(Đồ án) đồ án môn học tính toán, thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch nacl – h2o năng suất f= 3kgs

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI T K H TH NG THI T B CÔ C HAI N I XUÔI CHI U LÀM VI CẾ Ế Ệ Ố Ế Ị ĐẶ Ồ Ề Ệ LI[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

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

VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH –THIẾT BỊ

dung dịch NaCl – H2O , năng suất F= 3kg/s , chiều cao ống truyền nhiệt: H = 5m

II Các số liệu ban đầu:

Nồng độ đầu của dung dịch: 9 % khối lượng;

Nồng độ cuối của dung dịch: 20 % khối lượng;

Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at;

Áp suất hơi ngưng tụ: 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

V Cán bộ hướng dẫn: TS Cao Thị Mai Duyên

VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng 4 năm 2022

VII Ngày phải hoàn thành:

Phê duyệt của Bộ môn Ngày tháng 4 năm 2022

Người hướng dẫn

+ 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 hơi cònchất tan không bay hơi được giữ lại trong dung dịch, trong khi đó quá trình chưng cất 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 môi trên

bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị Quá tình có thể được tiến hành trong

hệ thống một thiết bị cô đặc, hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc và có thể thực hiệngián đoạn hoặc liên tục Hơi bay ra trong quá trình cô đặc gọi là “hơi thứ” thường cónhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên được sử dụng làm hơi đốt cho các 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, áp suấtthường hay áp suất dư) Khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết

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 của dungdịch, 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 có loại 2như sau:

Loại 2: Dung dịch tuần hoàn cưỡng bức: dùng thêm bơm để tăng vận tốc dung dịch lên 1,5 –3,5 m/s nhằm tăng hệ số cấp nhiệt, dùng cho dung dịch đặc, có độ nhớt cao, giảm bámcặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt

Loại 3: Dung dịch chuyển động dọc theo bề mặt truyền nhiệt thành màng mỏng từ dưới lêntrên, thời gian bay hơi nhanh giúp giảm khả năng biến chất sản phẩm, thích hợp cho cácdung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép….VD: Thiết bị cô đặc loại 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 phân hủy vìnhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình củadung dịch dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dungdịch 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 bị phânhủy ở nhiệt độ cao và hơi thứ được sử dụng cho quá trình cô đặc và các quá trình đun nóngkhác

- Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài khôngkhí 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 lớn hơn

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 dòng điện

1.3 Chọn thiết bị cô đặc:

Trong đồ án này, chiều cao ống truyền nhiệt H=5m, ta nên chọn thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài

vì ống tuần hoàn và phòng đốt ở 2 không gian làm gian làm việc khác nhau nên ống tuần hoànkhông bị gia nhiệt, vận tốc tuần hoàn lớn, dẫn đến có thể làm ống truyền nhiệt lên tới 7m đểtăng tốc độ cô đặc

2, Tổng quan về dung dịch NaCl

2.1, Giới thiệu chung.

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

- NaCl là chất điện ly mạnh phân ly hoàn toàn trong nước sản phẩm là các ion âm và dương, làmuối của axit mạnh và bazo mạnh nên mang tính trung tính

- Ứng dụng nhiều trong các ngành khác nhau như trong công nghiệp giấy, thuốc nhuộm,trong chăn nuôi, trong y tế cũng như trong đời sống

+ 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 giới khoảng

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 giếng khoan

 Từ muối có thể chế ra các loại hóa chất dùng cho các ngành khác như sản xuất nhôm,đồng, thép, điều chế nước Javel, bằng cách điện phân nóng chảy hoặc điện phân dungdịch 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 lý trong cơthể 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 chấtbảo 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 pha huyếtthanh, thuốc tiêu độc và một số loại thuốc khác để chữa bệnh cho con người

 Là một yếu tố thiết yếu đối với cuộc sống con người do thành phần chủ yếu của muối lànatri và clo hai nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng thể dịch trong cơthể, 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, làm trắng 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 thủy tinh

 Giúp lau chùi sạch tủ lạnh, chảo dính dầu mỡ, bàn ủi, tẩy vết rượu vang trên quần 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 trênđường Với nồng độ 23.3% và nhiệt độ thấp nhất là -21.2 độ C, muối có thể làm tanbăng Nhiệt độ tốt nhất để muối làm tan được băng là 0 độ C.Ở Mỹ, gần 40% sản lượngmuối được sử dụng cho công việc này

