Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm, làm việc liên tục ở áp suất chân không, cô đặc dung dịch NaNO3 từ 15% lên 45%

ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác. Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaNO3, vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó. Trong quy trình sản xuất NaNO3, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó đưa dung dịch NaNO3 đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần. Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm, làm việc liên tục ở áp suất chân không, cô đặc dung dịch NaNO3 từ 15% lên 45%. Đối với sinh viên khối ngành công nghệ hóa chất và công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹ thuật cụ thể.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệpquan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác Một trong nhữnghóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaNO3, vì khả năng ứng dụngrộng rãi của nó

Trong quy trình sản xuất NaNO3, quá trình cô đặc là một khâu hếtsức quan trọng Nó đưa dung dịch NaNO3 đến một nồng độ cao hơn, thỏamãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạođiều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi cóbuồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm, làm việc liên tục ở áp suấtchân không, cô đặc dung dịch NaNO3 từ 15% lên 45%

Đối với sinh viên khối ngành công nghệ hóa chất và công nghệ thựcphẩm, việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng Nó vừa tạo cơ hộicho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học vềcác quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựachọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹthuật cụ thể

Tuy nhiên, quá trình thiết bị là các môn học rất khó và kiến thức thực

tế của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiềuthiếu sót Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn củaquý thầy cô giáo và các anh chị năm trước để có thể hoàn thành tốt đồ ánđược giao

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG

NGHỆ THỰC HIỆN

I – NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN:

Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi có buồng đốt trong và ống tuầnhoàn trung tâm, làm việc liên tục ở áp suất chân không cho dung dịchNaNO3

Yêu cầu:

Năng suất theo dung dịch đầu: 8000 (kg/h)

Nồng độ của dung dịch trước khi cô đặc: 15 %

Nồng độ của dung dịch sau khi cô đặc: 45 %

Nhiệt độ ban đầu của dung dịch: 30 (0C)

Áp suất hơi đốt: 4 (at)

Áp suất còn lại trong thiết bị ngưng tụ: 0,2 (kg/m2)

II – GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU:

Tên khoa học: Sodium Nitrate

Tên thường gọi: Muối Natri nitrat

Công thức hóa học: NaNO3

NaNO3 là chất rắn trắng hoặc tinh thể không màu, có khả năng tan tốttrong nước (đến 86,4% ở nhiệt độ thường) Dung dịch NaNO3 có độ nhớtkhá bé, sức căng bề mặt khá lớn nên dung dịch sôi sủi bọt nhiều Đồng thờimuối nitrat có tính ăn mòn hóa học, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao và

áp suất khá cao do đó cần chú ý trong vấn đề chọn vật liệu thiết bị và điềukiện cô đặc

1 Ứng dụng của NaNO 3 :

- Sản xuất phân bón, phân đạm nitrat

- Sản xuất thuốc nổ và hỗn hợp tạo khói trong tên lửa

- Trong công nghiệp sản xuất hóa chất như: sản xuất axit nitric khicho phản ứng với axit sunfuaric…

- Là thuốc thử được sử dụng thông dụng trong phòng thí nghiệm.

- Trong công nghiệp thực phẩm đây là một loại phụ gia, được ướptrong các loại thực phẩm giúp giữ lại độ tươi, cứng, dai thay thế cho KNO3

- Dùng trong công nghiệp thủy tinh, luyện kim

2 Tính chất nguyên liệu:

2.1 Tính chất hóa lý:

- Dạng tồn tại: tinh thể rắn hoặc bột màu trắng, không mùi, vị mặn, đắng

- Phân tử lượng: 84,9947 (g/mol), khối lượng riêng là 2,3 ×103 (kg/

- Phản ứng mạnh với các chất cháy, hữu cơ

- Có phản ứng với các loại chất khử, axit

III – KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC:

1 Khái niệm cô đặc:

Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hòa tantrong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng-rắn hay lỏng-lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hànhbằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) Đó là các quátrình vật lý-hóa lý Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay khôngbay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễbay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay bằng phươngpháp làm lạnh kết tinh

