù theå toàn taïi ôû daïng 5 daïng tinh theå khaùc
nhau:
Khoái löôïng phaân töû
0

Khoái löôïng rieâng d4 c

: 18

g / mol

: 1

g / ml
0

Nhieät ñoä noùng chaûy

: 0C

Nhieät ñoä soâi

: 100 C

0

Nöôùc laø hôïp chaát chieám phaàn lôùn treân traùi ñaát (3/4 dieän tích
traùi ñaát laø nöôùc bieån) vaø raát caàn thieát cho söï soáng.

12



Nöôùc laø dung moâi phaân cöïc maïnh, coù khaû naêng hoaø tan nhieàu
chaát vaø laø dung moâi raát quan troïng trong kyõ thuaät hoùa hoïc.

3 . Hoãn hôïp Etanol – Nöôùc:
Ta coù baûng thaønh phaàn loûng (x) – hôi (y) vaø nhieät ñoä soâi cuûa
hoãn hôïp Etanol - Nöôùc ôû 760 mmHg:
x(%phaân
mol)

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

33,2

44,2

53,1

57,6

61,4

65,4

69,9

75,3

81,8

89,8

100

100

90,5

86,5

83,2

81,7

80,8

80

79,4

79

78,6

78,4

78,4

y(%phaân
mol)
o

t( C)

Heä
Etanol -Nöôù
c

y(%mol)

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10

x(%mol)

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

13

100



III. COÂNG NGHEÄ CHÖNG CAÁT HEÄ ETANOL –
NÖÔÙC:
Etanol laø moät chaát loûng tan voâ haïn trong H2O, nhieät ñoä soâi laø
0

o

78,3 C ôû 760mmHg, nhieät ñoä soâi cuûa nöôùc laø 100 C ôû 760mmHg :
hôi caùch bieät khaù xa neân phöông phaùp hieäu quaû ñeå thu etanol coù
ñoä tinh khieát cao laø phöông phaùp chöng caát.
Trong tröôøng hôïp naøy, ta khoâng theå söû duïng phöông phaùp coâ
ñaëc vì caùc caáu töû ñeàu coù khaû naêng bay hôi, vaø khoâng söû duïng
phöông phaùp trích ly cuõng nhö phöông phaùp haáp thuï do phaûi ñöa vaøo
moät khoa môùi ñeå taùch, coù theå laøm cho quaù trình phöùc taïp hôn hay
quaù trình taùch khoâng ñöôïc hoaøn toaøn.
* Sô ñoà qui trình coâng ngheä chöng caát heä Etanol – nöôùc:
Chuù thích caùc kí hieäu trong qui trình:
1 . Boàn chöùa nguyeân lieäu.
2 . Bôm.
3 . Boàn cao vò.
4 . Löu löôïng keá.
5 . Thieát bò trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy.
6 . Thieát bò gia nhieät nhaäp lieäu.
7 . Baåy hôi.
8 . Thaùp chöng caát.
9 . Nhieät keá.
10 . Aùp keá.
11 . Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh.
12 . Noài ñun.
13 . Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh.
14 . Boàn chöùa saûn phaåm ñænh.
15 . Boàn chöùa saûn phaåm ñaùy.
16 . Boä phaän phaân doøng.
14



15



16



* Thuyeát minh qui trình coâng ngheä:
Hoãn hôïp etanol – nöôùc coù noàng ñoä etanol 10% ( theo phaân mol),
0

nhieät ñoä khoaûng 28 C taïi bình chöùa nguyeân lieäu (1) ñöôïc bôm (2) bôm
leân boàn cao vò (3). Töø ñoù ñöôïc ñöa ñeán thieát bò trao ñoåi nhieät (5)
( trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy ). Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc ñun soâi
ñeán nhieät ñoä soâi trong thieát bò gia nhieät(6)ù, hoãn hôïp ñöôïc ñöa vaøo
thaùp chöng caát (8) ôû ñóa nhaäp lieäu.
Treân ñóa nhaäp lieäu, chaát loûng ñöôïc troän vôùi phaàn loûng töø
ñoaïn caát cuûa thaùp chaûy xuoáng. Trong thaùp hôi, ñi töø döôùi leân gaëp
chaát loûng töø treân xuoáng. ÔÛ ñaây, coù söï tieáp xuùc vaø trao ñoåi
giöõa hai pha vôùi nhau. Pha loûng chuyeån ñoäng trong phaàn chöng caøng
xuoáng döôùi caøng giaûm noàng ñoä caùc caáu töû deã bay hôi vì ñaõ bò
pha hôi taïo neân töø noài ñun (12) loâi cuoán caáu töû deã bay hôi.Nhieät
ñoä caøng leân treân caøng thaáp, neân khi hôi ñi qua caùc ñóa töø döôùi
leân thì caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao laø nöôùc seõ ngöng tuï laïi, cuoái
cuøng treân ñænh thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp coù caáu töû etanol chieám
nhieàu nhaát (coù noàng ñoä 85% phaân mol). Hôi naøy ñi vaøo thieát bò
ngöng tuï (11) vaø ñöôïc ngöng tuï hoaøn toaøn. Moät phaàn chaát loûng
ngöng tuï ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh (13), ñöôïc laøm
0

nguoäi ñeán 35 C , roài ñöôïc ñöa qua boàn chöùa saûn phaåm ñænh (14).
Phaàn coøn laïi cuûa chaát loûng ngöng tuï ñöïôc hoaøn löu veà thaùp ôû ñóa
treân cuøng vôùi tæ soá hoaøn löu toái öu. Moät phaàn caáu töû coù nhieät
ñoä soâi thaáp ñöôïc boác hôi, coøn laïi caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao
trong chaát loûng ngaøy caøng taêng. Cuoái cuøng, ôû ñaùy thaùp ta thu
ñöôïc hoãn hôïp loûng haàu heát laø caùc caáu töû khoù bay hôi ( nöôùc).
Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy coù noàng ñoä etanol laø 0,11 % phaân mol, coøn
laïi laø nöôùc. Dung dòch loûng ñaùy ñi ra khoûi thaùp vaøo noài ñun (12).
Trong noài ñun dung dòch loûng moät phaàn seõ boác hôi cung caáp laïi cho

17



thaùp ñeå tieáp tuïc laøm vieäc, phaàn coøn laïi ra khoûi noài ñun ñöôïc trao
ñoåi nhieät vôùi doøng nhaäp lieäu trong thieát bò (5) (sau khi qua boàn cao
vò).
Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø etanol,
saûn phaåm ñaùy sau khi trao ñoåi nhieät vôùi nhaäp lieäu coù nhieät ñoä laø
0

60 C ñöôïc thaûi boû.

CHÖÔNG II : CAÂN BAÈNG VAÄT
CHAÁT .
I . CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU :
• Naêng suaát nhaäp lieäu : GF = 1000 (Kg/h) .
•

Noàng ñoä nhaäp lieäu : xF = 20%mol etanol.

•

Noàng ñoä saûn phaåm ñænh : xD = 85%mol etanol .

• Tyû leä thu hoài etanol : η= 99%.
• Khoái löôïng phaân töû cuûa röôïu vaø nöôùc : MR =46 , MN =18 .
• Choïn :
o

+ Nhieät ñoä nhaäp lieäu : t’F =28 C .
o

+ Nhieät ñoä saûn phaåm ñænh sau khi laøm nguoäi : t’D =35 C .

18


o

+ Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi trao ñoåi nhieät : t’W = 35 C .
+Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi .
• Caùc kí hieäu :
+ GF , F : suaát löôïng nhaäp lieäu tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ GD , D : suaát löôïng saûn phaåm ñænh tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ GW ,W : suaát löôïng saûn phaåm ñaùy tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ xi , xi : phaân mol , phaân khoái löôïng cuûa caáu töû i .

II . XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH
VAØ SAÛN PHAÅM ÑAÙY :
• Caân baèng vaät chaát cho toaøn thaùp :

F=D+W

(II.1)

• Caân baèng caáu töû etanol (caáu töû nheï) : F.xF = D.xD + W.xW (II.2)
• Tyû leä thu hoài (η=99%) :

F.xF . η= D.xD

(II.3)

Vôùi : * Phaân mol nhaäp lieäu : xF = 0,20 (phaân mol etanol ).
xF =

46.x F
46.x F + (1 − x F ).18 =38,98%(theo khoái löôïng ) .

Khoái löôïng phaân töû trung bình doøng nhaäp lieäu :
MF = 46.x F + (1 − x F ).18 = 23,6 (Kg/Kmol).
GF
1000
F = M F = 23,6 =42,37 (Kmol/h)

* Phaân mol saûn phaåm ñænh : xD =0,85 (phaân mol etanol) .
Khoái löôïng phaân töû trung bình doøng saûn phaåm ñænh :
MD = 46.x D + (1 − x D ).18 =41,8 (Kg/Kmol).
Giaûi 3 phöông trình (II.1),(II.2),(II.3),ta coù :

19



D = 4,935 (Kmol/h)
W = 37,435 (Kmol/h)
xW = 0,114 (phaân mol etanol )
Suy ra , khoái löôïng phaân töû trung bình doøng saûn phaåm ñaùy :
MW = 46.xW + (1 − xW ).18 = 21,192 (Kg/Kmol).

III . XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU THÍCH HÔÏP:
1 . Tæ soá hoaøn löu toái thieåu:
Tæ soá hoaøn löu toái thieåu laø cheá ñoä laøm vieäc maø taïi ñoù öùng
vôùi soá maâm lyù thuyeát laø voâ cöïc .Do ñoù ,chi phí coá ñònh laø voâ
cöïc nhöng chi phí ñieàu haønh (nhieân lieäu ,nöôùc vaø bôm…) laø toái
thieåu .
Do ñoà thò caân baèng cuûa heä Etanol-Nöôùc coù ñieåm uoán ,neân
xaùc ñònh tæ soá hoaøn löu toái thieåu baèng caùch :
+Treân ñoà thò caân baèng y-x ,töø ñieåm (0,85;0,85) ta keû moät
ñöôøng thaúng tieáp tuyeán vôùi ñöôøng caân baèng taïi ñieåm uoán ,
caét truïc Oy taïi ñieåm coù yo = 0,26 .
+Theo phöông trình ñöôøng laøm vieäc ñoaïn caát , khi xo =0 thì
xD

yo = Rmin + 1 =0,26
Vaäy : tæ soá hoaøn löu toái thieåu : Rmin = 2,269

2. Tæ soá hoaøn löu thích hôïp:
Khi R taêng, soá maâm seõ giaûm nhöng ñöôøng kính thaùp ,thieát bò
ngöng tuï ,noài ñun vaø coâng ñeå bôm cuõng taêng theo.Chi phí coá ñònh
seõ giaûm daàn ñeán cöïc tieåu roài taêng ñeán voâ cöïc khi hoaøn löu toaøn
phaàn ,löôïng nhieät vaø löôïng nöôùc söû duïng cuõng taêng theo tæ soá
hoaøn löu .
Toång chi phí bao goàm : chi phí coá ñònh vaø chi phí ñieàu haønh . Tæ
soá hoaøn löu thích hôïp öùng vôùi toång chi phí laø cöïc tieåu .

20



Tuy nhieân ,ñoâi khi caùc chi phí ñieàu haønh raát phöùc taïp ,khoù kieåm
soaùt neân ngöôøi ta coù theå tính tæ soá hoaøn löu thích hôïp töø ñieàu
kieän thaùp nhoû nhaát .Ñeå tính ñöôïc tæ soá hoaøn löu thích hôïp theo
ñieàu kieän thaùp nhoû nhaát (khoâng tính ñeán chi phí ñieàu haønh),ta caàn
laäp moái quan heä giöõa tæ soá hoaøn löu vaø theå tích thaùp ,töø ñoù
choïn Rth öùng vôùi theå tích thaùp laø nhoû nhaát.
Nhaän thaáy ,tieát dieän thaùp tæ leä vôùi löôïng hôi ñi trong thaùp ,maø
löôïng hôi laïi tæ leä vôùi löôïng loûng hoài löu trong thaùp ,do trong ñieàu
kieän laøm vieäc nhaát ñònh thì GD seõ khoâng ñoåi neân löôïng loûng hoài
löu seõ tæ leä vôùi (R+1) ,do ñoù , tieát dieän thaùp seõ tæ leä vôùi (R+1).
Ngoaøi ra ,chieàu cao thaùp tæ leä vôùi soá ñôn vò chuyeån khoái mox hay
soá maâm lyù thuyeát Nlt .Cho neân ,theå tích laøm vieäc cuûa thaùp tæ leä
vôùi tích soá mox*(R+1) .Nhö vaäy, ta coù theå thieát laäp quan heä giöõa R
vaø Vthaùp theo quan heä R vaø mox*(R+1) .Töø ñoà thò cuûa quan heä naøy
,ta xaùc ñònh ñöôïc ñieåm cöïc tieåu cuûa mox*(R+1) öùng vôùi tæ soá hoaøn
löu thích hôïp R .
R
2.496
2.723
2.973
3.023

mox
47.818
37.733
32.801
33.545

mox*(R+1)
167.173
140.480
130.320
134.952

21

170


R* (mox+1)

160

150

140

130

R
120
2.00

2.50

3.00

3.50

Vaäy : Tæ soá hoaøn löu thích hôïp laø R= 2,973 .

