Thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức buồng đốt ngoài, cô đặc dung dịch KNO3 từ 7% lên 32%

ĐẶT VẤN ĐỀ Đối với một sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, việc nắm vững các kiến thức về môn học quá trình thiết bị trong công nghệ hóa học là rất cần thiết. Việc nắm vững các kiến thức này sẽ giúp cho các kỹ sư trong tương lai có thể thiết kế, vận hành tốt một quá trình sản xuất chế biến, có ý tưởng thiết kê, nâng cao năng suất…Do vậy, môn học đồ án thiết bị này đã giúp sinh viên có cơ hội hình dung lại các kiến thức đã học, đồng thời liên hệ thực tiễn sản xuất. Để thực hiện đồ án này, sinh viên phải nắm vững các kiến thức về các quá trình thủy lực, truyền nhiệt, truyền chất… Trong công nghiệp hóa chất, để nâng cao nồng độ của một hóa chất nhằm thỏa mãn nhu cầu sử dụng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ… phương pháp được sử dụng hữu hiệu là cô đặc. Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức buồng đốt ngoài, cô đặc dung dịch KNO3 từ 7% lên 32%. Trong quá trình thực hiện đồ án, do hạn chế về thời gian và kiến thức nên trong đồ án còn tồn tại nhiều sai sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp từ quý thầy cô và các bạn để tích lũy được nhiều kinh nghiệm và kiến thức cho bản thân.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đối với một sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, việc nắm vững các kiến thức vềmôn học quá trình thiết bị trong công nghệ hóa học là rất cần thiết Việc nắm vững các kiếnthức này sẽ giúp cho các kỹ sư trong tương lai có thể thiết kế, vận hành tốt một quá trình sảnxuất chế biến, có ý tưởng thiết kê, nâng cao năng suất…Do vậy, môn học đồ án thiết bị này

đã giúp sinh viên có cơ hội hình dung lại các kiến thức đã học, đồng thời liên hệ thực tiễnsản xuất Để thực hiện đồ án này, sinh viên phải nắm vững các kiến thức về các quá trìnhthủy lực, truyền nhiệt, truyền chất…

Trong công nghiệp hóa chất, để nâng cao nồng độ của một hóa chất nhằm thỏa mãnnhu cầu sử dụng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ… phương pháp được sử dụng hữuhiệu là cô đặc

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều, thiết bị cô

Trong quá trình thực hiện đồ án, do hạn chế về thời gian và kiến thức nên trong đồ áncòn tồn tại nhiều sai sót Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp từ quý thầy cô và cácbạn để tích lũy được nhiều kinh nghiệm và kiến thức cho bản thân

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 4

TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHỌN, PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 4

1.1 Tổng quan về sản phẩm 4

1.2 Cơ sở và quá trình cô đặc 6

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế - Thuyết minh quy trình công nghệ 8

Chương 2 10

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 10

A TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 10

1.1 Số liệu ban đầu : 10

1.2 Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống 10

1.3 Xác định nồng độ cuối mỗi nồi 11

B CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 11

2.1.Xác định áp suất trong mỗi nồi 11

2.2 Xác định nhiệt độ trong các nồi 12

2.3 Xác định các loại tổn thất nhiệt trong các nồi 12

2.4.Cân bằng nhiệt lượng 17

C TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT 22

3.1 Độ nhớt ( ) 22

3.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) 23

3.3 Hệ số cấp nhiệt ( ) 25

3.4 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi 29

CHƯƠNG III 33

THIẾT KẾ CHÍNH 33

3.1 Buồng đốt 33

3.2 Buồng bốc 33

3.3 Đường kính các ống dẫn 35

3.4 Chiều dày vĩ ống 42

3.5 Chiều dày lớp cách nhiệt 42

3.6 Chọn mặt bích 46

3.7 Chọn tai treo 47

CHƯƠNG 4 57

THIẾT BỊ PHỤ 57

4.1 Cân bằng vật liệu 57

4.1.1 Lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ 57

4.1.2 Thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị: 57

4.2.Kích thước thiết bị ngưng tụ 59

4.2.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ 59

4.2.2 Kích thước tấm ngăn 59

4.2.3.Chiều cao thiết bị ngưng tụ 60

4.2.4 Tính kích thước ống baromet 61

4.3.Chọn bơm 64

4.3.1 Bơm chân không 64

4.3.2 Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ 65

4.3.3 Bơm dung dịch lên thùng cao vị 67

Chương 5: 70

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

CHỌN, PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1 Tổng quan về sản phẩm

Trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện nay, các hóa chất được sản xuất từ ngành công nghiệp hóa chất đóng vai trò rất quan trọng và có nhiều ứng dụng rộng rãi Kali

sản xuất với lượng ngày càng lớn

Các tính chất cơ bản của KNO 3 :

- Kali nitrat là chất ở dạng những tinh thể tà phương, là muối của axit mạnh và bazơ

mạnh, các phân tử liên kết với nhau bằng lực liên kết ion

- Kali nitrat ở thể trong suốt, không màu, bền ngoài không khí, tạo ra một ngọn lửa màu hoa cà khi đốt cháy do sự hiện diện của kali, ít độc, không mùi

- Kali nitrat không hút ẩm, tan nhiều trong nước và độ tan tăng lên nhanh theo nhiệt độ nên rất dễ kết tinh lại

- Nhiệ độ nóng chảy: tnc = 336oC

- Khối lượng mol: 101,1032 g/mol

- Điểm nóng chảy: 334°C

- Nhiệt độ sôi: ts = 400°C

- Độ tan trong nước: 133 g/l (0°C), 360 g/l (25°C), 2470 g/L (100°C)

- Kali nitrat không tan trong rượu và ete, ít tan trong etanol và glixerin

2KNO3 = 2KNO2 + O2

Phương pháp điều chế KNO 3 :

- Điều chế bằng phản ứng trao đổi giữa NaNO3 và KCl:

NaNO3 + KCl = KNO3 + NaCl

nhiệt độ dưới 220C để KNO3 kết tinh

- Kali nitrat có thể được thực hiện bằng cách kết hợp ammonium nitrate và hydroxit kali

trong công nghiệp

KNO3 + H2SO4 → KHSO4 + HNO3

kali sunfua, khí nitơ và khí CO2:

2KNO3 + S + 3C →to K2S + 3CO2 + N2

- Làm phân bón, cung cấp nguyên tố kali và nitơ cho cây trồng

- Bảo quản thực phẩm trong công nghiệp

- Phụ gia thực phẩm (E252)

- Dùng làm thuốc pháo, nấu thuỷ tinh

- Dùng để thêm vào thuốc lá trước khi được cán để duy trì một thậm chí đốt cháy và được

sử dụng để đảm bảo hoàn thành quá trình đốt cháy của hộp mực giấy cho ổ quay mũ

- Kali nitrat thường được sử dụng trong xử lý nhiệt kim loại như một dung môi rửa

1.2 Cơ sở và quá trình cô đặc

1.2.1 Định nghĩa

Cô đặc là phương pháp làm tăng nồng độ chất tan trong dung dịch bằng cách tách một phần dung môi sang dạng hơi

1.2.2 Đặc điểm của quá trình cô đặc

- Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, dung dịch được làm đậm đặc nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc Đặc điểm của quá trình này là dung môi được tách khỏi dung dịch dưới dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch sẽ không bay hơi, do đó nồng độ dung dịch sẽ tăng dần lên

- Hơi của môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là “hơi thứ”, hơi thứ thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc Hơi thứđược sử dụng ngoài dây chuyền cô đặc gọi là “hơi phụ”

1.2.3 Các phương pháp cô đặc

- Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái

hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng

- Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách

ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh

1.2.4 Bản chất sự cô đặc do nhiệt

Dựa vào thuyết động học phân tử:

- Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này

- Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và

dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc Tách không khí và lắng keo khi đun sơ bộ sẽ ngăn chặn được sự tạo bọt khí khi cô đặc.

