ĐỒ ÁN HOÁ CÔNG

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH - THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨMĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU LÀM VIỆC LIÊN TỤC VỚI DUNG DỊCH NaCl Người thiết kế : Nguyễn Văn

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH - THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU

LÀM VIỆC LIÊN TỤC VỚI DUNG DỊCH NaCl

Người thiết kế : Nguyễn Văn SơnLớp, khóa : KTHH 07 – K62Người hướng dẫn : TS Vũ Thị Phương Anh

HÀ NỘI 2021

VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH –THIẾT BỊ

CÔNG NGHỆ HOÁ VÀ THỰC PHẨM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440

(Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư)

Họ và tên: Nguyễn Văn Sơn

I Đầu đề thiết kế

Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục

- Loại thiết bị: Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài

- Dung dịch cần cô đặc: Natriclorua -NaCl

II Các số liệu ban đầu

- Năng suất: 8500 kg/h

- Chiều cao ống gia nhiệt: 4 m

- Nồng độ đầu của dung dịch: 5%

- Nồng độ cuối của dung dịch: 25%

- Áp suất hơi đốt nồi 1: 4.8 at

- Độ chân không: 0,2 at

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

1 Phần mở đầu

2 Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4)

3 Tính toán kỹ thuật thiết bị chính

4 Tính cơ khí thiết bị chính

5 Tính và chọn thiết bị phụ (lựa chọn 03 thiết bị phụ trong dây chuyền công nghệ)

6 Kết luận

7 Tài liệu tham khảo

IV Các bản vẽ

- Bản vẽ dây chuyền công nghệ: Khổ A4

- Bản vẽ lắp thiết bị chính: Khổ A1

V Cán bộ hướng dẫn: TS Vũ Thị Phương Anh

VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm 2021.

VII Ngày phải hoàn thành: ngày tháng năm 2021.

Phê duyệt của Bộ môn Ngày tháng năm 2021

Người hướng dẫn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

I, CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2

1, Tổng quan về quá trình cô đặc 2

1.1, Giới thiệu 2

1.2, Phân loại các thiết bị cô đặc 2

2, Tổng quan về dung dịch NaCl 3

2.1, Giới thiệu chung 3

2.2, Điều chế 4

2.3, Ứng dụng 4

3, Sơ đồ công nghệ 5

II, TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 8

1, Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống W 8

2, Xác định lượng lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi 8

3, Xác định nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi 8

4, Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống P 9

5, Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi 9

6, Xác định áp suất, nhiệt độ hơi thứ ra khỏi mỗi nồi 10

7, Xác định tổn thất nhiệt độ mỗi nồi 11

7.1, Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao: Δi’’ 11

7.2, Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ: Δi’ 12

7.3, Tính tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống 13

8, Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống 13

9, Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt Di và lượng hơi thứ Wi ở từng nồi 14

10, Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình mỗi nồi 18

10.1, Tính hệ số cấp nhiệt α1 khi ngưng tụ hơi 18

10.2, Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 19

10.3, Tính hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 20

10.4, Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch 25

10.5, So sánh q1i và q2i 25

11, Xác định hệ số truyền nhiệt mỗi nồi 26

12, Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho mỗi nồi 27

13, So sánh và tính được theo giả thiết của phân bố áp suất 27

14, Tính bề mặt truyền nhiệt 28

III, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 29

1, Thiết bị ngưng tụ baromet 29

1.1, Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 29

1.2, Tính đường kính trong D của thiết bị ngưng tụ 30

1.3, Kích thước tấm ngăn 30

1.4, Tổng diện tích bề mặt các lỗ trong mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ 31

