Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất 3000 kgh ,chiều cao ống gia nhiệt làc h =2m .

Chương I.Giới thiệu chung…………………………………………….4 I Lời mở đầu và giới hiệu về dung dịch KOH……………………4II Hình vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất dung dịch KOH...6Chương II.Tính toán thiết bị chính…………………………………….8 Các số liệu ban đầu I Tính Cân bằng vật liệu………………………………………………81 Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống2 Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi từng nồi cô đặc3 Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồiIITính cân bằng nhiệt lượng……………………………………...……91 Áp suất chung của hệ thống2 Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt vào mỗi nồi3 Áp suất, nhiệt độ của hơi thứ ra khỏi mỗi nồi4 Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi5 Tính hiệu số nhiêt độ hữu ích cho từng nồi6 Thiết lập PTCB nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt , hơi thứ các nồi.7 Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt trung bình từng nồi8 Tính hệ số truyền nhiệt của từng nồi9 So sánh ∆t hữu ích và ∆t giả thiết10 Tính bề mặt truyền nhiệt. Chương III.Tính thiết bị phụ …………………………………………31I Tính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu(ống chùm)………………..31II Thiết bị ngưng tụ baromet …………………………………….38III Tính Bơm…………………...………………………………….46IV Thùng cao vị ……...…………………………………………...49V Một số chi tiết khác…………………………………..……...…57Chương IV.Tính toán cơ khí và lựa chọn thiết bị……………………59I Tính buồng đốt……………………………………………….…..59II Tính buồng bốc………………………………………………….66III Tính bích nối……………………………………………………71IV Tính toán một số chi tiết khác ………………………………...72Chương V. Kết luận chung……………………………………………84Chương VI . Phụ lục …………………………………………………...86TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Các số liệu ban đầuNăng suất tính theo dung dịch đầu: Gđ = 3000 kghNồng độ đầu : xđ = 12% xc = 35%P hơi đốt nồi 1 : Phd1 = 4 atP hơi ngưng tụ : P¬ng = 0,1 atI. Tính cân bằng vật liệu.1 Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống .Từ công thức( VI.1ST2 T55): Ta có tổng lượng hơi thứ của hệ thống là : 2 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi.Chọn tỷ lệ phân bố hơi thứ của hai nồi như sau :W1 : W2 = 1 : 1 Trong đó : W1: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1W2: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2Từ cách chọn tỷ lệ đó thì ta tính được lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi là: 3 Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi. Lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là : G1 = Gd W1 = 3000 985,7143= 2014,2857 (kgh). Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là : (VI.2atr57T2) khối lượng. Lượng dung dịch ra khỏi nồi 2 là : G2 = Gd W1 W2 = 3000 985,7143 985,7143 = 1028,5714 (kgh). Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 2 là : x2 = % khối lượng. Đúng như bài ra ban đầu đã cho nồng độ cuối của nồi 2 là 35% II. Tính cân bằng nhiệt lượng.1 Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р): at Trong đó: Рhd1: áp suất hơi đốt nồi 1Рng ¬: áp suất hơi nước ngưng.2 Nhiệt độ, áp suất hơi đốt của mỗi nồi. Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là: mà: Vậy áp suất hơi đốt ở từng nồi là: Ở nồi 1 : P1 = 4 at Ở nồi 2: Xác định nhiệt độ hơi đốt ở mỗi nồi:Tra bảng (I.251ST1T315) : Ở nồi 1 : P1 = 4 at  t1 = 142,9 Ở nồi 2: P2 = 1,1833at  t2 =103,7741 Hơi ngưng tụ: 3 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi. Nhận xét: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết bị ngưng tụ thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là : ,và khi đó nó sẽ trở thành hơi đốt cho nồi 2: chọn Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là: ta có: Tra bảng (I.250ST1T313), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứ của mỗi nồi sẽ cho áp hơi thứ tương ứng: Áp suất hơi thứ nồi 1: = 1,223 at Áp suất hơi thứ nồi 1: = 0,1056 at Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:Bảng 1:NồiLượng hơi thứKghNồng độ cuối%Áp suất, nhiệt độ hơi đốt Áp suất, nhiệt độ hơi thứ 1985,714317,87234142,911,223104,77412985,7143351,1833103,774110,105646,44 Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi4.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ : Áp dụng công thức (VI.10ST2 – T59) : Trong đó:T:Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho , r: Nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc , Jkg Tra bảng (VI.2ST2 – T62) : Xác định nhiệt độ Ti : Xác định ri:Tra bảng (I.250ST1 – T312) Nên ta có tổn thất nhiệt độ do nồng độ của mỗi nồi là :

