Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều, thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng CaCl2 từ 7% lên 34%

1.3.2 Đặc điểm của quá trình cô đặc - Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi

CỘNG HOÀ XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều

Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng

2/ Các số liệu ban đầu:

3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Đặt vấn đề

- Chương I: Tổng quan về sản phẩm, phương pháp điều chế, chọn phương án thiết kế

- Chương II:Tính toán công nghệ thiết bị chính

- Chương III:Tính và chọn thiết bị phụ: Thiết bị Baromet, bơm chân không, bơm dung dịch, thiết bị gia nhiệt

- Chương IV: Kết luận

- Tài liệu tham khảo

4/ Các bản vễ và đồ thị (ghi rõ các loại bản và kích thước các loại bản vẽ):

- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1 và A3 đính kèm trong bản thuyết minh

- 1 bản vẽ thiết bị chính, khổ A1

MỤC LỤC PHẦN 1:

2.1.1.1.1/ Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W).

2.1.1.1.2/ Xác định nồng độ cuối của mỗi nồi

2.1.1.2/ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

2.1.1.2.1/ Xác định áp suất của mỗi nồi

2.1.1.2.2/ Xác định nhiệt độ trong các nồi

2.1.1.2.3/ Xác định tổn thất nhiệt độ

2.1.1.2.3.1/ Tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra (∆’)

2.1.1.2.3.2/ Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆”)

2.1.1.2.3.3/ Tổn thất nhiệt độ do trở lực của đường ống (∆”’)

2.1.1.2.3.4/ Tổn thất do toàn bộ hệ thống

2.1.1.2.3.5/ Hiệu số hữu ích trong toàn hệ thống và trong từng nồi

2.1.1.2.4/ Cân bằng nhiệt lượng

2.1.1.2.4.1/ Tính nhiệt lượng riêng

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

2.1.1.3/ TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT ( ∑F )

2.1.1.3.1/ Độ nhớt (µ)

2.1.1.3.2/ Hệ số truyền nhiệt của dung dịch

2.1.1.3.3/ Hệ số cấp nhiệt α

2.1.1.3.3.1/ Về phía hơi ngưng tụ α1

2.1.1.3.3.2/ Về phía dung dịch sôi α2

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

2.1.2.3.4.1/ Nồi gia nhiệt sang nồi 1.

2.1.2.3.4.2/ Nồi 1sang nồi 2

2.1.2.3.5/ Đường kính ống tháo nước ngưng

2.1.2.3.6/ Đường kính ống tuần hoàn ngoài

2.1.2.5.1.4/ Ống tuần hoàn ngoài

2.1.2.5.1.5/ Bề dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị

2.1.2.7.1.1/Bề dày đáy và nắp buồng đốt

2.1.2.7.1.2/Bề dày thân buồng đốt

2.1.2.7.1.3/ Khối lượng lớp cách nhiệt

2.1.2.7.2.4/ Khối lượng lớp cách nhiệt

2.1.2.7.2.5/ Khối lượng cột hơi

2.1.2.7.2.6/ Khối lượng bích buồng bốc

CHƯƠNG 2:

THIẾT BỊ PHỤ

2.2.1/ CÂN BẰNG VẬT LIỆU:

2.2.1.1/ Lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ

2.2.1.2/ Thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị 2.2.2.2/ Kích thước tấm ngăn

2.2.2.3/ Chiều cao của thiết bị ngưng tụ

2.2.2.4/ Tính kích thước của ống Baromet.

2.2.3/ CHỌN BƠM:

2.2.3.1/ Bơm chân không

2.2.3.2/ Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ

2.2.3.3/ Bơm dung dịch lên thùng cao vị

ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1/ Tổng quan về sản phẩm:

Một số tính chất hóa lý đặc trưng về sản phẩm: Clorua canxi hay Canxi Clorua

(CaCl2), là hợp chất ion của canxi và clo.Canxiclorua tan nhiều trong nước , dung

sôi, nhiệt độ đông đặc thay đổi Tại nhiệt độ phòng, nó là chất rắn Khi hòa tan trong nước tan rất tốt kèm theo toả nhiều nhiệt, dung dịch có vị mặn đắng

Bảng 1.1: Các tính chất của CaCl2

- Do áp suất hơi thấp của các hyđrát và các dung dịch nước Canxiclorua nên được dùng để hạn chế bụi đường xá

- Canxiclorua còn dùng để diệt cỏ trên đường sắt , chất keo tụ trong hóa dược và dược phẩm

