Đồ án hóa công Cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm dd KNO3

LỜI MỞ ĐẦU Môn học “ Quá trình thiết bị và công nghệ hoá học” nhằm cung cấp, trang bị cho sinh viên và kỹ sư công nghệ hoá học, thực phẩm những kiến thức cơ bản về các quá trình và thiết bị để thực hiện các quá trình hoá học. Ngoài ra bộ môn này còn góp phần đào tạo kỹ sư cho các ngành kỹ thuật sản xuất có đủ khả năng hiểu và vận hành các thiết bị máy móc trong công nghiệp sản xuất liên quan. Quá trình và thiết bị được trình bày trong cuốn đồ án này là quá trình và thiết bị cô đặc. Cô đặc là quá trình được thực hiện nhiều trong sản xuất hoá chất và thực phẩm nhằm tăng nồng độ của sản phẩm bằng cách lấy bớt dung môi ra. Trong cuốn đồ án này em được giao nhiệm vụ là “ Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm cô đặc dung dịch KNO3 với năng suất 8500kgh. Chiều cao ống gia nhiệt H=2m. Các số liệu ban đầu: • Nồng độ đầu của dung dịch : 13% • Nồng độ cuối của dung dịch : 29% • Áp suất hơi nồi 1 : 4 at • Áp suất hơi nồi 2 : 0,2 at. Trong quá trình thực hiện đồ án, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Thế Hữu và thầy giáo bộ môn quá trình và thiết bị Vũ Minh Khôi đã hướng dẫn tận tình, giúp em hoàn thành đồ án này.Do kiến thức còn nhiều hạn chế nên không thể tránh được sai sót, kính mong được sự giúp đỡ của các thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên Hoàng Thị Thu Huyền Phần I. PHẦN MỞ ĐẦU I.Giới thiệu về KNO3: Kali nitrat hay còn gọi là diêm tiêu là hợp chất hóa học có công thức hóa học là KNO3. Trong quá khứ, con người đã sử dụng nó để làm một số loại ngòi nổ. Trong tự nhiên chỉ có một lượng nhỏ kali nitrat. KNO3 là chất nằm trong 1 phát minh lớn, đó là thuốc súng được người Trung Quốc tìm ra. Một số tính chất của KNO3: 1. Tan nhiều trong nước(ở 200C là 32g100g nước) 2. Kali nitrat phân hủy ở nhiệt độ cao tạo thành kali nitrit và giải phóng khí oxi, vậy nó có tính oxi hóa mạnh. 2KNO3 → 2KNO2 + O2 Muối kali nitrat dùng để: Chế tạo thuốc nổ đen với công thức: 75% KNO3, 10% S và 5% C. Khi nổ, nó tạo ra muối kali sunfua,khí nitơ và khí CO2: 2KNO3 + S + 3C → K2S + 3CO2 + N2. Làm phân bón, cung cấp nguyên tố kali và nitơ cho cây trồng. Bảo quản thực phẩm trong công nghiệp. Điều chế oxi với lượng nhỏ trong phòng thí nghiệm. Điều chế HNO3 khi tác dụng với axit: H2SO4 + KNO3 → K2SO4 + HNO3. Phụ gia thực phẩm(E252). II.Giới thiệu về cô đặc: Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi ở nhiệt độ sôi với mục đích:

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

Phần I PHẦN MỞ ĐẦU 4

I.Giới thiệu về KNO3: 4

II.Giới thiệu về cô đặc: 4

Phần 2 SƠ ĐỒ MÔ TẢ DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT 6

I Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều: 6

II Sơ đồ dây chuyền công nghệ: 7

Phần 3 TÍNH TOÁN 10

I Tính toán thiết bị chính 10

1 Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: 10

2 Tính sơ bộ lượng hơi thức bốc ra ở mỗi nồi: 10

3 Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi: 10

4 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống, ∆P 11

5 Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt trong mỗi nồi: 11

6 Nhiệt độ (t'i) và áp suất hơi thứ (P'i) ra khỏi từng nồi: 12

7 Tổn thất nhiệt độ do từng nồi: 13

8 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống 16

9 Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt Di, lượng hơi thứ Wi ở từng nồi 17

10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi: 22

11 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi 31

12 Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi: 32

13 So sánh ∆Ti* và ∆Ti tính được ban đầu theo giả thiết của phân bố ánh sáng 32

14 Bề mặt truyền nhiệt: (F) 33

II.Tính toán thiết bị phụ : 33

1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: 33

1.1.Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa 2 lưu thể : 34

1.2.Hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể : 34

1.3 Hệ số cấp nhiệt và nhiệt tải riêng về phía dung dịch: 35

1.4.Bề mặt truyền nhiệt: 37

1.5 Đường kính của thiết bị đun nóng: 37

1.6 Tính lại vận tốc và chia ngăn: 37

2 Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet: 38

3 Tính toán bơm chân không: 46

4.Tính bơm nhập liệu(chọn bơm ly tâm): 48

4.1.Công suất toàn phần do bơm tạo ra: 48

4.2.Trở lực ma sát: 49

5 Tính thùng cao vị 51

5.1 Các trở lực trong quá trình cấp liệu 51

5.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với cửa nạp dung dịch vào nồi cô đặc 57

III Tính toán cơ khí: 57

A Buồng đốt 57

1.Số ống trong buồng đốt: 57

2 Đường kính trong buồng đốt: 59

3 Chiều dày phòng đốt: 60

4 Chiều dày lưới đỡ ống 63

5 Chiều dày đáy nồi phòng đốt: 64

6 Tra bích để lắp đáy vào thân: 66

B Buồng bốc 67

1 Thể tích phòng bốc hơi: 67

2 Chiều cao phòng bốc hơi: 68

3 Chiều dày phòng bốc: 68

4 Chiều dày nắp buồng bốc 69

5 Tra bích để lắp nắp vào thân: 70

IV Một số chi tiết khác: 70

1 Tính đường kính các ống nối dẫn hơi và dung dịch vào và ra thiết bị: 70

2 Tính và chọn tai treo: 73

2.1: Khối lượng đáy buồng đốt (m1): 74

2.2: Khối lượng thân buồng đốt (m2): 74

2.3: Khối lượng 4 bích nối đáy với than buồng đốt và nối than buồng đốt với phần nón cụt (m3): 75

2.4: Khối lượng 2 lưới đỡ ống (m4): 75

2.5: Khối lượng của ống truyền nhiệt (m5-): 76

2.6: Khối lượng phần nón cụt nối 2 thân (m6): 76

2.7: Khối lượng thân buồng bốc (m7): 77

2.8: Khối lượng nắp buồng bốc (m8): 77

2.9: Khối lượng 2 bích nối thân buồng bốc và nắp (m9): 78

3, Chọn kính quan sát: 80

4.Tính bề mặt lớp cách nhiệt: 80

KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

LỜI MỞ ĐẦU

Môn học “ Quá trình thiết bị và công nghệ hoá học” nhằm cung cấp,trang bị cho sinh viên và kỹ sư công nghệ hoá học, thực phẩm những kiếnthức cơ bản về các quá trình và thiết bị để thực hiện các quá trình hoá học.Ngoài ra bộ môn này còn góp phần đào tạo kỹ sư cho các ngành kỹ thuật sảnxuất có đủ khả năng hiểu và vận hành các thiết bị máy móc trong công nghiệpsản xuất liên quan

Quá trình và thiết bị được trình bày trong cuốn đồ án này là quá trình

và thiết bị cô đặc Cô đặc là quá trình được thực hiện nhiều trong sản xuất hoáchất và thực phẩm nhằm tăng nồng độ của sản phẩm bằng cách lấy bớt dungmôi ra Trong cuốn đồ án này em được giao nhiệm vụ là “ Thiết kế hệ thống

cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm cô đặcdung dịch KNO3 với năng suất 8500kg/h Chiều cao ống gia nhiệt H=2m

Các số liệu ban đầu:

 Nồng độ đầu của dung dịch : 13%

 Nồng độ cuối của dung dịch : 29%

 Áp suất hơi nồi 1 : 4 at

 Áp suất hơi nồi 2 : 0,2 at

Trong quá trình thực hiện đồ án, em xin chân thành cảm ơn thầy giáohướng dẫn Nguyễn Thế Hữu và thầy giáo bộ môn quá trình và thiết bị VũMinh Khôi đã hướng dẫn tận tình, giúp em hoàn thành đồ án này.Do kiếnthức còn nhiều hạn chế nên không thể tránh được sai sót, kính mong được sựgiúp đỡ của các thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viênHoàng Thị Thu Huyền

Phần I PHẦN MỞ ĐẦU

I.Giới thiệu về KNO 3 :

Kali nitrat hay còn gọi là diêm tiêu là hợp chất hóa học có công thức hóa học

là KNO3 Trong quá khứ, con người đã sử dụng nó để làm một số loại ngòi

nổ Trong tự nhiên chỉ có một lượng nhỏ kali nitrat

KNO3 là chất nằm trong 1 phát minh lớn, đó là thuốc súng được người Trung Quốc tìm ra

Một số tính chất của KNO3:

1 Tan nhiều trong nước(ở 200C là 32g/100g nước)

2 Kali nitrat phân hủy ở nhiệt độ cao tạo

thành kali nitrit và giải phóng khí oxi, vậy

nó có tính oxi hóa mạnh

2KNO3 → 2KNO2 + O2

Muối kali nitrat dùng để:

* Chế tạo thuốc nổ đen với công thức:

75% KNO3, 10% S và 5% C Khi nổ, nó

tạo ra muối kali sunfua,khí nitơ và khí

CO2:

2KNO3 + S + 3C → K2S + 3CO2 + N2

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

* Bảo quản thực phẩm trong công nghiệp

* Điều chế oxi với lượng nhỏ trong phòng thí nghiệm

* Điều chế HNO3 khi tác dụng với axit:

H2SO4 + KNO3 → K2SO4 + HNO3

* Phụ gia thực phẩm(E252)

II.Giới thiệu về cô đặc:

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi ở nhiệt độ sôi với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan

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

- Thu dung môi nguyên chất (cất nước)

Tùy theo yêu cầu về năng suất, tùy theo tính chất của dung dịch cần cô đặc

mà chọn phương thức cô đặc và loại thiết bị cô đặc cho phù hợp

Với nhiệm vụ: Thiết kế và tính toán hệ thống cô đặc liên tục hai nồi xuôichiều có ống tuần hoàn trung tâm dùng cô đặc dung dịch KNO3 với năng suất

8500 kg/h, từ nồng độ 13% đến 29%, loại thiết bị cô đặc có ống tuần hoàntrung tâm Loại này có đặc điểm là cấu tạo đơn giản nhưng tốc độ tuần hoàn

bé (do ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng) nên hệ số truyền nhiệt thấp

Phần 2 SƠ ĐỒ MÔ TẢ DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT

I Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều:

*Thuyết minh sơ đồ (nguyên lý làm việc của hệ thống):

Dung dịch KNO3 đầu có nồng độ 13% từ bồn chứa nguyên liệu đượcbơm lên thùng cao vị nhờ bơm nhập liệu Bồn cao vị được thiết kế có gờ chảytràn để ổn định mức chất lỏng có trong bồn Sau đó nguyên liệu đi qua bộphận đo lưu lượng kế đảm bảo lưu lượng nhập liệu là 8500 kg/h

Dung dịch được đưa vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu ( thiết bị loạiống chùm ) Mục đích dung thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là để giảm chi phíhơi đốt và giảm thời gian gia nhiệt trong thiết bị cô đặc Tại đây dung dịchđược nâng lên đến nhiệt độ sôi bằng hơi bão hòa được cung cấp từ ngoài vào.Sau khi trao đổi nhiệt thì hơi ngưng tụ thành nước theo đường ống chảy vàothùng chứa, trên đường tháo nước ngưng có lắp bẫy hơi để không cho hơitheo nước ngưng ra ngoài

Dung dịch sau khi gia nhiệt đến trạng thái sôi thì đi vào nồi cô đặc I Hơi đốt được cung cấp vào buồng đốt của nồi I là hơi bão hòa có áp suất 4 at.Dưới tác dụng của hơi đốt của buồng đốt, hơi thứ được bốc lên và đẫn quabuồng đốt của nồi II để gia nhiệt cho quá trình cô đặc tiếp theo Hơi đốt củanồi I sau khi ngưng tụ được dẫn ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, sau đóchảy vào thùng chứa Phần khí không ngưng trong hơi đốt của nồi I được dẫnđến bộ phận tách giọt được bơm chân không hút ra ngoài

Tương tự quá trình diễn ra ở nồi I, dung dịch ở nồi II được cô đặc Saukhi ra khỏi nồi II dung dịch đạt nồng độ 29% được bơm tháo liệu đưa vàothùng chứa sản phẩm Hơi thứ nồi II được dẫn qua thiết bị ngưng tụ Bromet.Tại thiết bị ngưng tụ Baromet hơi bốc từ dưới lên gặp nước lạnh từ trên xuốngkhí được ngưng tụ một phần thành nước, phần hơi không ngưng sẽ đi vàothiết bị phân ly lỏng hơi để tách hơi có lẫn giọt lỏng ra khỏi nhau, hơi đượcbơm chân không hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ được ngưng tụ và dẫn về

ống Baromet chảy về bồn chứa Thùng chứa nước ngưng có lắp ống để nốivới cống xả, khi cần xả lượng nước ngưng thừa.

II Sơ đồ dây chuyền công nghệ:

1,2 - Bể chứa dung dịch đầu

11 – Bơm chân không

12- Thùng chứa nước ngưng

Hệ thống cô đặc xuôi chiều (hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều vớinhau từ nồi nọ sang nồi kia) được dùng khá phổ biến trong công nghiệp hóachất Loại này có ưu điểm là dung dịch tự chảy từ nồi trước sang nồi sau nhờchênh lệch áp suất giữa các nồi Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau, do

đó, dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều 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 hơithêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi Nhưng khi dung dịch vàonồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch, thì cần phải đun nóngdung dịch do đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt Vì vậy, khi cô đặc xuôichiều, dung dịch trước khi vào nồi nấu đầu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơiphụ hoặc nước ngưng tụ

Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sauthấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt của dungdịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối

W: Tổng lượng hơi thứ bốc ra; kg/h



2 Tính sơ bộ lượng hơi thức bốc ra ở mỗi nồi:

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi sau lớn hơn nồi trước Tuy nhiên có thể bắt đầu

từ phân phối đều Wi = W/n

Giả sử lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi là như nhau W1:W2 = 1:1.05

Trong các phần tính toán dưới đây nếu không có chú thích gì đặc biệt thìchỉ số i = 1 chỉ nồi thứ nhất, i = 2 chỉ nồi thứ 2; chỉ số dd – dung dịch; nc –nước

Ta có:w = w1+ w2 = 2.05w1

W1 = 2W.05 = 46892.05.655 = 2287.636 [kg/h]

W2 = 1.05.w1 = 2402.019 [kg/h]

3 Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi:

Được tính theo công thức VI.2 [2 – 57]

đ đ

i

W G

x G

x

1

Ta có:

787 17 636 2287 8500

13

13

4 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống, ∆P

∆P được đo bằng hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp P1 ở nồi 1 và áp suấthơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Png

Do đó ta có:

∆P = P1 - Png = 4 – 0.2 = 3,8 (at)

5 Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt trong mỗi nồi:

- Giả thiết phân bố hiệu số áp suất hơi đốt giữa các nồi như sau:

∆P1 : ∆P2 = 2.5 : 1

- Áp suất hơi đốt trong từng nồi (Pi) được xác định theo công thức: 4 [5 -9]

Pi = Pi-1 - ∆Pi-1 , [at]

.

j j

i i

a

a P P

Ta có:

0857 , 1 5 , 3

1 8 , 3

2 1

a P

6 Nhiệt độ (t' i ) và áp suất hơi thứ (P' i ) ra khỏi từng nồi:

- Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi từng nồi (t'i) được xác định:

2690,5547

2241,192

17,787

2 1,285

7

106,128

2688,999

2243,

858 0,2111 60,70

2608,4444

Phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của chất hòa tan và dung môi vào nồng

độ và áp suất của chúng ∆' ở áp suất bất kỳ được xác định theo Tysenco:

'

 i = 16,2. ' 0i

i

2 r

T'i : Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho (nhiệt độ hơi thứ

ra khỏi mỗi nồi), [oK]

b/ Tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:

Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôicủa dung dịch ở trên mặt thoáng Thường tính toán ở khoảng giữa ống truyềnnhiệt:

2 ).

2

1 0

g h

h P

10 81 , 9 2 ).

2

P

P tbi  i   ddsi , [at]

Với g = 9,81 m/s2 : Gia tốc trọng trường

Trong đó:

Poi : Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng, [at]

Theo bảng số liệu 1:

Po1 = 1.33 at

Po2 = 0,2111 at

h1: Chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoángcủa dung dịch, h1 = 0,5 m

h2 : Chiều cao ống truyền nhiệt, h2 = 2m

ρddsi : Khối lượng riêng của dung dịch khi sôi

Tra từbảng I.46 [2- 42]

Nồi 1: x1 = 17,787% → ρdds1 = 1063,1391 (kg/m3)

T1 =107.128oC Nồi 2: x2 = 29 % → ρdds2 = 1174,24 (kg/m3)

T2 = 60.7oCVậy ta có:

Trong mục 6 khi tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi ta đãchọn: ∆'''1 = ∆'''2 = 1oC

Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống bằng:

2 1 1 '' ''

8 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống.

- Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:

2

ng i

i T T

T

Theo công thức VI.17 và VI.18 [2-673]

Trong đó:

Ti : Nhiệt độ hơi đốt ở nồi i; oC

Tng : Nhiệt độ của hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ; oC

i

= 15,8288 oC

Vậy:

2 1

142,9 59, 7 15,8288 67,3712

i i

1

1     '   '   ''

= 142,9 – 107,128 – 1,7988 – 1,766

=32,2072[oC]

2 2 2 2 2

a Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng:

Giải thích các kí hiệu trong sơ đồ:

- Gđ : Lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị; kg/h

Gđ = 8500 kg/h

- D : Lượng hơi đốt vào nồi thứ nhất; kg/h

-W1, W2 : Lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1,2 ; kg/h

- C0; C1; C2: Nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2; J/kg.độ

- Cnc1, Cnc2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, nồi 2; J/kg độ

- tso, ts1, ts2 : Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2; oC

- θ1, θ2: Nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 ; oC

- i1, i2 : Nhiệt lượng riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2; J/kg.độ

- i'1, i'2 : Nhệt lượng riêng của hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 2; J/kg.độ

- Qm1, Qm1 : Nhiệt lượng mất mát ở nồi 1, nồi 2;

b Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Được thành lập dựa trên nguyên tắc:

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi raNồi 1:

1 1 1 1

1 1 1

2 1 1 1 2

1 i (G đ W ).C.t s W .i' (G đ W W ).C .t s W.C nc . Q m

Và:

W W

Để giảm lượng hơi đốt tiêu tốn, người ta gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nhiệt

độ càng cao càng tốt vì quá trình này có thể tận dụng nhiệt lượng thừa của cácquá trình sản xuất khác

Do đó có thể chọn: tso = ts1 = 110,693oC

 Nhiệt dung riêng của nước ngưng – tra theo nhiệt độ nước ngưng ở từngnồi – Bảng I.249 [1-311] , Ta có:

θ1 = 142,9oC→ Cnc1 = 4294,25 J/kg.độ

θ2 = 106,128 oC → Cnc2 = 4227,9664 J/kg.độ

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

- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xo = 13 %< 20% là dung dịch loãng

86 , 1013 101

16800 3 26000 26000

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

a Tính hệ số cấp nhiệt α1 khi ngưng tụ hơi

25 , 0 1

.(

04

,

2

H t

r A

i

i i

Thông thường có thể tính theo α2 theo công thức [3-234]

i i i

i  45 , 3 p t2 , 33 

2 5 , 0 2

 Hiệu số nhiệt độ ở 2 mặt thành ống truyền nhiệt

585 , 0

dd nc

λ : Hệ số dẫn nhiệt, [W/m.độ]

ρ : Khối lượng riêng, [kg/m3]

C: Nhiệt dung riêng, [J/kg.độ]

μ : Độ nhớt, [Ns/m2]

λ, ρ, C, μ : Lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch:

ts1 = 110,693 [oC]

ts2 = 70,964 [oC]

Bây giờ ta sẽ lần lượt tìm các thông số này:

Khối lượng riêng:

- Với nước: Tra bảng I.249 [1-311]

ρnc1 = 950,4525 [kg/m3]

ρnc2 = 977,2216 [kg/m3]

Tại x1=17,787%, ts1=110,693oC →ρdd1=1060,608 [kg/m3]

Tại x2=29%,ts2=70,964oC → ρdd2 = 1167,119 [kg/m3]

Nhiệt dung riêng:

- Của nước: Tra bảng I.249 [1-311]

M C

i i

dd dd dd dd





+ A : hệ số tỉ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng, A = 3,58.10-8

+ M : khối lượng mol của hỗn hợp lỏng Ở đây là hỗn hợp của KNO3 và H2O:

- Của nước: Tra bảng I.104, [1-96], nếu nhiệt độ lớn hơn 100oC

Tra bảng I.102, [1-95], nếu nhiệt độ nhỏ hơn 100oC

Tra bảng và nội suy ta có:

+Ở nồi 1 :ts1=110,693oC → μnc1 = 0,2543.10-3[Ns/m2]

+Ở nồi 2 :ts2=70,964oC → μnc2 = 0,4008.10-3 [Ns/m2]

L p b ng s li u 5ập bảng số liệu 5 ảng số liệu 5 ố liệu 5 ệu 5

3

kg/m

nc ρ 3 kg/m

nc C J/kg.độ

dd C J/kg.độ

dd λ W/m.độ

nc λ W/m.độ

3 dd 2

μ 10 N.s/m

nc 2

μ 10 N.s/m

3 1

1

1483,7209.10

1465, 4025 1012,5006

Q

3 2

i i i

K Q T T

/

/

B ng s li u 7:ảng số liệu 5 ố liệu 5 ệu 5

T K

II.Tính toán thiết bị phụ :

1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu:

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị gia nhiệt loại ốngchum.Do cấu tạo của thiết bị nên lưu thể nào sạch ( không để lại cặn bẩn trên

bề mặt truyền nhiệt, làm giảm hệ số dẫn nhiệt) người ta cho đi qua khoảngkhông gian ngoài ống, còn lưu thể nào tạo cặn bẩn trong quá trình làm việc thìcho đi trong ống.Ngoài ra lưu thể nào có áp suất lớn người ta cũng cho đitrong ống chịu được áp suất lớn hơn vỏ.Với hỗn hợp này người ta cho hơinước bão hòa đi qua khoảng không gian ngoài ống, hỗn hợp đi trong ống

Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng (25oC) đi ra ở nhiệt

độ sôi của hỗn hợp tso = 110,693oC

Nhiệt độ hơi đốt cung cấp cho thiết bị thđ = 142,9oC

Năng suất: Gđ= 8500 kg/h

Nồng độ đầu vào: xđ = 13%

Nhiệt đầu vào:tđ = 25oC

Nhiệt dung riêng: Cđ = 3641,82 (J/kg.độ)

Lượng nhiệt trao đổi:

t t



Nhiệt độ trung bình giữa 2 lưu thể :

117,9 32, 207

66,1111 117,9

2,3 lg 2,3 lg

32, 207

o

d c tb

d c

t t

t t

2, 04

r A

t H

 

 (W/m2.độ)Với + r1 là ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa, r1=2141.103

(J/kg)

+H : Chiều cao ống truyền nhiệt, H=2m

+∆t1 :Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt +A : Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng

Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm thẳng đứng với :

Đường kính trong : dtr=28mm, δ=2mm

Đường kính ống: dn=32mm,H = 2m

Giả sử chênh lệch nhiệt độ ∆t1 = 4,5oC.Khi đó ta có nhiệt độ màng nước ngưng :

1.3 Hệ số cấp nhiệt và nhiệt tải riêng về phía dung dịch:

Giả sử chế độ chảy xoáy, Re = 10500

0,25 0,8 0,43

, 3,58 10

3 8

20,149

p p

C C

1.4.Bề mặt truyền nhiệt:

t là bước ống, chọn t = 1,5.32 = 48.

b số ống trên đường xuyên tâm b = 13

0, 048 (13 1) 4 0,032 0,704( )

Quy chuẩn lên 800 mm

1.6 Tính lại vận tốc và chia ngăn:

ρd:Khối lượng riêng của dung dịch đầu vào 1052,89 kg/m3

d :Đường kính ống truyền nhiệt d = 0,028m

d

R d

w w 0,14257 0, 0286

gt t gt

Quy chuẩn thành 5 ngăn

4 3

10559,642 10 127

5

d e

G R

n d m

Vậy bề mặt truyền nhiệt F= 19 m2

Đường kính trong thiết bị: D = 800mm

Số ống truyền nhiệt n = 127 ống

Số ngăn: m = 5 ngăn

Đường kính trong ống truyền nhiệt d = 28 mm

Đường kính ngoài ống truyền nhiệt dn=32mm

Chiều cao ống truyền nhiệt H = 2000mm

2 Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet:

Chọn thiết bị ngưng tụ Baromet – thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao

Nguyên lý làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp làphun nước lạnh vào trong hơi, hơi tỏa ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại.

Do đó thiết bị ngưng tụ trực tiếp chỉ để ngưng tụ hưoi nước hoặc hơi của cácchất lỏng không có giá trị hoặc không tan trong nước vì chất lỏng sẽ trộn lẫnvới nước làm nguội.

Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ Baromet ngược chiềuloại khô được mô tả như hình vẽ Thiết bị gồm thân hình trụ (1) có gắn nhữngtấm ngăn hình bán nguyệt (4) có lỗ nhỏ và ống Baromet (3) để tháo nước vàchất lỏng đã ngưng tụ ra ngoài

Hơi vào thiết bị đi từ dưới đi lên, nước chảy từ trên xuống, chảy trầnqua cạnh tấm ngăn, đồng thời một phần chui qua các lỗ của tấm ngăn Hỗnhợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng tụ chảy xuống ống Baromet, khíkhông ngưng đi lên qua ống (5) sang thiết bị thu hồi bọt (2) và tập trung chảyxuống ống Baromet Khí không ngưng được hút ra qua phía trên bằng bơmchân không

Ống Baromet thường cao H ≥ 10,5m để khi độ chân không trong thiết

bị có tăng thì nước cũng không dâng lên ngập thiết bị

Loại này có ưu điểm là nước tự chẩy ra được không cần bơm nên tốn ítnăng lượng, năng suất lớn

Trong công nghiệp hóa chất, thiết bị ngưng tụ Baromet chân cao ngượcchiều loại khô thường được sử dụng trong hệ thống cô đặc nhiều nồi, đặt ở vịtrí cuối hệ thống vì nồi cuối thường làm việc ở áp suất chân không

2.1 Tính toán thiết bị ngưng tụ