1.2.5 Ứng dụng của quá trình cô đặc

- Làm tăng nồng độ chất tan (làm đậm đặc)

- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước)

Trong sản xuất thực phẩm thường dùng để sản xuất đường, mì chính, nước trái cây…

1.2.6 Các thiết bị cô đặc nhiệt

Phân loại và ứng dụng:

* Theo cấu tạo

Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá

loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm có:

- Thiết bị có buông đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong

hoặc ngoài

- Thiết bị có buồng đốt ngoài (không đồng trục buông bốc)

Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5

3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Nhóm này có ưu điểm tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùngcho dung dịch đặc sệt, có độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồmcó:

- Thiết bị có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

- Thiết bị có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu

làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịchnước trái cây, hoa quar ép… Gồm có:

- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọtkhó vỡ

- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo ít bọt

và bọt dễ vỡ

* Theo phương pháp thực hiện quá trình

- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường

dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao

không Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục

- Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên lớn quá vì

sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế

- Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế - Thuyết minh quy trình công nghệ

1.3.1 Lựa chọn phương án thiết kế

Theo tính chất của nguyên liệu cũng như ưu nhược điểm của các dạng thiết bị nói trên ta chọn phương án thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức buồng đốt ngoài

1.3.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Dung dịch ban đầu được chứa ở thùng (1), được bơm ly tâm (2) đưa lên thùng cao vị (3) Từ thùng cao vị, dung dịch được đưa điều chỉnh lưu lượng ở lưu lượng kế (4) trước khi vào hệ thống cô đặc Sau đó dung dịch được bơm qua thiết bị gia nhiệt (5) để đưa dung dịchđến nhiệt độ sôi, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cô đặc Tiếp theo, dung dịch đi vào hệthống ba nồi cô đặc (6), dung dịch đi qua mỗi nồi có nồng độ tăng dần Hệ thống sử dụng hơi nước bão hòa để cấp nhiệt Dung dịch đi trong ống truyền nhiệt, hơi đi bên ngoài ống Hơi thứ của nồi thứ nhất làm hơi đốt cho nồi thứ hai, hơi thứ của nồi thứ hai làm hơi đốt chonồi thứ ba Hơi thứ ra khỏi nổi thứ ba được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet (7) – có tác dụng tạo độ chân không cho hệ thống cô đặc Dung dịch di chuyển từ nồi đầu đến nồi cuối nhờ chênh lệch áp suất Dung dịch sau khi cô đặc được đưa vào bể chứa dung dịch (8)

Sơ đồ công nghệ được cho bên dưới:

1- Bể chứa dung dịch trước khi cô đặc

7- Baromet tạo chân không

8- Bể chứa dung dịch đã cô đặc

Chương 2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

A TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1.1 Số liệu ban đầu :

- Năng suất tính theo dung dịch đầu (tấn/giờ) : 13

- Nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng)  : 7

- Nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng)  : 32

- Áp suất hơi đốt nồi 1 (at) : 4

- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng (at) : 0,2

1.2 Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống

- Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn bộ hệ thống:

Gđ = Gc + W (1) Trong đó: + Gđ , Gc là lượng dung dịch đầu và lượng dung dịch cuối (kg/h)

+ W lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h)

- Viết cho cấu tử phân bố:

Theo giả thiết ta có: Gđ = 13 (tấn/h) = 13000 (kg/h)

Xđ = 7%

Xc = 32%

Thay vào biểu thức trên ta có:

B CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

2.1.Xác định áp suất trong mỗi nồi 

Gọi P1, P2, P3, Pnt: là áp suất của nồi 1, 2, 3, 4 và thiết bị ngưng tụ

P1: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2

P2: hiệu số áp suất của nồi 2 so với nồi 3

P3: hiệu số áp suất của nồi 3 so với thiết bị ngưng tụ

P: hiệu số áp suất của toàn hệ thống

Giả sử rằng sử dụng hơi đốt để dùng bốc hơi và đun nóng là hơi nước bão hoà

2.2 Xác định nhiệt độ trong các nồi

Gọi: thđ1, thđ2, thđ3,tnt: là nhiệt độ đi vào nồi 1,2,3 và thiết bị ngưng tụ

tht1, tht2, tht3: là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1,2,3

Giả sử tổn thất nhiệt độ trên đường ống từ nồi trước sang sau là 10C

tht1 = thđ2 + 1

tht2 = thđ3 + 1

tht3 = tnt + 1

Tra bảng I.250 ST QTTB T1 / Trang 312, I.251, ST QTTB, T1/Trang 314

Từ các số liệu trên ta có được bảng tổng kết áp suất và nhiệt độ như sau:

Bảng 2.1

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 ngưng tụThiết bịP(at) t(oC) P(at) t(oC) P(at) t(oC) P(at) t(oC)Hơi đốt 4 142,8 2,341 124,135 1,112 101,956 0.2 59,7

Hơi thứ 2,377 125,135 1,151 102,956 0,21 60,7

2.3 Xác định các loại tổn thất nhiệt trong các nồi

1.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra ( )

Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi

nguyên chất Hiệu số của nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổnthất nhiệt độ do nồng độ gây ra

Ta có: = to

sdd - to sdmnc (ở cùng áp suất)

Áp dụng công thức Tiasenco:

Trong đó:

Ts: là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất , oK

r : nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất làm việc, J/kg

Bảng 2.2

Nồng độ dung dịch % khối lượng 10,396 20,003 32

Tra bảng I.250,STQTTB,T1/Trang 312 xác định được nhiệt hóa hơi, ta có bảng sau:

Bảng 2.3

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3

Áp suất hơi thứ (at) 2,377 1.151 0,21Nhiệt hóa hơi r (J/kg) 2194,033 2252,701 2355,719

* Với nồi 1:

1,1oC

* Với nồi 2:

2,033 oC

* Với nồi 3:

2,642 oC

Vậy: Tổng tổn thất do nồng độ trên toàn hệ thống là:

2.3.2.Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh ( )

Tính áp suất thủy tĩnh ở độ sâu trung bình của cột chất lỏng:

Theo công thức VI.12, STQTTB, T2/Trang 60, ta có:

Ptb= P0 + dds.g (N/m2)

Trong đó:

P0 là áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch

dds là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3

dds = 0,5 dd.

dd là khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ sôi (kg/m3)

h là chiều cao của lớp dung dịch sôi, h = 0.5 m

h là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 4 m cho cả 3 nồi

Trong đó:

P là áp suất hơi bão hòa trên mặt thoáng của dung dịch (at)

Ps là áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất (at).

Nồi 1: Ứng với x1 = 10,396% tsôi = 100,7330C

(Tra bảng I.204, ST QTTB, T1/Trang 236)

Pht = 2,377 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps = 1,062 at

(Nội suy từ bảng I.250, ST QTTB, T1/Trang 312)

Tra bảng I.46, ST QTTB, T1/Trang 42:

Nồi 2: Ứng với x2 = 20,003% tsôi = 101,6510C

(Tra bảng I.204, ST QTTB, T1/Trang 236)

Pht = 1,151 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps = 1,099 at

(Nội suy từ bảng I.250, ST QTTB, T1/Trang 312)

Tra bảng I.46, ST QTTB, T1/Trang 42:

Ta có: P02 = 1,151 at

Suy ra:

Nồi 3: Ứng với x3 = 32% tsôi = 102,9730C.

(Tra bảng I.204, ST QTTB, T1/Trang 236)

Pht = 0,21 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps = 1,151 at

(Nội suy từ bảng I.250, ST QTTB, T1/Trang 312)

Tra bảng I.46, ST QTTB, T1/Trang 42:

2.4.Cân bằng nhiệt lượng

2.4.1.Tính nhiệt dung riêng C (J/kg.độ)

Tính nhiệt dung riêng của KNO3 khan:

Mct.Cht = nK.CK + nN.CN + nO.CO

Trong đó:

Mct: là khối lượng mol phân tử Mct = 101 g/mol

Cht: Nhiệt dung riêng của KNO3 khan

NK, nN, P: số nguyên tử K, N và oxy trong hợp chất KNO3.

CK, CN, CCl: nhiệt dung riêng của các nguyên tố K, N, O

Theo bảng I141/152 – [1] ta có: CK = CN = 26000 J/kg.độ

=> (39 + 14 + 16.3) Cht = 1 26000 + 1.26000 + 23.16800

Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc:

2.4.2.Tính nhiệt lượng riêng

I: nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)

i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)

(Tra bảng I.249 ST QTTB, T1/Trang 310, bảng I.250, ST QTTB, T1/Trang 312)

2.4.3 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

Gọi : D1, D2, D3: là lượng hơi đốt đi vào nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (kg/h)

+ Gđ, Gc: là lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h)

+ W1,W2, W3: làlượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (kg/h)

+ Cđ, Cc: là nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối (J/kg độ)

+ tđ, tc: là nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch (0C)

+ I1, I2, I3: là hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (J/kg)

+ i1, i2, i3: là hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (J/kg)

+ Cn1,Cn2, Cn3: lànhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1, nồi 2 và

nồi 3 (J/kg độ)

+ Qtt1, Qtt2, Qtt3: là nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1, nồi 2 và

nồi 3(W).