Được dùng rất nhiều trong công việc khoan dầu khí

1.2/Phương pháp điều chế:

Chất này có thể sản xuất từ đá vôi nhưng đối với việc sản xuất sản lượng lớn thì

khan thu được khi phun sấy ở nhiệt độ cao hơn 2600C

1.3.2 Đặc điểm của quá trình cô đặc

- Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do

đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp

- Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc thường là hơi nước gọi là

“hơi thứ”-thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hoá hơi lớn có nên được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc Nếu “hơi thứ” được sử dụng ngoài dây chuyền cô đặc gọi là

“hơi phụ”

1.3.3 Ứng dụng của cô đặc

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

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

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

+ Khi cô đặc liên tục: dung dịch và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục

- Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất(áp suất chân không,

áp suất thường hay áp suất dư) tuỳ theo yêu câu kỹ thuật và sản phẩm cô đặc để lựa chọn áp suất làm việc thích hợp trong quá trình cô đặc

+ Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phân huỷ vì nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch (hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Mặt khác, cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể

tận dụng nhiệt thừa của các quá trình khác (hoặc sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc.

+ Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch không

bị phân huỷ ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng 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 thải ra ngoài môi trường Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế

Trên thực tế, trong hệ thống cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không

1.3.5 Các thiết bị cô đặc

1.3.5.1 Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm

Đây là loại thiết bị có phần dưới là phòng đốt, trong đó có ống truyền nhiệt và ống

tuần hoàn tương đối lớn, dung dịch ở trong ống còn hơi đốt đi vào khoảng trống phía ngoài ống Khi làm việc dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi-lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn

so với ống truyền nhiệt do đó lượng hơi tạo ra trong ống ít hơn Vì vậy, khối lượng riêng của hỗn hợp hơi-lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dưới Kết quả là trong thiết bị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn

+ Dùng để cô đặc dung dịch nhớt và dung dịch tạo thành váng, cặn

1.3.5.2 Thiết bị cô đặc phòng đốt treo

Là loại thiết bị có phòng đốt đặt giữa thiết bị, khoảng trống vành khăn ở giữa phòng đốt và vỏ đóng vai trò là ống tuần hoàn

- Ưu điểm:

+ Phòng đốt có thể lấy ra ngoài khi cần sửa chửa, làm sạch

+ Vận tốc tuần hoàn tốt hơn vì vỏ ngoài không bị đốt nóng

- Nhược điểm:

+ Cấu tạo phức tạp và có kích thước lớn

- Ứng dụng:

+ Dùng để cô đặc dung dịch kết tinh

1.3.5.3 Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài

a Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng

Dung dịch đi vào buồng đốt ở bên ngoài đặt đứng, dung dịch được bốc hơi ở buồng bốc, hơi thứ được tách ra đi lên phía trên, dung dịch còn lại đi về phòng đốt

- Ưu điểm:

+ Cường độ tuần hoàn, cường độ bốc hơi lớn

+ Có thể ghép nhiều buồng đốt với một buồng bốc để tiện cho quá trình sửa chửa, làm sạch mà vẫn đảm bảo thiết bị làm việc liên tục

- Nhược điểm:

+ Buồng đốt đứng nên thiết bị cao

+ Việc xử lý điều khiển khó khăn

b Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu nằm ngang

Loại này có phòng đốt là thiết bị hình chữ U Dung dịch ở nhánh dưới của ống truyền nhiệt chuyển động từ trái sang phải còn ở nhánh trên thì từ phải qua trái

- Ưu điểm:

+ Buồng đốt được gắn vào một chiếc xe nhỏ dễ dàng tách ra sửa chửa, làm sạch

+ Cường độ tuần hoàn lớn

1.3.5.4 Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức

Dung dịch đi vào phòng đốt bằng bơm tuần hoàn rồi đi ra phía dưới của phòng bốc,

còn phần chính thì về lại trộn với dung dịch đầu

- Ưu điểm:

+ Hệ số cấp nhiệt (α ) lớn.