Bộ Công Thương Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Số…………

NỘI DUNG

Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , thiết bị cô đặc có ống

tuần hoàn trung tâm dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất 3000

kg/h ,chiều cao ống gia nhiệt làc h =2m

Các số liệu ban đầu :

- Nồng độ đầu của dung dịch là: 12%

- Nồng độ cuối là: 35 %

- Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4 at

- Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,1 at

Ngày giao đề :………Ngày hoàn thành:………

Mục lục

………Trang

Chương I.Giới thiệu chung……….4

 I- Lời mở đầu và giới hiệu về dung dịch KOH………4

 II- Hình vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất dung dịch KOH 6

Chương II.Tính toán thiết bị chính……….8

Các số liệu ban đầu I- Tính Cân bằng vật liệu………8

 1- Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống  2- Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi từng nồi cô đặc  3- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi II-Tính cân bằng nhiệt lượng……… ……9

 1- Áp suất chung của hệ thống  2- Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt vào mỗi nồi  3- Áp suất, nhiệt độ của hơi thứ ra khỏi mỗi nồi  4- Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi  5- Tính hiệu số nhiêt độ hữu ích cho từng nồi  6- Thiết lập PTCB nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt , hơi thứ các nồi  7- Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt trung bình từng nồi  8- Tính hệ số truyền nhiệt của từng nồi  9- So sánh ∆t hữu ích và ∆t giả thiết  10- Tính bề mặt truyền nhiệt Chương III.Tính thiết bị phụ ………31

I- Tính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu(ống chùm)……… 31

II- Thiết bị ngưng tụ baromet ……….38

III- Tính Bơm……… ……….46

IV- Thùng cao vị …… ……… 49

V- Một số chi tiết khác……… …… …57

Chương IV.Tính toán cơ khí và lựa chọn thiết bị………59

I- Tính buồng đốt……….… 59

II- Tính buồng bốc……….66

III- Tính bích nối………71

IV- Tính toán một số chi tiết khác ……… 72

Chương V Kết luận chung………84

Chương VI Phụ lục ……… 86

Chương I:

GIỚI THIỆU CHUNG

I Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH

1- Lời mở đầu

Trong thời kỳ đất nước đang trong quá trình phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì nền công nghiệp của nước ta đang phát triển mạnh kéo theo sự phát triển của ngành sản xuất các hợp chất hóa học,bởi các hợp chất hóa học có ứng dụng vô cùng quan trọng để các ngành khác phát triển

Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác, thường phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng, hoặc lỏng trong lỏng Để năng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất

kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch Phương pháp phổ biến là dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi, khi đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn.Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm, tuần hoàn cưỡng bức, phòng đốt ngoài, …trong đó thiết bị cô đặc tuần hoàn có ống trung tâm được dùng phổ biến vì thiết bị này có cấu tạo và nguyên lý đơn đơn giản, dễ vận hành và sửa chữa, hiệu suất xử dụng cao… dây truyền thiết bị có thể dùng 1 nồi, 2 nồi, 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu trong thực tế người ta thường xử dụng thiết hệ thống 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất xử dụng hơi đốt cao nhất, giảm tổn thất trong quá trình sản xuất

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết

kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất ,em được nhận đồ án môn học : “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa

học”.Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiếnthức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học “ trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác

có liên quan,mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ Qua việclàm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức,quy định trong tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trình bầy bản thiết kế theo văn bản khoa học vànhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.

Trong đồ án môn học này , nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế

hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch KOH ,năng suất 3000kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 12%, nồng độ sản phẩm 35%

2- Giới thiệu về dung dịch KOH.