IV . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄCSOÁ MAÂM
LYÙ THUYEÁT:
1 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn
caát :
R.

xD

y = R + 1 .x + R + 1 =

2,973
0,85
.x +
2,973 +1
2,973 +1

=0,7483 .x + 0.2139

2 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn
chöng :
R+ f

f −1

y = R +1 .x + R +1 .xW =

2,973 + 8,586
8,586 −1
.x +
.0,0011
2,973 +1
2,973 +1

= 2,9094 .x – 0.0022
F

x

0,85

D
Vôùi : f = D = x F .η = 0,1.0,99 = 8,586 : chæ soá nhaäp lieäu .

3 . Soá maâm lyù thuyeát :
Ñoà thò xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát :(Xem hình ôû trang sau ).

22



23



Töø ñoà thò ,ta coù : 29 maâm bao goàm :

19 maâm caát

1 maâm nhaäp lieäu
5 maâm chöng(4 maâm chöng+1 noài
ñun)
Toùm laïi ,soá maâm lyù thuyeát laø Nlt = 28 maâm .

V . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂM THÖÏC TEÁ:
Soá maâm thöïc teá tính theo hieäu suaát trung bình :
N tt =

N lt
η tb

trong ñoù: ηtb : hieäu suaát trung bình cuûa ñóa, laø moät haøm soá cuûa
ñoä bay hôi töông ñoái vaø ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp loûng : η = f(α,µ).
Ntt : soá maâm thöïc teá.
Nlt : soá maâm lyù thuyeát.
• Xaùc ñònh hieäu suaát trung bình cuûa thaùp η tb :
+ Ñoä bay töông ñoái cuûa caáu töû deã bay hôi :
α=

y * 1 −x
1 −y* x

Vôùi : x :phaân mol cuûa röôïu trong pha loûng .
*

y : phaân mol cuûa röôïu trong pha hôi caân baèng vôùi pha
loûng.
* Taïi vò trí nhaäp lieäu :
*

xF = 0,10 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y F = 0,442

24


o

tF = 86,5 C
y* F 1 − x F
0,442 1 − 0,10
αF =
=
.
+
1 − 0,442 0,10 = 7,129
1 − y* F x F

+ Töø

x F = 22,12%

o

vaø tF = 86,5 C ,tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp
-6

-3

2

1) – trang 107] : µF =43.10 .9,81 = 0,422.10 (N.s/m )
= 0,422 (cP)
Suy ra : αF . µF = 7,129.0,422 =3,007
Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2) – trang 171] : ηF = 0,395
* Taïi vò trí maâm ñaùy :
*

xW = 0,0011 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y W = 0,018
o

tW = 100 C
y *W 1 − x W
0,018 1 − 0,0011
αW =
=
.
+
1 − 0,018 0,0011 = 16,177
1 − y *W x W
46.xW
xW =
= 0,29% vaø t = 100 oC ,tra taøi lieäu
+ Töø
W
46.xW + (1 − xW ).18

tham khaûo [4(taäp 1) – trang 107] :
-6

-3

2

µW =25.10 .9,81= 0,245.10 (N.s/m )
= 0,245 (cP)
Suy ra : αW . µW = 16,177.0,245 = 3,967
Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2) – trang 171] : ηW = 0,365
*Taïi vò trí maâm ñænh :
*

xD = 0,85 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y D = 0,856
o

tD = 78,5 C
y* D 1 − x D
0,856 1 − 0,85
αD =
=
.
*
+
1 − 0,856 0,85 = 1,049
1− y D xD
46.x

D
o
+ Töø x D = 46.x + (1 − x ).18 = 93,5% vaø tD = 78,5 C ,tra taøi lieäu
D
D

tham khaûo [4(taäp 1) – trang 107] :
-6

-3

2

µD =51.10 .9,81= 0,500.10 (N.s/m )
= 0,500 (cP)
25



Suy ra : αD . µD = 1,049.0,500 = 0,525
Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2) – trang 171] : ηD = 0,600
Suy ra: hieäu suaát trung bình cuûa thaùp :
ηtb =

η F + ηW + η D 0,395 + 0,365 + 0,600
=
= 0,4567
3
3

• Soá maâm thöïc teá cuûa thaùp Ntt :
N tt =

28
0,4567

=52,55 maâm

Vaäy choïn Ntt = 53 maâm , goàm : 42 maâm caát
1 maâm nhaäp lieäu
10 maâm chöng

26



CHÖÔNG III :TÍNH TOAÙN –THIEÁT
KEÁ THAÙP CHÖNG CAÁT .
I . ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP :(Dt)
Dt =

4Vtb
g tb
= 0,0188
π.3600.ω tb
( ρ y .ω y ) tb

(m)
3

Vtb :löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp (m /h).
ωtb :toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp (m/s).
gtb : löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp (Kg/h).
Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát khaùc
nhau.Do ñoù, ñöôøng kính ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát cuõng khaùc
nhau .

1. Ñöôøng kính ñoaïn caát :
a . Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp :
g tb =

g d + g1
(Kg/h)
2

gd : löôïng hôi ra khoûi ñóa treân cuøng cuûa thaùp (Kg/h).
g1 : löôïng hôi ñi vaøo ñóa döôùi cuøng cuûa ñoaïn caát (Kg/h).
• Xaùc ñònh gd : gd = D.(R+1) =5,600.(2,973+1) = 22,247 (Kmol/h)
= 933,662(Kg/h)
(Vì MthD =46.yD+(1-yD).18 = 41,968 Kg/Kmol).
• Xaùc ñònh g1 : Töø heä phöông trình :

 g1 = G1 + D

 g1 . y1 = G1 .x1 + D.x D
 g .r = g .r
 11 d d

(III.1)

Vôùi : G1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát .
r1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù
nhaát cuûa ñoaïn caát
rd : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi ra ôû ñænh thaùp .
o

* Tính r1 : t1 = tF = 86,5 C , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] ta coù :

27



Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : rN1 = 41280 (KJ/kmol) .
Aån nhieät hoaù hôi cuûa röôïu : rR1 = 37395 (KJ/kmol) .
Suy ra : r1 = rR1.y1 + (1-y1).rN1 = 41280 – 3885.y1 (KJ/kmol)
o

* Tính rd : tD = 78,5 C , tra taøi lieäu tham khaûo IV (taäp 1) ta coù :
Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : rNd = 41628 (KJ/kmol) .
Aån nhieät hoaù hôi cuûa röôïu : rRd = 37988 (KJ/kmol) .
Suy ra : rd = rRd.yD + (1-yD).rNd =37988.0,856 + (1- 0,856).41628
= 38512,16 (KJ/kmol)
* x1 = xF = 0,10
Giaûi heä (III.1) , ta ñöôïc : G1 = 15,751 (Kmol/h)
y1 = 0,297 (phaân mol etanol) _ M1 =26,316
g1 = 21,351 (Kmol/h) = 561,873(Kg/h)

933,662 + 561,873

= 747,758 (Kg/h)
Vaäy : gtb =
2
b . Toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp :

Toác ñoä giôùi haïn cuûa hôi ñi trong thaùp vôùi maâm xuyeân loã coù
oáng chaûy chuyeàn :
ωgh = 0,05.

ρ xtb
ρ ytb
3

Vôùi : ρxtb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng (Kg/m ) .
3

ρytb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi (Kg/m ) .
• Xaùc ñònh ρ ytb :
[ y .46 + (1 − ytb ).18].273
ρ ytb = tb
22,4.( t tb + 273)
Vôùi: + Noàng ñoä phaân mol trung bình : ytb =
=0,5765
+ Nhieät ñoä trung bình ñoaïn caát : ttb =

y1 + y D 0,297 + 0,856
=
2
2

t F + t D 86,5 + 78,5
o
=82,5 C
2
2 =

3

Suy ra : ρytb =1,171 (Kg/m ).
• Xaùc ñònh ρ xtb :

28



Noàng ñoä phaân mol trung bình : xtb =

xF + xD
0,10 + 0,85
=
= 0,475
2
2

46.x

tb
Suy ra : xtb = 46.x + (1 − x ).18 =69,81% .
tb
tb

o

ttb = 82,5 C , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)-trang 9], ta coù :
3

ρxtb = 821,25 (Kg/m )
Suy ra : ωgh

= 0,05.

821,25
1,171

=1,324 (m/s)

Ñeå traùnh taïo boït ta choïn toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp :
ωh = 0,8.ωgh = 0,8.1,324

= 1,060 (m/s)

Vaäy :ñöôøng kính ñoaïn caát :
Dcaát = 0,0188.
2.

747,758
1,171.1,060

= 0,462 (m).

Ñöôøng kính ñoaïn chöng :
a . Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp :
g , n + g ,1
g , tb =
(Kg/h)
2
g’n : löôïng hôi ra khoûi ñoaïn chöng (Kg/h).
g’1 : löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn chöng (Kg/h).
• Xaùc ñònh g’n : g’n = g1 = 561,873 (Kg/h)
• Xaùc ñònh g’1 : Töø heä phöông trình :

 G '1 = g '1 + W
 '
'
 G 1 .x'1 = g 1 . yW + W .xW
 g ' .r ' = g ' .r ' = g .r
 1 1 n n 11

(III.2)

’

Vôùi : G 1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn chöng .
r’1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù nhaát
cuûa ñoaïn chöng.
* Tính r’1 : xW =0,0011 tra ñoà thò caân baèng cuûa heä ta coù : yW
=0,018
Suy ra :Mtbg’ =46.yW +(1-yW).18=18,504 (Kg/kmol)

29



o

t’1 = tW = 100 C , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù :
Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : r’N1 = 40680 (KJ/kmol) .
Aån nhieät hoaù hôi cuûa röôïu : r’R1 = 36394,3 (KJ/kmol) .
Suy ra : r’1 = r’R1.yW + (1-yW).r’N1 = 40543,9 (KJ/kmol)
* Tính r1: r1 = 41280 – 3885.y1 =41280–3885.0,297 =40126,155(KJ/kmol)
* W = 42,477 (Kmol/h)
Giaûi heä (III.2) , ta ñöôïc : x’1 =0,0067(phaân mol etanol) _ MtbG’
=18,189
’

G 1 = 63,608 (Kmol/h) =
g’1 = 21,131 (Kmol/h) = 391,008(Kg/h)

561,873 + 391,008
= 476,441 (Kg/h)
Vaäy : g’tb =
2

b . Toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp :
Toác ñoä giôùi haïn cuûa hôi ñi trong thaùp vôùi maâm xuyeân loã coù
oáng chaûy chuyeàn :
ω' gh = 0,05.