2 Các phương pháp cô đặc:

2.1 Phương pháp nhiệt (đun nóng):

Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụngcủa nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặtthoáng chất lỏng

3 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt củacác phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn Phân tử khibay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lựcbên ngoài Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thựchiện quá trình này Bên cạnh đó sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hìnhthành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khốilượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tựnhiên trong nồi cô đặc

4 Ứng dụng của sự cô đặc:

Quá trình cô đặc được ứng dụng: trong sản xuất thực phẩm: cô đặc cácdung dịch đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây…; trong sản xuấthóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ…Hiện nay, phần lớn cácnhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như mộtthiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù chỉ là mộthoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà

máy nên việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu Đòi hỏiphải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao

IV – CÁC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NHIỆT:

1 Phân loại và ứng dụng:

1.1 Theo cấu tạo:

- Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng côđặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua

bề mặt truyền nhiệt Gồm:

+ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuầnhoàn trong hoặc ngoài

+ Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)

- Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốcdung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường

hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn,kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồm:

+ Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

+ Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

- Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránhtiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho các dungdịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây, hoa quả ép…, gồm:

+ Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dungdịch sôi tạo bọt khó vỡ

+ Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dungdịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ

1.2 Theo phương pháp thực hiện quá trình:

Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (ápsuất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết

bị cô đặc hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc Trong đó:

- Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ

bị phân hủy vì nhiệt

- Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịchkhông bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sửdụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác

- Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng màđược thải ra ngoài không khí Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưngkhông kinh tế

V – LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC:

Dựa theo tính chất nêu trên của nguyên liệu và yêu cầu đã cho của

đồ án, ta chọn hệ hống cô đặc hai nồi, làm việc liên tục, áp suất chânkhông, có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm

- Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh và sửa chữa, cô đặc ở ápsuất chân không làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch nên giảm được chiphí năng lượng, hạn chế chất tan bị cuốn theo và bị bám vào thành thiết bịlàm hư thiết bị

- Nhược điểm: tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp

VI - CẤU TẠO THIẾT BỊ VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

1 Cấu tạo và hoạt động của nồi cô đặc:

Nồi cô đặc ống tuần hoàn trung tâm cấu tạo gồm buồng đốt, buồngbốc và bộ phận thu hồi cấu tử Trong đó:

- Buồng đốt ở dưới bao gồm các ống truyền nhiệt và một ống tuầnhoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt ngoài ống Nguyên tắchoạt động của ống tuần hoàn trung tâm là: do ống tuần hoàn có đường kínhlớn hơn đường kính ống truyền nhiệt nên hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch

sẽ sôi ít hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt Khi sôi dung dịch sẽ

có khối lượng riêng giảm do đó tạo ra áp lực đẩy dung dịch từ trong ốngtuần hoàn sang ống truyền nhiệt Kết quả, tạo nên dòng chuyển động tuầnhoàn đối lưu tự nhiên giữa ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn

- Phía trên thiết bị là buồng bốc Đây là một phòng trống, ở đây hơithứ được tách ra khỏi hỗn hợp lỏng - hơi của dung dịch sôi Bên trongbuồng bốc còn có bộ phận thu hồi cấu tử để tách những giọt chất lỏng cònlại do hơi thứ mang theo.

2 Thuyết minh quy trình: (sơ đồ trang cuối cùng)

Nguyên liệu đầu tiên là dung dịch NaNO3 có nồng độ đầu 15% đượcbơm lên thiết bị gia nhiệt Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạngống chùm có thân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ; cácđầu ống được giữ chặt trên vĩ ống và vĩ ống được hàn dính vào thân Dungdịch được bơm vào thiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên còn hơi đốt đi bênngoài ống Hơi đốt sau khi cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ của dungdịch lên đến nhiệt độ sôi sẽ ngưng tụ lại Dung dịch sau khi gia nhiệt sơ bộđược đưa vào thiết bị cô đặc thực hiện quá trình bốc hơi