1.5, Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 31

1.6, Kích thước ống Baromet 32

1.7, Lượng hơi và khí không ngưng 34

2, Tính toán bơm chân không 34

3, Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 35

3.1, Nhiệt lượng trao đổi Q 35

3.2, Hiệu số hữu ích 36

3.3, Hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể 36

3.4, Nhiệt tải riêng về phía ngưng tụ 37

3.5, Hệ số cấp nhiệt phía cuối hỗn hợp chảy xoáy 37

IV, TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 40

1, Buồng đốt 40

1.1, Xác định số ống trong buồng đốt và đường kính trong buồng đốt 41

1.2, Tính chiều dày phòng đốt 42

1.3, Tính chiều dày lưới ống 44

1.4, Tính chiều dày đáy lồi phòng đốt 45

1.5, Tra bích để lắp vào thân 47

2, Buồng bốc hơi 47

2.1, Thể tích phòng bốc hơi 47

2.2, Chiều cao và đường kính phòng bốc hơi 48

2.3, Chiều dày phòng bốc hơi 48

2.4, Chiều dày nắp buồng bốc 49

2.5, Tra bích để lắp vào thân buồng bốc 50

3, Một số chi tiết khác 51

4, Tính chọn tai treo 55

4.1, Tính khối lượng nồi không Gnk 55

4.2, Tính khối lượng nước được đổ đầy rong nồi Gnd 58

4.3, Tính khối lượng nồi khi thủy lực 58

5, Chọn kính quan sát 60

6, Tính bề dày lớp cách nhiệt 60

V, TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

VI, KẾT LUẬN 61

LỜI MỞ ĐẦU

Nhiệm vụ của bất kì một kĩ sư hóa học là phải biết thiết kế một thiết bị hay hệthống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, chính vì vậy nên sinh viên Kỹthuật Hóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội được nhận đồ án môn học: “ Quátrình và thiết bị Công nghệ Hóa học” Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗisinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượngkiến thức của môn học Trên cơ sở kiến thức đó và một số môn khoa học khác có liênquan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệmvụ kĩ thuật có giới hạn trong các quá trình công nghệ Qua việc làm đồ án môn họcnày, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng đúngnhững kiến thức,quy trình trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày bảnthiết kế theo văn phòng khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống

Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ phải hoàn thành là thiết kế hệ thống cô đặchai nồi xuôi chiều, buồng đốt ngoài với dung dịch NaCl , năng suất 8500 kg/h, nồngđộ dung dich ban đầu 5%, nồng độ sản phẩm 25%

Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiệmthực tế và nhiều mặt khác nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết

kế Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêm của thầy để

đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn TS Vũ Thị Phương Anh đã hướng dẫn em hoàn

thành đồ án này!

+ Làm tăng nồng độ chất tan.

+ Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể

+ Thu dung môi ở dạng nguyên chất

- Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơicòn chất tan không bay hơi được giữ lại trong dung dịch, trong khi đó quá trình chưngcất thì cả dung môi lẫn chất tan đều bay hơi

- Cô đặc được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môitrên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị Quá tình có thể được tiếnhành trong hệ thống một thiết bị cô đặc, hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc và cóthể thực hiện gián đoạn hoặc liên tục Hơi bay ra trong quá trình cô đặc gọi là “hơithứ” thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên được sử dụng làm hơi đốt chocác nồi cô đặc Nếu “hơi thứ” được sử dụng ngoài dây chuyền cô đặc gọi là “hơi phụ”

- Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau (áp suất chân không, ápsuất thường hay áp suất dư) Khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùngthiết bị hở; còn khi làm việc ở áp suất khác ta dùng thiết bị kín

1.2, Phân loại các thiết bị cô đặc.

* Dựa vào chế độ tuần doàn dung dịch:

Loại 1: Dung dịch tuần hoàn tự nhiên: dựa vào sự chênh lệch khối lượng riêng củadung dịch, dùng để cô đặc dung dịch lỏng có độ nhớt thấp VD:

+ Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm

+ Thiết bị cô đặc phòng đốt treo

+ Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài

 Để tăng hiệu quả cô đặc và rút ngắn thời gian người ta sẽ dùng thêm bơm, ta cóloại 2 như sau:

Loại 2: Dung dịch tuần hoàn cưỡng bức: dùng thêm bơm để tăng vận tốc dung dịch lên1,5 – 3,5 m/s nhằm tăng hệ số cấp nhiệt, dùng cho dung dịch đặc, có độ nhớt cao, giảmbám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt

Nhóm 3: Dung dịch chuyển động dọc theo bề mặt truyền nhiệt thành màng mỏng từdưới lên trên, thời gian bay hơi nhanh giúp giảm khả năng biến chất sản phẩm, thíchhợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép….VD: Thiết bị cô đặcloại màng

* Dựa vào áp suất trong thiết bị cô đặc:

- Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phânhủy vì nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trungbình của dung dịch dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Cô đặc chân không thì nhiệt độsôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt thừa của các quá trình sản xuất khác(hoặc sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc

- Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch không bịphân hủy ở nhiệt độ cao và hơi thứ được sử dụng cho quá trình cô đặc và các quá trìnhđun nóng khác

- Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoàikhông khí Phương pháp này tuy đơn giản nhưng không kinh tế

Trong hệ thống thiết bị cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp suất lớnhơn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không

* Dựa vào bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng.