3 Chọn vật liệu chế tạo thiết bị

Dung dịch cần cô đặc ở đây là NaCl là dung dịch chất điện ly mạnh, khi kim loại tiếp xúcvới dung dịch chất điện ly sẽ xảy ra ăn mòn điện hóa, tạo nên dòng điện Vì vậy vật liệu chếtạo thiết bị cô đặc ở đấy ta sẽ chọn là thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt Chọn thép40XFA : λ =52,4 [W/m2 độ] (Tra từ bảng (XII.7)[4-313])

II SƠ ĐỒ VÀ MÔ TẢ DÂY CHUYỀN

1 Sơ đồ công nghệ

2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị

Hệ thống thiết bị cô đặc trên làm việc liên tục

Dung dịch đầu (NaCl) ở thùng chứa (1) được bơm (2) đưa vào thùng cao vị số (13), sau

đó chảy vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (12) Ở thiết bị này dung dịch được đun nóng

sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào buồng đốt (14) Vì khi dung dịch đi vào buồng đốt đầu

có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch do đó cần tiêu tốn một lượng hơi đốt đểđun nóng sơ bộ dung dịch Ở buồng đốt, dung dịch tiếp tục được đun nóng bằng thiết bịđun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt, hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Nước ngưng được đưa ra khỏi buồng đốt bằng cửa tháo nước ngưng Dung dịch sôi, dung môi bốc lên và đi sang buồng bốc (14) gọi là hơi

thứ, hơi thứ trước khi ra khỏi buồng bốc được đưa qua bộ phận thu hồi bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bị cuốn theo hơi thứ qua ống dẫn bọt Hơi thứ ra khỏi nồi đầu tiên sẽ được làm hơi đốt cho buồng đốt thứ 2 (15) Dung dịch từ nồi đầu tiên tự di chuyển sang nồi thứ

2 do có sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau nhỏ hơn áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn nhiệt độ của nồi sau, do đó dung dịch đi vào nồi 2

có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch được làm lạnh, lương nhiệt này sẽlàm bốc hơi thêm một lượng dung môi gọi là quá trình tự bốc hơi

Dung dịch sản phẩm ở nồi 2 được đưa ra khỏi nồi và cho qua thiết bị trao đổi nhiệt (8) đểlàm mát sau đó được bơm về thùng chứa sản phẩm Việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt (8) để giảm thiểu việc hư hỏng và giảm tuổi thọ của bơm Hơi thứ bốc ra khỏi buồng bốc thứ 2 được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet (18) Trong thiết bị ngưng tụ nước làm lạnh

từ trên đi xuống hơi cần ngưng tụ từ dưới đi lên, ở đây hơi được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống baromet ra ngoài, còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (19) rồi vào bơm hút chân không (7)

III TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Các số liệu đầu

 Chiều cao ống truyền nhiệt H = 5 m

1.Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống:

Ta có : W =G đ .(1− x đ

x c)

→W=10800.(1− 920)=5940[kg/h]

2 Lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi

 Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1: W1,[kg /h]

 Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2: W2, [kg /h]

Giả sử lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi theo tỉ lệ: W1

W2 = 11,1 => W2 = 1,1.W1Khi đó W = W1 + W2 (2) => W = W1 + 1,1.W1 = 2,1W1 => W1= W

2,1

Thay số vào: W1= 59402,1 =2828,57[kg/h]

W2 = 1,1.W1 = 2828,57.1,1 = 3111,43[kg /h]

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

Theo công thức (VI 2) [4-57]

x i =G đ . x đ

G đ−∑n W i (%) (3)

Thay số liệu vào (3)

=> Ta thấy x2 = xc = 20% 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 = 5 – 0,2 = 4,8 (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:P2 = 2,4:1

=> Png phù hợp với điều kiện đề bài

Tra bảng I.251 Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp suất - Sổ tay hóa côngQuá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 [3-314], [3-315] kết hợp nội suy ta có:

* Nồi 1:

+ Áp suất P1 = 5 (at)

+ Nhiệt độ T1 = 151 (oC)