ρ' xtb
ρ' ytb
3

Vôùi : ρ'xtb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng (Kg/m ) .
3

ρ'ytb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi (Kg/m ) .
• Xaùc ñònh ρ’ytb :
[ y' .46 + (1 − y'tb ).18].273
ρ ' ytb = tb
22,4.( t 'tb +273)
Vôùi: + Noàng ñoä phaân mol trung bình :
y’tb =

y1 + yW 0,297 + 0,018
=
=0,1575
2
2

+ Nhieät ñoä trung bình ñoaïn chöng : t’tb =

t F + tW 86,5 +100
=
2
2

o

=93,25 C
3

Suy ra : ρ’ytb =0,746 (Kg/m ).
• Xaùc ñònh ρ’xtb :
Noàng ñoä phaân mol trung bình : x’tb =

x F + xW
0,10 + 0,0011
=
= 0,051
2
2

30


46.x '

tb
Suy ra : x'tb = 46.x' +(1 − x' ).18 =11,98% .
tb
tb

o

t’tb = 93,25 C , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)-trang 9], ta coù :
3

Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc : ρ’N = 963,117(Kg/m )
3

Khoái löôïng rieâng cuûa röôïu : ρ’R = 720,365(Kg/m )
Suy ra :ρ’xtb =

 x' tb 1 − x 'tb

 ρ' + ρ'
N
 R

Suy ra : ω' gh = 0,05.

925,744
0,746

−1






3

=925,744 (Kg/m )

=1,762 (m/s)

Ñeå traùnh taïo boït ta choïn toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp :
ω' h = 0,8.ω' gh = 0,8.1,762

= 1,409 (m/s)

Vaäy :ñöôøng kính ñoaïn caát :
Dchöng= 0,0188.

476,441
0,746.1,409

= 0,400 (m).

Keát luaän : hai ñöôøng kính ñoaïn caát vaø ñoaïn chöng khoâng
cheânh leäch nhau quaù lôùn neân ta choïn ñöôøng kính cuûa toaøn thaùp
laø : Dt = 0,500 (m).
Khi ñoù toác ñoä laøm vieäc thöïc ôû :
0,0188 2.g tb 0,0188 2.747,768
=
= 0,903 (m/s).
+ Phaàn caát : ωlv = D 2 .ρ
0,5 2.1,171
t
ytb
0,0188 2.g 'tb

+ Phaàn chöng :ω’lv = D 2 .ρ '
t
ytb

0,0188 2.476,441
=
= 0,903 (m/s).
0,5 2.0,746

II . MAÂM LOÃ – TRÔÛ LÖÏC CUÛA MAÂM :
1 . Caáu taïo maâm loã :
Choïn : + Ñöôøng kính loã : dl = 3 (mm).
+ Toång dieän tích loã baèng 9,77% dieän tích maâm.
+ Khoaûng caùch giöõa hai taâm loã baèng 2,5 laàn ñöôøng kính loã
(boá trí loã theo tam giaùc ñeàu ).
+ Tyû leä beà daøy maâm vaø ñöôøng kính loã laø 6/10 .
+ Dieän tích daønh cho oáng chaûy chuyeàn laø 20% dieän tích
maâm .

31



Soá loã treân 1 maâm :
9,77%.S mâm
 Dt
N=
= 0,0977. d

S lo
 l

2

2


 0,5 
 = 0,0977.
 ~2716 loã.

 0,003 


Vaäy: ta boá trí caùc loã treân 1 maâm thaønh 51(haøng), soá loã treân
ñöôøng cheùo laø 66 loã.

2 . Ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua moät maâm :
Ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa pha khí (tính baèng mm.chaát loûng )
laø toång caùc ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua maâm khoâ vaø caùc ñoä
giaûm aùp do pha loûng :
htl = hk + hl + hR

(mm.chaát loûng)

Vôùi : + hk :ñoä giaûm aùp qua maâm khoâ (mm.chaát loûng).
+ hl : ñoä giaûm aùp do chieàu cao lôùp chaát loûng treân
maâm(mm.chaát loûng).
+hR : ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët (mm.chaát loûng).
Trong thaùp maâm xuyeân loã ,gradien chieàu cao möïc chaát loûng
treân maâm ∆ laø khoâng ñaùng keå neân coù theå boû qua .
a . Ñoä giaûm aùp qua maâm khoâ :
Ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua maâm khoâ ñöôïc tính döïa treân cô
sôû toån thaát aùp suaát do doøng chaûy ñoät thu , ñoät môû vaø do ma
saùt khi pha khí chuyeån ñoäng qua loã.

 vo 2   ρ G 
 uo 2  ρ G



hk =  2 .
 C   2.g.ρ  = 51,0. C 2 . ρ (mm.chaát loûng)
L 
 o 
 o  L
Vôùi : + uo :vaän toác pha hôi qua loã (m/s).
3

+ ρG : khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi (Kg/m ).
3

+ ρL : khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng (Kg/m ).
+ Co :heä soá orifice ,phuï thuoäc vaøo tyû soá toång dieän tích
loã vôùi dieän tích maâm vaø tyû soá giöõa beà daøy maâm vôùi
ñöôøng kính loã.

32


∑S

lo

Ta coù : S
=0,0977 vaø
mâm

δmâm
dl

khaûo [1 – trang 111] : Co = 0,745
• Ñoái vôùi maâm ôû phaàn caát :

=0,6 .Tra taøi lieäu tham

ω

0,903

lv
+ Vaän toác pha hôi qua loã : uo = 9,77% = 0,0977 =9,243 (m/s).

3

+ Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi : ρG = ρytb = 1,171 (Kg/m ).
3

+ Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng : ρL = ρxtb = 821,25 (Kg/m ).
Suy ra ñoä giaûm aùp qua maâm khoâ ôû phaàn caát :
 9,243 2
hk = 51,0.
 0,745 2


 1,171
.
 821,25 =10,683 (mm.chaát loûng).


• Ñoái vôùi maâm ôû phaàn chöng :

ω'

0,903

lv
+ Vaän toác pha hôi qua loã : u’o = 9,77% = 0,0977 =9,243 (m/s).

3

+ Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi : ρ’G = ρ’ytb = 0,746 (Kg/m ).
3

+ Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng : ρ’L = ρ’xtb = 925,744 (Kg/m ).
Suy ra ñoä giaûm aùp qua maâm khoâ ôû phaàn chöng :
 9,243 2
h' k = 51,0.
 0,745 2


 0,746
.
 925,744 = 6,039 (mm.chaát loûng).


b . Ñoä giaûm aùp do chieàu cao möùc chaát loûng treân maâm :
Phöông phaùp ñôn giaûn ñeå öôùc tính ñoä giaûm aùp cuûa pha hôi qua
maâm do lôùp chaát loûng treân maâm hl laø töø chieàu cao gôø chaûy traøn
hw , chieàu cao tính toaùn cuûa lôùp chaát loûng treân gôø chaûy traøn how
vaø heä soá hieäu chænh theo kinh nghieäm β :
hl = β.( hw + how )

, (mm.chaát loûng)

Choïn : + Heä soá hieäu chænh : β = 0,6
+ Chieàu cao gôø chaûy traøn : hw = 50 (mm)
Chieàu cao tính toaùn cuûa lôùp chaát loûng treân gôø chaûy traøn ñöôïc
tính töø phöông trình Francis vôùi gôø chaûy traøn phaúng :
how

q
= 43,4. L
L
 w






2

3

3

Vôùi : + qL : löu löôïng cuûa chaát loûng (m /ph).
33



+ Lw :chieàu daøi hieäu duïng cuûa gôø chaûy traøn (m).
• Xaùc ñònh Lw :
Dieän tích daønh cho oáng chaûy chuyeàn laø 20% dieän tích maâm ,
neân ta coù phöông trình sau :
π .n o
− sin n o = 0,2.π
180 o
o

Vôùi : n :goùc ôû taâm chaén bôûi chieàu daøi ñoaïn Lw .
o

o

Duøng phöông phaùp laëp ta ñöôïc : n = 93 12’22”
o

Suy ra : Lw = Dt . sin(n /2) = 363,305(mm) ~ 364 (mm) = 0,364 (m).
• Xaùc ñònh qL :
R.D.M

2,973.5,60.41.8
3
= 0,01412 (m /ph).
60.821,25

D
* Phaàn caát : q L = 60.ρxtb =
2

Suy ra :

how

 0,01412 
= 43,4.

 0,364 

3

= 4,978 (mm).

Vaäy :Ñoä giaûm aùp do chieàu cao möùc chaát loûng treân maâm ôû
phaàn caát laø:
hl = 0,6.(50+4,978) = 32,987 (mm.chaát loûng).
G '1 .M tbG ' 63,608.18,189
3
q' L =
=
* Phaàn chöng :
60.ρ ' xtb
60.925,744 = 0,02083 (m /ph).
2

Suy ra :

h' ow

 0,02083 
= 43,4.

 0,364 

3

= 6,445 (mm).

Vaäy :Ñoä giaûm aùp do chieàu cao möùc chaát loûng treân maâm ôû
phaàn chöng :
h’l = 0,6.(50+6,445) = 33,867 (mm.chaát loûng).
c . Ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët :
Ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc
:
hR = 625,54.

σ
ρL .d l


Vôùi : + σ : söùc caêng beà maët cuûa chaát loûng (dyn/cm).
3

+ ρL : khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng (Kg/m ).
• Phaàn caát :

34


3

* Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng : ρL = ρxtb = 821,25 (Kg/m ).
o

* ttb = 82,5 C ,tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù :
+ Söùc caêng beà maët cuûa nöôùc : σN = 62,138 (dyn/cm).
+ Söùc caêng beà maët cuûa röôïu : σR = 17,075 (dyn/cm).
Suy ra :Söùc caêng beà maët cuûa chaát loûng ôû phaàn caát :
σ =

σ N .σ R
σ N + σ R = 13,394 (dyn/cm).

Vaäy : Ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët ôû phaàn caát laø :
hR = 625,54.

13,394
821,25.0,003

= 3,401 (mm.chaát loûng).

• Phaàn chöng :
3

* Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng : ρ’L = ρ’xtb = 925,744 (Kg/m ).
o

* t’tb = 93,25 C ,tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù :
+ Söùc caêng beà maët cuûa nöôùc : σ’N = 60,149 (dyn/cm).
+ Söùc caêng beà maët cuûa röôïu : σ’R = 16,108 (dyn/cm).
Suy ra :Söùc caêng beà maët cuûa chaát loûng ôû phaàn chöng :
σ' =

σ ' N .σ ' R
σ ' N +σ ' R = 12,705 (dyn/cm).

Vaäy : Ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët ôû phaàn chöng laø :
h' R = 625,54.

12,705
925,744.0,003


Toùm laïi : Ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa pha khí qua moät maâm ôû
:
+ Phaàn caát : htl = 10,683+32,987+3,401 = 47,071 (mm.chaát loûng).
-3

2

hay htl = 47,071 . 10 . 9,81 . 821,25 = 379,226 (N/m ).
+ Phaàn chöng : h’tl = 6,039+33,867+2,862 = 42,768 (mm.chaát loûng).
-3

2

hay h’tl = 42,768 . 10 . 9,81 . 925,744 = 388,400 (N/m ).
Suy ra :Toång trôû löïc cuûa toaøn thaùp hay ñoä giaûm aùp toång
coäng cuûa toaøn thaùp laø :(xem ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa pha
khí qua maâm nhaäp lieäu baèng ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa pha
khí qua moät maâm ôû phaàn chöng )
35


2

∑htl = 42. htl + 11. h’tl = 42 . 379,226+11 . 388,400 = 20199,9(N/m ).

36



3 . Kieåm tra ngaäp luït khi thaùp hoaït ñoäng :
Choïn khoaûng caùch giöõa hai maâm laø hmaâm =250 (mm).
Boû qua söï taïo boït trong oáng chaûy chuyeàn, chieàu cao möïc chaát
loûng trong oáng chaûy chuyeàn cuûa maâm xuyeân loã ñöôïc xaùc ñònh
theo bieåu thöùc :
hd = hw + how + htl + hd’


Vôùi : hd’ : toån thaát thuyû löïc do doøng loûng chaûy töø oáng chaûy
chuyeàn vaøo maâm, ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau :
hd '

 QL
= 0,128.
 100.S
d







2

3

trong ñoù : + QL : löu löôïng cuûa chaát loûng (m /h).
+ Sd : tieát dieän giöõa oáng chaûy chuyeàn vaø maâm, khi ñoù
:
2

2

Sd = 0,8 . Smaâm = 0,8 . π.0,25 = 0,1571 (m )
3

• Phaàn caát : QL = 60.qL = 60 . 0,01412 = 0,8472 (m /h).
2

Suy ra :

 0,8472 
hd ' = 0,128.