+ Làm việc được ở điều kiện hiệu số nhiệt độ có ích nhỏ (3-5oC)

+ Giảm được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt

+ Có thể cô đặc dung dịch có độ nhớt cao

- Nhược điểm:

+ Tốn nhiều năng lượng cho bơm

- Ứng dụng:

+ Dùng để cô đặc những dung dịch có độ nhớt lớn, cường độ bay hơi lớn

1.3.5.5 Thiết bị cô đặc loại màng

Dung dịch chuyển động dọc theo bề mặt truyền nhiệt ở dạng màng mỏng từ dưới lên trên Phòng đốt là thiết bị loại ống chùm dung dịch đi trong ống còn hơi đốt đi ngoài ống Khi sôi, hơi thứ chiếm hầu hết tiết diện của ống đi từ dưới lên kéo theo màng chất lỏng và tiếp tục bay hơi, nồng độ dung dịch lên đến miệng là đạt được nồng độ cần thiết

- Ưu điểm:

+ Áp suất thuỷ tĩnh nhỏ nên tổn thất thuỷ tĩnh bé

- Nhược điểm:

+ Khó làm sạch vì ống dài.

+ Khó điều chỉnh áp suất hơi đốt và mức dung dịch thay đổi

+ Không thích hợp với dung dịch nhớt và dung dịch kết tinh

1.3.5.6 Thiết bị cô đặc có vành chất lỏng

Thiết bị này gồm phòng đốt, phía trên phòng đốt là phòng sôi Trên phòng sôi là những tấm ngăn hình tròn đồng tâm tạo thành những khe hình vành khăn, từ phòng sôi hỗn hợp hơi-lỏng đi lên phòng bốc hơi Hơi thứ đi lên ra ngoài, dung dịch còn lại đi xuống phòng đốt phần kết tinh lắng xuống đáy Phòng đốt có tác dụng nung nóng dung dịch không có tác dụng sôi Dung dịch chỉ sôi khi đi vào các tấm ngăn

+ Sử dụng cô đặc dung dịch đậm đặc, kết tinh và dung dịch có độ nhớt lớn

1.3.5.7 Thiết bị cô đặc loại rôto

Thiết bị có rôto quay, có bao hơi, các cánh lắp vào trục thẳng đứng Dung dịch đầu đưa vào bên trên thiết bị, có cánh quay, dưới tác dụng của ly tâm chất lỏng văng ra thành thiết bị và chuyển động xoáy Màng mỏng tiếp xúc với thiết bị được nung nóng bởi bao hơi Hơi thứ được đưa lên phía trên rồi ra ngoài còn sản phẩm được tháo ra qua đáy thiết bị

- Ưu điểm:

+ Cường độ truyền nhiệt lớn, dung dịch bị hơi thứ kéo theo nhỏ

+ Có thể cô đặc dung dịch dạng keo, đặc sệt

- Nhược điểm:

+ Cấu tạo, gia công phức tạp, giá thành cao

1.3.5.8 Cô đặc nhiều nồi

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó có ý nghĩa về mặt

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 vào đun nồi thứ hai Hơi thứ của nồi thứ hai được vào đun nồi thứ ba… hơi thứ của nồi cuối cùng được đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi dung môi được bốc hơi một phần, nồng độ của dung dịch 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 là 0,5kg

làm cho hiệu số nhiệt độ có ích giảm đi, do đó, bề mặt truyền nhiệt càng tăng nhanh; nghĩa là khi số nồi tăng thì chi phí thiết bị (chế tạo, sửa chửa, lắp ghép, hao mòn…)

sẽ tăng nhanh Mặt khác, muốn đảm bảo quá trình làm việc ta phải có điều kiện:

Σ∆T = ∆T - Σ∆ > 0Giới hạn đối với mỗi nồi là 5÷7oC

Dựa vào đồ thị của mối quan hệ giữa chi phí về thiết bị, chi phí về hơi đốt và chi phí chung thì số nồi thích hợp của quá trình cô đặc nhiều nồi là 2 ÷ 4 nồi

Sơ đồ công nghệ ( bản vẽ A 3 )

1.4/Phương án.

Tập đồ án này thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều.Thiết bị cô đặc buồng

34% Năng suất tính theo dung dịch đầu là 9 tấn/ giờ

1.5/ Quy trình công nghệ.

Quá trình cô đặc 2 nồi ngược chiều buồng đốt ngoài ở trên là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt Dung dịch ban đầu trong thùng chứa(14) được bơm ly tâm (15) bơm lên thùng cao vị (1) qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế sau đó vào thiết bị đun nóng (2) Tại thiết bị gia nhiệt (2) dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của nồi 2 Dung dịch sau đó được đưa vào buồng đốt ngoài (6) của

lên qua thiết bị ngưng tụ (7), được ngưng tụ còn lượng khí không ngưng còn lại được bơm chân không hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt Còn sản phẩm được bơm vào nồi 1 để tiếp tục quá trình cô đặc, khi đến nồng độ yêu cầu thì được đưa ra ngoài vào bể chứa sản phẩm(12)

Ở nồi 1 hơi đốt được cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt chính là hơi thứ của nồi 1

PHẦN 2:

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT, THIẾT BỊ CHÍNH

VÀ THIẾT BỊ PHỤ CHƯƠNG 1:

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH2.1.1/ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ:

2.1.1.1/ TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU:

2.1.1.1.1 /Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W):

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:

Gđ =Gc + W (1)

Trong đó:

Gđ, Gc: lưu lượng đi vào, đi ra khỏi thiết bị (kg/h)

W:lượng hơi thứ đi ra khỏi thiết bị (kg/h)

Viết cho cấu tử phân bố:

Gđ.xđ =Gc.xc + W.xw

Trong đó:

xđ, xc: nồng độ đầu, cuối của dung dịch (%khối lượng)

Xem lượng hơi thứ không mất mát, ta có:

Trong đó: W1, W2: lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2 (kg/h)

Lượng hơi bốc ra ở mỗi nồi là khác nhau, giả sử cho:

2.1.1.2/ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:

2.1.1.2.1/Xác định áp suất của mỗi nồi:

Gọi P1, P2, Pnt , Phđ1,Pht1 :là áp suất ở nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ,áp suất hơi đốt nồi

1, áp suất hơi thứ nồi 1

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

∆P2: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị nhưng tụ

∆P: hiệu số áp suất của toàn hệ thống

Suy ra:

∆P1 = 2,553(at)

∆P2 = 1,267 (at)

Mặt khác: ∆P1 =Phđ1 – Pht1 = 2,553 (at)

Suy ra: Pht1 = Phđ1 - ∆P1 = 4 – 2,553 =1,467 (at)

2.1.1.2.2/ Xác định nhiệt độ trong các nồi:

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

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

Giả sử tổn thất nhiệt độ do trở lực trên đường ống gây ra khi chuyển từ nồi 1 sang nồi 2 là 10C

2.1.1.2.3 /Xác định tổn thất nhiệt độ:

2.1.1.2.3.1 Tổn thất nhiệt độ 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 tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra

Ta có:

∆’ = t0

sdd - t0 sdmnc (ở cùng áp suất)

Áp dụng công thức của Tasenco:

∆’ = ∆’o f

Ở đây:

∆’o:Tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường

f : Hệ số hiệu chính vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường

=

ti’: nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ i

ri: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi ở nhiệt độ ti’.

Bảng 2.2:Tra bảng VI.2, STQTTB, T2/ trang 66

2 10 103 703 , 2233

) 04 , 110 273 ( 2

=14,365(0C) + Nồi 2:

2 10 345 , 2355

) 7 , 60 273 ( 2

=1,339(0C) Vậy ∆’ = ∆1’ + ∆2’ =14,365 + 1,339 = 15.704(0C)

2.1.1.2.3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh: (∆ ’’ )

Trong lòng dung dịch, càng xuống sâu nhiệt độ sôi của dung dịch càng tăng do áp lức của cột chất lỏng (hiệu ứng áp suất thủy tĩnh gây ra).Đối với trên bề mặt của chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp nhất thì hiệu số của nhiệt độ sôi của dung dịch tại lớp chất lỏng có nhiệt độ sôi trung bình (thường chọn ở giữa ống truyền nhiệt) và trên mặt thoáng gọi là tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh

(∆’’) = t(P+∆P) - tP

Với t(P+∆P) :nhiệt độ sôi ứng với Ptb

tP :nhiệt độ sôi tại mặt thoáng của dung dịch

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

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

Với P0: là áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch

∆h: là chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch (Chọn ∆h = 0,5m cho cả 2 nồi)

h: là chiều cao ống truyền nhiệt (Chọn h = 4 cho cả 2 nồi)

(Theo bảng VI.6,STQTTB,T2/ Trang 80)

ρddsoi: là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3)

g:là gia tốc trọng trường (g =9,81m/s2)

Chấp nhận áp suất làm việc:

2

dd ddsoi

=629,9 (kg/m3) (Theo Bảng I.32,STQTTB,T1/Trang 38 và sử dụng phương pháp ngoại suy)

Với P01 = 1,467 (at)

10 81 9

81 , 9 9 , 629 2

4 5 , 0 467 ,

Suy ra: 0 , 342

10 81 9

81 , 9 5 , 529 2

4 5 , 0 210 ,

Với P: áp suất hơi bão hòa của dung môi trên bề mặt thoáng của dung dịch (at)

Ps:áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất (at)

1

1 1

P P P

P

s s

1

2 2

P P P

P

s s

2.1.1.2.4 Cân bằng nhiệt lượng:

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

Nếu x < 20% ,ta tính C theo công thức I.43, STQTTB,T1/Trang 152

C = 4186 (1- x)

Nếu x > 20% , thì C tính theo công thức I.44, STQTTB, T1/Trang 152

C = Cht x + 4186(1-x)

Trong đó:

Cht: Nhiệt dung riêng của chất hòa tan khan (J/kg.độ)

x : Nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng

Theo công thức I.41, STQTTB, T1/ Trang 152 có:

Cht M = ∑Ci ni

Với M: khối lượng phân tử chất tiến hành cô đặc

Ci: nhiệt dung riêng của các đơn chất

ni: số nguyên tử trong phân tử

-Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu:

xđ = 7% → Cđ =

4186.(1-100

7) = 3892,980 (J/kg.độ) -Nhiệt dung riêng của dung dịch ở nồi 1:

10 26 2 10

2.1.1.2.4.2 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, STQTTB, T1/ Trang 310; bảng I.250, STQTTB, T1/ Trang 312 ta

lập được bảng sau:

D1, D2: Là lượng hơi đốt đi vào nồi 1,2 (kg/h)

Gđ, Gc : Lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h)

W1, W2: lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1 và nồi 2 (kg/h)

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

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

I1,I2 :hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1,2 (J/kg)

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

Cn1, Cn2 :nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1, 2 (J/kg.độ)

θ1, θ2 :nhiệt độ của nước ngưng ở nồi 1,2,0C

Qtt1, Qtt2 : nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và 2 (W)

Sơ đồ quá trình trao đổi nhiệt như sau:

• Nhiệt lượng vào:

Nồi 1:

+ Do hơi đốt mang vào : D1.I1

+ Do dung dịch mang vào : (Gđ – W2).C2.ts2

Nồi 2:

+ Do hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1): D2.I2 = W1.i1

+ Do dung dịch ở nồi 1 mang vào : Gđ.Cđ.tđ

• Nhiệt lượng ra:

Nồi 1:

+Do hơi thứ mang ra : W1.i1

+Do dung dịch mang ra : (Gđ – W).C1.ts1

+Do hơi nước ngưng tụ mang ra : D1.Cn1.θ1

+Do tổn thất chung : Qtt2 = 0,05D2(I2-Cn2θ2)

Nồi 2:

+ Do hơi thứ mang ra : W2i2

+ Do sản phẩm mang ra : (Gđ-W2)C2ts2

+ Do hơi nước ngưng tụ mang ra : D2.Cn2.tnt2

+ Do tổn thất chung : Qtt2=0,05D2(I2-Cn2.tnt2)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Qtt1

D1I1

(Gđ-W2)C2ts2

D1Cn1tnt1 (Gđ-W)Cs1ts1

W1i1

W1Cn2tnt2

GđCđtđ

Qtt2

W2i2

2 2 2

2 2

2 2

1

95,095

,0

θ

n s

s đ đ s

đ

C i

t C I

t C G t

C W G

i W W

−+

−

−

−+

1 1

2 1 1 1 1

95 ,

s s

C I

t C W G

t C W G

C t t i W D

−

−

−

− +

− +

003,3714698

,3743

%100

100% 0,86%

055,3433

055,3433361

,3403

%100max

100 2 1

−

= +

−

=

W W G

x G

x

đ

đ đ

003 , 3714 9000

7 9000

100 1

x G x

đ

đ đ

2

θ θ Với t1, t2: là nhiệt độ chất lỏng có độ nhớt µ1, µ2

θ1, θ2: là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt tương ứng

2 1

Chọn: t1 = 500C, ta có µ1 = 0,72 (N.s/m2) ( Tra STQTTB, T1/Trang 101 và sử dụng phương pháp ngoại suy)

⇒ θ1 = 35,1790C (Tra Bảng I.102, STQTTB, T1/ Trang 94)

t2 = 600C , ta có µ2 = 0,64(N.s/m2) ( Tra STQTTB, T1/Trang 101 và sử dụng phương pháp ngoại suy)

⇒ θ2 = 41,330C (Tra Bảng I.102, STQTTB, T1/ Trang 94)

Suy ra:

33 , 41 179 , 35

60 50 1

2 1

t k

626 , 1

60 757 , 128 2 2

20 10 1

2 1

t k

Từ đó ta có: 8 , 425 45 , 454

469 , 1

20 395 , 74 2 2

Với: A: là hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước

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

ρ : khối lượng riêng (kg/m3)

M: là khối lượng mol của chất lỏng

i

dd i

i

M

x M

x M

x m

− +

34 , 0

99 , 110

34 , 0

8 , 1259

= 0,499 (W/m độ) + Nồi 2:

18

11918 ,

0 1 99 , 110

11918 ,

0

99 , 110

11918 ,

1059

= 0,524 (W/m độ)

2.1.1.3.3 Hệ số cấp nhiệt: α

 Mô tả sự truyền nhiệt qua vách ống:

Thiết bị cô đắc có khu vực sôi bố trí bên ngoài ống, hơi đốt đi bên trong ống nên phía trong ống có một lớp nước ngưng tụ.Màng nước ngưng này có ảnh hưởng đến

quá trình truyền nhiệt Đồng thời sát thành ống phía bên ngoài có một lớp cặn dung dịch bám vào, lớp cặn này cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt.

* Quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch bên ngoài ống gồm 3 giai đoạn:

 Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt trong của ống truyền nhiệt với hệ số cấp

nhiệt α 1 và nhiệt tải riêng q1 (w/m2)

t H

r A

∆

=

28)

Với r: ẩn nhiệt ngưng (J/kg)

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

µ

λ ρ

=

tm = thđ -

2 1

2135,5.10

367,194.04,

3

168,182,04,

, 0 033

, 0 '

' 2 2

.

.

10 77

,

7

T C

q

r

µ λ

σ ρ ρ

ρ và ρ’ : khối lượng riêng của chất lỏng và hơi, kg/m3

r : ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg

T : nhiệt độ bão hòa, 0K

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

δ : bề dầy ống truyền nhiệt (δ =2mm)

1

2 1

=

=

r r

→ ∑ r = 3 4,398.10 4

50

10.25000

=+

, 0 33

, 0 3

033 , 0 3 2

2

757,401.7,3001.10.451,0

63,9903499

,0

10.75

9,629.445

,19,629

10.729,2182.445,1.10

388,959863

,9903

,99032

2 1

, 0 33

, 0 3

033 , 0 3 2

2

395,347.26,3684.10.496,1

853,23164524

,0

10.68

5,529.236

,05,529

10.452,2322.236,0.10

74,22664853

,23164

,231642

2 1

Q

(W/m2)

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

Xem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi là như nhau: F1 = F2 nên nhiệt độ hữu ích

=

i i i i

K Q K

Q

t 1

Trong đó: ∆thi: nhiệt độ hữu ích troang các nồi

Qi: là nhiệt lượng cung cấp (J/s)

Ki: là hệ số truyền nhiệt

Ta có:

3600

i i i

r D

Q =

Trong đó: Di: lượng hơi đốt mỗi nồi

ri: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi

2 1

1 1

Q

686,5

927 , 1079

1 10

398 , 4 035 , 11004 1

1

4

+ +

632 , 1583709 1

1 10

398 , 4 618 , 7721 1

1

4

+ +

317,3407518

1

K Q

2

2 1

=

∑K Q Q K K Q

i i

Vậy:

459,7322

933,2306.788,48

∆t hi

459,7322

526,5015.788,48

143,1437,15

645,34

645,34417,33

η

 Tính bề mặt truyền nhiệt:

hi i

i

t K

Q F

∆

=

+ Nồi 1:

37,15.5,686

632,1583709

F

417,33.394,679

317,3407518

160

= π

h d

F n

Số ống trên đường xuyên tâm của lục giác b = 23 ống

2.1.2.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt:

Dt = t.(b-1) + 4dn (theo công thức V.140, STQTTB,T2/ Trang 49)

2.1.2.2.2 Chiều cao buồng bốc hơi:

Thể tích không gian hơi được xác định:

tt h kgh

u

W V

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

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

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

t

kgh kgh

D

V H

003,3714

1

1

tt ht

kgh

u

W V

1,1

576,0.4

055,3433

2

2

tt ht

kgh

u

W V

1,1

222,3.4