Dung dịch được cô đặc ở nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2 Hơi đốtsau khi cấp nhiệt cho dung dịch trong nồi cô đặc 1, một phần bị ngưng tụthành nước ngưng và được thu hồi ở cửa nước ngưng, còn hơi thứ thoát rađược đưa vào nồi cô đặc 2, hơi thứ của nồi 2 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ.Dung dịch ở nồi 2 sau khi được cô đặc đến nồng độ yêu cầu 45% sẽ tháo rangoài theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm

Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra phía trên của thiết bị cô đặcđược đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet và được bơm chân không hút rangoài Khí không ngưng còn lại tiếp tục đi qua thiết bị tách bọt

PHẦN II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

CỦA QUÁ TRÌNH

I – DỮ LIỆU BAN ĐẦU:

Năng suất theo dung dịch đầu: Gđ = 8000 (kg/h)

Nồng độ của dung dịch trước khi cô đặc: xđ = 15 % Nồng độ của dung dịch sau khi cô đặc: xc = 45 % Nhiệt độ ban đầu của dung dịch: tđ = 76 (0C)

Áp suất hơi đốt: 4 (at)

Áp suất còn lại trong thiết bị ngưng tụ: 0,5 (at).

II – CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

1 Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W):

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống :

Gđ = Gc + W

W : là lượng hơi thứ đi ra khỏi hệ thống (kg/h)

Đối với chất tan :

Với W1, W2 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2 (kg/h).

Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau,thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ởtừng nồi thích hợp

3 , 1 1 , 1

1

W G

x G

đ

đ đ

23,05 %Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2 :

2

1 W W G

x G

đ

đ đ

45 %

PHẦN III: TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

I – XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ CỦA MỖI NỒI:

1 Xác định áp suất của mỗi nồi:

Gọi P1, P2, Pnt là áp suất ở nồi 1, 2, 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 thiết bị ngưng tụ

Pt: hiệu số áp suất của cả hệ thống

Giả sử chọn:

Áp suất của hơi đốt vào nồi 1 là P1 = 4 (at)

Áp suất hơi của thiết bị ngưng tụ là Pnt = 0,5 (at)

Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là :

Suy ra: P1 = 2,15 (at)

P2 = 1,35 (at)

Vậy: P2 = P1 – P1 = 4 – 2,15 = 1,85 (at)

2 Xác định nhiệt độ trong các nồi:

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

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

Giả sử tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống gây ra khi chuyển từ nồi

1 sang nồi 2 là 10C, thì:

tht1 = thd2 + 1

tht2 = tnt + 1

Tra bảng : I 250, STQTTB, T1/ Trang 312

Áp suất(at)

Nhiệt độ(oC)

Áp suất(at)

Nhiệt độ(oC)

Ta có: ’= t0

sđ – t0 sdmnc (ở cùng áp suất)

Áp dụng công thức của Tiaxenko:

’ = ’0 16,2

r

T s2

Trong đó: ’o : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường gây ra

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

r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất làm việc (J/kg)

Tra bảng VI.2, STQTTB, T2/Trang 64

Bảng 4.2: Tổn thất do nồng độ ở áp suất thường.

Nồng độ dung dịch (% khối lượng) 23,05 45

Tra bảng I.251, STQTTB, T1/Trang 314

Bảng 4.3: Nhiệt hóa hơi của hơi thứ các nồi.

Nồi 1 Nồi 2

Nhiệt hóa hơi r (J/kg) 2212,05.103 2304,8.103

1

2 1

273 1 , 118 2 , 16 11 ,

8 , 2304

273 9 , 81 2 , 16 35 ,

Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn hệ thống:

Σ’ = ’1 + ’2 = 3,48 +7,39 = 10,88 (oC)

2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (’’ ):

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

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

Ptb= P0 +   

2

h

h dds.g (N/m2)Trong đó:

P0: áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch

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

dds = 0,5 dd

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

h: Là chiều cao của lớp dung dịch sôi

h = H0: là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn 3 m cho cả hai nồi