100.0,1571 


Vaäy : chieàu cao möïc chaát loûng trong oáng chaûy chuyeàn cuûa
maâm xuyeân loã ôû phaàn caát :
hd =50+4,978+47,071+0,0004 =102,0494 (mm.chaát loûng).
h

250

mâm
Kieåm tra : hd = 102,0494 < 2 = 2 = 125 (mm) : ñaûm baûo khi hoaït

ñoäng caùc maâm ôû phaàn caát seõ khoâng bò ngaäp luït.
3

• Phaàn chöng : Q’L = 60.q’L = 60 . 0,02083 = 1,2498 (m /h).
2

Suy ra :

 1,2498 
h' d ' = 0,128.

100.0,1571 


Vaäy : chieàu cao möïc chaát loûng trong oáng chaûy chuyeàn cuûa
maâm xuyeân loã ôû phaàn chöng :
h’d =50+6,445+42,768+0,0008 =99,2138 (mm.chaát loûng).

37


h

250

mâm
Kieåm tra : h’d = 99,2138 < 2 = 2 = 125 (mm) : ñaûm baûo khi hoaït

ñoäng caùc maâm ôû phaàn chöng seõ khoâng bò ngaäp luït.
Vaäy : khi hoaït ñoäng ñaûm baûo thaùp seõ khoâng bò ngaäp luït.
Chieàu cao cuûa thaân thaùp :Hthaân =Ntt .(hmaâm+δmaâm ) + 0,8
=53.(0,250+0,0018) +0,8 =14,2(m).
Chieàu cao cuûa ñaùy vaø naép : Hñ = Hn =ht +hgôø
=0,125+0,025=0,150(m).
(Xem ôû phaàn (III.2) : Ñaùy vaø Naép thieát bò ).
Chieàu cao cuûa thaùp : H = Hthaân + Hñ + Hn = 14,5(m).

38



III . TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ CUÛA THAÙP :
1 . Beà daøy thaân thaùp :
Vì thaùp chöng caát hoaït ñoäng ôû aùp suaát thöôøng neân ta thieát keá
thaân hình truï baèng phöông phaùp haøn giaùp moái (phöông phaùp hoà
quang ). Thaân thaùp ñöôïc gheùp vôùi nhau baèng caùc moái gheùp bích.
Ñeå ñaûm baûo chaát löôïng cuûa saûn phaåm vaø khaû naêng aên moøn
cuûa etylic ñoái vôùi thieát bò, ta choïn vaät lieäu cheá taïo thaân thaùp laø
theùp khoâng gæ maõ X18H10T.
• Aùp suaát tính toaùn :
Thaùp laøm vieäc ôû aùp suaát khí quyeån, neân ta choïn aùp suaát tính
toaùn :
2

Ptt =Pcl + ∑htl

, (N/mm )
2

Vôùi : Pcl : aùp suaát thuûy tónh do chaát loûng ôû ñaùy (N/mm ).
Choïn aùp suaát tính toaùn sao cho thaùp hoaït ñoäng ôû ñieàu kieän
nguy hieåm nhaát maø vaãn an toaøn neân :
Pcl = ρx .g.H =

ρ xtb + ρ ' xtb
821,25 + 925,744
.g.H=
. 9,81 . 14,5
2
2
2

=124250,58 (N/m ).
2

Suy ra : Ptt = 124250,58 + 20199,9 = 144450,48(N/m )
2

~0,14446(N/mm ).
• Nhieät ñoä tính toaùn :
o

Choïn nhieät ñoä tính toaùn : ttt = tñaùy = 100 C .
Tra taøi lieäu tham khaûo [5], öùng suaát tieâu chuaån ñoái vôùi theùp
X18H10T :
*

2

[σ] = 142 (N/mm ).
Ñoái vôùi röôïu heä soá hieäu chænh : η = 1
*

2

Vaäy : öùng suaát cho pheùp : [σ] = η.[σ] = 142 (N/mm ).
• Xaùc ñònh beà daøy thaân chòu aùp suaát trong :
Ta choïn phöông phaùp cheá taïo thaân laø phöông phaùp haøn hoà
quang ñieän baèng tay neân heä soá beàn moái haøn : ϕh = 0,9
39


[σ ]

142

Xeùt tyû soá : Ptt .ϕh = 0,14446 .0,9 =884,674 > 25,do ñoù, beà daøy tính
toaùn cuûa thaân ñöôïc tính theo coâng thöùc sau :
S 't =

Dt .Ptt
500.0,14446
=
2.[σ ].ϕh
2.142.0,9 = 0,2826 (mm).

Suy ra : beà daøy thöïc cuûa thaân : St = S’t + C

,(mm).

Trong ñoù : C :heä soá boå sung beà daøy, C = Ca + Cb + Cc + Co
Vôùi : + Ca : heä soá boå sung do aên moøn hoaù hoïc, phuï thuoäc
vaøo toác ñoä aên moøn cuûa chaát loûng. Choïn toác ñoä aên
moøn cuûa röôïu laø 0,1 (mm/naêm),thieát bò hoaït ñoäng trong 20
naêm, do ñoù Ca = 2 mm.
+Cb : heä soá boå sung do baøo moøn cô hoïc, choïn Cb = 0.
+Cc : heä soá boå sung do sai leäch khi cheá taïo, choïn Cc = 0.
+Co : heä soá boå sung qui troøn, choïn Co =0,7174 (mm).
Suy ra : C = 2 + 0 + 0 + 0,7174 = 2,7174 (mm).
Vaäy : St = 0,2826 + 2,7174 = 3 (mm).
* Kieåm tra coâng thöùc tính toaùn vôùi St = 3 (mm) :
St − Ca 3 − 2
=
Dt
500 = 0,002 < 0,1 : ñuùng.

* Kieåm tra aùp suaát tính toaùn cho pheùp :
[ Ptt ] = 2.[σ ].ϕ h .( S t − C a ) = 2.142.0,9.( 3 − 2) =0,5102 > Ptt : ñuùng.
Dt + ( S t − C a )
500 + ( 3 − 2 )
Vaäy : Beà daøy thöïc cuûa thaân laø St = 3 (mm).

2 . Ñaùy vaø naép thieát bò :

Choïn ñaùy vaø naép coù daïng laø ellipise tieâu chuaån, coù gôø baèng
theùp X18H10T.

40



Nhaän thaáy: coâng thöùc tính toaùn beà daøy thaân, ñaùy vaø naép chòu aùp
suaát trong laø nhö nhau. Neân choïn beà daøy cuûa ñaùy vaø naép laø S ñ = Sn = 3
(mm).
Caùc kích thöôùc cuûa ñaùy vaø naép ellipise tieâu chuaån, coù gôø(taøi lieäu
tham khaûo [4(taäp 2)]:
+ Ñöôøng kính trong: Dt = 500 (mm).
+ ht =125 (mm).
+ Chieàu cao gôø: hgôø = h = 25 (mm).
2

+Dieän tích beà maët trong: Sñaùy = 0,31 (m ).

3 . Bích gheùp thaân, ñaùy vaø naép :
Maët bích laø boä phaän quan troïng duøng ñeå noái caùc phaàn cuûa
thieát bò cuõng nhö noái caùc boä phaän khaùc vôùi thieát bò. Caùc loaïi
maët bích thöôøng söû duïng:
+ Bích lieàn: laø boä phaän noái lieàn vôùi thieát bò (haøn, ñuùc vaø
reøn). Loaïi bích naøy chuû yeáu duøng thieát bò laøm vieäc vôùi aùp suaát
thaáp vaø aùp suaát trung bình.
+ Bích töï do: chuû yeáu duøng noái oáng daãn laøm vieäc ôû nhieät ñoä
cao, ñeå noái caùc boä baèng kim loaïi maøu vaø hôïp kim cuûa chuùng,
ñaëc bieät laø khi caàn laøm maët bích baèng vaät lieäu beàn hôn thieát bò.
+ Bích ren: chuû yeáu duøng cho thieát bò laøm vieäc ôû aùp suaát cao.
Choïn bích ñöôïc gheùp thaân, ñaùy vaø naép laøm baèng theùp
X18H10T, caáu taïo cuûa bích laø bích lieàn khoâng coå.

41



Theo taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)- trang 417], öùng vôùi Dt =500(mm)
2

vaø aùp suaát tính toaùn Ptt = 0,14446(N/mm ) ta choïn bích coù caùc thoâng
soá sau :
Dt

D

Db

D1

h

Bu loâng
db

Z
(caù

(mm)
500

630

580

550

i)
20

20

16

Theo taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)- trang 170], choïn soá maâm giöõa hai
maët bích laø 4 maâm.Vaäy, soá bích gheùp thaân-ñaùy-naép laø (15.2) bích.
Ñoä kín cuûa moái gheùp bích chuû yeáu do vaät ñeäm quyeát ñònh. Ñeäm
laøm baèng caùc vaät lieäu meàm hôn so vôùi vaät lieäu bích. Khi xieát bu loâng,
ñeäm bò bieán daïng vaø ñieàn ñaày leân caùc choã goà gheà treân beà maët cuûa
bích. Vaäy, ñeå ñaûm baûo ñoä kín cho thieát bò ta choïn ñeäm laø daây amiaêng,
coù beà daøy laø 3(mm).

4 . Ñöôøng kính caùc oáng daãn – Bích gheùp caùc oáng
daãn :
Bích ñöôïc laøm baèng theùp CT3 , caáu taïo cuûa bích laø bích lieàn
khoâng coå.

42



a . Vò trí nhaäp lieäu :
Suaát löôïng nhaäp lieäu: GF = 1000 (Kg/h).
Khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng nhaäp lieäu, tra taøi lieäu tham
khaûo [4 (taäp 1)] ôû
o

tF = 86,5 C vaø

x F = 22,12% :

3

ρF = 920,1 (Kg/m ).
G

F
Löu löôïng chaát loûng nhaäp lieäu ñi vaøo thaùp: QF = ρ F = 1,087

3

(m /h).
Choïn vaän toác chaát loûng nhaäp lieäu (töï chaûy töø boàn cao vò
vaøo maâm nhaäp lieäu): vF = 0,2 (m/s).
4.Q F
=
3600.π .v F

Ñöôøng kính oáng nhaäp lieäu: dF =

4.1,087
= 0,044
3600.π .0,2

(m).
Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng nhaäp lieäu: dF = 0,050 (m).
Taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)], choïn chieàu daøi ñoaïn oáng noái
ñeå gheùp maët bích: lF = 100 (mm).
Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn nhaäp lieäu:
Dt

Db

Dn

D

D1

h

Bu loâng
db

Z
(caùi

50

110

57

(mm)
140

90

12

12

)
4

b . Oáng hôi ôû ñænh thaùp:

43



Suaát löôïng hôi ôû ñænh thaùp: gd = 933,662 (Kg/h).
Khoái löôïng rieâng cuûa hôi ôû ñænh thaùp ñöôïc tính theo coâng thöùc
(xaùc ñònh ôû
o

tD = 78,5 C vaø yD = 0,856):
[ 46. y D + (1 − y D ).18].273
3
ρh =
= 1,453 (Kg/m ).
22,4.( t D + 273)
g

d
3
Löu löôïng hôi ra khoûi thaùp: Qh = ρ h = 642,483 (m /h).

Choïn vaän toác hôi ôû ñænh thaùp: vh = 25 (m/s).
4.Q

4.642,483

h
Ñöôøng kính oáng daãn hôi: dh = 3600.π .v = 3600.π .25 = 0,095 (m).
h

Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng daãn hôi: dh = 0,100 (m).
Taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2)], choïn chieàu daøi ñoaïn oáng noái ñeå
gheùp maët bích: lh = 120 (mm).
Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn hôi ôû ñænh thaùp:
Dt

Db

Dn

D

D1

Bu loâng

h

db

Z
(caùi

100

170

(mm)
108
205

148

14

16

)
4

c . Oáng hoaøn löu:
Suaát löôïng hoaøn löu: Ghl =D.MD.R=5,600 . 41,8 . 2,973 = 695,864
(Kg/h).
Khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng hoaøn löu, tra taøi lieäu tham
khaûo [4 (taäp 1)] ôû
o

tD = 86,5 C vaø

x D = 93,5% :

3

ρhl = 771,55 (Kg/m ).
G

hl
3
Löu löôïng chaát loûng hoaøn löu: Qhl = ρ hl = 0,902 (m /h).

