Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm : Phần riêng dưới tác động của nhiệt part 5 ppsx

Trên cơ sở nghiên Tùy thuộc vào vận tốc khí mà chế độ thuỷ động trong tháp đệm tốc khí còn bé, là chế độ dòng, xoáy hay sui bọt.. “Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế

Thiết bị hấp thụ loại màng có những ưu điểm sau:

Trong thực tế sản xuất, loại thiết bị này được sử dụng tương đối

rộng rãi, đặc biệt để chưng và hấp thụ ở áp suất chân không

3.2.1.2.3 Tinh toán thiết bị loại màng

Khi tính toán, thường người ta xác định đường kính, chiều cao

và trở lực trong thiết bị

Đường kính thiết bị màng được tính dựa vào phương trình lưu

lượng theo công thức:

ø, - khối lượng riêng eda chat long, kg/m’;

U, - mật độ tưới, kgfm.s; là lượng chất lỏng chảy qua chiểu dài

của ống hoặc tấm trong thời gian 1 giây và được tính bằng:

Gy

36001 trong đó: G, ~ lượng chát lỏng (dung môi) chảy qua thiét bi, kg/h; „ kgím.s (3.15)

1L - chiều dài ống, tấm chất lỏng chảy qua, m

“Trở lực chất lỏng trong thiết bị được tính theo công thức:

162

Hệ số chuyển khối trong thiết bị loại màng có thể tính theo công

thức của M.D.Kusnezow:

— Đối với khí dé hòa tan:

Ky= 0,0445 2 (Re,)9782(pr)0 628(Ly0.08 ỹ dia d js (3.28)

~ Đối với khí khó hòa tan:

Ke, = 471 2h Rey) dia 8* (Pry (49503, mais d (3.24)

với: _ D,, D¿~ hệ số khuếch tán ở pha khí và lỏng, m°/s;

1, d ~ chiều cao và đường kính, m

3.2.1.3 Thiết bị loại phun

Loại này gồm thân ¡ và hệ thống vòi phun 2 Những hạt chất

lồng được phun ra trong thiết bị sẽ tiếp xúc với dòng khí di từ dưới lên

và quá trình hấp thụ xảy ra (hình 3.9) Loại thiết bị này không phù hợp với khí khó hòa tan

164

làm bắn chất lỏng trong phéu, tao kha nang tiép 5 : Ko 1> than; 4- cla vio 2 =|

wie pha tét véi chat khi

Hình 3.11a Cấu tạo thiết bị hấp thụ cơ học loại đĩa

3- trực với bộ phân bắn chất lông;

la chất lỏng; 5- cửa vào của khí; tửa khi tơ; 8~ dụng dich ra

3.2.1.‹

Hình 3.116 Một đĩa của thiết bị hấp thụ cơ học loại đĩa 4 Tháp đệm

Tháp đệm được sử dụng cho quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng

luyện và các quá trình khác Tháp đệm hình trụ, bên trong có đổ đẩy

đệm Đệm có nhiều loại, phổ biến nhất có các loại đệm sau đây (hình

3.12):

xoắn

~ Đệm vòng, kích thước từ 10 đến 100mm

~ Đệm hạt, kích thước từ 20 đến 100mm

- Đệm xoắn, đường kính dây cỡ 0,3 đến 1mm, đường kính vòng

cỡ 3 đến 8mm, chiều dài dày không quá 2õm

~ Đệm lưới bằng gỗ

Tất cả các loại đệm đều có yêu cầu chung:

1, Có bể mặt riêng lớn (ký hiệu ơ, thứ nguyên m?/m)

Đệm lưới bằng gỗ thường được sử dụng trong các tháp làm lạnh hoặc hấp thụ khí sơ bộ Vì đệm gỗ thường có kích thước lớn nên bể

mặt riêng của đệm bé Để tăng độ phân tách người ta chọn loại đệm có

kích thước bé, tức đệm có bể mat riêng lớn, tạo khả năng tiếp xúc giữa

"Tháp đệm có những ưu điểm:

~ Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao

~ Cấu tạo đơn giản

~ Trở lực trong tháp không lớn lắm

~ Giới hạn làm việc tương đối rộng

Tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm là khó làm ướt đều dệm Do

