thấp thì tổn thất nhiệt ra môi trường chung quanh sẽ nhỏ hơn khi cô đặc ở áp suất thường.1.3.Cä âàûc nhiãöu näöi Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế caovề sử dụng nhiệt. Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,…hơi thứ ở nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên. Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông thường thì nồi đầu làm việc ở áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển (chân không). Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi, vì nếu ta giả thiết rằng cứ 1kg hơi đưa vào đốt nóng thì được 1kg hơi thứ, như vậy 1kg hơi đốt đưa vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi số kg hơi thứ tương đương với số nồi trong hệ thống cô đặc nhiều nồi, hay nói cách khác là lượng hơi đốt dùng để làm bốc 1kg hơi thứ tỷ lệ nghịch với số nồi. Ví dụ khi cô đặc hai nồi: 1kg hơi đốt vào nồi đầu làm bốc hơi 1kg hơi thứ trong nồi đầu, 1kg hơi thứ này đưa vào đốt nóng nồi sau cũng bốc hơi 1kg hơi thứ nữa, như vậy đối với hai nồi ta được 2kg hơi thứ và lượng hơi đốt tính theo 1kg hơi thứ la kg.
Trang 1PHẦN MỘT:GIỚI THIỆU CHUNGI/ Giới thiệu về sản phẩm NaNO3
Natri nitơrat (NaNO3 ) là muối của một Bazơ mạnh(NaOH) và một axityếu(HNO3) , Được liên kết vơi nhau bằng liên kết ion Nó tồn tại ở dạng tinh thểrất dể tan trong nước và độ tan tăng nhanh theo nhiệt độ, NaNO3 cũng rất dể bị kếttinh.Nó khó tan trong các chất hữu cơ như rượu, ête v.v
Nhiệt độ sôi :
Nhiệt độ nóng chảy:
* Tính chất hoá học :
Khi đun nóng NaNO3 bị nóng chảy:
2 NaNO3 = 2NaNO2 + O2
Ở trạng thái nóng chảy, muối NaNO3 là chất oxi hoá mạnh, nó có thể oxi hoá
Mn2+ đến MnO42-, Cr3+ đến CrO42- v.v
MnSO4 + 2KNO3 + 2NaCO3 = Na2MnO4 + 2KNO2 + Na2SO4 + 2CO2
Hỗn hợp của KNO3 và các chất hữu cơ sẽ cháy dể dàng và mãnh liệt
Ví dụ:
2NaNO3 + S + 3C = Na2S + 3CO2 + N2
Ngoài ra còn có các sản phẩm CO, K2CO3, K2SO4 Hổn hợp này khi đốttrong hệ kín có thể gây nổ
* Điều chế: dùng phản ứng trao đổi giữa KNO3 và NaCl:
KNO3 + NaCl = NaNO3 + KCl
Hoà tan một lượng KNO3 và NaCl theo tỉ lệ 1:1 vào nước nóng, sau đó chokết tinh KCl ở nhiệt độ 30oC Tách tinh thể KCl ra, làm nguội dung dịch đến nhiệtđộ dưới 22oC để kết tinh NaNO3
*Ứng dụng: NaNO3 được dùng làm phân bón, chất nổ, chất bảo quản.v.v.Ngoài
ra, nó còn được dùng trong sản xuất thuỷ tinh, làm chất oxi hoá trong quá trìnhluyện quặng Ni.v.v
II/ Sơ lược về quá trình cô đặc:
Quá trình cô đặc là quá trình làm đậm đặc dung dịch bằng việc đun sôi Đặcđiểm của quá trình này là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, chấthoà tan được giữ lại trong dung dịch, do đó, nồng độ của dung dịch sẽ tăng lên.Khibay hơi, nhiệt độ của dung dịch sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất hơi của dung môitrên mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống trên mặtthoáng dung dịch nhưng nhỏ hơn áp suất chung.Trạng thái bay hơi có thể xảy ra ởcác nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càng tăng thì tốc độ bay hơi càng lớn, còn sựbốc hơi diễn ra( ở trạng thái sôi) ngay cả trong lòng dung dịch( tạo thành bọt) khiáp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thoáng , trạng thái sôi chỉ có
ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và nồng độ của dung dịch đã cho