Choïn vaän toác chaát loûng hoaøn löu (töï chaûy töø boä phaän taùch
loûng ngöng tuï vaøo thaùp): vhl = 0,15 (m/s).
4.Q

4.0,902

hl
Ñöôøng kính oáng hoaøn löu: dhl = 3600.π.vhl = 3600.π.0,15 = 0,046 (m).

44



Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng hoaøn löu: dhl = 0,050 (m).
ñeå gheùp maët bích: lhl = 100 (mm).
Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn hoaøn löu:
Dt

Db

Dn

D

D1

Bu loâng

h

db

Z
(caùi

50

110

57

(mm)
140

90

12

12

)
4

d . Oáng daãn hôi vaøo ñaùy thaùp:
Suaát löôïng hôi vaøo ñaùy thaùp: g’1 = 391,008 (Kg/h).
Khoái löôïng rieâng cuûa hôi vaøo ñaùy thaùp ñöôïc tính theo coâng
thöùc (xaùc ñònh ôû
o

tW = 100 C vaø yW = 0,018):
[ 46. yW + (1 − yW ).18].273
3
ρhd =
= 0,605 (Kg/m ).
22,4.( tW + 273)
g'
Qhd = 1 = 646,722 (m3/h).
Löu löôïng hôi ra khoûi thaùp:
ρ hd

Choïn vaän toác hôi vaøo ñaùy thaùp: vhd = 25 (m/s).
4.Q

4.646,722

hl
Ñöôøng kính oáng daãn hôi: dhd = 3600.π .v = 3600.π .25 = 0,096 (m).
hl

Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng daãn hôi: dhd = 0,100 (m).
ñeå gheùp maët bích: lhd = 120 (mm).
Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn hôi vaøo ñaùy thaùp:
Dt

Db

Dn

D

D1

h

Bu loâng
db

Z
(caùi

100

170

(mm)
108
205

148

14

16

)
4

e . Oáng daãn chaát loûng ôû ñaùy thaùp:
Suaát löôïng chaát loûng vaøo noài ñun:

45



G’1 =63,608.MG’=63,608 .18,189 =1156,973 (Kg/h).
Khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng chaát loûng vaøo noài ñun, tra taøi
o

lieäu tham khaûo [4(taäp 1)] ôû tW = 100 C vaø x’1=0,0067: ρL = 898,257
3

(Kg/m ).
G'

1
3
Löu löôïng chaát loûng vaøo noài ñun: QL = ρL = 1,288 (m /h).

Choïn vaän toác chaát loûng vaøo noài ñun (chaát loûng töï chaûy vaøo
noài ñun):
vL = 0,2 (m/s).
4.Q

4.1,288

L
Ñöôøng kính oáng daãn chaát loûng: dL= 3600.π .v = 3600.π .0,2
L

=0,048(m).
Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng daãn: dL = 0,050 (m).
ñeå gheùp maët bích: lL = 100 (mm).
Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn chaát loûng ôû ñaùy
thaùp:
Dt

Db

Dn

D

D1

h

Bu loâng
db

Z
(caùi

50

110

57

(mm)
140

90

12

12

)
4

f . Oáng daãn chaát loûng töø noài ñun (saûn phaåm ñaùy):
Suaát löôïng saûn phaåm ñaùy: GW = W.MW = 42,477 . 18,032=
765,939(Kg/h).
Khoái löôïng rieâng cuûa saûn phaåm ñaùy, tra taøi lieäu tham khaûo [4
(taäp 1)] ôû
o

3

tW= 100 C vaø xW=0,0011: ρW = 957,726 (Kg/m ).
G

W
3
Löu löôïng saûn phaåm ñaùy: QW = ρW = 0,800 (m /h).

46



Choïn vaän toác saûn phaåm ñaùy (chaát loûng töï chaûy): vW = 0,12
(m/s).
Ñöôøng kính oáng daãn saûn phaåm ñaùy: dW=
4.QW
=
3600.π .vW

4.0,800
3600.π .0,12 =0,049(m).

Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng daãn: dW = 0,050 (m).
ñeå gheùp maët bích: lW = 100 (mm).
Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn saûn phaåm ñaùy:
Dt

Db

Dn

D

D1

h

Bu loâng
db

Z
(caùi

50

110

57

(mm)
140

90

12

12

)
4

5 . Tai treo vaø chaân ñôõ:
• Tính troïng löôïng cuûa toaøn thaùp:
Khoái löôïng cuûa moät bích gheùp thaân: (theùp X18H10T: ρX18H10T =
3

7900 (Kg/m )).

2
2
2
2
m1 = 4 .( D − Dt ).h.ρX 18 H 10T = 4 .(0,63 − 0,5 )0,02.7900 = 18,144(Kg).

π

π

3

Khoái löôïng cuûa moät maâm: (theùp X18H10T: ρX18H10T = 7900 (Kg/m )).
π
π
2
2
m2 = 4 .Dt .δmâm .0,7.ρX 18 H 10T = 4 .0,5 .0,0018.0,7.7900 =1,955(Kg).
Khoái löôïng cuûa thaân thaùp:
π
π
2
2
2
2
m3 = 4 .(D ng –D t).Hthaân . ρX18H10T = 4 .(0,506 − 0,5 ).14,2.7900
= 531,808 (Kg).
Khoái löôïng cuûa ñaùy (naép) thaùp:
m4 = Sñaùy .δñaùy . ρX18H10T = 0,31 . 0,003 . 7900 = 7,347 (Kg).
Khoái löôïng cuûa toaøn thaùp: m =
30.m1+53.m2+m3+2.m4=1193,537(Kg).
Suy ra troïng löôïng cuûa toaøn thaùp: P = m.g = 11708,598 (N).
• Chaân ñôõ thaùp:
47



Choïn chaân ñôõ: thaùp ñöôïc ñôõ treân boán chaân. Taûi troïng cho
P

pheùp treân moät chaân: Gc = 4 =

11708,598
4
= 0,293.10 (N).
4
4

Ñeå ñaûm baûo ñoä an toaøn cho thieát bò, ta choïn: Gc = 0,5.10 (N).

Truï thieá bò
c
t

Theo ñaù
y
thieábò
t

Caùc kích thöôùc cuûa chaân ñôõ: (tính baèng mm)
L
160

B
110

B1
135

B2
195

H
240

h
145

s
10

l
55

d
23

• Tai treo:
Choïn tai treo: tai treo ñöôïc gaén treân thaân thaùp ñeå giöõ cho thaùp
khoûi bò dao ñoäng trong ñieàu kieän ngoaïi caûnh. Ta choïn boán tai treo,
4

taûi troïng cho pheùp treân moät tai treo laø Gt = 0,293.10 (N).
4

Ñeå ñaûm baûo ñoä an toaøn cho thieát bò, ta choïn: Gt = 0,5.10 (N).
Choïn taám loùt tai treo khi gheùp vaøo thaân coù kích thöôùc sau:
+ Chieàu daøi taám loùt: H = 260 (mm).
+ Chieàu roäng taám loùt: B = 140 (mm).
+Beà daøy taám loùt laø 6 (mm).

48



Caùc kích thöôùc cuûa tai treo: (tính baèng mm)
L
100

B
75

B1
85

H
155

S
6

l
40

a
15

d
18

49



CHÖÔNG IV: TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ
TRUYEÀN NHIEÄT- THIEÁT BÒ
PHUÏ.

I . CAÙC THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT:

Caân baèng nhieät löôïng cho toaøn thaùp chöng caát:
QF + Qñ = QW + QD + Qnt + Qm

(IV.1)

Trong ñoù:
• Qnt : nhieät löôïng ngöng tuï do hôi saûn phaåm ñænh ngöng tuï
thaønh loûng. Choïn hôi saûn phaåm ñænh ngöng tuï hoaøn toaøn
thaønh loûng.
Qnt = D.(R+1).MD . rD

, (KJ/h).

Xaùc ñònh rD (aån nhieät hoaù hôi cuûa saûn phaåm ñænh):
o

Tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ôû tD = 78,5 C ta coù:
Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc: rN = 2346,253 (KJ/kg).
Aån nhieät hoaù hôi cuûa röôïu: rR = 848,084 (KJ/kg).
Suy ra: rD = rR . x D +(1- x D ).rN = 848,084.0,935+(1-0,935).2346,253
= 945,465 (KJ/kg).
Vaäy: Qnt =5,600 .(2,973+1) .41,8 .945,465=879211,642 (KJ/h).
• QF : nhieät löôïng do hoãn hôïp röôïu nhaäp lieäu mang vaøo
thaùp.
QF = GF .HF =GF .cF .(tF –to )

,(KJ/h).
o

Choïn nhieät ñoä chuaån: to = 20 C.
ÔÛ

t F + t o 86,5 + 20
=
= 53,25 oC , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp
2
2

1)], ta coù nhieät dung rieâng cuûa röôïu: cR =2882,25 (J/kg.ñoä).
Suy ra: cF =

xF

.cR +(1- x F ).4186

=22,12%.2882,25+(1-22,12%).4186 =
4055,625(J/kg.ñoä).
Vaäy: QF = 1000.4055,625.(86,5-20) = 269699,063 (KJ/h).
50



• QW : nhieät löôïng do saûn phaåm ñaùy mang ra töø noài ñun.
QW = GW .HW =W .MW.cW .(tW –to )

,(KJ/h).

o

Do saûn phaåm ñaùy chöùa nhieàu nöôùc neân nhieät dung rieâng
cuûa saûn phaåm ñaùy coù theå tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc
sau:
cW = (1- xW ).4186=(1- 0,0029).4186= 4173,861 (J/kg.ñoä).
Vaäy: QW = 42,477. 18,032 .4173,861 .(100-20)=255753,898(KJ/h).
• QD : nhieät löôïng do saûn phaåm ñænh mang ra töø boä phaän
taùch hoaøn löu.
QD = GD .HD =D.MD .cD .(tD –to )

,(KJ/h).

o

ÔÛ

t D + t o 78,5 + 20
=
= 49,25 oC , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp
2
2

1)], ta coù nhieät dung rieâng cuûa röôïu: cR =2830,25 (J/kg.ñoä).
Suy ra: cD =

xD

.cR +(1- x D ).4186

=0,935.2882,25+(1-0,935).4186 = 3033,613(J/kg.ñoä).
Vaäy: Töø (IV.1), ta ñöôïc:
QF = 5,600 .41,8 .3033,613 .(78,5-20) =41537,988 (KJ/h).
• Qm : nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh.
Choïn: Qm = 0,05.Qñ
Vaäy: nhieät löôïng caàn cung caáp cho noài ñun ôû ñaùy thaùp:
Qñ =
=

1
0,95 .(QW + QD + Qnt – QF )
1
0,95 (255753,898+41537,988+879211,642-269699,063)

= 954531,016 (KJ/h) = 265,148 (KW).
o

Choïn: + Nhieät ñoä nguyeân lieäu ban ñaàu: t’F = 28 C.
o

+ Nhieät ñoä saûn phaåm ñænh sau khi laøm nguoäi: t’D = 35 C.

51



+ Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi trao ñoåi nhieät vôùi
o

nguyeân lieäu ban ñaàu: t’W = 60 C.

1 . Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh:
Choïn thieát bò ngöng tuï voû – oáng loaïi TH ñaët naèm ngang.
Oáng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng:
25x2, chieàu daøi oáng laø L = 1,5 (m).
o

Choïn nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng vôùi nhieät ñoä ñaàu: t1 = 28 C,
o

nhieät ñoä cuoái: t2 = 40 C.
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa nöôùc laøm laïnh ñöôïc tra ôû taøi lieäu
tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbN =

t1 + t 2
o
2 =34 C:

+ Nhieät dung rieâng: cN = 4,181 (KJ/kg.ñoä).
3

+ Khoái löôïng rieâng: ρN = 994,4 (Kg/m ).
-3

2

+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: µN = 0,7371.10 (N.s/m ).
o

+ Heä soá daãn nhieät: λN = 0,6242 (W/m K).
a . Suaát löôïng nöôùc caàn duøng ñeå ngöng tuï saûn phaåm
ñænh:
Qnt

879211,642

GN = 3600.c .(t − t ) = 3600.4.181.(40 − 28) = 4,868 (Kg/s).
N
2
1
b . Xaùc ñònh beà maët truyeàn nhieät :
Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn
nhieät:
Qnt

Ftb = K .∆t log

2

,(m )

(IV.2).

Vôùi: + K : heä soá truyeàn nhieät.
+ ∆tlog : nhieät ñoä trung bình logarit.
• Xaùc ñònh ∆tlog :
Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân:
∆t log =

(78,5 − 28) − (78,5 − 40)
= 44.229 o
78,5 − 28
( K).
Ln
78,5 − 40

• Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät K:

52



Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc:
K=

1
1
1
+ Σrt +
αN
αR

2 o

,(W/m . K)

(IV.3).
2 o

Vôùi: + αN : heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng (W/m . K).
2 o

+ αR : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï (W/m . K).
+ ∑rt : nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu.
* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng:
Choïn vaän toác nöôùc ñi trong oáng: vN = 0,4 (m/s).
Soá oáng trong moät ñöôøng nöôùc:

n=

GN
4
4,868
4
.
=
.
~ 19 (oáng).
ρ N π .d 2 tr .v N 994,4 π .0,0212.0,75

Chuaån soá Reynolds :
Re N =

v N . d tr .ρ N

µN

=

0,75.0,021.994,4
= 21247,86 > 104 : cheá ñoä
0,7371.10 −3

chaûy roái, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng:
Nu N = 0,021.ε l . Re N

0 ,8

PrN

0 , 43

.(

PrN 0, 25
)
Prw

Trong ñoù:
+ εl : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReN vaø tyû leä
chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng:ReN=21247,86 vaø
L
1,5
=
> 50
,neân εl =1.
d tr
0,021
o

+ PrN : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû 34 C, neân PrN = 5.
+ Prw : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä trung bình
cuûa vaùch.
Suy ra:

Nu N =

181,707
Prw

0 , 25

Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng:
Nu N .λ N 181,707.0,6242 5401,024
=
=
0 , 25
0 , 25
αN =
d tr
PrN .0,021
PrN
Nhieät taûi phía nöôùc laøm laïnh:
53



q N = α N .(t w 2 − t tbN ) =

5401,024
PrN

0 , 25

(t w 2 − 34)

2

(W/m )

(IV.4).

Vôùi tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc (trong
oáng).
* Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu:
qt =

t w1 − t w 2
Σrt

2

, (W/m ).

Trong ñoù:
+ tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi röôïu (ngoaøi
oáng).

δ
Σrt = t + rc
+
λt

Beà daøy thaønh oáng: δt = 2 (mm).
Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: λt = 17,5
o

(W/m K).
Nhieät trôû trung bình cuûa lôùp baån trong oáng vôùi nöôùc
saïch:
2 o

rc = 1/5000 (m . K/W).
2 o

Suy ra: ∑rt = 1/3181,818 (m . K/W).
Vaäy: qt = 3181,818.(tw1-tw2)

(IV.5)

* Heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï:
3

2

rR .λ R .ρ R
A
α R = 0,725.
=
µ R .(t D −t w1 ).d ng (78,5 − t w1 ) 0, 25
4

rR .λR .ρ R
µR .d ng
3

Ñaët: A= 0,725.4

2

vôùi [rR]=[J/kg].

Aån nhieät ngöng tuï: rR = rD = 945,465 (KJ/
;kg).
Nhieät taûi ngoaøi thaønh oáng:
qR = αR.(78,5-tw1) = A.(78,5-tw1)

0,75

(IV.6).

54



Töø (IV.4), (IV.5), (IV.6) ta duøng phöông phaùp laëp ñeå xaùc ñònh tw1, tw2
:
o

Choïn: tw1 = 53,7 C :
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa röôïu ngöng tuï ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham
khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbD =
t D +t w1 78,5 + 53,7
=
= 66,1 oC:
2
2

3

+ Khoái löôïng rieâng: ρR = 767,68 (Kg/m ).
-3

2

+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: µR = 0,6018.10 (N.s/m ).
o

+ Heä soá daãn nhieät: λR = 0,2073 (W/m K).
Khi ñoù: A = 3090,099
Töø (IV.6): qR = 3090,099.(78,5-53,7)

0,75

2

= 34340,859 (W/m ).

Xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå: qt = qR =34340,859
2

(W/m ).
qt

o

Töø (IV.5), ta coù: tw2 = tw1- 3181,818 =42,907 C
Suy ra: ttbw =

t w1 + t w 2 53,7 + 42,907
= 48,304 oC
=
2
2

Tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], Prw = 3,672
5401,024

2
Töø (IV.4): qN = 3,672 0, 25 .(42,907 − 34) = 34752,167 (W/m ).

Kieåm tra sai soá:
ε=

qN −q R
qR

=

34752,167 − 34340,859

o

34340,859

=1,2% < 5% : thoaû.

o

Vaäy: tw1 = 53,7 C vaø tw2 = 42,907 C.
5401,024

2 o
Khi ñoù: α N = 3,672 0, 25 = 3901,669 (W/m . C).

3090,099
2 o
= 1384,712
(W/m . C).
(78,5 − 53,7) 0, 25
1
K =
= 773,540
2 o
1
1
1
Töø (IV.3):
(W/m . C).
+
+
3901,669 3181,818 1384,712

αR =

Töø (IV.2), beà maët truyeàn nhieät trung bình:

55

Ftb =


879211,642.1000
3600.773,540.44,229

2

= 7,1384 (m ).

Suy ra chieàu daøi oáng truyeàn nhieät :
L’=

=

7,1384
= 5,2
0,025 + 0,021
(m).
π .19.
2

So vôùi L = 1,5(m) thì soá ñöôøng nöôùc laø

L ' 5,2
=
~4
(ñöôøng
L
1,5

nöôùc).
Khi ñoù soá oáng taêng leân 4 laàn: n=19.4 =76 (oáng) ~ choïn
n=91(oáng).
* Kieåm tra heä soá caáp nhieät cuûa röôïu khi coù keå ñeán söï aûnh
höôûng cuûa söï saép seáp, boá trí oáng. Choïn caùch xeáp oáng thaúng
haøng, boá trí theo daïng luïc giaùc ñeàu,vaäy vôùi 91 oáng thì ta seáp
ñöôïc 9 haøng.
91

Soá oáng trung bình trong 1 haøng: 9 =10,11 , tra taøi lieäu tham
khaûo II, ta coù εtb = 0,58.
2 o

Khi ñoù: αR = 0,58.1384,712 = 803,133 (W/m . C).
Tính laïi heä soá truyeàn nhieät K töø CT(IV.3), ta coù: K = 550,749
2 o

(W/m . C).
Suy ra: beà maët trung bình:

Ftb =

879211,642.1000
2
=10,026
(m ).
3600.550,749.44,229

Khi ñoù: chieàu daøi oáng truyeàn nhieät:
10,026
= 1,403(m).
L’= π.91. 0,025 + 0,021
< 1,5(m) : thoaû.
2

Vaäy : Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät
voû – oáng goàm n=91(oáng), daøi L=1,5(m).
Oáng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Neân ta coù soá oáng
treân ñöôøng cheùo hình luïc giaùc: b = 9(oáng). Choïn böôùc ngang giöõa
hai oáng: t = 1,4.dng = 1,4.0,025 = 0,035 (m).
Ñöôøng kính voû thieát bò: Dv = t.(b-1)+4.dng = 0,035(9-1)+4.0,025

56



= 0,380(m).

2 . Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh:
Choïn thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn
nhieät oáng loàng oáng. Oáng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp
X18H10T, kích thöôùc oáng trong: 16x1,6 ; kích thöôùc oáng ngoaøi: 25x2,5.
Choïn: + Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng 16x1,6 (oáng trong) vôùi nhieät
o

o

ñoä ñaàu: t1 = 28 C, nhieät ñoä cuoái: t2 = 40 C.
+ Saûn phaåm ñænh ñi trong oáng 25x2,5 (oáng ngoaøi) vôùi nhieät
o

o

ñoä ñaàu:tD = 78,5 C, nhieät ñoä cuoái: t’D = 35 C.
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa nöôùc laøm laïnh ñöôïc tra ôû taøi lieäu
tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbN =

t1 + t 2
o
=34 C:
2

+ Nhieät dung rieâng: cN = 4,181 (KJ/kg.ñoä).
3

+ Khoái löôïng rieâng: ρN = 994,4 (Kg/m ).
-3

2

+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: µN = 0,7371.10 (N.s/m ).
o

+ Heä soá daãn nhieät: λN = 0,6242 (W/m K).
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi lieäu
tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbD =
t D +t ' D
78,5 + 35
=
= 56,75 oC:
2
2

+ Nhieät dung rieâng: cD= 3014,63 (J/kg.ñoä).
3

+ Khoái löôïng rieâng: ρD = 775,95 (Kg/m ).
-3

2

+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: µD = 0,6988.10 (N.s/m ).
o

+ Heä soá daãn nhieät: λD = 0,2029 (W/m K).
a . Suaát löôïng nöôùc caàn duøng ñeå laøm maùt saûn phaåm
ñænh:
Suaát löôïng saûn phaåm ñænh:
GD = D.MD = 5,600.41,8 = 234,08 (Kg/h) = 0,065 (Kg/s).
Löôïng nhieät caàn taûi:
Qt = GD.cD.(tD-t’D) = 0,065.3014,63.(78,5-35) =8526(J/s) =8,526(KJ/s).

57



Suaát löôïng nöôùc caàn duøng:
QD

8,526

GN = c .(t − t ) = 4.181.(40 − 28) = 0,170 (Kg/s).
N
2
1
nhieät:
Ftb =

Qt
K .∆ log
t

2

,(m )

(IV.7).

∆t log =

(78,5 − 40) − (35 − 28)
= 18,478 o
78,5 − 40
( K).
Ln
35 − 28


K=

1
1
1
+ Σrt +
αN
αD

2 o

,(W/m . K)

(IV.8).
2 o

Vôùi: + αN : heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng (W/m . K).
2 o

+ αD : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh (W/m . K).
* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh ôû oáng
ngoaøi:
Vaän toác cuûa saûn phaåm ñænh ñi trong oáng ngoaøi:
G
4
0,065
4
vD = D .
=
.
= 0,741 (m/s).
ρ D π .( D 2 tr − d 2 ng ). 775,95 π .(0,02 2 − 0,016 2 )
Ñöôøng kính töông ñöông: dtd = Dtr –dng = 0,02- 0,016 = 0,004 (m).
Re D =

v D . d td .ρD

µD

=

0,651.0,004.775,95
= 3291,24 > 2320 : cheá ñoä
0,6988.10 −3

quaù ñoä, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng:
58

Nu D = C.ε l . PrD

0 , 43

.(

PrD 0, 25
)
Prw1

Trong ñoù:
+ εl : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc tyû leä chieàu daøi oáng
vôùi ñöôøng kính oâng1, choïn εl =1.
+ C : heä soá phuï thuoäc vaøo chuaån soá Reynolds, ReD =
3291,24 neân
C = 7,252.
o

+ PrD : chuaån soá Prandlt cuûa saûn phaåm ñænh ôû 56,75 C,
neân PrD =

µD .c D 0,6988.10 −3.3014,63
=
= 10,383.
λD
0,2029

+ Prw1 : chuaån soá Prandlt cuûa saûn phaåm ñænh ôû nhieät ñoä
trung bình cuûa vaùch.
35,610

Suy ra: Nu D = Pr 0, 25
w1

Heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh trong oáng ngoaøi:
Nu D .λ D 35,610.0,2029 1806,339
=
=
0 , 25
0 , 25
αD = d
Prw1 .0,004
Prw1
td
Nhieät taûi phía saûn phaåm ñænh:
q D = α D .(t tbD − t w1 ) =

1806,339
Prw1

0 , 25

(56,75 − t w1 )

2

(W/m ) (IV.9).

Vôùi tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñænh
(ngoaøi oáng nhoû).
qt =

t w1 − t w 2
Σrt

2

, (W/m ).

Trong ñoù:
+ tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc (trong oáng
nhoû).

δ

t
+ Σrt = λt + r1 + r2

59



Beà daøy thaønh oáng: δt = 1,6 (mm).
o

Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: λt = 17,5 (W/m K).
saïch:
2 o

r1 = 1/5000 (m . K/W).
Nhieät trôû lôùp caáu phía saûn phaåm ñænh: r2 = 1/5000
2 o

(m . K/W).
2 o

Suy ra: ∑rt = 1/2034,884 (m . K/W).
Vaäy: qt = 2034,884.(tw1-tw2)

(IV.10).

* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng nhoû:
Vaän toác nöôùc ñi trong oáng:
G
4
0,170
4
vN = N .
=
.
= 1,329 (m/s).
2
ρ N π .d tr 994,4 π .0,0128 2
Re N =

v N . d tr .ρ N

µN

=

1,329.0,0128.994,4
= 22941,04 > 104 : cheá ñoä
0,7371.10 −3

Nu N = 0,021.ε l . Re N

0 ,8

PrN

0 , 43

.(

PrN 0, 25
)
Prw 2

Trong ñoù:
+ εl : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReN vaø tyû leä
chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng:ReN=22941,04 ø,choïn εl
=1.
o

+ PrN : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû 34 C, neân PrN = 5.
+ Prw2 : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä trung bình
cuûa vaùch.
193,204

Suy ra: Nu N = Pr 0, 25
w2

Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng:

60



Nu N .λ N 193,204.0,6242 9421,714
=
=
0 , 25
0 , 25
αN =
d tr
Prw 2 .0,0128
Prw 2

Nhieät taûi phía nöôùc laøm laïnh:
q N = α N .(t w 2 − t tbN ) =

9421,714
Prw 2

0 , 25

(t w 2 − 34)

2

(W/m )

(IV.11).

o

Choïn: tw1 = 42,65 C :
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi
o

lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä tw1=42,65 C:
+ Nhieät dung rieâng: cR= 2841,64 (J/kg.ñoä).
-3

2

o

Khi ñoù xem:Prw1

µR .c R
0,9049.10 −3.2841,64
=
= 13,081
~ λ
0,1966
R

1806,339

Töø (IV.9): qD = 13,0810, 25 .(56,75 − 42,65) = 13392,391 (W/m ).
2

Xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå: qt = qD
2

=13392,391 (W/m ).
qt

o

Suy ra: ttbw =

t w1 + t w 2 42,65 + 36,069
= 39,360 oC
=
2
2

Tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], Prw2 = 4,386
9421,714

2
Töø (IV.11): qN = 4,386 0, 25 .(36,069 − 34) = 13470,483 (W/m ).

ε=

qN −q D
qD
o

=

13470,483 −13392,391
13392,391

=0,58% < 5% : thoaû.

o

Vaäy: tw1 = 42,65 C vaø tw2 = 36,069 C.
9421,714
2 o
= 6510,625
Khi ñoù:
(W/m . C).
4,386 0, 25
1806,339
2 o
αD =
= 949,815
(W/m . C).
13,0810 , 25
1
K =
= 588,977
2 o
1
1
1
Töø (IV.8):
(W/m . C).
+
+
6510,625 2034,884 949,815

αN =

61



Ftb =

8,526.1000
588,977.18,478

2

= 0,7834 (m ).

L

=

0,7834
= 17,317
0,016 + 0,0128
(m).
π.
2

Choïn: L = 20(m),(döï tröõ khoaûng 15%).
L

20

Kieåm tra: d tr = 0,0128 = 1562,5 > 50 thì εl = 1: thoaû.
Vaäy: thieát bò laøm maùt saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn
nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 20(m),
chia thaønh 10 daõy, moãi daõy daøi 2 (m).

3 . Noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy:
Choïn noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy laø noài ñun Kettle, oáng
truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 25x2.
Choïn hôi ñoát laø hôi nöôùc 2 at, ñi trong oáng 25x2. Tra taøi lieäu tham
khaûo [4(taäp1)], ta coù:
o

+ Nhieät ñoä soâi: tsN = 119,6 C.
+ Aån nhieät ngöng tuï: rN = 2208 (KJ/kg).
o

Saûn phaåm ñaùy tröôùc khi vaøo noài ñun coù nhieät ñoä laø t’1 = 99 C
o

(do x1’=0,0067 ), nhieät ñoä ra laø tW = 100 C.
a . Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng :
Löôïng nhieät caàn taûi cung caáp cho ñaùy thaùp: Qñ = 265,148 (KW).
Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng:
Qd

265,148

GhN = rN = 2208 = 0,120 (Kg/s).
nhieät:
Qd

Ftb = K .∆t log

2

,(m )

(IV.12).

62



∆t log =

(119,6 − 99) − (119,6 −100)
= 20,096 o
119,6 − 99
( K).
Ln
119,6 −100

K=

1
2 o

1
1
+ Σrt +
αN
αD

,(W/m . K)

(IV.13).
2 o

Vôùi: + αN : heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc (W/m . K).
2 o

+ αD : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy (W/m . K).
* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc:
Heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc ñöôïc xaùc ñònh theo coâng
thöùc:

rN
αN = 0,725. A. (t − t ).d

w1
tr
 sN
73,415. A
= (119,6 − t w1 ) 0 , 25






0 , 25



2208.1000
= 0,725. A.
 (119,6 − t ).0,021 

w1



0 , 25

Vôùi: + tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi nöôùc(trong
oáng).
+ A : heä soá phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lyù nöôùc theo
nhieät ñoä, ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [2].
Nhieät taûi phía hôi:
q N = α N .(t sN − t w1 ) = 73,415. A.(119,6 − t w1 ) 0, 75 (W/m2) (IV.14).

qt =

t w1 − t w 2
Σrt

2

, (W/m ).

Trong ñoù:
63



+ tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy
(ngoaøi oáng).

δ
Σrt = t + r1 + r2
+
λt

Beà daøy thaønh oáng: δt = 2 (mm).
o

Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: λt = 17,5 (W/m K).
2 o

saïch: r1 = 1/5000 (m . K/W).
Nhieät trôû lôùp caáu phía saûn phaåm ñaùy: r2
2 o

=1/500(m . K/W).
2 o

Suy ra: ∑rt = 1/1944,444 (m . K/W).
Vaäy: qt = 1944,444.(tw1-tw2)

(IV.15).

* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy:
Heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy ñöôïc xaùc ñònh theo
coâng thöùc (cheá ñoä soâi suûi boït vaø xem saûn phaåm ñaùy nhö
laø nöôùc):
4186,8

0,5

αD = 3600 .39.p .(tw2 – 100)

2,33

Vôùi: + p: aùp suaát ñeå ñaït nhieät ñoä soâi cuûa saûn phaåm
ñaùy, khi ñoù
5

2

p = 1 at = 10 (N/m ).
Suy ra: αD = 14343,143(tw2 – 100)

2,33

Nhieät taûi phía saûn phaåm ñaùy:
q D = α D .(t w 2 − 100) = 14343,143(t w 2 −100) 3, 33 (W/m2)

(IV.16).

o

Choïn: tw1 = 116,655 C :
Khi ñoù, ôû nhieät ñoä trung bình

119,6 +116,655
o
= 118,128 C ta
2

tra ñöôïc
A = 187,1574
Töø (IV.14): qN =73,415.187,1574.(119,6-116,655)

0,75

64


2

= 30889,133(W/m ).
Xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå: qt = qN
2

=30889,133 (W/m ).
qt

o

Töø (IV.16): qD =14343,143.(100,769-100)

3,33

2

=31708,196(W/m ).

ε=

q N −q D
qD

=

30889,133 −31708,196
30889,133

o

=2,65% < 5% : thoaû.

o

Vaäy: tw1 = 116,655 C vaø tw2 = 100,769 C.
73,415.187,1574

2 o
Khi ñoù: α N = (119,6 −116,655) 0, 25 = 10488,670 (W/m . C).

α D = 14343,143.(100,769 − 100) 3,33 = 24986,758 (W/m2.oC).

Töø (IV.13):

K =

1
= 1539,295
2 o
1
1
1
(W/m . C).
+
+
10488,670 1944,444 24986,758

Ftb =

265,148.1000
1539,295.20,096

2

= 8,572 (m ).

Choïn soá oáng truyeàn nhieät: n = 91 (oáng).
Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät:
L

=

8,572
= 1,304
0,025 + 0,021
(m).
π.91.
2

Choïn: L = 1,5(m),(döï tröõ khoaûng 10%).
Vaäy: noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät
voû - oáng vôùi soá oáng n = 91, chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 1,5(m).
Oáng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Neân ta coù soá oáng
treân ñöôøng cheùo hình luïc giaùc: b = 9(oáng). Choïn böôùc ngang giöõa
hai oáng: t = 1,4.dng = 1,4.0,025 = 0,035 (m).
Ñöôøng kính voû thieát bò: Dv = t.(b-1)+4.dng = 0,035(9-1)+4.0,025
= 0,380(m).

65



4 . Thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa nhaäp lieäu vaø saûn
phaåm ñaùy:
Choïn thieát bò thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa nhaäp lieäu vaø saûn
phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. Oáng truyeàn
nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng trong: 25x2 ; kích
thöôùc oáng ngoaøi: 38x2.
Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng 25x2 (oáng trong) vôùi nhieät ñoä ñaàu:
o

t’F = 28 C.
Saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng 38x2 (oáng ngoaøi)vôùi nhieät ñoä ñaàu:
o

o

tW = 100 C, nhieät ñoä cuoái: t’W = 60 C.
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñaùy ñöôïc tra ôû taøi lieäu
tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbW =

t 'W +tW
o
=80 C:
2

+ Nhieät dung rieâng: cW = 4,195 (KJ/kg.ñoä).
3

+ Khoái löôïng rieâng: ρW = 971,8 (Kg/m ).
-3

2

+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: µW = 0,355.10 (N.s/m ).
o

+ Heä soá daãn nhieät: λW = 0,675 (W/m K).
a . Nhieät ñoä doøng nhaäp lieäu sau khi trao ñoåi nhieät vôùi
saûn phaåm ñaùy:
Suaát löôïng saûn phaåm ñaùy:
GW = W.MW = 42,477.18,032 = 765,939 (Kg/h).
Löôïng nhieät caàn taûi:
GW

Qt = 3600 .cW.(tW-t’W) =

765,939
3600 .4,195.(100-60)=35,701(KW).

o

ÔÛ 28 C, ta xem nhieät dung rieâng cuûa saûn phaåm ñænh laø haèng
soá, hay nhieät dung rieâng cuûa röôïu cR = 2,595 (KJ/kg.ñoä).
Suy ra: cF = cR . x F +(1- x F ).4,18 = 2,595.0,2212+(1-0,2212).4,18
= 3,829 (KJ/kg.ñoä).
Nhieät ñoä saûn phaåm ñænh sau khi trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm
ñaùy:

66



Qt
35,701
+ t'F =
+ 28
o
1000
t”F = c F .G F
= 61,566 C.
3,829.
3600

Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi lieäu
tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbF =

t" D +
t'D
2

o

61 566 +
,
28
=
= ,78
44
2

C:
3

+ Khoái löôïng rieâng: ρF = 954,37 (Kg/m ).
-3

2

+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: µF = 1,06.10 (N.s/m ).
o

+ Heä soá daãn nhieät: λF = 0,5184 (W/m K).
nhieät:
Qt

Ftb = K .∆t log

2

,(m )

(IV.17).

∆t log =

(100 − 61,566) − (60 − 28)
= 35,119 o
100 − 61,566
( K).
Ln
60 − 28


K=

1
1
1
+ Σrt +
αF
αW

2 o

,(W/m . K)

(IV.18).
2 o

Vôùi: + αF : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu (W/m . K).
2 o

+ αW : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy (W/m . K).

67



* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu ôû oáng
trong:
Vaän toác doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng:
GF
4
1000
4
vF =
.
=
.
= 0,84 (m/s).
2
3600.ρ F π .d tr 3600.954,37 π .0,0212
Re F =

v F d tr .ρ F

µF

=

0,84.0,021.954,37
= 15888,48 > 104 : cheá ñoä
1,06.10 −3

Nu F = 0,021.ε l . Re F

0 ,8

PrF

0 , 43

.(

PrF 0, 25
)
Prw 2

Trong ñoù:
+ εl : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReF vaø tyû leä
chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng:ReF=15888,48 ø,choïn εl
=1.
+ PrF : chuaån soá Prandlt cuûa doøng nhaäp lieäu ôû
o

44,783 C, neân
µF .c F 1,06.10 −3.3829
=
PrF = λ
= 7,829.
0,5184
F

+ Prw2 : chuaån soá Prandlt cuûa doøng nhaäp lieäu ôû nhieät
ñoä trung bình cuûa vaùch.
Suy ra:

Nu F =

195,346
Prw 2

0 , 25

Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng:
Nu F .λF 195,346.0,5184 4822,267
=
=
0 , 25
0 , 25
αN =
d tr
Prw 2 .0,021
Prw 2
Nhieät taûi phía doøng nhaäp lieäu:
q F = α F .(t w 2 − t tbF ) =

4822,267
Prw 2

0 , 25

(t w 2 − 44,783)

2

(W/m )

(IV.19).