đó, nếu tháp cao quá thì chất lỏng phân bố không đều Vì vậy, người

ta phải chia tầng và ở mỗi tắng có đặt thêm bộ phận phân phối

mà còn chịu ảnh hưởng của chế độ thủy động trong tháp

lên phân tán trong lỏng Trên cơ sở nghiên

Tùy thuộc vào vận tốc khí mà chế độ thuỷ động trong tháp đệm

tốc khí còn bé,

là chế độ dòng, xoáy hay sui bọt Ở chế độ dòng, vậ

lực hút phân tử lớn hơn lực ỳ nên chuyển khối được quyết định bằng

khuếch tán phân tử Tăng dần vận tốc khí đến khi lực ỳ bằng lực phân

tử quá trình chuyển khối được quyết định không chỉ bằng khuếch tán phân tử mà còn có khuếch tán đối lưu Chế độ thủy động chuyển sang chế độ quá độ Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa, ta có chế độ xoáy

và quá trình chuyển khối được quyết định bởi khuếch tán đối lưu Đến

một giới hạn nào đó của vận tốc khí sẽ xảy ra hiện tượng đảo pha Lúc này chất lỏng sẽ choán toàn bộ tháp và trở thành pha liên tục, còn khí phân tán vào lỏng và trở thành pha phan tán (hình 8.13) Vận tốc khí

ứng với điểm đảo pha gọi là vận tốc đảo pha Do khí sục vào lỏng nên

tao bot Trén dé thi 3.13 thi OA ứng với chế độ dòng, AB ứng với chế

độ quá độ, BC ứng với chế độ xoáy và CD ứng với chế độ sủi bọt Vận tốc khí ứng với điểm D là vận tốc sặc Vì nếu khí có vận tốc vượt quá điểm D thì chất lỏng sẽ theo khí ra khỏi tháp

168

“Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế độ sủi bọt là

tết nhất, song trong thực tế tháp đệm chỉ làm việc ở tốc độ đảo pha

(tai điểm C), vì nếu tăng nữa sẽ rất khó đảm bảo quá trình ổn định Ở

chế độ này, chất lỏng chảy thành màng bao quanh đệm, nên còn gọi là chế độ màng, và sau điểm C ta có chế độ sủi bọt Do đó, trong thực tế

tháp làm việc ở chế độ màng

42.1.4.2 Tinh toán tháp đêm

Đối với tháp đệm, ta cần xác định đường kính tháp, chiều cao lớp

đệm và trở lực

a) Đường kính tháp

Hình 3.13 Quan hệ giữa vận tốc chuyển khối và vận tốc khí

Đường kính được tính theo công thức chung:

Chiều cao lớp đệm được tính dựa vào phương trình chuyển khối

hay số đơn vị chuyển khối, tức là:

H=hm,=h„m, ,m

trong đó: h„ và h„ - chiều cao tương đương của một đơn vị chuyển khổ

trong pha khí và pha lồng, được xác định theo công thức củ: nhiều tác giả khác nhau

Theo Kafarov - Duneski thi;

12

n=206{ 4) nn ee) (3.29

Theo Porat:

n= Vid R07 Pfs, m yo Zea (3.30

trong đó: ơ - sức căng bể mat, N/m;

W ~ hệ số thấm ướt đệm, xác định theo công thức:

¥= 0,003 ReÐ3/98

với 1 - mat dé tudi, kg/m*h

Khi mật độ tưới ¡ > õm"/m°h ta chấp nhận #= 1, khi đó:

170

Đối với tháp đệm khô, ta có thể coi đòng khí chảy qua giống như

chuyển động qua các rãnh song song có chiểu dài bằng chiểu cao lớp

đệm Như vậy trở lực đệm khô trong tháp đệm có thể tính:

171

Hệ số ma sát được tính dựa vào chuẩn số Re Đối với đệm vòng

và đệm hạt đổ lộn xôn, hệ số ma sát được tính như sau:

~ Ô chế độ chuyển động đăng, Re, <a0pae 422 Re, (3.37)

~ Ö chế độ chuyển động xoáy, Re, > 40, 2= 0 Reo: (3:38)

Ái

Đối với trở lực đệm ướt, do ảnh hưởng của đồng chất lỏng thấm

ướt bể mặt đệm làm giảm bề mặt tự dc, làm tăng vận tốc khí, nên trd lực cũng tăng lên Do đó, mật độ tưới càng lớn, trở lực càng tăng

“Trở lực đệm ướt được tính theo công thức tính trở lực đệm khô,

nhưng thay hệ số ma sát khô bằng hệ số ma sát ướt, tức;

với k - hệ số đặc trưng cho mật độ tưới, được xác định như sau:

172

Đối với đệm vòng sứ có:

1

q-A)

(1,13 ~1,43A) đối với đệm kim loại thì

p, ~ khối lượng riêng của lỏng, kg/m3;

6 ~ hệ số do ảnh hưởng của lỏng lên đệm, được tính:

Tháp đĩa được ứng dụng nhiều trong công nghệ hóa và thực

phẩm Trong tháp đĩa, chất lỏng đi từ trên xuống, còn khí di từ dưới

lên Chúng tiếp xúc và trao đổi chất với nhau tại mỗi bậc (đĩa), khác

với tháp đệm, hai pha lỏng hơi tiếp xúc với nhau liên tục trên toàn

thấp So với tháp đệm thì tháp đĩa phức tạp hơn và được phân thành

nhiều loại theo k

cấu của đĩa và sự vận chuyển của chất lỏng qua lỗ

đĩa hoặc theo các ống chảy chuyển giữa các đĩa, cụ thể phân thành:

~ Tháp đĩa có ống chảy chuyển và không ống chảy chuyển

~ Thấp đĩa lưới, tháp chóp, tháp supap và một số dạng khác,

178

3.2.1.5.1 Tháp đĩa có ống chảy chuyển

Trong tháp đĩa có ống chảy chuyển, khí và lỏng chuyển động riêng

biệt nhau từ đĩa này sang đĩa khác Các loại tháp thường gặp trong sản xuất là tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp supap hay tháp đĩa rãnh chữ s

a) Tháp đĩa chúp

Tháp đi chóp (hình 3.14) là tháp gồm nhiều đĩa, trên đĩa có lấp nhiều chóp Trên mỗi đĩa có ống chảy chuyển để vận chuyển chất lỏng

từ đĩa này đến đĩa khác Số ống chảy chuyển phụ thuộc vào kích thước

tháp và lưu lượng chất lỏng Ống chảy chuyển được bố trí theo nhiều

cách (hình 3.18) Khí đi từ dưới lên qua ống hơi vào chóp, qua khe chóp để tiếp xúc với chất lỏng trên đĩa Chóp có cấu tạo tròn hay dạng khác Thân chóp có rãnh tròn, chữ nhật hoặc tam giác để khí đi qua Hình dáng của rãnh trên chóp không ảnh hưởng mấy đến quá trình

chuyển khối Chóp được lắp vào đĩa bằng nhiều cách (hình 3.16)

~ đĩa; 2- chớp; 3~ ống hơi; 4- ống chảy chuyền

Hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc khí

Nếu vận tốc khí bé thì khả năng sục khí kém, nhưng nếu vận tốc khí

quá lớn sẽ làm bắn chất lỏng hoặc cuốn chất lỏng theo Hiện tượng bắn chất lỏng tất nhiên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, như

174

khoảng cách giữa các đĩa, khoảng cách giữa các chóp, khối lượng

riêng, cấu tạo và kích thước của chóp và ống chảy chuyển

Để xác định vận tốc khí đi trong tháp, có thể dùng công thức:

~ Vận tốc giới hạn dưới: ưạ # Ai a mis) (3.43)

và sự chuyển động của chất lồng trên đĩa

3) chất lồng chuyển động hướng tâm; b, ) chất lỗng chuyển động vòng;

) chất lồng chuyển động theo hướng bán kính; e) chất lồng phân đàng,

1- cửa vào đĩa của chất lỏng; 2- cửa ra của chất lổng: 3~ vách ngăn

trong d6: F, - tổng tiết điện của rãnh chóp, m°;

£- hệ số trở lực của đĩa chóp, š = 4,5 =5;

h, - chiều cao của rãnh chóp, m;

d, - đường kính chóp, cm

175

A H=H, -H, - khoảng cách giữa đỉnh chóp và mặt đĩa, cm

Vận tốc thích hợp của khí được tính bằng 80 + 90% vận tốc giới

hạn trên, tức:

Wo = (0,80 +0,90)W;

Theo AB

“Hinh 3.16 Cách ghép chớp vào đĩa

1 ~ chóp; 2 ,4 ~ bulông; 3 ~ ống hơi; 5 ~ ốc tựa

Đối với hỗn hợp alcol etylic = nước, vận tốc được xác dinh theo dé thị hình 8.17

Đổ thị thể hiện quan hệ giữa khối lượng riêng của khí với

tốc làm việc theo từng khoảng cách khác nhau giữa các đĩa trong

tháp Đối với các hỗn hợp khác ta cũng có thể van dung dé thi này

tính sơ bộ

Trở lực trong tháp đĩa chóp có thể tính theo công thức:

với È = 4, + 5 - hệ số trở lực của đĩa;

uạ ~ vận tốc làm việc của khí mís;

trong đó: h, ~ chiều cao phần ống chảy chuyển trên đĩa, m;

hị - chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa, m;

ạ - tiết diện đĩa, m?;

£.„ - tiết diện chóp trên đĩa, m?;

ø, ~ khối lượng riêng của bọt, kgím);

ø, - khối lượng riêng của lỏng, kg/m3;

4 ~ chiéu cao lớp bọt trên ống chảy chuyển;

mb pf

V, ~ lưu lượng lỏng, m3/h;

6 ~ chiều rộng ống chảy chuyền có phần lỏng tràn qua, m;

m ~ hệ số tiêu tốn khi chảy tràn, m = 5400 + 10000

“Hình 3.18 Sơ đồ bọt trên đĩa chóp

b) Tháp đĩa lỗ (đĩa lưới)

Tháp đĩa lưới hình trụ, bên trong có nhiều đĩa, có lỗ tròn, hoặc

rãnh Chất lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chảy chuyển Khi di

từ dưới lên qua các lỗ hoặc rãnh đĩa Tổng tiết diện của lỗ hoặc rãnh

chiếm từ 8 + 15% tiết diện tháp Đường kính lỗ từ 3 + 8mm Đĩa được lắp cân bằng, cũng có thể lắp đĩa xiên một góc với độ đốc 1/45 + 1/50

178

Tuỳ thuộc vào vận tốc của đồng khí, trong tháp đĩa lưới có các

thế độ chuyển động sau đây:

~ Ö vận tốc bé, khí qua lỏng ở dạng từng bong bóng riêng lẻ, nên

tháp làm việc ở chế độ sủi bong bóng Lúc này chất lỏng vừa di qua

ống chảy chuyển vừa cùng bọt qua lỗ đĩa

~ Nếu tàng vận tốc lên thì khí đi qua lỏng thành tia liên tục Khi

đó tháp làm việc ở chế độ dòng, chất lỏng không lọt qua lỗ đĩa được Ở chế độ này tháp làm việc đều đặn

~ Tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa, tháp chuyển sang chế độ

_bạt, tức là khí hòa với lỏng thành bọt Lúc này, lớp chất lỏng ở trên

-la không còn nữa, mà chỉ có bọt linh động và xoáy mạnh Vì vậy ở

Vận tốc làm việc của khí được xác định theo công thức:

Py

Hệ số C duge tinh:

C=1,2C, ~4 (V, 35) với V, - lượng chất lỏng chảy qua 1m chiểu dài ống chảy chuyểi

C, - hệ số được xác định qua đổ thị hình 3.20, phụ thuộc vài

khoảng cách giữa các đĩa

Tuỳ thuộc vào tính chất của chất lỏng mà chọn đường kính củi

lỗ đĩa Đối với chất lỏng sạch, đường kính lỗ được chọn từ 2 - 6mi

(thường chọn 4 - 5mm) Đối với chất lỏng bẩn, đường kính 8 - 11mn

Bước của lỗ từ (2,5 - 6) đường kính lỗ chiểu dày đĩa lấy từ (0, ~ 0,8 đường kính lỗ

Trở lực của tháp đĩa lưới cũng được tính theo công thức chun|

(3.45) nhưng từng loại trở lực được tính như sau:

h, = gd ống chảy chuyển trên đĩa, m;

4h - chiểu cao lớp chất lỏng trên đầu ống chảy chuyển trêi

dia, m;

k= 22 ~ 0,5 - hệ số đặc trưng quan hệ khối lượng của bọ

¥a long

180

©) Đĩa supap

Dia supap là đĩa lỗ có nắp nâng hạ để điều chiểu độ đóng mở của

lỗ trên đĩa, nên nó có tính trung gian giữa tháp chóp và lưới Supap có

dạng tròn hay bản chữ nhật, hình (3.21 a,b) Supap loại bản có chiều

rộng 25mm, chiểu dài 120 - 150mm, đường kính lỗ đĩa 10 - 15mm

§upap tròn có đường kính 50mm, 16 dia có đường kính 10 - 40mm, độ

dịch chuyển lên xuống tối đã là 7mm

Hình 3.21 Kết cấu supap trên đĩa

3) supap bản; b) supap rên: 1~ chân đỡ, 2- supap Supap tròn trong quá trình làm việc được nâng lên đều đặn,

nhiều hay ít phụ thuộc vào vận tốc khí lớn hay nhỏ Supap bản được

nâng đều toàn bộ chỉ ở vận tốc khí cho phép (đủ lớn), còn ở vận tốc bé

chỉ có đầu nhẹ được nâng lên, hình (3.22 a,b)

còn các supap nặng hơn vẫn chưa làm việc cho đến khi vận tốc khí dủ

lớn Nếu tiết diện tự do của đĩa càng lớn, supap càng nặng, thì vận tốc -

cần thiết của khí để tháp làm việc đều đặn càng lớn ị ;

Vận tốc làm việc của khí trong tháp được tính theo công thức:

G,, G, - luu lugng ling va khf, kg/h;

Px Py ~ khéi lugng riéng của lỏng và khí, kgím3;

Hy, Hy ~ 46 nhét eda nude va léng, N.s/m? (nude lay 4 20°C);

w ~ vận tốc làm việc của khí trong tháp, m/s

Trở lực trong tháp supap cũng được tính theo công thức (3.45),

a ~ độ mổ (nâng) của supap, m;

5, ~ gờ ống chây chuyển trên đĩa, m;

182