Trong quá trình cô đặc, nồng độ của dung dịch tăng lên, do đó mà một sốtính chất của dung dịch cũng sẽ thay đổi Điều này có ảnh hưởng đến quá trình tínhtoán, cấu tạo vá vận hành của thiết bị cô đặc.Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt λ,nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt α của dung dịch sẽ giảm Ngược lại, khốilượng riêng ρ, độ nhớt ν, tổn thất do nồng độ ∆’ sẽ tăng.Đồng thời khi tăng nồng độsẽ tăng điều kiện tạo thành cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt, những tính chất đó sẽlàm giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị
Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ
ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ để đunnóng cho một thiết bị ngoài hệ thống thì ta gọi đó là hơi phụ
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiềunồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn.Quá trình cô đặc có thể được thực hiện ở cácáp suất khác nhau tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật, khi làm việc ở áp suất thường thì cóthể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín cô đặc trongchân không vì có ưu điểm là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt( khi áp suất
Trang 2giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm dẩn đến hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt vàdung dịch tăng).
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có
ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt.Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi cóthể tóm tắt như sau:Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứcủa nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba hơi thứnồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ.Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sangnồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên.Điều kiện cầnthiết để truyền nhiệt trong các nồi là phỉa có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt vàdung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứtrong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ củanồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, cònnồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển
Trong các loại hệ thống cô đặc nhiều nồi thì hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôichiều được sử dụng nhiều hơn cả
Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi saunhờ sự chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt đọ sôi của nồi trước lớn hơn nốisau,do đó dung dịch đi vào mỗi nồi(trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độsôi, kết quả là dung dịch được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêmmột phần nước làm quá trình tự bốc hơi
Nhược điểm : nhiệt độ dung dịch ở các nồi sau thấp dần nhưng nồng độ củadung dịch lại tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ sốtruyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối.Hơn nữa, khi dung dịch đi vào nồiđầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi nên cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt đểđun nóng dung dịch
Trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, cô đặc đóng một vai trò hết sứcquan trọng Nó được ứng dụng để:
+ Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch
+ Tách các chất hoà tan ở dạng rắn(kết tinh)
+ Tách dung môi ở dạng nguyên chất v.v
III/ Thuyết minh sơ đồ lưu trình công nghệ:
Dung dịch đầu NaNO3 từ thùng chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm vàothùng cao vị (3) , dưới tác dụng của lực trọng trường dung dịch NaNO3 chảy qualưu lượng kế (4) Tại lưu lượng kế (4) , người ta có thể điều chỉnh lưu lượng dungdịch NaNO3 đi vào thiết bị đun sôi dung dịch đầu(5a) Tại đây dung dịch đượcđun nóng đến nhiệt độ sôi, sau đó được đưa vào buồng đốt (5b) ( buồng đốt ngoàicủa thiết bị côđặc) Dung dịch sôi ở nhiệt độ sôi tạo hỗn hợp lỏng-hơi và được đưaqua nồi bốc (6a), một phần hơi bốc lên cuốn theo các tinh thể NaNO3 gặp tấmchắn ngưng tụ rồi rơi xuống, phần hơi đi ra khỏi nồi bốc (6a) được đưa sang làmhơi đốt cho nồi cô đặc thứ hai.Dung dịch trong nồi bốc được bơm tuần hoàn bơmlại vào thiết bị gia nhiệt (5b) để cấp nhiệt cho dung dịch tiếp tục thực hiện quátrình bốc hơi Dung dịch NaNO3 sau khi ra khỏi nồi bốc có nồng độ 15% được đưavào gia nhiệt ở buồng đốt (5c).Quá trình di chuyển dung dịch từ buồng bốc (6a)sang buồng đốt (5c) là quá trình tự di chuyển dưới tác động của sự chênh lệch ápsuất giữa 2 nồi Sau khi ra khỏi buồng đốt (5c) , dung dịch NaNO3 được đưa vàobuồng bốc hơi (6b) , tại đây xảy ra hai quá trình : quá trình tự bốc hơi của dungdịch vào ( nhiệt độ của dung dịch NaNO3 ra khỏi nồi bốc ( 6a) lớn hơn nhiệt độsôi của dung dịch NaNO3 ở nồi bốc (6b) ) và quá trình bốc hơi do thiết bị ( 5c) cấpnhiệt.Hơi thứ của nồi bốc (6b) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (7) , nhiệtđộ của hơi thứ lúc này là 54.5oC Trong thiết bị ngưng tụ Baromet (7), hơi đi vào từdưới lên, nước lạnh chảy từ trên xuống, chảy tràn qua cạnh tấm ngăn và đồng thờimột phần chui qua các lỗ của tấm ngăn, hổn hợp nước làm nguội và chất lỏng đãngưng tụ chảy xuống ống Baromet, khí không ngưng đi lên và đi vàothiết bị thuhồi bọt (8) Tác dụng của thiết bị thu hồi bọt là giữ lại những hạt nước ngưng bị khí
Trang 3không ngưng cuốn theo, những giọt nước này lắng lại trong thiết bị (8) và chảysang ống Baromet.Khí không ngưng được hút ra khỏi thiết bị (8) nhờ bơm chânkhông (9) Sản phẩm NaNO3 sau khi ra khỏi nồi bốc (6b) có nồng độ là 30% vàđược đưa vào bể chứa sản phẩm (10).
Ngoài ra, ở các thiết bị gia nhiệt có các hệ thống đưa hơi đốt vào và tháonước ngưng ra Hơi nước đi ngoài thành ống cấp nhiệt cho dung dịch NaNO3 chạytrong ống, hơi đốt vào thiết bị gia nhiệt ở phía trên còn nước ngưng được lấy ra ởphía dưới.Trong thiết bị gia nhiệt còn có đường ống tháo khí không ngưng
PHẦN II:TÍNH CÔNG NGHỆCác thông số và số liệu ban đầu:
Dung dịch cô đặc: NaNO3
Nồng độ đầu của dung dịch (xđ) : 10%
Nồng độ cuốicủa dung dịch (xc) : 35%
Aïp suất hơi đốt nồi 1(at) : 4,0Aïp suất còn lại trong thiết bị ngưng(at) : 0,15 Năng suất tính theo dung dịch đầu(Tấn/giờ) : 15
I CAĐN BAỈNG VAÔT CHAÂT
1.1 Lượng dung môi nguyín chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch thay đổi từ xđ đến xc :
W=Gđ(1-xc
xd
) (kg/h) (VI.1 STQTTB T2) =15000*(1-
3510)=10714 (kg/h)
Trang 4Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/s; xđ , xc - nồng độ đầu vă nồng độ cuối của dungdịch, % khối lượng.