Vôùi: tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi doøng nhaäp
lieäu (trong oáng nhoû).

68



qt =

t w1 − t w 2
Σrt

2

, (W/m ).

Trong ñoù:
+ tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy
(trong oáng nhoû).
δ

t
+ Σrt = λt + r1 + r2

Beà daøy thaønh oáng: δt = 2(mm).
o

(W/m K).
saïch:
2 o

r1 = 1/5000 (m . K/W).
2 o

(m . K/W).
2 o

Suy ra: ∑rt = 1/1944,444 (m . K/W).
Vaäy: qt = 1944,444.(tw1-tw2)

(IV.20).

* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng
nhoû:
Vaän toác nöôùc ñi trong oáng ngoaøi:
GW
4
765,939
4
vW =
.
=
.
2
2
2
3600.ρ W π .( D tr − d ng ) 3600.971,8 π .(0,034 − 0,025 2 )
= 0,525(m/s).
Ñöôøng kính töông ñöông: dtd = Dtr –dng = 0,034- 0,025 = 0,009 (m).
Re W =

vW d td .ρW

µW

=

0,525.0,009.971,8
= 12394,52 > 104 : cheá ñoä
0,355.10 −3


69

NuW = 0,021.ε l . Re W

0,8

PrW

0 , 43

.(

PrW 0 , 25
)
Prw1

Trong ñoù:
+ εl : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReW vaø tyû leä
chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng:ReW=12394,52 ø,choïn εl
=1.
o

+ PrW : chuaån soá Prandlt cuûa saûn phaåm ñaùy ôû ˆ80 C, xem
saûn phaåm gaàn nhö laø nöôùc neân PrW = 2,21.
70,114

Suy ra: NuW = Pr 0, 25
w1

Heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy trong oáng ngoaøi:
NuW .λW
70,114.0,675 5258,569
=
=
0 , 25
0 , 25
αW =
d td
Prw1 .0,009
Prw1
Nhieät taûi phía saûn phaåm ñaùy:
qW = α W .(t tbD − t w1 ) =

5258,569
Prw1

0 , 25

(80 − t w1 )

2

(W/m )

(IV.21).

o

Choïn: tw1 = 72,1 C :
Khi ñoù xem:Prw1 ~ 2,487 (tra ôû tw1).
5258,569

2
Töø (IV.21): qW = 2,487 0, 25 .(80 − 72,1) = 33080,779 (W/m ).

Xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå: qt = qW =33080,779
2

(W/m ).
qt

o

Suy ra: ttbw =

t w1 + t w 2 72,1 + 55,087
= 63,594 oC
=
2
2

Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû taøi lieäu
tham khaûo
o

[4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbw = 63,594 C:
+ Nhieät dung rieâng: cR = 3,947 (KJ/kg.ñoä).
-3

2

o

70

c R .µR


3947.0,6987.10 −3
Khi ñoù: Prw2 = λ
= 5,033
0,5479
R
4822,267
2
Töø (IV.19): qF = 5,0330, 25 .(55,087 − 44,783) = 33174,028 (W/m ).
=

ε=

qW − q F
qW

=

33080,779 − 33174,028
33080,779

o

=0,282% < 5%: thoaû.

o

Vaäy: tw1 = 72,1 C vaø tw2 = 55,087 C.
5258,569
2 o
= 4187,440
Khi ñoù:
(W/m . C).
2,487 0 , 25
4822,267
2 o
αF =
= 3219,529
(W/m . C).
5,033 0, 25
1
K =
= 940,145
2 o
1
1
1
Töø (IV.18):
(W/m . C).
+
+
3219,529 1944,444 4187,440

αW =

Ftb =

35,701.1000
940,145.35,119

2

= 1,0813 (m ).

L

=

1,0813
= 14,965
0,025 + 0,021
(m).
π.
2

L

18

Vaäy: thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa doøng nhaäp lieäu laø thieát bò
truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L =
18(m), chia thaønh 9 daõy, moãi daõy daøi 2 (m).

5 . Thieát gia nhieät nhaäp lieäu :

Choïn thieát bò gia nhieät nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng
loàng oáng. Oáng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích
thöôùc oáng trong:25x2; kích thöôùc oáng ngoaøi: 38x2.
Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng 25x2 (oáng trong) vôùi nhieät ñoä ñaàu:
o

o

t”F =28 C ,nhieät ñoä cuoái: tF =86,5 C.

71



Choïn hôi ñoát laø hôi nöôùc 1 at, ñi trong oáng 38x2(oáng ngoaøi). Tra
taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù:
o

+ Nhieät ñoä soâi: tsN = 100 C.
+ Aån nhieät ngöng tuï: rN = 2260 (KJ/kg).
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû taøi lieäu
tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbF =

t" F

+
t F
o
=74,033 C:
2

+ Nhieät dung rieâng: cF = 3,968 (KJ/kg.ñoä).
3

+ Khoái löôïng rieâng: ρF = 937,58 (Kg/m ).
-3

2

+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: µF = 0,5786.10 (N.s/m ).
o

+ Heä soá daãn nhieät: λF = 0,5652 (W/m K).
a . Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng :
Löôïng nhieät caàn taûi cung caáp cho doøng nhaäp lieäu:
GF

1000

Qc = 3600 .cF.(tF – t”F) = 3600 .3,968.(86,5 -61,566)=27,484 (KW).
Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng:
Q

27,484

c
GhN = rN = 2260 = 0,0122 (Kg/s).

nhieät:
Ftb =

Qt
K .∆ log
t

2

,(m )

(IV.22).

∆t log =

(100 − 61,566) − (100 − 86,5)
= 23,832 o
100 − 61,566
( K).
Ln
100 − 86,5

72



K=

1
1
1
+ Σrt +
αF
αN

2 o

,(W/m . K)

(IV.23).
2 o

Vôùi: + αF : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu (W/m . K).
2 o

+ αN : heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc (W/m . K).
* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng
nhoû:
Vaän toác doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng ngoaøi:
GF
4
1000
4
vF =
.
=
.
2
3600.ρ F π .d ng 3600.937,58 π .0,0212 = 0,855 (m/s).
Re F =

v F d td .ρ F

µF

=

0,855.0,009.937,58
= 2910841 > 104 : cheá ñoä
0,5786.10 −3

Nu F = 0,021.ε l . Re F

0 ,8

PrF

0 , 43

.(

PrF 0, 25
)
Prw 2

Trong ñoù:
+ εl : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReW vaø tyû leä
chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng:ReW=10360,42 ø,choïn εl
=1.
o

+ PrF : chuaån soá Prandlt cuûa doøng nhaäp lieäu ôû 74,033 C,
neân
c F .µF

PrF = λ
F

Suy ra:

=

3968.0,5786.10 −3
= 4,062
0,5652

Nu F =

249,521
Prw 2

0 , 25

Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng nhoû:
Nu F .λ F 249,521.0,5652 6715,679
=
=
0 , 25
0 , 25
αF = d
Prw 2 .0,009
Prw 2
td

73



Nhieät taûi phía doøng nhaäp lieäu:
q F = α F .(t w 2 − t tbF ) =

6715,679
Prw 2

0 , 25

(t w 2 − 74,033)

2

(W/m )

(IV.24).

Vôùi tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi doøng nhaäp lieäu
(trong oáng nhoû).
qt =

t w1 − t w 2
Σrt

2

, (W/m ).

Trong ñoù:
+ tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi nöôùc (ngoaøi
oáng nhoû).
δ

t
+ Σrt = λt + r1 + r2

Beà daøy thaønh oáng: δt = 2(mm).
o

(W/m K).
saïch:
2 o

r1 = 1/5000 (m . K/W).
2 o

(m . K/W).
2 o

Suy ra: ∑rt = 1/1944,444 (m . K/W).
Vaäy: qt = 1944,444.(tw1-tw2)

(IV.25).

* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc trong oáng nhoû:
Ñöôøng kính töông ñöông: dtd = Dtr –dng = 0,034- 0,025 = 0,009 (m)
Heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc ñöôïc xaùc ñònh theo coâng
thöùc:

rN
αN= 0,725. A. (t − t ).d

w1
td
 sN






0 , 25

 2260.1000

= 0,725. A.
 (100 − t ).0,009 

w1



0 , 25

74



91,265. A

= (100 − t w1 ) 0, 25
Vôùi: + A : heä soá phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lyù nöôùc theo
nhieät ñoä, ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [2].
Nhieät taûi phía hôi nöôùc:
q N = α N .(t sN − t w1 ) = 91,265. A.(100 − t w1 ) 0 , 75 (W/m2) (IV.26).
o

Choïn: tw1 = 97,44 C :

100 + 97,44
o
= 98,72 C ta tra ñöôïc A
2

Khi ñoù, ôû nhieät ñoä trung bình
= 178,36

Töø (IV.26): qN =91,265.178,36.(100 – 96,92)

0,75

2

= 32944,407(W/m ).
Xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå: qt = qW =32944,407
2

(W/m ).
qt

o

Suy ra: ttbw =

t w1 + t w 2 97,44 + 80,497
= 88,969 oC
=
2
2

Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû taøi
lieäu tham khaûo
o

[4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbw = 88,969 C:
+ Nhieät dung rieâng: cR = 4,0204 (KJ/kg.ñoä).
-3

2

o

c R .µR

4,0204.0,4517.10 −3
Khi ñoù: Prw2 = λ
= 3,088
0,588
R
6715,679
2
Töø (IV.24): qF = 3,088 0, 25 .(80,497 − 74,033) = 32747,033 (W/m ).
=

ε=

qN −q F
qN
o

=

32944,407 − 32747,033
32944,407714

=0,6% < 5%: thoaû.

o

Vaäy: tw1 = 97,44 C vaø tw2 = 80,497 C.

75



91,265.178,36

2 o
Khi ñoù: α N = (100 − 97,44) 0, 25 = 12868,909 (W/m . C).

6715,679
2 o
= 5066,063
(W/m . C).
3,088 0, 25
1
K =
= 1266,810
2 o
1
1
1
Töø (IV.23):
(W/m . C).
+
+
5066,063 1944,444 12868,909

αF =

Ftb =

27,484.1000
1266,81.23,832

2

= 0,9103 (m ).

L

=

0,9103
= 12,598
0,025 + 0,021
(m).
π.
2

L

15

Vaäy: thieát bò gia nhieät doøng nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät
oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 15(m), chia
thaønh 10 daõy, moãi daõy daøi 1,5 (m).

II. TÍNH BAÛO OÂN CUÛA THIEÁT BÒ:
Trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa thaùp, do thaùp tieáp xuùc vôùi khoâng
khí neân nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh ngaøy caøng
lôùn. Ñeå thaùp hoaït ñoäng oån ñònh, ñuùng vôùi caùc thoâng soá ñaõ
thieát keá, ta phaûi taêng daàn löôïng hôi ñoát gia nhieät cho noài ñun ñeå
thaùp khoâng bò nguoäi (nhaát laø saûn phaåm ñænh, aûnh höôûng ñeán
hieäu suaát cuûa thaùp). Khi ñoù, chi phí cho hôi ñoát seõ taêng.
Ñeå thaùp khoâng bò nguoäi maø khoâng taêng chi phí hôi ñoát, ta thieát
keá lôùp caùch nhieät bao quanh thaân thaùp.
Choïn vaät lieäu caùch nhieät cho thaân thaùp laø amiaêng coù beà daøy
laø δa .Tra taøi lieäu tham khaûo [2], heä soá daãn nhieät cuûa amiaêng laø λa
o

= 0,151 (W/m. K).
Nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh:

76

Chung cat đa

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Similar to Chung cat đa

Similar to Chung cat đa (20)

Chung cat đa