+ Nhiệt lượng riêng hơi đốt i1 = 2754202 (J/kg)

+ Nhiệt hóa hơi r1 = 2116895,72 (J/kg)

* Nồi 2:

+ Áp suất P2 = 1,612 (at)

+ Nhiệt độ T2 = 112,87(oC)

+ Nhiệt lượng riêng hơi đốt i2 = 2700586 (kJ/kg)

+ Nhiệt hóa hơi r2 = 2226547,75 (kJ/kg)

* Nước ngưng:

+ Áp suất Png = 0,2 (at)

+ Nhiệt độ Tng = 59,8 (oC)

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

- Gọi t1' ,t2' là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1 và 2

∆ i '' ' là tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống

Chọn ∆1'' ' = ∆2'' ' = 1,2 (oC)

- Công thức tính nhiệt độ hơi thứ

t i ' = Ti+1 + ∆ i '' ' (6)+ Nồi 1: t1' = T2 + ∆1'' ' = 112,87+ 1,2 = 114,07(oC)

+ Nồi 2: t2' = Tng + ∆2'' ' = 59,8 + 1,2 = 61 (oC)

Tương ứng với nhiệt độ tính được xác định hơi thứ mỗi nồi Tra bảng I.250 Tính chất hóa lí củahơi nước bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ - Sổ tay hóa công Quá trình và thiết bị công nghệ hóachất tập 1 [3-312], [3-313] kết hợp nội suy ta có:

+ Nồi 1: với t1' = 114,07 °C ta được: - Áp suất hơi thứ : p1' = 1,675 (at)

- Nhiệt lượng riêng: i1' = 2702506 (J/kg)

- Nhiệt hóa hơi: r1' = 2223428 (kJ/kg)+ Nồi 2: với t2' = 61 °C ta được: - Áp suất hơi thứ: p2' = 0,2135 (at)

- Nhiệt lượng riêng: i2' = 2610140 (kJ/kg)

- Nhiệt hóa hơi: r2' = 2354560 (kJ/kg)Tổng hợp lại ta có bảng số liệu:

x, %P,

[at] [oT,C] [J/Kg]i, [J/Kg] P', [at] t', [r, oC] [J/Kg]i', [J/Kg]r’,

1 5 151 2754202 895,72 1,6752116 114,07 2702506 2223428 12,19

2 1,612 112,87 2700586 547,752226 0,2135 61 2610140 2354560 20

7, Xác định tổn thất nhiệt độ mỗi nồi.

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

- Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc theo công thức

Ptbi = Pi’ + ¿ (at) (7) Trong đó:

- Pi’: Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch (at)

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

- H: Chiều cao ống gia nhiệt H = 5 (m)

Tra bảng (I.251) [3-314] và nội suy ta được:

+ Nồi 1: Ptb1 = 1,838 (at) => ttb1 = 116,893 (oC)

+ Nồi 2: Ptb2 = 0,386 (at) => ttb2 = 74,51(oC)

Áp dụng công thức

i” = ttb – ti’ (oC) (8)+ Nồi 1: 1” =116,893–114,07 =2,83 (oC)

r i ' .∆ o

'

(oC) (9)Trong đó:

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

- ∆ o ': Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở ápsuất khí quyển (oC)

- f: Hệ số hiệu chỉnh tính theo công thức

- Tsi: Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho (oK)

- ri’: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, [ J/kg]

Tra bảng (VI.2) [4-66] và nội suy ta được:

+ Với nồng độ dung dịch là xo = 9% ta được Δ00’ = 1,7 (oC)

+ Nồi 1: x1 = 12,19% => '01 =2,448 (oC)

+ Nồi 2: x2 = 20% => ’02 = 4,85 (oC)

Thay số vào công thức (9)

+ Với hỗn hợp dung dịch đầu: ’0 = 16,2 387,0722234282 .1,7=1,856 ¿ oC)

∑

i=1

2

∆ i ' =∆1' +∆2' =2,712+4,03=6,74(℃)

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

Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:

+ Gđ: Lượng dung dịch đầu đưa vào nồi cô đặc (kg/h)

+ 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)

+ Cnc: Nhiệt dung riêng của nước ngưng

+ 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)

9.1 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch NaCl:

Áp dụng công thức [3-152] 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,n3, : Số nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

