thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi dung dịch (nh4)2so4

LỜI NÓI ĐẦUĐể bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kếmột thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất.. Được sựhướng dẫn của Thầy Nguyễn Thế Hữu

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên : Nguyễn Sĩ Nam

Khoa : Công Nghệ Hóa

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thế Hữu

NỘI DUNG ĐỀ BÀI:

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dung dịch (NH4)2SO4 với năng suất 12587 kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 13,3%

Nồng độ cuối của dung dịch: 41,8%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 atm

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,19 atm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN



………

Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2012

Người nhận xét

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG 7

1 Phân loại thiết bị cô đặc: 8

2 Cô đặc nhiều nồi: 9

3.Giới thiệu về dung dịch : (NH4)2SO4 10

4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất : 10

4.1 Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức10 4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống 11

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13

1 Số liệu ban đầu : 13

2.Tính cân bằng vật liệu : 13

2.1 Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng nồi: 13

2.1.1 Xác định lượng hơi thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống: 13

2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi : 13

2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi 14

3.Tính cân bằng nhiệt lượng : 14

3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi: 14

3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi 14

3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi 15

3.2.Xác định tổn thất nhiệt độ: 16

3.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ : ,C 16

3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh: ,  17

3.2.3 Tổn thất do đường ống ( , )  18

3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi 18

3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định : 18

3.3.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi 19

3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi; 19

3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: 19

3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có: 20

3.4.2 Nhiệt lượng mang ra: 20

3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt: 20

4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi: 24

4.1.Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi 24

4.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: 25

4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi  2i W/m2 độ: 26

4.3.1 Khối lượng riêng : 28

4.3.2 Nhiệt dung riêng : 28

4.3.3 Hệ số dẫn nhiệt: 28

4.3.4 Độ nhớt : 30

4.4.Nhiệt tải riêng về phía dung dịch : 31

4.5.So sánh q2i và q1i : 31

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi 32

6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 33

6.1 Xác định tỷ số sau : 33

6.2.Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi : 33

7 So sánh Ti', Ti tính được theo giả thiết phân phối áp suất 34

8 Tính bề mặt truyền nhiệt (F) 34

PHẦN III TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 36

1 Gia nhiệt hỗn hợp đầu 36

1.1 Nhiệt lượng trao đổi: 36

1.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích : 36

1.3 Bề mặt truyền nhiệt : 41

1.4.Số ống truyền nhiệt : 41

1.5 Đường kính trong của thiết bị đun nóng : 42

1.6.Tính vận tốc và chia ngăn : 43

2 Chiều cao thùng cao vị 43

3 Bơm: 52

3.1 Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra : 53

3.2 Năng suất trên trục bơm 56

3.3 Công suất ngưng tụ điện: 56

4 Thiết bị ngưng tụ baroomet : 56

4.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng 58

4.2 Đường kính trong thiết bị 59

4.3 Kích thước tấm ngăn: 59

4.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ : 60

4.5 Các kích thước trong ống baroomet : 61

4.6 Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị : 62

4.7 Tính toán bơm chân không: 63

PHẦN VI: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 66

4.1 Buồng đốt nồi cô đặc 66

4.1.1 Tính số ống truyền nhiệt 66

4.1.2 Đường khính trong của ống đốt : 66

4.1.3 Tính bề dày buồng đốt. : 67

4.1.4: Chiều dày lưới đỡ ống 69

4.1.5 Chiều dày đáy phòng đốt : 71

4.1.6 Tra bích để lắp đáy nắp và thân buồng đốt 73

4.2 Buồng bốc: 74

4.2.1 Thể tích không gian hơi: 74

4.2.2 Chiều cao phòng bốc: 75

4.2.3 Bề dày thân buồng bốc : 75

4.2.4 Bề dày nắp buồng bốc : 75

4.2.5 Tra bích để lắp đáy và thân buồng bốc: 77

III Chiều cao ống có gờ bằng thép CT3 78

4 Tính toán một số thiết bị khác: 79

4.3 Đường kính các ống dẫn: 79

4.3.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt vào 80

4.3.2 Đường kính ống dẫn dung dịch vào 80

4.3.3 Đường kính ống dẫn hơi thứ ra: 80

4.3.4 Đường kính ống dẫn dung dịch ra 80

4.3.5 Đường kính ống tháo nước ngưng: 81

4.3.6 Đường kính ống tuần hoàn: 81

4.4 Tai treo va chan do: 82

4.4.1 Tính Gnk 84

4.7.Tính Gnd: 86

PHẦN V KẾT LUẬN 95

Tài liệu tham khảo: 96

Chuyển đổi đơn vị thường gặp: 96

QUY ƯỚC KÝ HIỆU

Để đơn giản trong việc chú thích tài liệu, quy ước ký hiệu như sau:

- [ST 1 ] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1 Nhà xuất

LỜI NÓI ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kếmột thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất Được sựhướng dẫn của Thầy Nguyễn Thế Hữu em đã thực hiện đồ án với đề tài:“Thiết

kế hệ thống cô đặc 2 nồi dung dịch (NH4)2SO4 “

Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bướctiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáotrình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học“ trên cơ sở lượngkiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan,mỗi sinhviên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩthuật có giới hạn trong quá trình công nghệ Qua việc làm đồ án môn học này,mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúngnhững kiến thức,quy định trong tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trìnhbầy bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệthống Đồng thời, đồ án này còn giúp sinh viên tổng hợp được kiến thức đã học

ở các môn cơ sở

Xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Thế Hữu đã tận tình giúp đỡ, hướngdẫn và truyền đạt những kinh nhiệm quý báu để tôi em hoàn thành đồ án này.Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm

đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án này

Trong quá trình làm đồ án em không tránh khỏi những sai lầm, thiếusót Vì vậy kính mong sự đóng góp nhiệt tình của quý Thầy, Cô và các bạnsinh viên để đồ án này được hoàn thiện thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Phần 1: Giới thiệu chung

1.1 Giới thiệu chung về (NH4)2SO4

a)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 kiến thức 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 việc làm 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 và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.

b) Giới thiệu về dung dịch (NH4)2SO4.

AMONI SUNFAT ( (NH4)2SO4 ) khối lượng phân tử là 132,15. Ở dạng tinh thể thì (NH4)2SO4 không màu hình thoi, hoặc bột màu trắng, khối lượng riêng là 1,77g/cm3 ,tnc = 140oC, tphanhuy = 280oC Dễ tan trong nước : ở

20oC, 100 g nước hoà tan được 76 g (NH4)2SO4,không tan trong etanol ,là chất kết tủa protein Ở điều kiện thường , dễ hút ẩm , chảy nước, và có mùi khai củaamoniac , do muối này bị phân hủy một phần thành amoniac và axit sunfuric:(NH4)2SO4 → NH3↑ + H2SO4

Khi hòa tan trong nước ta được dung dịch (NH4)2SO4 là dung dịch không màu,có tính chất của muối của một axit mạnh với một bazo yếu và ngoài ra dung dịch này còn có tính axit yếu

Ở điều kiện thích hợp amoni sunfat sẽ tham gia phản ứng để số oxi hóa của N lên mức cao hơn

Qúa trình tổng hợp nhờ phản ứng của amoniac và axit sunfuric

Ứng dụng của muối amonisunfat là :

→làm phân đạm 1 lá nhưng có khả năng làm đất bị chua do bị thủy phân tạo ra môi trường axit

→dùng trong lĩnh vực phân tích.Đặc biệt là dung dịch muối Mo, hay sắt amonisunfat (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O được sử dụng rất phổ biến trong phân tích.

1.2 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.

1.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình cô đặc.

Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành côngnghiệp khác nói chung thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứachất tan không bay hơi, để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làmbay hơi một phần dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi,phương pháp này gọi là phương pháp cô đặc

Mục đích của quá trình cô đặc đó là làm tăng nồng độ chất tan, tách chấtrắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh), thu dung môi ở dạng nguyên chất

Cô đặc được tiến hành ở hiệt độ sôi, ở mọi áp suất (như áp suất chânkhông,áp suất khí quyển,áp suất dư), trong hệ thống cô đặc một nồi hay nhiềunồi.Hơi của dung môi tách ra gọi hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng đểđun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đun nóng một thiết bị ngoài hệthống cô đặc thì ta gọi là hơi phụ.Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thểtrục tiếp hay gián tiếp,truyền nhiệt trực tiếp thường dùng kói lò cho tiếp xúc vớidung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để đốtnóng

Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau tùy theo từngyêu cầu kỹ thuật Đó là cô đặc ở áp suất chân không, áp suất cao hơn áp suấtkhí quyển, áp suất khi quyển

Khi cô đặc ở áp suất chân không dùng cho các dun dịch có nhiệt đóôi cao

và dung dịch dễ bị phân hủy bởi nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu sốnhiệt độcủa hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của trung bình của dung dịch ( hiệu sốnhiệt độ hữu ĩch), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt.Mặt khác, cô dặc chânkhông thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt thừa củacác quá trình sản xuất khác (hay sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô dặc

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thòng dùng cho các dungdịch không bị phân hủy o nhiệt độ cao như các dung dịch muoi 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 mà đượcthải

ra ngoài không khí Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế

Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở apssuất cao hơn áp suất khí quyển, các nồi khác làm ở áp suất chân không

Cô đặc được úng dụng trong các nhà máy sản xuất hóa chất và thựcphẩm, ví dụ cô đặc các muối vô cơ,dung dịch kiềm

Quá trình cô đặc có thể thực hiện trong thiết bị cô đặc một nồi hay thiết

bị cô đặc nhiều nồi, nhưng cô đặc một nồi gây lãng phí nhiên liệu,hiệu quả kinh

tế không cao chỉ thích hợp trong quá trình sản xuất đơn giản,do vậy người taphải cô đặc nhiều nồi

Sau đây em xin giới thiệu về cô đặc hai nồi xuôi chiều

1.2.2.Dây chuyền sản xuất:

Sơ đồ dây chuyền sản xuất thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức.

1 Thùng chứa dung dịch đầu 7 Thiết bị cô đặc

5 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 11.Thiết bị tách bọt

13 Ống tuần hoàn

Nguyên tắc hoạt động:

Dung dịch đầu (NH4)2SO4 được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từthùng chứa (1) thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn định mức chấtlỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt

(5) (thiết bị ống chùm) Ở gthiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ

bộ đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bảo hòa cung cấp từ ngoài vào, rồi đi vào nồi(6) Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đun nóng kiểuống chùm , dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vàobuồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí không ngưng được đưa quacủa tháo khí không ngưng.Nước nưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng củatháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơithứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên và được dẫn sangbuong đốt của thiết bị (7).Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ (7) do

đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < áp suất nồitrước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồithứ (7) 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 bốchơi Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (9)qua thiết bị bơm (2).Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụBaromet (10).Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đi xuống , ở đâyhời thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet vào thùng chứacòn khí không ngưng đi qua thiết bị tách bọt (11) hơi sẽ được bơm chân không(12) hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

1 Số liệu ban đầu :

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dungdịch (NH4)2SO4 với năng suất 12587 kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 13,3%

Nồng độ cuối của dung dịch: 41,8%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 atm

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,19 atm

2.Tính cân bằng vật liệu :

2.1 Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng nồi:

2.1.1 Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống:

Áp dụng công thức (VI.1/ST 2 – T 55)

W = Gd – Gc = Gd (1 - xd xc )

 W=12587(1 -1341,,83) = 8582,0455 (kg/h)

2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi :

W1 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1

W2 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2

Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:

1

2

1 

W W

Mà ta có: W1 + W2 = 8582,0455

023 , 4291

2

1  

2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi

x1:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1

x2:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 2

1



x 1 = 19 , 724

023 , 4291 12587

3 , 13 12587



x2 = 41,8%

3.Tính cân bằng nhiệt lượng :

3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi:

3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi

- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là:

P P

) ( 10145 , 1 45 3

8 , 3

1

2

atm P

atm P

4

2

1

atm P

atm P

at atm

P

C t

at atm

P

C t

at atm

, 0 19

, 0

76 , 107 3581

, 1 3145

, 1

988 , 143 1327

, 4 4

2 2

1 1

3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.

NX: 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





 ,và khi đó nó sẽ trở thành hơi đốtcho 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:

C t

t

C t

76 , 108 1 76 , 107 1

, 2 2

, 1

Tra bảng (I.250/ST1-T312), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứcủa mỗi nồi sẽ cho áphơi thứ tương ứng:

at P

at P

2057 , 0

4042 , 1

, 2

, 1

đốt P1= 4,1327 t1=143,988 P2=1,3581 t2=107,76 P

ng=0.19 tng=59,252Hơi

C f

o

2

, ,

2 , 16

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

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

* Tra bảng (VI.2/ST2 – T63)

C x

C x

% 8 , 41

58964 , 1

% 724 , 19

, 2 2

, 1 1

* Xác định nhiệt độ Ti

K T

K T

76 , 381 273 76 , 108

2 1

* Xác định ri:

Tra bảng (I.250/ST1 – T312)

kg J r

kg J r

/ 10 31 , 2356

/ 10 472 , 2237

3 2

3 1

92456 , 3 31 , 23256

) 252 , 333 ( 14 , 5 2 , 16

6774 , 1 472 , 2237

) 76 , 381 ( 59 , 1 2 , 16

, 2 , 1 ,

2 ,

2

2 ,

1

3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh: ,

- Áp dụng công thức VI.13

at g h

h P P

t t

dds o

tb

o tb

4

2 1 ,,

10 81 , 9

).

% 8 , 41

) / ( 13 , 1138

% 724 , 19

3 2

3 1

m kg x

m kg x

64 , 12375

) / ( 9065 , 556 2

13 , 1138

3 2

3 1

m kg

m kg

81 , 9

81 , 9 782 , 618 ).

2

2 5 , 0 ( 2057 , 0

) ( 5156 , 1 10

81 , 9

81 , 9 9065 , 556 ).

2

3 5 , 0 ( 4042 , 1

4 2

4 1

at P

at P

C t

1373 , 112

2 1

Vậy:

C t

t

C t

3773 , 3 76 , 108 1375 , 112

02 2

,, 2

01 1

,, 1

2 , 1 ,

, ,

,

3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi

3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định :

t

 143 , 988 59 , 252 84 , 736 (CT VI.16/ST2 – T67)

Vậy : t hi  84 , 736  21 , 4038  63 , 3322 C

3.3.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi

,, 2

, 2

, 2 2

,, 1

, 1

, 1 1

t t

s s

C t

8147 , 113 3773 , 3 6774 , 1 76 , 108

2

1

3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi;

C t

t T

C t

t T

17733 , 30 8147 , 113 988 , 143

2 2 2

1 1 1

3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:

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

Cd, C1,Cn1,Cn2,C2: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ,cuối và nướcngưng

Qm ,Qm : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2

% 5

% 7 , 4 2

3322 , 63

2

3322 , 63 17733 , 30 2

Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị

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

3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có:

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

Nhiệt do dung dịch mang vào : G

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

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

3.4.2 Nhiệt lượng mang ra:

3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

- Nồi 1 :

) (

05 , 0

) (

.

.

) (

D t C W G i W t

D t C W G i W t

- Nồi 2 :

2 2 2 1 2

2 1 2 2 2 1 3

2 1 1 1 2

1

2 2

2 1 2 2 2 1 3

2 1 1 1 2

1

) (

05 , 0 )

( )

(

) (

) (

W t C W W G i W t C W G

i

W

Qm Cn

W t C W W G i W t C W G

i

s d

s d

s d

s d

1 1 2 2 2

2 3 1

) (

95 , 0

) (

) (

s

s s

d s

t C i Cn

i

t C t C G t

C i W

95 , 0

) (

) (

1 1

0 1

1 1

1 1 1



Cn i

t C t C G t

C i W

988 , 143

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

- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 13,3%

Áp dụng công thức I.41 /ST1 – T152 ta có:

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,133) = 3629,262 (J/kg độ)

- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 19,724 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

c1 , c2 ,c3, c4 : Nhiệt dung riêng của nguyên tử N,S,O,H

C1 , C2 , C3, C4 Nhiệt dung riêng của nguyên tử N, S , H ,O.Tra từ bảng ( I.141 /ST1 –T152) ta có :

16800 4

9630 8 22600 26000

kg J i

C t

kg J i

C t

kg J i

C t

kg J i

C t

/ 7 , 2608763 252

,

60

/ 2693768 76

,

108

/ 2691968 76

, 107

/ 2 , 2745853 988

,

143

' 2

,

5037

) 988 , 143 97 , 4296 2

, 2745853 (

95 , 0

) 101 262 , 3629 814

, 113 35 , 3360 ( 12587 )

814 , 113 3534 , 3360 2693768

( 8955

,

4317

/ 8955 , 4317 15

, 4264 0455

, 8582 /

15

,

4264

814 , 1113 3534 , 3360 7

, 2608763 )

76 , 107 086 , 4230 2691968

( 95 , 0

) 8147 , 113 3534 , 3360 97836

, 77 46 , 3128 ( 12587 )

97836 , 77 46 , 3128 7

, 2608763 (

0455

,

8582

1 2

1

1

h kg D

D

h Kg W

W W h Kg W

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W1 : W2 = 1: 1,05

Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân

bằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn

4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi:

4.1.Tính hệ số cấp nhiệt  khi ngưng tụ hơi.

25 , 0 1

) (

04 , 2

H t

r A

5 , 3

Ti i i

t t t

t t t

( 7851 , 8182 3

15 , 3

10 272 , 2240 185 , 106 04 , 2

) /

( 6296 , 8413 3

5 , 3

10 06 , 2130 3357 , 194 04 , 2

2 25

, 0 3 12

2 25

, 0 3 11

đô m W

đô m W

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

002 , 0 10 232 , 0 10 387 , 0



C t

C t

6621 , 0 77 , 25775

4973 , 19 10

6621 , 0 7 , 29447

3 2

3 1

Vậy :

C t

C t

1762 , 7 4973 , 19 5 , 3 17733 , 30

22

21

*  : 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

4.3.1 Khối lượng riêng :

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

3 2

1

/ 013 , 973

/ 9864 , 947

m kg

m kg

3 1

/ 12376

/ 8 , 1113

m kg

m kg

4.3.2 Nhiệt dung riêng :

- Nhiệt dung riêng của nước :tra bảng ( I.249 /ST1 – T 310 )

1 

nc

673 , 0

M C

ddi ddi ddi





 

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

(NH4)2SO4 và H2O )

nên : M = 132,15a +(1- a)18

nồi 1 :x = 19,724 % khối lượng

69846 , 21 18 ).

0324 , 0 1 ( 0324 , 0 132

0324 , 0 18 276 , 80 15 , 132 724 , 19

15 , 132 724 , 19

0891 , 0 1 ( 0891 , 0 15 , 132

0891 , 0 18 2 , 58 15 , 132 8 , 41

15 , 132 8 , 41

6984 , 21

8 , 1113 8

, 1113 3534 , 3560 10 58 ,

6 , 1237

6 , 1237 46 , 3128 10 58 ,

2468 , 0

333 , 0

21   

q

29551 , 9417

1762 , 7 0488 , 4118



22 22

, 0 3656 , 0 38 , 4193 46 , 3128 013 , 973 6 , 1237

637 , 0

4891 , 0

7774 , 0 3656

, 0 2468 , 0 48 , 4239 3534 , 3360 9864 , 947 8 , 1113

68545 , 0

5158 , 0

435 , 0 2

565 , 0 2

435 , 0 2

565 , 0 1

% 5

% 5 , 3

% 100 7731

, 25775

988 , 26712 7731

,

25775

% 5

% 353 , 0

% 100 7

, 29447

9417 , 29551 7

Vậy giả thiết  11 ,  21 được chấp nhận

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi



 N/m2 độTrong đó:

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

, 2944 2

21 11

3855 , 26244 2

988 , 26712 7731

, 25775 2

22 12

Vậy:

227 , 881 78164

, 29

3855 , 26244

6796 , 977 1733

, 30

8209 , 29499

2

2 2

1

1 1

T

q K

2130060

15 , 4264

15 , 4264 12587

( 2240272

, 881

483 , 2408616

6271 , 2580 6796

, 977

486 , 2523026

K Q K

Q T

K

Q T

K

Q T

, 2580 (

2532 , 2733 )

78164 , 29 1733 , 30 (

1165

,

29

2532 , 2733 6271

, 2580

6271 , 2580 )

78164 , 29 1733 , 30 ( ).

(

2

2 1 1

2 2 2

1 1 2

1

,

1

7 So sánh T i ', T i tính được theo giả thiết phân phối áp suất

% 5

% 5 , 3

% 5

% 5 ,

I

I I

T K

Q F



 m2

Vậy:

) ( 6312 , 88 8385 , 30 227 , 881

483 , 2408616

) ( 6312 , 88 1165 , 29 6796 , 977

486 , 2523026

2 2

1

2 2

2 1

1

1 1

m T

K

Q F

m T

K

Q F

1.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 4,1327at, hơi nước đi ngoài ống từ trênxuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên.ở áp suất 4,1327at

t1=143,981 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 = 113,8147oC)

1.1.Nhiệt lượng trao đổi :( Q)

Q = F.Cp.(tF – tf) WTrong đó : + F: lưu lượng hỗn hợp đầu ,F = 12587(kg/h)

+ tF : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = ts1 = 113,8147 oC

+ Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu

tc tđ

988 , 118 lg 3 , 2

1733 , 30 988 ,

= 64,7307 (0C)

+Hơi đốt: t1tb = 143,988 (0C)

+Phía hỗn hợp: t2tb =t hđ  t tb  143,988 – 64,7307 = 79,2573(0C)

a) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể :

+Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :

α1 = 2,04.A.(

H t

r

1

10 06 , 2130

= 7943,0329(W/m2.độ)

b) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ :

q1 = α1.Δt1 [W/m2]

Thay số : q1 = 7943,0329.4,4 = 34949,34 (W/m2 )

Theo công thức V.40-ST2/14 ta có : c) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợpchảy xoáy :

+ Tra bảng (I 107- ST1/101)ta có độ nhớt dung dịch: µ = 0,4104.10-3Ns/m2

+ Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp λ=A.Cp ρ

- M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng ( hỗn hợp của chúng ta là KNO3 và

H2O ) nên : M = 132.a +(1- a)18

x = 13,3 % khối lượng nên:

252 , 20 18 ).

1975 , 0 1 ( 1975 , 0 132

1975 , 0 18

90 132 3 ,

3 , 13

Trong đó : tt 2 : Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp

∑rt : Tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt

Ống dẫn nhiệt làm bằng làm thép CT3 có chiều dày δ = 2 (mm) nên: λ = 46,4(W/m độ)  ∑rt =0.6621.10-3 m2 độ/W (đã tính ở trên)

+ µt : Độ nhớt của hỗn hợp tra bảng I.107-ST1/101:

q

q

q 

= 34949,3434949,34-36610,44 100% = 4,75 %

Sai số nhỏ hơn 5% ta chấp nhận giả thiết chọn độ chênh lệch nhiệt độ

1.3.Bề mặt truyền nhiệt:

Công thức tính : F =

tb

q Q

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

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

2

34 , 34949 444

, 36610 2

2 1







q q

Thay số :

892 , 35779

37 , 1126997



1.4.Số ống truyền nhiệt :

Công thức tính : n= dH F



Trong đó : F : Bề mặt truyền nhiệt

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

H : Chiều cao ống truyền nhiệt H = 3 (m)

3 034 , 0 14 , 3

498 , 31

trong tất cảcác hình viênphân

ốngtrongthiết bị

Dãy1

Dãy2

Dãy3

4

2 n d