1 . Tính chieàu cao boàn cao vò:
Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu (nhập liệu): d = 50 (mm), độ nhám của ống =0,1(mm).
Các tính chất lý học của dòng nhập liệu được tra ở tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbF =
= 56,425 oC:
+ Khối lượng riêng: F = 947,513 (Kg/m3).
+ Độ nhớt động lực: F = 0,7978.10-3 (N.s/m2).
Vận tốc của dòng nhập liệu trong ống dẫn:
vF = = 0,217 (m/s).
a . Tổn thất đường ống dẫn:
(m).
Với: + 1 : hệ số ma sát trong đường ống.
+ l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 20(m).
+ d1 : đường kính ống dẫn, d1 = d = 0,05(m).
+ 1 : tổng hệ số tổn thất cục bộ.
+ vF : vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn, vF = 0,149(m/s).
* Xác định 1 :
Chuẩn số Reynolds của dòng nhập liệu trong ống:
= 13253,3 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có:
+ Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh1= =
=7289,343
+ Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:
Ren1= = =23,9.104.
Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy quá độ, khi đó (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]):
1=
* Xác định 1:
Hệ số tổn thất của dòng nhập liệu qua:
+ 10 choã uoán cong: u1=10.1,1 = 11.
+ 3 van (van caàu): v1= 3.10 = 30.
+ 1 lần đột thu: t1 = 0,5.
+ 1 lần đột mở: m1 = 1.
+ 1 lưu lượng kế: l1 = 0 (không đáng kể).
Suy ra: 1 = u1 + v1 + t 1+ m1 + l1 = 42,5.
Vậy:Tổn thất đường ống dẫn: h1=
=0,135(m).
b . Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị trao đổi nhieọt:
(m).
Với: + 2 : hệ số ma sát trong đường ống.
+ l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 20(m).
+ d2 : đường kính ống dẫn, d2 = 0,021(m).
+ 2 : tổng hệ số tổn thất cục bộ.
+ v2 : vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn, v2
= 1,26(m/s).
* Xác định 2 :
Chuẩn số Reynolds của dòng nhập liệu:(xem lại mục IV.I.4)
Re2= 32320,9
Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có:
+ Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh2= =
=2704,68.
+ Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:
Ren2= = =90140,38.
Suy ra: Regh2 < Re2 < Ren2: khu vực chảy quá độ, khi đó (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]):
2=
* Xác định 2:
Hệ số tổn thất của dòng nhập liệu qua:
+ 9 chỗ ống cong quay ngược: q2=9.2,2 = 19,8.
+ 1 choã uoán cong: u2= 1,1.
+ 1 laàn co heùp: c2 = 0,385.
+ 1 lần mở rộng: m2 = . Suy ra: 2 = u2 + q2 + c2+ m 2 =21,963.
Vậy:Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị trao đổi
nhieọt: h2= =4,217(m).
c . Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị gia nhiệt nhập liệu:
(m).
Với: + 3 : hệ số ma sát trong đường ống.
+ l3 : chiều dài đường ống dẫn, l3 = 20(m).
+ d3 : đường kính ống dẫn, d3 = 0,021(m).
+ 3 : tổng hệ số tổn thất cục bộ.
+ v3 : vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn, v = 1,2825(m/s).
* Xác định 3 :
Chuẩn số Reynolds của dòng nhập liệu:(xem lại mục IV.I.5)
Re3= 32898,059
Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có:
+ Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh3= =
=2704,68.
+ Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:
Ren3= = =90140,38.
Suy ra: Regh3 < Re3 < Ren3: khu vực chảy quá độ, khi đó (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]):
3=
* Xác định 3:
Hệ số tổn thất của dòng nhập liệu qua:
+ 9 chỗ ống cong quay ngược: q3=9.2,2 = 19,8.
+ 1 choã uoán cong: u3= 1,1.
+ 1 laàn co heùp: c2 = 0,385.
+ 1 lần mở rộng: m2 = . Suy ra: 3 = u3 + q3 + c3+ m 3 =21,963.
Vậy:Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị gia
nhieọt: h3= =4,388(m).
Chọn : + Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong boàn cao vò.
+ Mặt cắt (2-2) là mặt cắt tại vị trí nhập liệu ở tháp.