Kali Hidroxit ( KOH ). Ở dạng tinh thể thì KOH không màu, tnc

= 404oC, ts = 1.324oC Dễ tan trong nước kèm theo sự tỏa nhiệt rất mạnh: ở

20oC, 100 g nước hoà tan được 112 g KOH Thuộc loại kiềm mạnh; hấp thụnước và khí cacbonic (CO2) trong không khí, tạo thành kali cacbonat

(K2CO3)

Khi hòa tan trong nước ta được dung dịch KOH là dung dịch khôngmàu,có đầy đủ tính chất của Bazơ mạnh và ngoài ra dung dịch này còn có tính ăn mòn thủy tinh

Khi KOH nóng chảy có khả năng ăn mòn sứ (trong môi trường có không khí), platin

Điều chế bằng cách điện phân dung dịch kali clorua (KCl) có màng ngăn Dùng trong phòng thí nghiệm, sản xuất xà phòng mềm, các muối kali

KOH ăn da và rất nguy hiểm khi bắn vào mắt

II Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh.

1- Sơ đồ dây chuyền sản xuất.

2- Thuyết minh dây chuyền công nghệ.

Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục

Dung dịch đầu KOH 11% được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ thùng chứa (1) , sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi (6) Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóngbằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm , dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Một

Hoi d?t

Nu?c ngung

Nu?c ngung

Nu?c ngung

Nu?c làm l?nh Hút

chân không

So d? h? th?ng cô d?c hai n?i xuôi chi?u TBCÐ có ?ng tu?n hoàn trung tâm

Chú thích: 1- Thùng ch?a dd d?u 5- Thi?t b? gia nhi?t h?n h?p d?u

2- Bom 6 , 7 - Thi?t b? cô d?c

3- Thùng cao v? 8- Thi?t b? ngung t?

4- Luu lu?ng k? 9- Thi?t b? tách b?t

10- Thùng ch?a s?n ph?m

10

phần khí không ngưng được đưa qua của tháo khí không ngưng.Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ Hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt

Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ 2 do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (2) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi , kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sp (10).Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (8).Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đi xuống , ở đây hơi thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ra ngoài còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không

Chương II :

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Các số liệu ban đầu

2 - Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi.

Chọn tỷ lệ phân bố hơi thứ của hai nồi như sau :

W1 : W2 = 1 : 1 Trong đó : W1: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1

W2: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2

Từ cách chọn tỷ lệ đó thì ta tính được lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi là:

3- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi.

Lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là :

Đúng như bài ra ban đầu đã cho nồng độ cuối của nồi 2 là 35%

II Tính cân bằng nhiệt lượng.

1- Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р):

Рhd1: áp suất hơi đốt nồi 1

Рng :áp suất hơi nước ngưng

2- Nhiệt độ, áp suất hơi đốt của mỗi nồi.

Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:

* Xác định nhiệt độ hơi đốt ở mỗi nồi:

Tra bảng (I.251/ST1-T315) :

Ở nồi 1 : P1 = 4 at  t1 = 142,9 0C

Ở nồi 2: P2 = 1,1833at  t2=103,77410C

Hơi ngưng tụ: Pnt  0,1 at  tnt  45, 4  C

3- Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.

Nhận xét: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi

sang thiết bị ngưng tụ thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là :  1 : 1 , 5 C ,vàkhi đó nó sẽ trở thành hơi đốt cho nồi 2: chọn   1 C

Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là:

, 2

, 1

, 2

,

1 ,t ,P ,P t

ta có:

,

, 2

Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:



Áp suất, nhiệt độhơi thứ

at

P I ti C P i,at t i,C



Trong đó:

T:Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho ,K

r: Nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc , J/kg

2 ,

(377,7741)

2247, 4578 10(319, 4)

2388,136 10

C C





Vậy tổn thất nhiệt độ do nồng độ của cả hệ thống là:

2 9,81.10

dds

tb o i

P g h

3 2

1167,723

583,8615( / )2

1344

672( / )2

Trong đó: ttb - Nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb 0C

t 0- Nhiệt độ sôi ứng với áp suất P0 0C

Vậy tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh của từng nồi là :

,,

1 1 01 ,,

2 2 02

106,6862 104,7741 1,9121 62,391 46, 4 15,991

,, 2

, 2

, 2 2

,, 1

, 1

, 1 1

t t

s s

hi

hi

t T t

Vậy các dữ kiện chọn được thoả mãn

6- Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng.

Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống

 : Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2

Cd : Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu (J/kg độ)

Cp1 , Cp2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 , nồi 2 (J/kg độ)

C1, C2 : Nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 1 , nồi 2 (J/kg độ)

Qm1,Qm2 : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2

Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị (kg/h)

W1 , W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2

6.1- Nhiệt lượng vào gồm có:

- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D.i1

Nhiệt do dung dịch mang vào : Gd

- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào : W1.i2

Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (Gd – W1)C1ts1

6.2- Nhiệt lượng mang ra:

6.3- Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Các PT được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

- Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1 ,nồi 2 và ra khỏi nồi 2 :

+ Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 12%

Đối với dung dịch loãng ( x < 0,2 ) ta áp dụng công thức I.43 /ST1 – T152 ta có:

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,12) = 3683,68 (J/kg độ)

+ Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x1 = 17,8723 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

C1 = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,178723) =3437,8655 (J/kg độ)

+ Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ xc = 35 %

Đối với dung dịch ( x > 0,2 ) ta áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:

C1 = 26000 J/kg.nguyên tử độC2 = 16800 J/kg.nguyên tử độC3 = 9630 J/kg.nguyên tử độVậy :

26000 16800 9630

936, 25 56

ht

Từ đó ta sẽ tính được nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 2 :

Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cânbằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn.

7- Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt lượng trung bình từng nồi

7.1-Tính hệ số cấp nhiệt  khi ngưng tụ hơi.

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyềnnhiệt nồi 1 và nồi 2 là : 11 ,  12

- Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H =2m ,hơi ngưng bên ngoài ống ,máng nước ngưng chảy dòng như vậy hệ sốcấp nhiệt được tính theo công thức ( V.101/ST2 – T28 )

25 , 0 1

) (

04 , 2

H t

r A

C C

Ti i i

t t t

t t t

i i

t   0  , 5 1

Với: t1 = 142,9 oC  tm1 = 142,9 – 0,5.2,625= 141,5875 oC

q1   1  1 W/m2Trong đó : q1i : nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ của nồi i , W/m2

2  45 , 8 0.5  2 2,33. (W/m2 độ ) (1)

Pi: áp suất hơi thứ at

Xem bảng 1:

- Tra bảng ( VI.6/ST2 – T80 ) ta chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là

002 , 0 10 2937 , 0 10 387 , 0

Nồi 2 :t22 31,3662 2,75 18, 4921 10,1241   C

 : hệ số hiệu chỉnh ,xác định theo công thức(VI.27/ST2 – T71)

435 , 0 2

565 , 0

 :khối lượng riêng , kg/m3

C: nhiệt dung riêng , J/kg độ

*) 7.3.1- Khối lượng riêng :

- Khối lượng riêng của nước: tra bảng (I.249/ST1 – T310) ta có :

3 1

3 2

*) 7.3.2- Nhiệt dung riêng :

- Nhiệt dung riêng của nước :tra bảng ( I.249 /ST1 – T 311 )

Cnc1 = 4240,4916 J/kg độ

Cnc2 = 4190,3244 J/kg độ

- Nhiệt dung riêng của hơi thứ nồi 1 và nồi 2 :

+ Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x1 = 17,8723 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

Cdd1 = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,178723) =3437,8655 (J/kg độ)

+ Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ xc = 35 %

Đối với dung dịch ( x > 0,2 ) ta áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:

C1 = 26000 J/kg.nguyên tử độC2 = 16800 J/kg.nguyên tử độC3 = 9630 J/kg.nguyên tử độVậy :

26000 16800 9630

936, 25 56

M C

ddi ddi ddi





Trong đó :

A:hệ số tỉ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng :ta chọn A = 3,58.10-8

M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng (hỗn hợp của chúng ta là

KOH và H2O )

nên : M = 56.a +(1- a)18

nồi 1 : x1 = 17,8723 % khối lượng

nc

nc

Cp Cp

dd

dd

Cp Cp

2 33 , 2 22 5 , 0 2



7.4- Nhiệt tải riêng về phía dung dịch

21 21

22   

q

Vậy giả thiết  11 ,  21 là chấp nhận được

8- Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi :

Áp dụng công thức:

i

tbi T

q K



 N/m2 độTrong đó:

qtbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi (W/m2 )

1 2 2

tb

tb

q K

T q K

r D

Q  WVới: D1 = 1039,07 kg/h

W1 =954,4490 kg/h

ri : nhiệt hoá hơi được xác định ở : 1

2

142,9103,7741

3 2

1039,07.2135,5.10

616370,55143600

954, 4490.2250,9422.10

596780, 42553600

596780, 4255

733, 0482814,1080

K Q K

Q T

oC

vậy:

10- Tính bề mặt truyền nhiệt : (F)

Tính bề mặt truyền nhiệt theo phương thức bề mặt truyền nhiệt giữa cácnồi bằng nhau:

,

I

I I

T K

Q F



 m2Vậy:

2 1

1

1 1

2 2

2

1 2

616370,5514

23,5172( ) 919,8463.28, 4932

596780, 4255

23,3706( ) 814,1080.31,3662

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

I Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu.