+ C1,C2,C3,…:nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố tương ứng

=> Với dung dịch NaCl: Na: n1 = 1; Cl: n2 = 1

Tra bảng I.141[3-152]nhiệt dung của nguyên tử nguyên tố

9.2 Các thông số của nước ngưng:

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

1 = T1 = 151 (oC)

2 = T2 = 112,87 (oC)

+ Nhiệt dung riêng của nước ngưng:

Tra bảng (I.249) [3-311] Tính chất hóa lý của nước và nội suy ta được

9.3 Thiết lập hệ phương trình cân bằng nhiệt lượng:

(J/kg.độ) (oC) Giả thiếtW (kg/h)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.

- Theo giả thiết chiều cao ống truyền nhiệt là H = 5 (m)

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

+ Nồi 1: t11 = 4,29 (oC)

+ Nồi 2: t12 =4,575 (oC)

- Chọn điều kiện làm việc sau:

+ Buồng đốt ngoài, hơi nước ngưng bên ngoài ống, màng nước ngưng chảy dòng thì hệ số cấpnhiệt tính theo công thức [2-28]

α 1i =2,04 A i .( r i

∆t 1i H)0,25

(W/m2.độ) (23)+ Đối với hệ số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng

Nhiệt độ màng được tính theo công thức [4-29]

Tra trị số A theo nhiệt độ màng [4-29] và nội suy ta có A2 = 183,760

+ Nhiệt hóa hơi r (J/kg)

α12=2,04.183,760 (2226547,75

4,575 5 )0,25

=6621,401 (W/m2.độ)

9.2 Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ

Goị q1i : Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ i

Theo công thức [3-234]

q1i = α1i.1i (W/m2) (25)Thay số vào (25)

p1’ = 1,675 (at); p2’ = 0,2135 (at)

+ t2i: hiệu số nhiệt độ ở hai bề mặt thành ống truyền nhiệt và dung dịch (oC)

Ta có:

t2i = tT2i - tddi = Ti - t1i - tTi (27)Trong đó tTi: Hiệu số nhiệt độ ở hai bên thành ống truyền nhiệt

tTi = q1i ∑r (oC) (28)Σr: Tổng nhiệt trở thành ống truyền nhiệt, được tính theo công thức

∑r=r1+r2+ δ❑ (m2.độ/W) (29)Trong đó r1, r2 lần lượt là nhiệt trở cặn bã hai phía

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

r1 = 0,000232 (m2.độ/W): Nhiệt trở cặn phía hơi bão hòa

r2 = 0,000387 (m2.độ/W): Nhiệt trở cặn bẩn dung dịch NaCl

 = 50,2 (W/m.độ): Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉ 12MX(Tra từ bảng (XII.7)[4-313])

: Bề dày ống truyền nhiệt: Chọn  = 2.10-3 (m)

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

*Thông số của nước:

+ Tra bảng I.129 [3-133] và nội suy ta có:

*Thông số của dung dịch

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NaCl tính theo công thức (I.32) [3-123]

❑ddi =A C ddi ρ i .√3 ρ i

M i (W/m.độ) (31)A: Hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết A = 3,58.10-8

Cddi: Nhiệt dung riêng của dung dịch i Tính toán ở bước 9 ta có:

.(3675,58 4245,4 ).( 0,2229.10 −3

.(3526,58 4198,04).(0,3631.10 −3

0,6.10 −3 ) ]0,435

= 0,733 <1Thay Ψ1, Ψ2 vào công thức (26)

α21 = 45,3.(1,675)0,5.( 7,145)2,33.0,747= 4281,214

α = 45,3.(0,2135)0,5.(9,792) 2,33.0,733 = 3123,698

K i= q tb

∆ T i (W/m2.độ) (33)+ qtbi: Nhiệt tải riêng trung bình về phía nồi thứ i (W/m2)

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)

F1= 1876671969,64 32,56=59,44(m2)+ Bề mặt truyền nhiệt của nồi 2 là:

F2=886,81.33,1631748197 =59,44(m2)+ Sai số của F1 và F2 là:

Ống truyền nhiệt có kích thước 25x2 mm

dtr: đường kính trong của ống truyền nhiệt, do α1 > α2 nên dtr = 25 – 2.2 = 21 (mm)H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 5 (m)