Aùp dụng phương trình Bernolli cho (1-1) và (2-2):
z1 + + = z2 + + +hf1-2
hay z1 = z2 + +hf1-2
Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem như là chiều cao bồn cao vị H = z .
+ z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem như là chiều cao từ vị trí nhập liệu tới mặt đất:
z2 = hchân đỡ + hnắp + (Nchưng+1).(h + mâm )
= 0,145 + 0,215 + 11.(0,3 + 0,003) = 3,693 (m).
+ P1 : áp suất tại mặt thoáng (1-1), chọn P1 = 1 at.
+ P2 : áp suất tại mặt thoáng (2-2).
Xem P=P2 –P1 =Ncaát .htl = 42 . 419,25 = 17608,5 (N/m2).
+ v1 : vận tốc tại mặt thoáng (1-1), xem v1 = 0(m/s).
+ v1 : vận tốc tại vị trí nhập liệu, v1 = vF = 0,217 (m/s).
+ hf1-2 : tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2):
hf1-2 = h1 + h2 + h3 = 0,135 + 4,217 + 4,388 = 8,74(m).
Vậy: Chiều cao bồn cao vị: Hcv = z2 + +hf1-2
=3,693 + + 8,74
= 14,274(m).
Chọn Hcv = 15(m).
2 . Chọn bơm:
Lưu lượng nhập liệu: VF = (m3/h).
Chọn bơm có năng suất là Qb = 1,7 (m3/h).Đường kính ống hút, ống đẩy bằng nhau và bằng 21(mm),nghĩa là chọn oáng 25x2.
Các tính chất lý học của dòng nhập liệu được tra ở tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình t’F = 28 oC:
+ Khối lượng riêng: F = 964,2 (Kg/m3).
+ Độ nhớt động lực: F = 1,772.10-3 (N.s/m2).
Vận tốc dòng nhập liệu trong ống hút và đẩy:
vh = vd = = 1,363(m/s).
Tổng trở lực trong ống hút và ống đẩy:
hhd =
Với: + lh : chiều dài ống hút, chọn lh = 2,5 (m).
+ ld : chiều dài ống đẩy, chọn ld = 15,5 (m).
+ h : tổng tổn thất cục bộ trong ống hút.
+ d : tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy.
+ : hệ số ma sát trong ống hút và ống đẩy.
* Xác định :
Chuẩn số Reynolds của dòng nhập liệu:
Re= =15574,65.
Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có:
+ Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh= =
=2704,68.
+ Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:
Ren= = =90140,38.
Suy ra: Regh < Re < Ren: khu vực chảy quá độ, khi đó (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]):
=
* Xác định h:
Hệ số tổn thất cục bộ trong ống hút qua:
+ 1 van caàu: vh= 10.
+ 1 lần vào miệng thu nhỏ: t = 5.
Suy ra: h = vh =10.
* Xác định d:
Hệ số tổn thất cục bộ trong ống đẩy qua:
+ 1 van caàu: vd= 10.
+ 2 lần uốn gúc: u =2ứ.1,1 = 2,2.
Suy ra: h = vd + u =12,2.
Vậy:Tổn thất trong ống hút và ống đẩy:
hhd = =4,86(m).
Chọn : + Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn chứa nguyên liệu.
+ Mặt cắt (2-2) là mặt thoáng chất lỏng trong boàn cao vò.
Aùp dụng phương trình Bernolli cho (1-1) và (2-2):
z1 + + + Hb= z2 + + +hf1-2
Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất.
+ z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất.
+ P1 : áp suất tại mặt thoáng (1-1), chọn P1 = 1 at.
+ P2 : áp suất tại mặt thoáng (2-2), chọn P2 = 1 at.
+ v1,v2 : vận tốc tại mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem v1=v2= 0(m/s).
+ hf1-2 =hhd: tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2).
+ Hb : cột áp của bơm.
Suy ra: Hb = (z2 – z1) + hhd = Hcv + hhd = 15 +4,86
=19,86(m.chất lỏng)
Chọn hiệu suất của bơm: b = 0,8.
Công suất thực tế của bơm: Nb =
= 110,08(W) = 0,148 (hp).
Tóm lại: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn 2 bơm li tâm loại XM vì Qb = 1,7 (m3/h) và rượu là chất không độc hại.