* Dựa vào chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng

khói lò, bằng chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất cao,…), bằng dòngđiện

* Dựa vào cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm…

2, Tổng quan về dung dịch NaCl

2.1, Giới thiệu chung.

- NaCl là một hợp chất hóa học có tên gọi là Natrichorua hay còn gọi là muối ăn ,muối

+ NaCl là Chất rắn màu trắng hoặc không màu

+ Khối lượng mol: 58,5 g/mol

+ Khối lượng riêng: 2,16 g/cm3 (16 °C)

+ Tác dụng với muối Ag+ (phản ứng trao đổi): NaCl + AgNO3 -> AgCl +NaNO3

+ Tác dụng với nước: Ứng dụng để sản xuất HCl

2.2, Điều chế.

 Axit tác dụng với bazo

HCl + NaOH → NaCl + H20

Na2Cr2O7 + 14HCl→ 2NaCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H20

 Sục khí clo vào dung dịch kiềm

2NaOH (nguội, loãng) + Cl2 → NaCl + NaClO + H20

5NaOH (nóng) + 3Cl2 → NaClO3 + 3H20 + 5NaCl

 Clo đẩy brom và iot khỏi muối bromua và iotua

2NaBr + Cl2→ 2NaCl + Br2

2NaI + Cl2 → 2NaCl + I2

 Thủy phân hợp chất chứa oxy kém bền với nhiệt như NaClO3

2NaClO3 ( xúc tác MnO2, đun nóng) → 2NaCl + 3O2

 Đun nhẹ hỗn hợp bão hòa NH4Cl và NaNO2

2.3, Ứng dụng.

1 Trong công nghiệp, muối tinh khiết tiêu thụ hàng năm trên toàn thế giớikhoảng 200 triệu tấn:

 Đối với sản xuất da, giày: người ta dùng muối để bảo vệ da

 Trong sản xuất cao su: muối dùng để làm trắng các loại cao su

 Trong dầu khí: muối là thành phần quan trọng trong dung dịch khoan giếngkhoan

 Từ muối có thể chế ra các loại hóa chất dùng cho các ngành khác như sản xuấtnhôm, đồng, thép, điều chế nước Javel, bằng cách điện phân nóng chảy hoặcđiện phân dung dịch NaCl có màng ngăn

2 Trong nông nghiệp, trồng trọt

 Trong chăn nuôi gia súc, gia cầm: muối dùng để cân bằng các quá trình sinh lýtrong cơ thể giúp gia súc, gia cầm sẽ tăng trưởng nhanh, giảm bệnh tật

 Phân loại hạt giống theo trọng lượng

 Làm yếu tố vi lượng trộn với các loại phân hữu cơ để tăng hiệu quả phân bón

3 Natri Clorua trong thực phẩm

 Là thành phần chính trong muối ăn và được sử dụng phổ biến như là đồ gia vị

và chất bảo quản thực phẩm Dùng muối để ướp thực phẩm sống như tôm,cá, để không bị ươn, ôi trước khi thực phẩm được nấu

 Khử mùi thực phẩm, giữ cho trái cây không bị thâm

 Tăng hương vị, kiểm soát quá trình lên men của thực phẩm

4 Natri Clorua trong y tế

 Muối tinh khiết được dùng để sát trùng vết thương, trị cảm lạnh và dùng để phahuyết thanh, thuốc tiêu độc và một số loại thuốc khác để chữa bệnh cho conngười

 Là một yếu tố thiết yếu đối với cuộc sống con người do thành phần chủ yếu củamuối là natri và clo hai nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằngthể dịch trong cơ thể, đảm bảo cho các tế bào hoạt động bình thường

 Cung cấp muối khoáng cho cơ thể thiếu nước

 Muối có tác dụng khử độc, thanh lọc cơ thể, làm đẹp da, chữa viêm họng, làmtrắng răng, chữa hôi miệng,