Nồi 2 45 108,4

952,15Coi dd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ

từ bề mặt đến độ sâu trung bình của chất lỏng

có thể xác định được nhiệt độ sôi của nó ở áp suất khác

Nồi 1:

Ứng với xc1 = 23,05 %

Tra bảng I.251, STQTTB, T1/Trang 312

t = 103,21 0C, áp suất hơi nước bão hòa là: P = 1,16 (at)

Tra bảng I.251, STQTTB, T1/Trang 312.

ts = 108,45 (0C), áp suất hơi nước bão hòa là: Ps = 1,37 (at)

3 Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (”’) :

Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi nàysang nồi nọ và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1oC

Do đó:

”’1=1 (oC)

”’2 =1 (oC)

,, 2

, 1 ,,

5 Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:

Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:

Nồi 1: tthi1 = thd1 – thd2 – 1

= 142,9 – 117,1 – (3,48 + 2,72 + 1) = 18,6 (oC)Nồi 2: tthi2 = thd2 – (tnt+2)

= 117,1– 80,9 – (7,39 + 7,49 + 1)= 20,32 (oC)Toàn hệ thống:

tthi = tchung –  = thd1 – thd2 – 

= 142,9 – 80,9 – 23,09 = 38,91 (0C)

III – CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:

1 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi:

Nhiệt dung của dung dịch ban đầu:

Vì xđ = 15 % < 20 %

Nên ta áp dụng công thức CT I.42, STQTTB, TI/trang 153:

Cđ = 4186.(1- xđ) = 4186(1 – 0,15) = 3558,1 (J/kg.độ)Nhiệt dung của dung dịch ra khỏi nồi 1:

Vì xc1 = 23,05 % > 20 %

Nên ta tính theo công thức CT I.44, STQTTB TI/trang 152:

Cc1 = Cht.xc1+ 4186.(1- xc1)

Trong đó:

Cht: là nhiệt dung riêng của chất hoà tan, (J/kg.độ)

Tính Cht theo công thức CT I.41, STQTTB, TI/trang 152:

M.Cht = nNa.cNa + nN.cN + nO.cO

Tra bảng I.141, STQTTB T1/Trang 152 ta có:

M = 85 (đvC)

D: lượng hơi đốt dùng cho toàn hệ thống, (kg/h).

I, i1, i2: hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi 1 và nồi 2, (J/kg)

tđ, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, nhiệt độ sôi ra khỏi nồi 1, nhiệt độ sôi ra khỏinồi 2 của dung dịch, (oC)

Cđ, C1, C2: nhiệt dung riêng ban đầu, nhiệt dung riêng ra khỏi nồi 1và nồi 2của dung dịch, (J/kg.độ)

1, 2: nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi 1 và nồi 2, (oC)

Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2, (J/kg.độ)

Qxq1,Qxq2 :nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh của nồi 1 và nồi 2, (J)

G : lượng dung dịch lúc ban đầu, (kg/h)

Chọn hơi đốt, hơi thứ là hơi bão hoà, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt

0C)

1 142,9 2744,06 4294,25 118,1 2708,34 3498,81 124,3

2 117,1 2706,94 4245,07 81,9 2647,42 2844,42 96,78Cho: Qxp1 = 0,05.D.(i – Cng1 1)

Qxp2 = 0,05.W.(i1 – Cng2 2)

Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là :

1 1 2 2 2

1 1 2

2 2

1 0 , 95 ( )

.

).

(

t C i C

i

t C G t C W G i W W

ng

đ đ

) 1 , 117 07 , 4245 2708340

, 96 42 , 2844 ).

33 , 5333 8000

( 2647420

95 , 0

.

).

(

1 1 1

1 1 1 1

1



ng

đ đ đ đ

C i

t C G t C W G i W

) 9 , 142 25 , 4294 2744060

( 95 , 0

76 1 , 3558 8000 3

, 124 81 , 3498 ).

12 , 2637 8000

( 2708340

C%(1) = 100 % 4 , 53 % 5 %

65 , 2793

65 , 2793 12

, 2637

68 , 2539 21

, 2697







Vậy :

Lượng hơi thứ nồi 1là : W1 = 2637,12 (kg/h)

Lượng hơi thứ nồi 2 là: W2 = 2697,21 (kg/h)

Lượng hơi đốt nồi I là : D = 3612,5 (kg/h)

Đáp ứng yêu cầu

2 1

t

s s

/ ( 10 0971 , 1 )

/ ( 10 71 , 1 )

,

16

10 30

10 3 , 124 2 2

I.107, STQTTB T1/ Trang 100.

) ( 6 )

/ ( 10 473 , 1 )

/ ( 10 519 , 1 )

46 , 37 77

46 , 37 78 , 96 2 2

1.2 Hệ số truyền nhiệt của dung dịch:

Áp dụng công thức I.32 ST QTTB T1/ Trang 123:

3

.

M Cp

 :khối lượng riêng, (kg/m3)

M:là khối lượng mol của chất lỏng

Chọn A = 3,58.10-8

O H i dd



Mà

O H

i

d i d i

i

M

x M

x M

x m

2 2

2305 , 0 1 85

2305

,

2305 , 0

06 , 0 1 ( 85 06

,



 M

484 , 0 02 , 22

66 , 1061

66 , 1061 81 , 3498 10

45 , 0 1 85

45

,

45 , 0

148 , 0 1 ( 85 148

1 , 1276 1

, 1276 42 , 2844 10

04 , 2

t H

r A

10 368 , 0

484 , 0 66 , 1061

 = 136,05Tra bảng I.250 STQTTB, T1 / Trang 312

→ r1,n1 = 2135,5.103 (J/kg)

3 1

,

2135,5.10

05 , 136 04 , 2

115,94 (oC)

→ A1 = 4

3

3 2

10 246 , 1

465 , 0 1 , 1276

 = 107,07 Tra bảng I.250 STQTTB, T1 / Trang 312

→ r2,n2 = 2215,12.103 (J/kg)

3 2

,

2215,12.10

07 , 107 04

 là hệ số cấp nhiệt của nước

Mà theo CT VI.27, STQTTB, T2/Trang 71

Ta có:

435 , 0 2

565 , 0

2 2 2

.

d n

Theo CT V.91, STQTTB, T2/Trang 26

5 , 0 33 , 2

2 145 ,

Trong đó r1: nhiệt trở của lớp hơi nước

r2  : nhiệt trở của tường

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

 : bề dày ống truyền nhiệt ( = 2mm)

λn1 = 0,686 (W/m2.độ)

ρn1 = 939,53 (kg/m3)

435 , 0

3 3 2

565 , 0 1

10 373 , 0

10 229 , 0 88 , 4256

81 , 3498 53

, 939

83 , 530 686 , 0

484 , 0

18 , 14722 34

, 14768

, 14768 2

1 , 2 1 , 1 1

3 3 2

565 , 0 2

10 246 , 1

10 2917 , 0 42 , 4217

42 , 2844 59

, 960

05 , 638 6814

Nên ta có:   100 % 

15 , 13527

05 , 13320 15

, 13527

, 13527 2

2 , 2 2 , 1 2

n

q

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

Xem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi như nhau: F1= F2 nên nhiệt độ hữuích phân bố trong các nồi là:

hi n

i i i

Q k

 là nhiệt độ hữu ích trong các nồi

Qi: lượng nhiệt cung cấp (J)

r D

Q 

Trong đó:

Di là lượng hơi đốt mỗi nồi

ri: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi

2 1

1 1

1 1 1

r D

1 10

659 , 0 83 , 7549 1

1 3 1

K

795,44



44 , 792

25 , 2318085

2 2 2

r D

1 10

659 , 0 4 , 5741 1

1 3 2

24 , 1622649

Q K

Q K

Q

i i n

97 , 2693 92 , 38

19 , 2458 92 , 38

6 18 35 , 20

32 , 20 57 , 18

2

Tính bề mặt truyền nhiệt F:

) (

2 ,

m t K

Q F

i hi i

69 , 2142889

1

57 , 18 1 , 660

24 , 1622649

135

.h

d

F n

Số ống trong tất cả các viên phân là 90

2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm:



t th

4

721 ) 034 0 (

14 ,

f

D  4. =

14 3

2 , 0

4 = 0,5 (m)Chọn Dth= 500 (mm)

3 Đường kính thiết bị buồng đốt:

Đối với thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lụcgiác đều thì đường kính trong của buồng đốt có thể tính theo công thức :

Dt=

h

d F d

n

60 sin 4 , 0 ) 2 (

0 2

h = 2 (m) : Chiều dài của ống truyền nhiệt

Dth = 0,5 (m) : Đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm

F = 135 (m2) : Diện tích bề mặt truyền nhiệt

Thay vào ta có :

2 8 , 0

038 , 0 135 60 sin 4 , 1 4 , 0 ) 038 , 0 4 , 1 2 5 , 0 (

0 2

5 , 0

III – BUỒNG BỐC:

1 Đường kính buồng bốc:

Theo bảng XIII.6, STQTTB,T2/Trang 359

Chọn Dt = 1,8 (m)

2 Chiều cao buồng bốc hơi:

Thể tích không gian hơi được xác định

tt h kgh

u

W V

.



 Trong đó:

Vkgh: là thể tích không gian hơi (m3)

W: là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (m3)

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

utt: là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gianhơi trong một đơn vị thời gian (m3/m3.h).

Theo CT VI.33, STQTTB,T2/Trang 71

utt = f.utt(1at) khi P ≠ 1(at)

t

kgh kgh

D

V H

12 , 2637

1

1

tt ht

W V

65 , 2793

2

2 2

tt ht kgh

u

W V

kgh

Do trong thiết bi có hiện tượng dung dịch sôi tràn lên phần buồng bốc nênđòi hỏi thiết bị phải cao hơn so với tính toán.

Vậy, chọn chiều cao buồng bốc cho cả 2 nồi là 2000 (mm)

s V

473 , 0 004 , 1

2

D

Ở nhiệt độ thđ2 = 117,1 (oC) → v = 0,977 (m3/kg)

Theo bảng I.250, STQTTB T1/ Trang 312

20 785 , 0

977 , 0 733 , 0

Chọn d = 250 (mm) → dn = 273 (mm), theo bảng XIII.26, STQTTB,T2/Trang 409

Tóm lại, chọn đồng loạt đường kính ống dẫn hơi đốt cho cả 2 nồi là d =

250 (mm), với đường kính ngoài dn = 273 (mm)

75 , 0 193 , 3

Chọn d = 400 (mm), dn = 426 (mm), bảng XIII.26, STQTTB,T2/Trang 409

3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch đầu vào thiết bị gia nhiệt:

3600

8000 3600

1 1

10 914 , 0 22 ,

Chọn d = 70 (mm), dn = 76 (mm), bảng XIII.26, STQTTB,T2/ Trang 409

3.4 Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi gia nhiệt sang nồi 1:

3600

8000 3600

10 958 , 0 22 ,

Chọn d = 70 (mm), theo bảng XIII.26, STQTTB,T2/ Trang 409

3.5 Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi 1 sang nồi 2:

3600

12 , 2637 8000

3600

1

W G

10 942 , 0 49 ,

Chọn d = 50 (mm), theo bảng XIII.26, STQTTB,T2/ Trang 409

3.6 Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi 2 sang bể chứa sản phẩm:

3600

33 , 5333 8000

3600

2

1 W W G

10 784 , 0 741 ,

Chọn d = 32 (mm), theo bảng XIII.26, STQTTB,T2/ Trang 409.

Tóm lại, chọn đường kính ống dẫn dung dịch cho toàn bộ hệ thống là: d

10 083 , 1 003 ,

10 058 , 1 733 ,

Chọn d = 100 (mm), theo bảng XIII.26, STQTTB,T2/ Trang 409

Tóm lại, chọn đường kính ống tháo nước ngưng cho cả 2 nồi là: d =

125 (mm)

dn = 133 (mm)

Bảng 5.1- Tóm tắt đường kính ống dẫn