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nống loại ống chùmngược chiều dung hơi nước bão hòa ở 4at, hơi nước đi ngoài ống từ trênxuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên Ở áp suất 4at t1=142,9 oC ( Tra bảng I.251-ST1/315)

Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng(25oC) đi ra ở nhiệt

độ sôi của hỗn hợp đầu (tso = 114,4068oC)

- F: lưu lượng hỗn hợp đầu , F = 3000(kg/h)

- tF : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = tso = 114,4068oC

- Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp tại: Cp= Co= 3683,68 J/kg.độ

- tf: Nhiệt độ môi trường: tf = 25oCThay số :

tc tđ

28, 4932



= 63,0257(0C)

- Hơi đốt: t1tb = 142,9 (0C)

- Phía hỗn hợp: t2tb =t hđ  t tb  142,9 – 63,0257 = 79,8743 (0C)

2.1- Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể :

- Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :

α1 = 2,04.A.( t r.H

1

 )0,25Trong đó:

- r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa r = 2247, 4578.103(J/Kg)

- Δt1: Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ốngtruyền nhiệt

- H: Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 2(m)

- A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng

)0,25

Δtt = tt1- tt2 = q1.∑rt

Trong đó : tt2 : Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp

∑rt : Tổng nhiệt trở ở 2 thành ống truyền nhiệt : Ống dẫnnhiệt làm bằng làm thép CT3 có chiều dày δ = 2 (mm) nên: λ = 46,4 (W/mđộ)

r m2 độ/Wr1 , r2 : nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường ( bên ngoài cặn bẩn của nướcngưng ,bên trong cặn bẩn do dung dịch

- Tra theo bảng ( V.I/ST2 - T4) ta có :

r1 = 0,387.10-3 m2 độ/Wr2 = 0,2937.10-3 m2 độ/W

- Tra bảng ( VI.6/ST2 – T80 ) ta chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là

002 , 0 10 2937 , 0 10 387 , 0

αt = 0,021.0,6840

0, 034 .(10000)0,8 (4,1949)0,43.(

4,19492,6825 )0,25= 1387,1142

2.4- Nhiệt tải riêng về phía dung dịch :

Trong đó : Nhiệt lượng trao đổi : Q = 274455,0342 (W)

q tb :Nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dịch

Trong đó : F : Bề mặt truyền nhiệt F= 8,3835(m2)

d : đường kính ống truyền nhiệt d = 0,034 m

H : Chiều cao ống truyền nhiệt H = 2 (m)

kể các ốngtrong cáchình viênphân

Số ống trong cácHình viên phân

Tổng sốống trongtất cả cáchình viênphân

TổngSốốngthiếtbịDãy1 Dãy 2 Dãy3

Qui chuẩn : D = 0,6 m=600 (mm) (bảng XIII.6 ST-2/Tr-359 )

6- Tính vận tốc và chia ngăn

-Vận tốc thực :



.

4

2 n d

.

4

4.8,3835613,14.0,034 .0, 4002.10

- Đường kính của thiết bị: D = 600 (mm)

- Chiều cao giữa 2 mặt bích: H = 2 (m)

II Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet :

Hơi thứ sau khi ra khỏi nồi cô đăc cuối cùng được dẫn vào thiết bị ngưng tụbaromet để thu hồi lượng nước trong hơi, đồng thời tách khí không ngưng dodung dịch mang vào hoặc do khe hở của thiết bị.Hơi vào thiết bị ngưng tụ đi từdưới lên,nước làm lạnh đi từ trên xuống,chui qua lỗ của các tấm ngăn,hỗn hợpnước làm lạnh,nước ngưng tụ chảy xuống ống barômet

Hơi thứ

- Chú thích:

1- Thân 2- Thiết bị thu hồi bọt

3- Ống baromet 4- Ống dẫn khí không ngưng

5- Bơm chân không

Trong thân 1 gồm có những tấm ngăn hình bán nguyệt

Nguyên lý làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là phunnước lạnh vào trong hơi, hơi tỏa ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại Do đóthiết bị ngưng tụ trực tiếp chỉ để ngưng tụ hơi nước hoặc hơi của các chất lỏngkhông có giá trị hoặc không tan trong nước vì chất lỏng sẽ trộn lẫn với nướclàm nguội

Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ Baromet ngược chiều loạikhô được mô tả như hình vẽ Thiết bị gồm thân hình trụ (1) có gắn những tấmngăn hình bán nguyệt (4) có lỗ nhỏ và ống baromet (3) để tháo nước và chấtlỏng đã ngưng tụ ra ngoài Hơi vào thiết bị đi từ dưới lên, nước chảy từ trênxuống, chảy trân qua cạnh tấm ngăn, đồng thời một phần chui qua các lỗ củatấm ngăn Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng tụ chảy xuống ốngbaromet, khí không ngưng đi lên qua ống (5) sang thiết bị thu hồi bọt (2) và tậptrung chảy xuống ống baromet Khí không ngưng được hút ra qua phía trênbằng bơm chân không

Ống baromet thường cao H ≥ 10,5m để khi độ chân không trong thiết bị cótăng thì nước cũng không dâng lên ngập thiết bị

Loại này có ưu điểm là nước tự chảy ra được mà không cần bơm nên tốn ítnăng lượng, năng suất lớn

Trong cơng nghiệp hĩa chất, thiết bị ngưng tụ baromet chân cao ngượcchiều loại khơ thường được sử dụng trong hệ thống cơ đặc nhiều nồi, đặt ở vịtrí cuối hệ thống vì nồi cuối thường làm việc ở áp suất chân khơng.

1- Tính tốn thiết bị ngưng tụ:

* Các số liệu cần biết:

- Lượng hơi thứ ở cuối nồi trong hệ thống cơ đặc: W2 = 985,7143 (kg/h)

- Áp suất ở thiết bị ngưng tụ: Pnt = 0,1 (at)

- Các thơng số của hơi thứ ra khỏi nồi cuối của hê thống:

P’2 = 0,1056 (at) t’2 = 46,4 oC

i’2 = 2582516 (J/kg) r’2 = 2388,136.103 (J/kg)

1.1- Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ:

Theo cơng thức: VI.51 – ST2/Tr.84

c n t t C

t C i





WnTrong đĩ:

i: nhiệt lượng riêng của hơi ngưng i = 2685038,6 (J/kg)

tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh (oC)

+Dtr đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (m)

+hkhối lượng riêng của hơi (Kg/m3) ở nhiệt độ 59,7oC, p=0,2(at)

 h = 0,1283 Kg/m 3 (tra bảng I.251-ST-1/Tr 314)

+wh tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ.wh =1535 (m/s),chọn w),chọn wh=35m/s),chọn w do thiết bị ngưng tụ làm việc với áp s),chọn wuất thuộc khoảng 0,2  0,4 at

+Thay số vào cơng thức trên ta cĩ:

1.3- Kích thước tấm ngăn:

+Tấm ngăn có dạng hình viên phấn để đảm bảo làm việc tốt , chiềurộng tấm ngăn được xác định:

+Chiều dày tấm ngăn chọn  = 4 mm

+Chiều cao gờ tấm ngăn: hgờ=40 mm

+Tốc độ của tia nước  n=0,62 (m/s),chọn w) khi hgờ=40 mm

+Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang củathiết bị ngưng tụ , nghĩa là trên một cặp tấm ngăn là:

n f

G



. ,m2-Thay s),chọn wố ta cĩ: f = 0 , 01054

3600 62 , 0 1000

9 23521,5172





c n

n w

d đường kính của lỗ mm

fc/ftb  ( 0 , 025  0 , 1 ): tỉ s),chọn wố giữa tổng s),chọn wố diện tích tiết diện các lỗ vớidiện tích tiết diện thiết bị ngưng tụ Chọn fc/ftb = 0,1

1.4- Chiều cao thiết bị ngưng tụ:

+)Mức độ đun nóng trong thiết bị:

P =

d bh

d c





( CT-VI.56-STQT&TB-2/85)