5 Muối tinh khiết trong đời sống gia đình

 Muối tinh khiết dùng để giữ hoa tươi lâu hơn, làm sạch thớt, làm sạch đồ thủytinh

 Giúp lau chùi sạch tủ lạnh, chảo dính dầu mỡ, bàn ủi, tẩy vết rượu vang trênquần áo

 Khử mùi hôi của giày, đuổi kiến

6 Ứng dụng của Natri Clorua trong giao thông

 Tại các nước hàn đới, người ta sử dụng một lượng lớn muối để làm tan băng,tuyết trên đường Với nồng độ 23.3% và nhiệt độ thấp nhất là -21.2 độ C, muối

có thể làm tan băng Nhiệt độ tốt nhất để muối làm tan được băng là 0 độ C.Ở

Mỹ, gần 40% sản lượng muối được sử dụng cho công việc này

3, Sơ đồ công nghệ

5: Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

6, 7: Thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài

8: Thiết bị ngưng tụ Baromet

9: Cyclon tách bọt

10: Van

11, 12, 13: Hệ thống cốc tháo nước ngưng

14: Bể chứa nước ngưng

15: Bể chứa sản phẩm

*Thuyết minh sơ đồ:

Hỗn hợp đầu (Dung dịch NaCl 5%) được đưa vào thùng chứa (1) rồi được bơm(2) hút lên thùng cao vị (3) Ở thùng cao vị có ống chảy tràn, hỗn hợp trong thùng luônphải ở chế độ chảy tràn trong suốt quá trình cô đặc và nó sẽ quay trở lại thùng chứa (1)Tiếp theo, hỗn hợp đầu sẽ từ thùng cao vị chảy qua lưu lượng kế (4) rồi đi vàothiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (5) Nước ngưng trong quá trình gia nhiệt sẽ được hệthống cốc tháo nước ngưng (11) đưa ra ngoài và vào bể chứa (14)

Hỗn hợp sau khi được gia nhiệt sẽ được đưa đến thiết bị cô đặc ống buồng đốtngoài (6) Tại đây hỗn hợp sẽ được tuần hoàn theo 1 vành tuần hoàn giữa không giancủa ống trung tâm và phần giới hạn của vỏ thiết bị với buồng đốt Hơi đốt được đưavào trong buồng đốt để tiếp tục đun sôi hỗn hợp Nước ngưng trong buồng đốt đượctháo ra ngoài ở hệ thống tháo nước ngưng (12) Hơi bốc lên ở nồi cô đặc (6) sẽ là hơiđốt của nồi cô đặc phía sau (7), đồng thời dung dịch sau cô đặc ở nồi (6) sẽ tiếp tụcđược đưa sang nồi (7) Nước ngưng ở nồi cô đặc (7) được tháo ở hệ thống (13), dungdịch cô đặc đạt đến nồng độ yêu cầu sẽ được đưa qua bơm (16) để đưa vào bể chứa sảnphẩm (15)

Hơi thứ của nồi cô đặc (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet (8), sau đóđược tiếp tục đưa vào xyclon tách bụi (9) rồi hút ra ngoài theo bơm (17)

PHẦN II, TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

- Các thông số và số liệu ban đầu:

+ Dung dịch cô đặc: NaCl

+ Nồng độ đầu xđ = 5% khối lượng

+ Nồng độ cuối xc = 25% khối lượng

+ Áp suất hơi đốt: 4,8 (at)

+ A suất hơi ngưng tụ :0.2( at)

+ Năng suất hệ thống cô đặc: 8500kg/h

1, Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống W

(1)Thay số liệu vào (1), ta có:

2, Xác định lượng lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi

Gọi lượng hơi thứ bốc ra ở nồi thứ 1 là W1 (kg/h)

lượng hơi thứ bốc ra ở nồi thứ 2 là W2 (kg/h)

Giả sử lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi theo tỉ lệ: => W2 = 1,02.W1

Khi đó W = W1 + W2 (2) => W = W1 + 1,02.W1 = 2,02W1 =>

Thay số vào:

= 1,01 = 3366,34.1,02 = 3433,66

3, Xác định nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi

Theo công thức (VI 2) [4-57]

(%) (3)Thay số liệu vào (3)

+ Nồi 1:

+ Nồi 2:

=> Ta thấy x2 = xc = 25% đúng theo điều kiện đề bài

4, Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống P

- Ta có P = P1 - Png (4)

- Trong đó:

+ P: Hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp P1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Png

+ P1: Áp suất trong nồi thứ nhất (at)

+ Png: Áp suất trong thiết bị ngưng tụ (at)

- Thay số liệu vào (4):

P = P1 - Png = 4,8 – 0,2 = 4.6 (at)

5, Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi

- Gọi P1, P2: lần lượt là chênh lệch áp suất trong nồi 1, 2

- Giả thiết: Phân bố áp suất hơi đốt giữa 2 nồi là P1:P 2 = 2,3

+ Nhiệt lượng riêng hơi đốt i1 = 2752000 (J/kg)

+ Nhiệt hóa hơi r1 = 2121800 (J/kg)

+ Nhiệt hóa hơi r2 = 2275000 (J/kg)

* Nước ngưng:

+ Áp suất Png = 0,2 (at)

+ Nhiệt độ Tng = 59,7 (oC)

6, Xác định áp suất, nhiệt độ hơi thứ ra khỏi mỗi nồi:

- Gọi là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1 và 2

là tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống

Chọn = = 1 (oC)

- Công thức tính nhiệt độ hơi thứ, suy ra từ (VI 14) [VI 60]

= Ti+1 + (6)+ Nồi 1: = T2 + = 112,5+ 1 = 113,5(oC)

+ Nhiệt lượng riêng hơi đốt i1’ = 2701600 (J/kg)

+ Nhiệt hóa hơi r1’ = 2224900 (J/kg)

* Nồi 2:

+ Áp suất P2’ = 0,21 (at)

+ Nhiệt độ t2’ = 60,7 (oC)

+ Nhiệt lượng riêng hơi đốt i2’ = 2609590 (J/kg)

+ Nhiệt hóa hơi r2’ = 2355260 (J/kg)

[at] [at] [oC] [J/Kg]

1 4.8 149.46 2752000 2121800 1.65 113.5 2701600 2224900 8.2

8

7, Xác định tổn thất nhiệt độ mỗi nồi

7.1, Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:

- Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc theo công thức (VI 12) [1

- 60]

Ptb = Po + (N/m2) (7)Trong đó:

- Po: Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch (N/m2)

+ Nồi 1: Po1 = P1’ = 1,65 (at)

+ Nồi 2: Po2 = P2’ = 0,21 (at)

- h1: Chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống gia nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch(m) => h1 = 0,5 (m)

- h: Chiều cao ống gia nhiệt (m) => h = 4 (m)

- g: Gia tốc trọng trường (m/s2) => g = 9,81 (m/s2)

- : Khối lượng riêng của dung dịch sôi (kg/m3)

+ Nồi 1: Ở t= 113,5oC; x = 8,28% Ngoại suy Tra bảng (I.57) [1-45]

” = ttb – ti ’ (oC) (8)+ Nồi 1: 1” =115,86–113,5 =2,36 (oC)

- : Tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ ở áp suất bất kỳ (oC)

- : Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở

áp suất khí quyển (oC)

- f: Hệ số hiệu chỉnh tính theo công thức

- Tsi’: Nhiệt độ sôi (oK)

Áp dụng công thức (VI.19) [6-68]

(10)Tổng số nồi cô đặc: n = 2

Từ đó suy ra = 8,14 + 14,07 + 2 = 24,21 (oC)

8, Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống

Tính ts0 :

Tại t = 100,4 áp suất của dung môi là P0 = 1,07 [at] (Tra bảng I.250 (1-312)

Áp dụng quy tắc Babô

100,4 =

Theo quy tắc tỉ lê trên vẫn giữ nguyên giá trị tại mỗi nhiệt độ của dung dịch

Vậy tại áp suất 1,65 (at ) nhiệt độ sôi của dung dịch là :

Ta có: tch = T1 - Tng = 149,46 – 59,7 = 89,70 ( oC)

Thay vào (11):

- Tính nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi theo công thức: tsi = ti’ + Δi’ + Δi’’

=> ts1 = t1’ + Δ1’ + Δ1’’ = 113,5 + 1,58 + 2,36= 117,44 (oC)

=> ts2 = t2’ + Δ2’ + Δ2’’ = 60,7 + 5,71+ 11,71 = 78,12 (oC)

- Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi:

(12)+ Nồi 1: = 149,46 – 117,44 = 32,02 (oC)

+ D: Lượng hơi đốt ở nồi 1 (kg/h)

+ Co, C1, C2: Nhiệt dung riêng của dung dịch cho vào nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2(J/kg.độ)

+ i1, i2: Nhiệt lượng riêng của hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2 (J/kg)

+ i1’, i2’: Nhiệt lượng riêng của hơi thứ ra khòi nồi 1 và nồi 2 (J/kg.độ)

+ tso: Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu (oC)

+ ts1, ts2: Nhiệt độ sôi của dung dịch ra khỏi nồi 1 và 2 (oC)

+ 1,  2: Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 ( oC)

+ Qm1, Qm2: Nhiệt mất mát ở nồi 1 và nồi 2 (J)

=> Chọn Qm = 0,05.Qcấp

+ W1, W2: Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1 và nồi 2 (kg/h)

- Tính nhiệt dung riêng của dung dịch KNO3

Áp dụng công thức [1-152] ta có:

M.Cht = n1.C1 + n2.C2 + n3.C3 (13)Trong đó:

+ Cht: Nhiệt dung riêng của hợp chất hóa học (J/kg.độ)

+ M: Khối lượng mol của hợp chất (đvC)

+ n1, n2: Số nguyên tử các nguyên tố tương ứng

=> Với dung dịch NaCl: Na: n = 1; Cl: n = 1

Tra bảng [I.141] nhiệt dung của nguyên tử nguyên tố

Na: C1 = 26000 (J/kg nguyên tử.độ)

+ Nhiệt dung riêng của dung dịch NaCl ban đầu xo = 5% <20%

+ Nhiệt dung riêng của dung dịch NaCl ra khỏi nồi 1: x1 = 8,28% <20%

+ Nhiệt dung riêng của dung dịch NaCl ra khỏi nồi 2: x2 = 25% >20%

- Thông số nước ngưng:

+ Nhiệt độ của nước ngưng đi ra khỏi thiết bị bằng nhiệt độ hơi đốt đi vào:

1 = T1 = 149,46 (oC)

2 = T2 = 112,5 ( oC)

+ Nhiệt dung riêng của nước ngưng:

Tra bảng (I.249) [1-311] Tính chất hóa lý của hơi nước

(20) (21) (22)Thay số liệu vào (20),(21),(22):

4240,04.112,5)+(2609590-3839,4.117,44))

(oC)

(%)Giả thiết Tính

10, Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình mỗi nồi

10.1, Tính hệ số cấp nhiệt α 1 khi ngưng tụ hơi.

- Chọn ống truyền nhiệt theo kích thước nhỏ 23x2 dày 2mm

- Theo giả thiết chiều cao ống truyền nhiệt là H = 4 (m)

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt:

+ Nồi 1: t11 = 3,72 ( oC)

+ Nồi 2: t12 = 3,86 ( oC)

- Chọn điều kiện làm việc sau:

+ Buồng đốt ngoài, hơi nước ngưng bên ngoài ống, màng nước ngưng chảy dòng thìhệ số cấp nhiệt tính theo công thức [2-28]

(W/m2.độ) (23)+ Đối với hệ số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng [2-29]

Tra trị số A theo nhiệt độ màng [2-29] ta có A2 = 183,76

+ Nhiệt hóa hơi r (J/kg)

10.2, Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ.

q1i = α1i.1i (W/m2) (25)Theo công thức [3-234]

(W/m2.độ)

q1i(W/m2)

tTi = q1i ( oC) (28)Theo [5-2]

(m2.độ/W) (29)Trong đó r1, r2 lần lượt là nhiệt trở cặn bã hai phía

Tra bảng (V-1) [2-4] trị số nhiệt trở trung bình của một số chất:

r1 = 0.000387 (m2.độ/W): Nhiệt trở cặn bẩn dung dịch NaCl

r2 = 0,000232 (m2.độ/W): Nhiệt trở cặn phía hơi bão hòa

 = 16,3 (W/m.độ): Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉX18H10T (Tra từ bảng (XII.7)[2-313])

: Bề dày ống truyền nhiệt: Chọn ống 23x2 mm =>  = 2.10-3 (m)

+ Ψi: Hiệu số hiệu chỉnh nồi thứ i

Theo [3-211] thì hiệu số hiệu chỉnh được xác định theo công thức:

(30)Trong đó:

nc, dd: Nước và dung dịch

: Hệ số dẫn nhiệt (W/m.độ)

: Khối lượng riêng (kg/m3)

: Độ nhớt (Ns/m2)

C: Nhiệt dung riêng (J/kg.độ)

=> Các thông số trên tra theo nhiệt độ sôi của điều kiện làm việc

 Nồi 1: x = 8,28%, ts1 = 117,44(oC)

*Thông số của nước

=> Tra bảng [1-311] Tính chất hóa lý của hơi nước trên đường bão hòa

nc1 = 945,35(kg/m3)

Cnc1 = 4243,64 (J/kg.độ)

=> Tra bảng [I-134] Hệ số dẫn nhiệt của nước và hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ và

áp suất

nc1 = 58,982.1,163.10 -2 = 0,69 (W/m.độ)

=> Tra bảng (1.104)[1-96] Độ nhớt của nước ở nhiệt độ cao hơn 100 (oC)

nc1 = 0,24 (cP)

*Thông số của dung dịch

=> Tra bảng (1.46)[1-42] Khối lượng riêng của dung dịch Nacl- Nước

Cpi: Nhiệt dung riêng của chất lỏng i (J/kg.độ)

i: Khối lượng riêng của chất lỏng i (kg/m3)

Mi: Khối lượng mol chất tan i

Cụ thể vì x = 8,28% => 0,027 (mol/mol)

suy ra M1 = 0,027.58,5 + (1-0,027).18 = 19,09 (đvC)

A: Hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết chất lỏng, ở đây A = 3,58.10-8

Thay số lên công thức (31) có

= 0,52 (W/độ)

=> Độ nhớt của dung dịch dd theo pavalov

(32)Trong đó

t1, t2: Nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có cùng giá trị độ nhớt

(Sử dụng chất lỏng tiêu chuẩn là rượu Etylic)

Tra bảng (I-107)[1-101] Độ nhớt của một số dung dịch các hợp chất vô cơ

Với x = 8,28% thì

*Thông số của nước

=> Tra bảng [1-311] Tính chất hóa lý của hơi nước trên đường bão hòa

*Thông số của dung dịch

=> Tra bảng (1.46)[1-42] Khối lượng riêng của dung dịch Nacl - Nước

(W/m.độ) (31)Trong đó:

Cpi: Nhiệt dung riêng của chất lỏng i (J/kg.độ)

i: Khối lượng riêng của chất lỏng i (kg/m3)

Mi: Khối lượng mol chất tan i

Cụ thể vì x = 25% => 0,093 (mol/mol)

suy ra M2 = 0,093.58,5 + (1-0,093).18 = 21,77 (đvC)

A: Hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết chất lỏng, ở đây A = 3,58.10-8

Thay số lên công thức (31) có

= 0,57 (W/độ)

=> Độ nhớt của dung dịch dd theo PAVƠLÔP

(32)Trong đó

t1, t2: Nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có cùng giá trị độ nhớt

(Sử dụng chất lỏng tiêu chuẩn là rượu Etylic)

Tra bảng (I-107[1-100] Độ nhớt của một số dung dịch các hợp chất vô cơ

nc(W/m.độ)

dd(cP)

nc(cP)

10.4, Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch.

- Theo [3-234], ta có: q2i = α2i.t2i

q2i(W/m2)

11, Xác định hệ số truyền nhiệt mỗi nồi.

Theo công thức [2,4]

(W/m2.độ)Tuy nhiên nếu tính theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điềukiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau và nhỏ nhất thì ta sử dụng công thức:

(W/m2.độ) (33)+ qtbi: Nhiệt tải riêng trung bình của dung dịch thứ i (W/m2)

(W) (3-333) (34)Trong đó:

Qi: Nhiệt lượng tiêu tốn cho nồi thứ i (W)

Di: Lượng nhiệt hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi (kg/h)

ri: Nhiệt hóa hơi (J/kg)

+ Nồi 1: (m2/độ)

+ Nồi 2: (m2/độ)

- Tính hệ số hữu ích từng nồi:

(oC) (35)Theo công thức [4-14]

14, Tính bề mặt truyền nhiệt

- Theo phương thức bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau (3-28)

(m2) (36)