Ta có bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng cho mỗi nồi:

Bảng 2.5

Nồi 1

Vào

Dung dịch ở nồi 1 mang vào (Gđ - W1).C1.ts1

Dung dịch ở nồi 2 mang vào (Gđ - W1 – W2).C2.ts2

+ Nồi 1:

Chọn t1= 50oC, ta có = 0,581 10-3 N.s/m2 = 46,7430C

t2= 60oC, ta có = 0,501 10-3 N.s/m2 = 55,710C

Tra , dựa vào bảng I.112,STQTTB,T1/Trang 114

Tra , dựa vào bảng I.102,STQTTB,T1/Trang 94

k=

3.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( λ )

(W/m.độ) (Công thức I.32, ST QTTB, T1/Trang 123)Với :

A:hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước

C : nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg.độ)

: khối lượng riêng (kg/m3)

M: khối lượng mol của chất lỏng

Tính nhiệt dung riêng theo nồng độ mới:

Với r : ẩn nhiệt ngưng (J/kg).

H : chiều cao ống truyền nhiệt (chọn H = 4m)

(Tra bảng I.250, ST QTTB, T1/Trang 312).

3.3.2.Về phía dung dịch sôi ( )

: là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ nhớt củanước

Ta có: r1 + r2 +r3

Chọn theo bảng V.1, STQTTB,T2/ Trang 4

r1 +

Trong đó: r1: nhiệt trở do lớp nước ngưng

r2: nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống

δ: bề dày ống truyền nhiệt (δ = 2mm)

λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiêt

r3: nhiệt trở qua lớp vật liệu

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 có λ = 50 W/m.độ

(Tra bảng XII.7, ST QTTB, T2/Trang 313)

W/m2.

3.4 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi

nồi được tính:

(công thức VI.20, ST QTTB, T2/Trang 68)

Trong đó: thi : nhiệt độ hữu ích trong các nồi

Qi : lượng nhiệt cung cấp

Qi = (W/m2)

Di : lượng hơi đốt mỗi nồi

ri : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi

Suy ra:

Nhiệt độ hữu ích của từng nồi là:

Vậy thực tế bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là:

- Bề mặt truyền nhiệt của nồi 1:

m2

- Bề mặt truyền nhiệt của nồi 2:

CHƯƠNG III THIẾT KẾ CHÍNH

Theo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt V.11, ST QTTB T2/Trang 48

Chọn tổng số ống không kể các ống trong các hình viên phân là n = 397 ống

Chọn cách xếp ống theo hình sáu cạnh

Số hình sáu cạnh là 11

Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh là b = 23 ống

3.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt

3.2.2 Chiều cao buồng bốc

Thể tích không gian hơi được xác định:

(m3) ( CT VI.32, ST QTTB, T2/Trang 71).

Trong đó:

Vkgh: là thể tích không gian hơi (m3)

W: là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)

: là khối lượng riêng của hơi thứ (kg/m3)

vị thời gian (m3/m3 .h)

Theo CT VI.33, STQTTB, T2/Trang 72:

Utt = f.Utt(1at) khi P at

Với Utt(1at) : cường độ bốc hơi cho phép ở P = 1 at

Tra đồ thị, ta được f = 0,925 (VI.3 ,ST QTTB, T2/Trang72)

Tra đồ thị, ta được f = 0,982 (VI.3,STQTTB,T2/Trang72).

Tra đồ thị, ta được f = 1,6 (VI.3, STQTTB, T2/Trang72)

Vậy : Utt = 1,6.1600 = 2560 m3/m3h

Chọn chiều cao của phần dịch sôi tràn lên phần buồng bốc là 0,44 m

Vậy chọn chiều cao buồng bốc cho cả 2 nồi là 2 m

3.3 Đường kính các ống dẫn

(m)Với:

Vs: là lưu lượng khí, hơi, dung dịch chảy trong ống, m3/s

: là tốc độ thích hợp đi trong ống (m/s)