Chọn tỉ lệ phân bố hơi thứ cho các nồi như sau: W1=W2=
W G
x G x
d
d d
−
⋅
535715000
1015000
1 2
W G
x G
1015000
1.3 Xác định nhiệt độ và áp suất mỗi nồi
Gọi P1,P2 và Pnt là áp suất của nồi 1,nồi 2 và áp suất ngưng tụ cua Barômet
∆P1,∆P2 là hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2,và của nồi 2 so với Barômet
∆P :là hiệu số áp suất cho toàn bộ hệ thống
Aïp suất hơi đốt nồi 1 ph = 4 at
Aïp suất ngưng tụ ở Baromet pnt = 0.15 at
Aïp suất trong cả hệ thống : ∆p = p1- pnt = 5 - 0.15 = 4.85 at
⇒ ∆p2 =
4.3
85.4
= 1.426 at ⇒ ∆p1 = 4.85-1.426 = 3.424
⇒ P2 = P1- ∆p1 = 5 - 3,424 =1,576 (at)
Nhiệt độ hơi nước bão hoà theo áp suất ( tra bảng I.251 STQTTB T1 ):Bảng 1.1
Trang 5Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và nhiệt độ sôi của dungmôi nguyên chất gọi là tổn thất nồng độ :
∆’ = ∆o’ * fVới f = 16.2*
1.42 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh:
Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh ∆’’ (tổnthất nhiệt độ do âp suất thủy tĩnh tăng cao):
Âp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:
g
h h P
dung dịch, m; h2 - chiều cao ống truyền nhiệt, m; ρdds - khối lượng riíng của dung
dịch khi sôi, kg/m3; g – gia tốc trọng trường, m/s2
Vậy ta có: ∆’’ = ttb – t0 , độ;
ở đđy ttb - nhiệt độ sôi dung dịch ứng với âp suất ptb, 0C; t0 - nhiệt độ sôi của dung
môi ứng với âp suất p0, 0C
t0 nhiệt độ sôi của dung môi ứng với âp suất p0, 0C tra được ở bảng
Trang 6*81.9
*)2
81.9
*5.530)2
55.0(586
10
*81.9
*)2
81.9
*605)2
55.0(254
Ps áp suất hơi cúa dung môi nguyên chất ở áp suất thường
1 ⇒ Ps =1.035 P-P = Ptb ⇒ Ps1 = 1.035*1.7451= 1.8062
⇒ totb1 = 118oC
- P =Po ⇒ Pos1 = 1.035*1.524 = 1.577
tos1 = 113oC ⇒ ∆’’1 = totb1 - tos1 =118-113= 5oC
1 ⇒ Ps =1.041 P-P = Ptb2 ⇒ Ps2 = 1.041*0.4355 = 0.4533
1.43 Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra
Chọn tổn thất nhiệt độ mỗi nồi: 1 0C
Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra cả hệ thống ∆’’’ = 2 0C
Trang 71.44 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống:
Σ∆ = ∆’ + ∆’’ + ∆’’’ = 6.022 + 28 + 2 = 36.022 0C
1.45 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và cả hệ thống :
Tổng chênh lệch nhiệt độ của hệ thống: ∆t = th - tnt , 0C ;
= 142.9 – 53.6 = 89.3, 0C Tổng chênh lệch hữu ích của cả hệ thống: ∆thi = ∆t - Σ∆ , 0C
= 89.3 – 36.022 = 53.278 , 0C Nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi:
II CAĐN BAỈNG NHIEÔT LÖÔÏNG
2.1 Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo công thức sau:
NaNO
O O N N Na Na
M
C N C N C
*126000
*
2.2 Nhiệt lượng riêng
Gọi I :nhiệt lượng riêng hơi đốt (J/kgü)
i : nhiệt lượng riêng hơi thứ (J/kgü)
Tra bảng I.250 STQTTB1/312
Bảng 2.1Nồi T oC Hơi đốtI.10-3 T oCHơi thứi.10-3
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Trang 8Σ nhiệt vào = Σ nhiệt raNhiệt lượng vào gồm có:
Nồi 1:
- Nhiệt do hơi đốt mang vào: D.ih
- Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: Gđcđtđ
Nồi 2:
- Nhiệt do lượng hơi thứ mang vào: W1i1
- Nhiệt do dung dịch sau nồi 1 mang vào: (Gđ-W1)c1ts1
Nhiệt mang ra gồm:
Nồi 1:
Hơi thứ mang ra: W1i1
Do dung dịch mang ra: (Gđ-W1)c1ts1
- Hơi thú mang ra: W2i2
- Do dung dịch mang ra: (Gđ-W)c2ts2
W,W1,W2- Lượng hơi thứ bốc lên ở cả hệ thống và từng nồi, kg/h;
ih,i1,i2- Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thú ở từng nồi, J/kg;
cn,c1,c2- Nhiệt dung riêng của nước và dung dịch đi vào các nồi, J/kg.độ;
ts1,ts2- Nhiệt độ sôi của dung dịch các nồi,0C;
θ1,θ2- Nhiệt độ của nước ngưng ở các nồi, 0C;
Phương trình cân bằng nhiệt lượng ở mỗi nồi như sau:
Nồi 1: D1i1+ Gđcđtđ = W1i1+ (Gđ-W1)c1ts1+ D1cn1θ1+ Qm1 (1)
Nồi 2: D2i2+ (Gđ-W1)c1(ts1-1)= W2i2 + (Gđ-W)c2ts2+ D2cn2θ2 + Qm2 (2)
Trang 9Với : W = W1+W2 (3) ;D2 = W1
⇔ W2i2 + (Gđ-W1)c1(ts1-1) = Wi2 + (Gđ-W)c2ts2 - W1cn2θ2+0.05W1(i2-Cn2θ2)
2 2 2
1 1 2
1 1 2 2 2
2 2
95.0
*
*95.0
*)
(
ο
n S
S S
d S
C i
t C I
t C t C G t
C i W
−+
−
−+
−Tra bảng I.149, STQTTB1/166
*4235
*95,010.2,2590113
*7,353410
.12,2701
*272115000)
55
*272110
.2,2590(
*
10714
3 3
3
−+
−
−+
1 1 2
2 2 1
1
θ
n
S d
S d
C I
t C W G t
C W G i W
−
−+
*8,42992753100
(
*95,0
113
*7,3534
*)1071415000
(54
*4235
*)552315000
(2698000
*5191
−
−+
−
− = 6780 (kg/h)
III/ Tính bề mặt truyền nhiệt:
1.Tính các thông số vật lý:
Độ nhớt dung dịch: Công thức Pavơlốp(QTTB&CNHH 1 / 27)
const k
2 1
ο
Trong đó:
t1,t2: nhiệt độ mà tại đó chất lỏng A có độ nhớt tương ứng là µ1 và µ2
θ1,θ2: nhiệt độ mà tại đó chất lỏng chuẩn có cùng độ nhớt làì µ1 và µ2
*Nồi 1: Tra bảng I.107/STQTTB1/trang 100,101, ta có dung dịch NaNO3 15,56%có độ nhớt ứng với các nhiệt độ là:
t1= 4 0 oC⇒µNaNO3 = 0.78.10-3 Ns/m2
t2= 30 oC⇒µNaNO3 = 0.94.10-3 Ns/m2
Chọn nước làm chất chuẩn, tra bảng I.102/STQTTB1/94:
Trang 102 1
θθ
t t
=
−
−5.2231
408,119
1
Suy ra θH2O = 98,86 oC ⇒µH20 =0,2895.10-3 Ns/m2
Vậy, µ1 của NaNO3 =0,2895.10-3 Ns/m2
* Nồi 2: dung dịch NaNO3 15,56% có độ nhớt ứng với các nhiệt độ là:
4078
1
Suy ra θH2O = 64,28 oC ⇒ µH20 =0,4372.10-3 Ns/m2
Vậy, µ2 của NaNO3 = 0,4372.10-3 Ns/m2
2 Hệ số truyền nhiệt của dung dịch:(QTTB & CNHH1 /207)
Hầu hết các chất lỏng đều có độ dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng (trừ nước
va Glyxêrin).Đối với chất lỏng,độ dẫn nhiệt có thể tính theo công thức sau:
λdd = Acpρ
M
ρ
3 , (W/m.độ)
A - Hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng; A=3.58.10-8;
Cp - Nhiệt dung riêng củachất lỏng, J/kg.độ;
ρ - Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3;
NaNO M
x M
x M x
2
1 3
1
3 1
1−
18
1556.0185
1556
1556.0
Trang 11NaNO M
x M
x M x
2
2 3
2
3 2
1−
18
35.0185
35
35.0
8,1225
*Hệ số cấp nhiệt:
Quá trình truyền nhiệt gồm 3 giai đoạn:
-Nhiệt truyền từ hơi đốt đến mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấpnhiệt α1và nhiệt tải riêng q1
-Dẫn nhiệt qua thành ống
-Nhiệt truyền từ bề mặt ống đến dung dịch với hệ số cấp nhiệt α2
tht
Hình 2.2
2.1 Hệ số cấp nhiệt α1 phía hơi ngưng tụ
Với ống truyền nhiệt đặt thẳng đứng thì hệ số cấp nhiệt đối với hơi bão hoàngưng tụ được tính theo công thức 7.63 QTTB & CNHH1/231
α1 = 2.044
1
2 2
H t
r
∆µ
λρTrong đo:ï r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hoà, J/kg;
H : Chiều cao đứng của thiết bị, m;
ρ :khối lượng riêng của nước ngưng
α1 = 2.04.A4
1H t r
Trang 12A :hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng tm=
Hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi được tính theo công thức 7.70QTTB1
n
dd C
*Tính cho nồi 1:
-Tính α1:
α1 = 2.04.A4
1H t
r
∆ , W/m2độVới H : chiều cao ống truyền nhiệt (Chọn H =5 m)
r
∆ = 2,04* 195,2174
3
5.2,4
10.2113
= 7092,8 W/m2.độ
⇒ q1 = α1 ∆t1 =7092,8.4,2 = 29789,8 ( W/m2)
-Tính α2:
αn = 3.14(ptb)0.15(q1)0.7 = 3.14(1.7451)0.15(29789,8)0.7 = 4624,3 (W/m2độ)Bảng 1.6
Trang 13dd
ρ
ρ)2(
n
dd C
2025
7,3534
r1 = 0,47.10-3 nhiệt trở của căn mặt ngoài (m2.độ/W)
r2 = 0,39.10-3 nhiệt trở của căn mặt trong (m2.độ/W)
2 − 3
) nhiệt trở thành ốngSuy ra: Σr = 0,47.10-3+ 0,39.10-3 + 0,05.10-3= 0,91.10-3
Thay q1,tT2 vào (*),ta có tT2= tT1 - q1Σr =146,9 - 29789,8 * 0,91.10-3 = 119,8Vậy : q2 = α2 (tT2 - t2) =2603,5*(131,5 - 119,8) = 30612,6 (W/m2)
*Sai số:
µ1 =
2
1 2
10.68,2225
= 6833,4(W/m2.độ)
⇒ q1 = α1 ∆t1 =6833,4*4,1 = 28016,94 ( W/m2)
-Tính α2:
αn = 3,14(ptb)0.15(q1)0.7 = 3,14(0,4355)0.15(28016,94)0.7 = 3597,26 (W/m2độ)Bảng 1.7
Chú thích:
+Tra bảng I.129STQTTB1/133 λH2O(ts2 = 81,6 oC, ρtb=0.4355 atm) = 58,42
Tra bảng I.1.5STQTTB1/11 ρH2O (ts2 = 81,6 oC ) = 969,67 (kg/m3)
Tra bảng I.149STQTTB1/168 Cn (ts2 = 81,6 oC, ρtb= 0.4355 atm ) = 4203,5 (J/kgđộ)
Trang 14Tra bảng I.104 STQTTB1/96 µn = 0,35 Ns/m2
n
dd
ρ
ρ)2(
n
dd C
r1 = 0,38.10-3 nhiệt trở của căn mặt ngoài (m2.độ/W)
r2 = 0,285.10-3 nhiệt trở của căn mặt trong (m2.độ/W)
2 − 3
) nhiệ trở thành ốngSuy ra: Σr = 0,38.10-3 + 0,285.10-3 + 0,05.10-3= 0,715.10-3
Thay q1,tT2 vào (*),ta có tT2= tT1 - q1Σr = 107,7 - 28016,94 * 0,715.10-3 = 87,67Vậy : q2 = α2 (tT2 - t2) =4604,5* (87,67 - 81,6) = 27943,3 (W/m2)
*Sai số:
µ2 =
1
2 1
,
*Hệ số truyền nhiệt của của từng nồi:
Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:
2 1
111αα
,W/m2.độNồi 1:
K1 = 961,46 ,W/m2.độ
K2 = 978,7 ,W/m2.độ
2.3Hiệu số nhiệt độ hữu ích:
Phđn bố nhiệt độ hữu ích trong câc nồi đảm bảo bề mặt đun nóng bằngnhau: trong trường hợp năy hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi tỉ lệ bậc nhất
với tỉ số Q/K của câc nồi tương ứng:
K Q
K Q t t
1
/
(độ); Với: Qi =
3600
.i
i r D
Trang 15Trong đó: Qi - lượng nhiệt cung cấp, W; Ki - hệ số truyền nhiệt, W/m2 độ; i - sốthứ tự của nồi; n - số nồi.
' 1
hi
hi hi
t
t t
' 2
hi
hi hi
t
t t
Q
'
.∆ (m2)Nồi 1:
F1 =
1
' 1
1
t hi K
Q
3,27.3,952
3,
3979483 = 153,07Nồi 2:
F2 =
2
' 2
2
t hi K
Q
26.7,978
9,
3894864 = 153,061
PHẦN II:THIẾT KẾ CHÍNH
2.1 Buồng đốt nồi cô đặc:
2.1.1 Tính số ống truyền nhiệt
F - Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2;
f = dnπH - Diện tích của một ống truyền nhiệt, m2;
dn: Đường kính ngoài của ống đốt (m)
07,
Chọn theo qui chuẩn: nt = 279 ống (Bảng V.11/STQTTB 2/48)
Và chọn cách bố trí ống theo hình tròn đồng tâm
Trang 16Suy ra: Bề mặt truyền nhiệt thực
14,
= 9,1.10-4 (m2)2.1.2 Đường kính trong của buồng đốt:
Đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức V.141 STQTTB II/49 :
Dt = t( 2no+ 1)
t là bước ống (m) , chọn t = 1,3dn= 1,3.0.038 = 0,0494
no là số vòng tròn ( do số ống là 279 nên số vòng tròn là 9 vòng)
Vậy, đường kính là : Dt = 0,0494 (2.9 + 1) = 0,9386 (m)
Chọn theo qui chuẩn, suy ra :
Dt = 1,0 (m) (Bảng VIII.6/ST QTTB II/359) Bảng 2.1
2.1.3 Tính bề dày buồng đốt :
Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3
Bề dày buồng đốt hình trụ được tính theo công thức:
P
D t
−ϕσ2
+ C, (1) (m) (STQTTB II/360)
Dt : Đường kính trong thiết bị(m)
ϕ: Hệ số bền của thân hình trụ theo phương dọc P: Aïp suất trong của thiết bị (N/m2)
C: Hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai âm về chiều dày (m) [σ]: Ứng suất cho phép (N/m2)
ση
[σC]: ứng suất cho phép theo giới hạn chảy , [σC]=
C
C n
σ
η
η : hệ số hiệu chỉnh, η = 0.9 ( Bảng VIII.2/STQTTB II/358)
nb, nc : hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy
σ
η =
6,2
10
380 6
0,9 =131,54.106 (N/m2)
Trang 17[σC] =
C
C n
σ
η =
5,1
10
10.54,
131 0,95 = 268,12 > 50 nên có thể bỏ qua P ở công thức (1):Suy ra :
10.06,49.1000
6
4
+ 1,8 = 3,763(mm)Chọn theo qui chuẩn :S = 4 (mm)
Kiểm tra ứng suất của thiết bị theo áp suất thử bằng hơi H2O: (XIII.26 STQTTBT2)
σ = [ ]
2.1)
(2
)
t C S
P C S
−
−+
;Với P0= Pth+Pl ,N.m2;
Pth - Aïp suất thuỷ lực Pth = 1,5P = 1,5*5*9,81.104 = 73,58.104 (N/m2)
Pl - Aïp suất thuỷ tĩnh của nước Pl = ρhgH = 2,614*9,81*5 =128,21 (N/m2)
Suy ra : P0 = Pth + Pl =73,58.104 + 128,21 =73,593.104 (N/m2)
⇒σ = [ ]
ϕ)(2
)
C S
P C S
D t
−
−+
95,0)0018,010.4(2
10.593,73)0018,010.4(0,1
3
4 3
2.1.4 Tính đáy và nắp của buồng đốt:
Chọn đáy và nắp buồng đốt dạng elíp,bằng thép CT3
Đường kính của đáy và nắp là 1000 mm
Dựa vào Dt tra các thông số đáy theo bảng XIII.10 STQTTB II/382
K
t
h
D P K
P D
.2
.8
,
3
−ϕ
σ + C (1)
Trong đó : hb : chiều cao phần lồi (mm)
ϕh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm (ϕh = 0,95)
[σK] = 131,54.106 (N/m2)a) Nồi 1:
Trang 18S = [ ] b
t h
K
t
h
D P K
P D
.2
.8
,
3
−ϕ
1.10.81,9.595,0.95,0.10.54,131.8,3
10.81,9.5.1
4 6
Theo bảng XIII.11 ta chọn chiều dày S = 6 (mm)
Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thuỷ lực bằng công thứcXIII.49 STQTTB2/386:
σ = [ ( ) ]
h K
P C S h D
b h
O b
t
−
−+
ϕ6,7
2
2
≤2,1
c
σ (N/m2)
4 3
2
10.8,3625,0.95,0.95,0.6,7
10.593,7310.8,3625,0.21
−
−
−
−+
≤2,1
10
240 6
⇔ σ = 195,29.106 ≤ 200.106 (N/m2)
b) Nồi 2 :
t h
C
t
h
D P K
P D
.2
.8
,
3
−ϕ
1.10.81,9.576,195,0.95,010.1448,3
10.81,9.576,1.1
4 6
Theo bảng XIII.11 ta chọn chiều dày S = 10 (mm)
Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thuỷ lực bằng công thứcXIII.49 STQTTB2/386:
σ = [ ( ) ]
h K
P C S h D
b h
O b
t
−
−
+ϕ6,7
2
2
≤12
10.8,31025,0.95,0.95,0.6,7
10.19,238,31025,0.21
10
240 6
⇔ σ = 89,43.106 ≤ 200.106
2.2 Buồng bốc hơi:
2.21 Thể tích không gian hơi
Chọn đường kính buồng bốc :Dbb =1,2 m
Thể tích không gian hơi được tính theo công thức VI.32.STQTTB2/71
W lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)
ρh khối lượng riêng hơi thứ (kg/m3)
Utt cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi(thể tíchhơi bốc lên trên một đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong một đơn vịthời gian) m3/m3.h
Đại lượng Utt chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau:
+Aính hưởng của nồng độ d dung dịch ,chưa được xac lập chính xác do đókhi tính một cách gần đúng với dung dịch đậm đặc,có thể lấy gần đúng :
Utt :1600 ÷1700
Trang 19+Aïp suất hơi thứ cũng ảnh hưởng đáng kể tới Utt do đó khi ρh≠ 1at thì Utt
V
2
.4
V
2
.4
)2,1.(
14,3
53,3.4
V
2
.4
)2,1.(
14,3
6,10.4
Trong thực tế thường chiều cao khoảng không gian hơi Hkgh không nhỏ hơn hơn1,5 m nên (STQTTB2/73) Nên chọn chiều cao khoảng không gian hơi của hai nồilà :3m
2.2.2 Bề dày nắp buồng bốc:
Chọn nắp buồng bốc dạng elíp bằng thép CT3
Bề dày nắp elíp được tính theo công thức VIII.47.STQTTB2/385
h
D P K
P D
B
bb h
k
− *2
.8
,
3
.ϕ
Chọn d =0,15 m ⇒ K =1 -10,,215 =0,875
Với d :là đường kính lớn nhất hay kích thước lỗ không phải la hình tròn
*Nồi 1:( Nồi 2 lấy chung bề dày của nồi 1)
10.54,
131 0,95 = = 268,12 > 50Cho nên có thể bỏ qua P ở mẫu của công thức (*)
Suy ra: