đồ án quá trình thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị tuần hoàn cưỡng bức NaOH

bản mềm tính toán thiết bị chính, phụ và cơ khí. chi tiết đầy đủ và chính xác hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH. các công thức được trích dẫn có ghi chú thích để các bạn có thể tìm dễ dàng. bài mình làm cẩn thận, các bạn mua về tham khảo. thanks

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

****

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU

THIẾT BỊ CÔ ĐẶC TUẦN HOÀN CƯỠNG BỨC

DÙNG CHO DUNG DỊCH NAOH

Giáo viên hướng dẫn :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập-Tự do-Hạnh phúc

-*** -Đồ án môn học quá trình và thiết bị I-Nội dung thiết kế Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức dùng cho cô đặc dung dịch NAOH Các số liệu ban đầu:  Năng suất 10,22 tấn/h  Nồng độ đầu vào 15,22% khối lượng  Nồng độ cuối 29,21% khối lượng  Áp suất hơi đốt nồi một là 4at  Áp suất hơi ngưng tụ 0,2at  Chiều cao ống gia nhiệt 3m Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn ∗∗∗∗∗

LỜI MỞ ĐẦU

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” với đề bài là: “thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi tuần hoàn cưỡng bức ”.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 bày bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống

Đồ án của em trình bày về thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức có những ưu điểm như:

- Hệ số cấp nhiệt lớn hơn trong tuần hoàn tự nhiên tới 3 đến 4 lần và có thể làm việc được ở điều kiện hiệu số nhiệt độ hữu ích nhỏ (3-5ºC) vì cường độ tuầnhoàn không phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ hữu ích mà phụ thuộc vào năng suất của bơm

- Cô đặc tuần hoàn cưỡng bức cũng trách được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt và có thể cô đặc những dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn

tự nhiên khó thực hiện

Tuy nhiên khuyết điểm của thiết bị này là tốn năng lượng để bơm, thường ứng dụng khi cường độ bay hơi lớn

Trong đồ án môn học này của em được chia thành 5 nội dung chính:

Phần 1: Giới thiệu chung

Phần 2: Tính toán thiết bị chính

Phần 3: Tính toán cơ khí

Phần 4: Tính toán thiết bị phụ

Phần 5: Kết luận

Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiêm thực tế và nhiều mặt khác nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêm của thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy ….đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành

công nghiệp khác nói chung thường phải làm việc với các hệ dung dịch

lỏng chứa chất 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

Cô đặc là một phương pháp quan trọng trong công nghiệp sản xuất hóachất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu dung môi ở dạng nguyên chất dung dịch được chuyển đi không mất nhiều công sức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu thiết bị dùng để cô đặc gồm nhiều loại như: thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốt treo, thiết bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài,thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức,thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm…

Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết

bị cô đặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm như mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất

Quá trình cô đặc của dung dịch mà giữa các cấu tử có chênh lệch nhiệt

độ sôi rất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi Tuy nhiên, tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ( hay không bay hơi trong quá trình đó) mà ta có thể tách một phần dung môi (hay cấu tử khó bay hơi) bằng phương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh

- Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng) dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi dung dịch sôi Để cô đặc các dung dịch không chịu được nhiệt độ ( như dung dịch đường) đòi hỏi

cô đặc ở nhiệt độ thấp, thường là chân không Đó là phương pháp cô đặc chân không

- Phương pháp lạnh: Khi hạ nhiệt độ đến một mức độ yêu cầu nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết – thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất là kết tinh dung môi, và điều kiện bên ngoài tác dụng lên dung dịch

mà quá trình kết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và có khi phải dùng đến máy lạnh

1 Sơ lược về quá trình 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 các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể

 Thu dung môi ở dạng nguyên chất

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), trong hệ thống một thiết

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

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

bị phân hủy vì nhiệt

 Cô đặc ở áp suất cao: hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch

không bị phân hủy 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 được

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

Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm tăng nồng độ

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 dùng 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 gọi là hơi thứ,

hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu

dùng hơi thứ đung nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi

đó là hơi phụ.

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi,làm việc gián đoạn hoặc liên tục Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các

áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì

có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm,

do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt

Cô đặc được ứng dụng trong các nhà máy sản xuất hóa chất và thực

phẩm, 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 đơngiản,nên người ta thường chọn cô đặc nhiều nồi

2 Phân loại thiết bị cô đặc:

Các thiết bị cô đặc rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên ta có thể phân loại theo 1 số đặc điểm sau:

- Theo nguyên lý làm việc: Có 2 loại thiết bị cô đặc làm việc theo chu kỳ và làm việc liên tục

- Theo áp suất làm việc bên trong thiết bị: Chia ra 3 loại: Thiết bị làm việc ở Pdư, Pck…

- Theo nguồn cấp nhiệt:

Nguồn của phản ứng cháy nhiên liệu

Nguồn điện

Nguồn hơi nước: Nay là nguồn cấp nhiệt thường gặp nhất

Nguồn nước nóng, dầu nóng hoặc hỗn hợp điphenyl cho thiết bị chu kỳ có công suất nhỏ.

Cấu trúc của một thiết bị cô đặc thường có 3 bộ phận chính sau:

- Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bị đốt nóng bằng hơi nước, bộ phận

nhận nhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ trong đó hơi nước ngưng tụ ở bênngoài các ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong các ống

- Không gian để phân ly: Hơi dung môi tạo ra còn chứa cả dung dịch nên phải có không gian lớn để tách các dung dịch rơi trở lại bộ phận nhiệt

- Bộ phận phân ly: Để tác các giọt dung dịch còn lại trong hơi

Cấu tạo của một thiết bị cô đặc cần đạt các yêu cầu sau:

- Thích ứng được các tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như: Độ nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại

- Có hệ số truyền nhiệt lớn

- Tách ly hơi thứ tốt

- Bào đảm tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt

3 Cô đặc nhiều nồi:

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về 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 nồiphải 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.Lượng hơi đốt dùng để bốc hơi 1 kg hơi thứ trong hệ thống cô đặc nhiều nồi sẽ tăng Dưới đây là số liệu về lượng tiêu hao hơi đốt theo 1 kg hơi thứ:

 Trong hệ thống cô đặc 1 nồi: 1,1 kg/ kg

 Trong hệ thống cô đặc 2 nồi: 0,57 kg/ kg

 Trong hệ thống cô đặc 3 nồi: 0,40 kg/ kg

 Trong hệ thống cô đặc 4 nồi: 0,30 kg/ kg

 Trong hệ thống cô đặc 5 nồi: 0,27 kg/ kg

Qua số liệu này cho thấy, lượng hơi đốt giảm đi theo số nồi tăng nhưngkhông giảm theo tỉ lệ bậc 1 mà từ nồi 1 lên nồi 2 giảm 50%, còn từ nồi 4 lên nồi 5 giảm đi 10%, thực tế từ nồi 10 lên nồi 11 giảm đi không quá 1% nghĩa là xét về mặt hơi đốt hệ thống cô đặc nhiều nồi không thể quá 10 nồi

Mặt khác số nồi tăng thì hiệu số nhiệt độ có ích giảm đi rất nhanh do

đó bề mặt đun nóng của các nồi sẽ tăng

Vì vây, cần lựa chọn số nồi thích hợp cho hệ thống cô đặc nhiều nồi

4 Giới thiệu về dung dịch cô đặc: NAOH

- Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH.H2O, NaOH.3H2O và NaOH.2H2O Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn khi chúng nóng chảy

b) tính chất hóa học của NaOH

- NaOH là một bazơ mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao,

trong quá trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an

toàn lao động.Ngoài ra, NaOH còn có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần phải dùng nước lạnh

-NaOH có đầy đủ tính chất của một bazơ điển hình như :

+ Làm quỳ hóa xanh

+ Dung dịch phenolphtalein chuyển thành màu hồng

+ Tác dụng với oxit axit

2NaO + H2O = 2NaOH

- Trong công nghiệp:

Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch natri cacbonat loãng và nóng:

Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2NaOH + CaCO3

Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaClbão hòa với các điện cực làm bằng graphit và có các màng ngăn giữa anot và catot ( màng ngăn được làm bằng amiăng hoặc vật liệu xốp khác ) :

2NaCl + 2H2O dòng điện Cl2 + H2 + 2NaOH

d) Ứng dụng của NaOH

NaOH được dùng để :

- Sản xuất xenlulozơ từ gỗ.

- Sản xuất xà phòng,chất tẩy rửa, bột giặt

- Sản xuất giấy

- Sản xuất tơ nhân tạo

- Sản xuất nhôm ( làm sạch quặng trước khi SX )

- Tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ

- Chế phẩm nhuộm và dược phẩm

- Làm khô các khí và là thuốc thử rất thông dụng trong phòng thí nghiệm hóa học

5 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.

Sơ đồ thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức

3 Thùng cao vị 10.Thiết bị ngưng tụ Baromet.

4 Lưu lượng kế 11.Thiết bị thu hồi bọt

5 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 12 Bơm chân không

6 Thiết bị cô đặc 13 Ống tuần hoàn

7 Thiết bị cô đặc

 Nguyên tắc hoạt động:

Dung dịch NaOH ban đầu được chứa trong thùng chứa dung dịch đầu (1), dùng bơm (2) để đưa nguyên liệu vào thùng cao vị (3), thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn định mức chất lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) (thiết bị ống chùm) Ở thiết

bị trao đổi nhiệt dung dịch 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 dịch

tiếp tục được đun nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí không ngưng được đưa qua cửa tháo khí không ngưng.Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng cửa tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên và được dẫn sang buồng đốt của thiết bị (7) Dung dịch từ nồi (6) di chuyển qua nồi thứ (7) nhờ sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau < áp suất nồi trước.

Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (7)

có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi Kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi vàlượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi 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 tụ Baromet (10) Trong thiết bị ngưng tụ, nước làm lạnh từ trên đi xuống, chảy tràn qua các cạnh tấm ngăn và đồng thời một phần chui qua các lỗ của tấm ngăn Hỗn hợp nước làm nguội và hơi thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet vào thùng chứa còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (11) hơi sẽ được bơm chân không (12) hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng

Nhược điểm :

- Dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nồi sau,

do đó cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ

- Nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối

PHẦN II:TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

1 Các thông số ban đầu

- Dung dịch cần cô đặc : NaOH.

- Năng suất tính theo dung dịch đầu: G = 10,22 tấn/h=10220 (kg/h)

- Nồng độ đầu: xđ = 15,22% khối lượng.

- Nồng độ cuối xc = 29,21% khối lượng

- Áp suất hơi đốt P1 = 4at

- Áp suất hơi ngưng tụ: Png = 0,2at

- Chiều cao ống gia nhiệt H = 3

W: lượng hơi thứ bốc ra khỏi toàn bộ hệ thống ,(kg/h)

Gđ: lượng dung dịch đầu ,(kg/s)

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

 W = 10220×

0,15221

2.2.Lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi

- Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1 : W1 (kg/h)

- Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2 : W2 (kg/h)

Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở 2 nồi là :W1: W2 = 1:1,06

Ta có hệ: 1,06 W1 = W2 W1 = 2376,128 (kg/h)

W=W1+W2=4894,82 W2 = 2518,696 (kg/h)

2.3 Nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi

Theo công thức (VI.2c-ST2-T54), Ta có :

ΔP : là chênh lệch áp suất chung của toàn hệ thống

P1 : áp suất hơi đốt vào nồi 1

Pnt: áp suất hơi ngưng tụ

3.2 Chênh lệch áp suất, nhiệt độ của mỗi nồi

Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:

3.3 Tính nhiệt độ và áp suất hơi đốt ra khỏi mỗi nồi

Theo công thức : ∆ P i=P i−1−∆ P i−1

Ta có :

 Nồi 1 : P1 = 4 ( at )

 Nồi 2 : P2=P1−∆ P1=4−2,676=1,324 ( at)

 Xác định nhiệt độ hơi đốt ở 2 nồi:

Dựa vào áp suất, tra bảng (I.251-ST1-T314), Ta được :

3.4 Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi mỗi nồi

Nhận xé t : Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch

nhiệt độ giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi.Hơi thứ của nồi 1 được dẫn sang nồi

2 và trở thành hơi đốt của nồi 2, hơi thứ của nồi 2 đi sang thiết bị ngưng tụ.Quá trình này sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ (do trở lực học trên ống dẫn gây ra) là

- t1', t2' : Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1, nồi 2

- P1’ , P2’ : Áp suất hơi thứ của nồi 1, nồi 2

Áp suất(at)

Nhiệt độ(0C)

Áp suất (at)

Nhiệt độ (0C)Hơi đốt P1= 4 t1=142,9 P2=1,324 t2=106,99

Png=0,2 tng=59,7Hơi thứ P’1=1,37 t’1=107,99 P’2=0,2104 t’2 =60,7

3.5 Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi

Nhận xét: Tổn thất nhiệt độ trong thiết bị cô đặc bằng tổng tổn thất nhiệt độ

do nồng độ dung dịch tăng cao, do áp suất thủy tĩnh và do trở lực thuỷ lực trong ống dẫn của các nồi

3.5.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ( ∆ ' ℃ )

-Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi chất tan, đặc biệt là nồng độ của chất tan Nhiệt độ của dung dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng áp suất Khi nồng độ của chất tan tăng thì nhiệt

độ sôi của dung dịch càng tăng

- Δ ’ là tổn thất nhiệt độ của dung dịch so với dung môi nguyên chất, trong

cô đặc thường gọi đó là tổn thất nồng độ, Δ ’ là thông số vật lý của dung dịch, nóphụ thuộc vào nồng độ chất tan, nồng độ càng tăng thì Δ ’ càng tăng, nó còn phụ thuộc vào bản chất chất tan và dung môi đồng thời Δ ’ phụ thuộc vào áp suất

- Δ ’ được tính theo công thức dần gần đúng của Tensico

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

3 2

2243,9.10 /2355,262.10 /

Nhận xét: Nhiệt độ sôi của dung dịch còn phụ thuộc vào độ sâu Trên mặt

thoáng nhiệt độ sôi thấp nhất,càng xuống sâu thì nhiệt độ càng tăng, nguyên nhân

là do cột áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng

Po : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng (at).

h1 :chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt (m).

h2 : chiều cao của ống truyền nhiệt (m).

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

ttb: Nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb (0C)

to : Nhiệt độ sôi ứng với áp suất Po (0C)

Vậy tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh của từng nồi là :

Nhận xét: Trở lực ở đây chủ yếu là các đoạn ống nối giữa các thiết bị Đó là đoạn

nối giữa nồi 1 và nồi 2, giữa nồi 2 và thiết bị ngưng tụ.Ta chọn tổn thất

3.6 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi

3.6.1 Xác định hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống

Áp dụng công thức ( VI.17─ST2 –T67) :

Δthi= Δtch− ∑ Δ

Trong đó :

Δtch = Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ

ngưng ở thiết bị ngưng tụ

ts1,ts 2: nhiệt độ hơi thứ của từng nồi

1 2

107,99 8,505 2,55 119,04560,7 12,44 10,834 83,974

s s

s s

2 |=1,79 %<5 %Vậy các dữ kiện chọn được thoả mãn

3.7 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống:

W1Cn2 θ2

Trong đó :

- D:Lượng hơi đốt vào kg/h

- i,i1,i2 : lần lượt là hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi 1, hơi thứ nồi

2.(J/kg)

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

- Cd,: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu (J/kg độ)

- C1, C2: Là nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1 và nồi 2 (J/kg độ)

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

- Qm1,Qm2 : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2

- Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị (kg/h)

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

3.7.1 Nhiệt lượng vào gồm có:

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

Nhiệt do dung dịch mang vào : Gd.tso Cd

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

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

3.7.2 Nhiệt lượng mang ra:

- Nước ngưng : W1 θ2 Cn2

- Do dung dịch mang ra : (Gd – W1 – W2)C2.ts2

- Nhiệt mất mát: Qm2 = 0,05W1(i2– Cn2) θ2

3.7.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Các phương trình được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

ts2 = 83,974 oC

 Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi

1 = 142,9 oC Cn1 = 4294,25 (J/kg độ)(I.249─ST1 – T310)

2 = 106.99oC Cn2 = 4229,087 (J/kg độ)

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

Đối với dung dịch loãng ( x < 20% ) ta áp dụng công thức sau ( I.43 ─ST1 – T152 ) :

1 3355,92 4294,25 142,9 2376,128 2349,21 1,133%

2 3346,14 4229,087 106,99 2518,696 2545,614 1,068%

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W1 : W2 = 1: 1,08

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 α khi ngưng tụ hơi.

- α1i : hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i W/m2 độ

- Δ1i : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp

xúc với hơi ngưng của nồi I, o C

Giả thiết:

11 12

2,3661,97

2 11

2 12

4.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ

∑ r=r1+ r2+ δ

λ (m2 độ/W) (4)Với r1 , r2 : nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường ( bên ngoài cặn bẩn của nước ngưng,bên trong cặn bẩn do dung dịch)

- Tra theo bảng ( V.I ─ ST2 – T4 ): r1 = 0,387.10-3 m2 độ/W

4.3.1 Khối lượng riêng

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

3 1

3 2

3 2

4.3.2 Nhiệt dung riêng :

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

- Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được xác định theo công thức

λddi= A Cddi ρddi.3√ ρddi

M (I.32 ─ ST1 – T123 )

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 NaOH và H2O )

nên : M = 40.a +(1- a)18

 Nồi 1 :x = 19,83 % khối lượng

1157,9933,58.10 3355,92.1157.993 0,5364

1278,14963,58.10 3355,92.1278,1496 0,5981

 Độ nhớt của nước tra bảng (I.104 ─ ST1 – 96) & (I.102 ─ ST1 – 95):

1

2

0, 23429 ( )0,3396 ( )

nc

nc

Cp Cp









 Độ nhớt của dd NaOH( bảng I.107 ─ ST1- 100 ):

Sử dụng công thức Paplov (I.17 ─ST1 ─ T85):

Tra µ1, µ2 dựa vào bảng ( I.107 ─ST1 ─ T100)

Tra θ1, θ2 dựa vào bảng ( I.102 ─ST1 ─ T94)

k = t1−t2

θ1−θ2=

40−30 25,1461−17,642=1,3326

 Nồi 2:(tương tự như nồi 1)

Lấy rượu etylic 40% làm chất tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ x2= 29,21%

2,3345,3 1,37.6,941 0,6401

Vậy giả thiết Δ11, Δ21 được chấp nhận.

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi

Áp dụng công thức:

K= qtbi

ΔTi N/m2 độTrong đó:

- qtbi : Nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi, W/m2

- ΔTi Hiệu số nhiệt độ hữu ích của từng nồi, oC (xem bảng 2)

Ta có:

11 21 1

1 1

1 2 2

2

21734,56

911,1123,855

T q K

1655415,872

1816,922 911,11

1463315, 078

1901,199

769, 68

Q K Q K

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

 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi theo công thức:

Q K

Q K

2 1

1

1 1

2 2

PHẦN III:TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

1.Thiết bị gia nhiệt hổn hợp đầu

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nóng loại ống chùm ngược chiều dùng hơi nước bão hòa ở 4at, hơi nước đi ngoài ống từ trên xuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên

Ở áp suất 4at  t1=142,9 oC ( Tra bảng I.251 ─ ST1 ─ T315)

Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng(25oC) đi ra ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (tso = 119,054oC)

Chọn loại ống bằng thép X18H10T có khả năng chịu ăn mòn tốt

1.1.Nhiệt lượng trao đổi :( Q)

Q = F.Cp.(tF – tf) WTrong đó : + F: lưu lượng hỗn hợp đầu ,F = 10220(kg/h)

+ tF : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = ts1 = 119.054oC

+ Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu

Cp= Co=3548,89J/kg.độ + tf: Nhiệt độ môi trường: tf=25 oC

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

+Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :

α1 = 2,04.A.(

r Δt1.H )0,25Trong đó : +r : ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa

+A : Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng.

Giả sử : Δt1 = 4,2 (0C)

Ta có : tm =142,9

-4, 2

2 = 140,8 (0 C) Tra bảng (ST2/29)=> A = 194,12

q1 = α1.Δt1 [W/m2]Thay số :

q1 = 8892,12425.4,2 =37346,92185 (W/m2 )Theo công thức V.40-ST2/14 ta có : c) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :