đồ án đồ án cô đặc NaOH tuần hoàn cưỡng bức

Thiết kế thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH: Các số liệu ban đầu : Năng suất 10 tấnh. Nồng độ đầu vào 18% khối lượng. Nồng độ cuối 30% khối lượng. Áp suất hơi đốt 4at. Áp suất hơi ngưng tụ 0,2at. Chiều cao ống gia nhiệt 2m.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

-o0o -Họ và tên : Lê Thị Hương

MSSV: 0541120229

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa 3 _K5

Khoa: Công nghệ hóa

Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Yên

- Nồng độ đầu vào 18% khối lượng

- Nồng độ cuối 30% khối lượng

- Áp suất hơi đốt 4at

- Áp suất hơi ngưng tụ 0,2at

- Chiều cao ống gia nhiệt 2m.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quantrọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác Một trong những hóa chấtđược sản xuất và sử dụng nhiều là NaOH vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quantrọng Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu

sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện choquá trình kết tinh nếu cần

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế thiết bị cô đặc hai nồi xuôichiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH: năng suất 10 tấn/h, nồng độđầu vào 18% KL, nồng độ cuối 30% KL, áp suất hơi đốt 4at, áp suất hơi ngưng

tụ 0,2 at, chiều cao ống gia nhiệt 2m

Đối với một sinh viên nghành hóa,việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sứcquan trọng Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắcnhững kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúcquen dần với việc lựa chọn ,thiết kế ,tính toán các chi tiết của một thiết bị vớicác thông số cụ thể

Tuy nhiên, quá trình thiết bị là môn học rất khó mà kiến thức thực tế củasinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót Vìvậy kính mong nhận được sự đóng góp nhiệt tình của quý thầy, Cô và các bạnsinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn

Và cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô

khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là cô giáo Phạm Thị Thanh Yên đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án.

Xin trân thành cảm ơn!!!.

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

1 Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH)

1.1 Tính chất vật lí của NaOH

- Natri hydroxyt là khối tinh thể không trong suốt có màu trắng, không mùi Dễtan trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete

- NaOH có khối lượng riêng 2,13 g/ml Độ pH là 13,5 Nhiệt độ nóng chảy

318oC Nhiệt độ sôi 1338oC Hấp thụ nhanh CO2 và nước của không khí, chảyrữa và biến thành Na2CO3

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

1.2 tính chất hóa học của NaOH

- NaOH là một bazơ mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao, trongquá trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn laođộng Ngoài ra, NaOH còn có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vàonước 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

+ Tác dụng với axit

+ Tác dụng với dung dịch muối

1.3 Điều chế

a Trong phòng thí nghiệm

+ Natri tác dụng với nước :

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 + Natri oxit với nước :

2NaO + H2O = 2NaOH

b Trong công nghiệp:

Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụngvới 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 vàcatot ( màng ngăn được làm bằng amiăng hoặc vật liệu xốp khác ) :

- 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

2.1 Giới thiệu chung về 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

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, thudung môi ở dạng nguyên chất Dung dịch được chuyển đi không mất nhiềucông sức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu Thiết bị dùng để cô đặc gồm nhiềuloại như: Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốttreo, thiết bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị côđặc phòng đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ốngtuần hoàn trung tâm…

Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị côđặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩmnhư mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất

2.2 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 suấtchân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị côđặc 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

phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơithứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác

thải ra ngoài không khí Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng khôngkinh 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 độcủa dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trìnhchưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độtrong 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 nhiềunồi,làm việc gián đoạn hoặc liên tục Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các ápsuất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (ápsuất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thìdùng 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 độgiữa 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 đơn giản,nên người tathường chọn 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 của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi

thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vàođun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba hơi thứ nồi cuối cùng đivào thiết bị ngưng tụ Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, quamỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên Điều kiện cần thiết đểtruyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dungdịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trongcác nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồitrước 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

2.3 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 tách 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 lưulượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) (thiết bị ống chùm) Ở thiết bị traođổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bảohòa cung cấp từ ngoài vào, rồi đi vào nồi (6) Ở nồi này dung dịch tiếp tục đượcđun nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ốngtruyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Mộtphần khí không ngưng được đưa qua cửa tháo khí không ngưng.Nước ngưngđược đưa ra khỏi phòng đốt bằng cửa tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dungmôi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồngđốt 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 cácnồi, áp suất nồi sau < áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồisau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (7) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi Kếtquả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi mộtlượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi Dung dịch sản phẩm của nồi (7) đượcđưa 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, nướclàm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy quaống Baromet vào thùng chứa còn 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 vàothùng chứa nước ngưng

 Ưu điểm:

- Dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suấtgiữa các nồi mà không cần dùng bơm

- Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau do đó dung dịch đi vào mỗi nồiđều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của nồi đó ( trừ nồi đầu), kết quả là dungdịch sẽ nguội đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi đi một lượng dung môi ( quátrình tự bốc hơi ).

 Nhược điểm :

- Dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nồi sau, do đócần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặcxuôi chiều dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằnghơi phụ hoặc nước ngưng tụ

- Nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dungdịch 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

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 Gđ = 10 tấn/h=10000 (kg/h)

- Nồng độ đầu xđ = 18% khối lượng

- Nồng độ cuối xc = 30% khối lượng

- Áp suất hơi đốt P1 = 4at

- Áp suất hơi ngưng tụ Png = 0,2at

- Chiều cao ống gia nhiệt H = 2m

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, % khốilượng

18 0 1

=4000 (kg/h)

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

Ta có hệ: W1 = W 2 W 1 = 2000 (kg/h)

W=W 1 +W 2 =4000 W 2 = 2000 (kg/h)

2.3 Nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi

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

(%)

x G x

đ

đ đ

x G x

đ

đ đ

∆P: 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:

2 1

2

1

6,2

P P

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

Theo công thức :

Ta có :

• Nồi 1 : P1 = 4 ( at )

• Nồi 2 :

 Xác định nhiệt độ hơi đốt ở 2 nồi:

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

C t

at P

C t

at P

C t

at P

, 0

45 , 105 2556

,

1

9 , 142 4

2 2

1 1

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

Nhận xé t: 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

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

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

- : Tổn thất do trở lực đường ống

 Nhiệt độ hơi thứ trong các nồi :

Theo công thức : ,Ta có :

• Nồi 1: t '= t + = 105,45 + 1 = 106,45 ()

• Nồi 2: t2' = tng + = 59,7 + 1 = 60,7 ()

Dựa vào nhiệt hơi thứ, tra bảng (I.251 – ST1- T.314), ta được :

at P

C t

at P

C t

2111 , 0 ' 7

,

60

'

3 , 1 ' 45

,

106

'

2 2

1 1

đốt P1= 4 t1=142,9 P2=1,2556 t2=105,45

Png=0.2 tng=59,7Hơi

thứ P’1=1,3 t’1=106,45

P’2=0,211

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 thuỷlực trong ống dẫn của các nồi

3.5.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ( )

Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của

dung môi nguyên chất

Hiệu số nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổnthất nhiệt do nồng độ gây ra

Gọi 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 phụ thuộc vào nồng độ chất

tan, áp suất, bản chất của chất tan và dung môi

T: Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho,

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

• Nồi 2:

C

x =30%⇒∆,o =17°

1 2

C t

60

'

45,106

kg J r

/ 10 262 , 2355

/ 10 94 2243

3 2

3 1

=

=

 Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ của mỗi nồi :

3.5.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh:

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

- Áp dụng công thức (VI.13 ─ST2─T60):

) ( 10 81 , 9

).

2

h P

o tb

ρ

+ +

2

25,0(2111,0

)(3935,110

.81,9

81,9.25,623)

2

25,0(3,1

4 2

4 1

at P

at P

tb

tb

=+

+

=

=+

C t

t

C t

104,245,106554

,10802

2

,,

2

01 1

3.5.3 Tổn thất do đường ống

) ( ∆ ,,

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 nhiệt độ do đường ống là 1oC

Vậy: ∑∆ =∆ +∆,, =1+1=2°C

2

,, 1 ,,

=

∆+

∆+

∆

=

∆

∑ ∑ ∑ ∑, ,, ,, 23,66 10,62 2 36,28

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

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

độ ngưng ở thiết bị ngưng tụ

C t

,, 2

, 2

, 2 2

,, 1

, 1

, 1 1

∆ +

∆ +

=

∆ +

∆ +

=

t t

t t

s s

C t

s

s

°

=+

+

=

°

=+

+

=

236,82516,802,137,60

194,119104

,264,1045,106

2 1

3.6.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi

C t

t T

C t

t T

706,23194,1199

,1422

2 2

1 1 1

Kết quả vừa tính cho ta bảng dưới đây:

Kiểm tra lại dữ kiện :

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 thốn g:

: Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2

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

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

- Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị

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

3.7.1 Nhiệt lượng vào gồm có:

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:

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

)(

05,0

.)(

)(

1 1 1

1 1

1 1 1

1 0 1

1 1

1 1

1 1 1

1 1

θθ

θ

Cn i D Cn

D t

C W G

i W t

D t

C W G

i W t

s d d

s d

so d d

−+

+

−+

=+

++

−+

=+

(1)

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

θ θ

θ

Cn i W Cn

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 W

− +

−

− +

95,0

)(

)(

1 1

0 1

1 1

1 1

1

θ

Cn i

t C t

C G t

C i

W

−

−+

9,1422

Tra theo bảng (I.249─ST1 – T310)

θ1 = 142,9 oC ⇒ Cn1 = 4294,25 (J/kg độ)

θ2 = 105,45 oC ⇒ Cn2 = 4227,085 (J/kg độ)

 Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ x d = 18%

Đối với dung dịch loãng ( x < 0,2 ) ta áp dụng công thức (I.43 ─ST1 – T152), ta có:

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,18) = 3432,52 (J/kg độ)

Đối với dung dịch đậm đặc (x > 0,2) ta áp dụng công thức (I.44 ─ ST1 ─ T152)

9630 16800

C t

kg J i

C t

/10.81,268745

,105

/10.06,27449

,142

3 2

2

3 1

C t

/10.288,26097

,60'

/10.61,2689451

,106'

3 3

2

3 1

288 , 2609 )

45 , 105 085 , 4227 10

81 , 2687 (

95 ,

0

) 194 , 119 06875 , 3539 236

, 82 425 , 3323 (

10000 )

236 , 82 425 , 3323 10

288 , 2609

.(

4000

3 3

3

− +

06 , 2744 ( 95 , 0

) 83 , 106 52 , 3432 194

, 119 06875 , 3539 ( 10000 )

194 , 119 06875 , 3539 10

61 , 2698

1 3539,0687

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W1 : W2 = 1: 1,065

Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cânbằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn

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

25 , 0 1

) (

.04,2

H t

r A

C t

78 1

12 11

- ri: ẩn nhiệt nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt:

Ti i i

t t t

t t t

i i

t = −0,5∆ 1Với: t1 = 142,9 oC ⇒ tm1 = 142,9 – 0,5.1,78 = 142,01 oC

10.5,2135

3015,194.04,

25 , 0 3

109622

.45,1

10.74,2246

12625,

181.04,

25 , 0 3

(m2 độ/W) (4)

Với r1 , r2 : nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường ( bên ngoài cặn bẩn của nướcngưng, bên trong cặn bẩn do dung dịch).

- Tra theo bảng ( V.I ─ ST2 – T4 ):

r

m2 độ/W Thay vào PT (3) ta có hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt củamỗi nồi là :

T

∆

= 23,214 oC Thay vào PT (2), ta có hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi mỗi nồi

565 , 0

dd nc

ρ λ

λ ψ

:Khối lượng riêng, kg/m3

C : Nhiệt dung riêng, J/kg độ

µ

: Độ nhớt, Cp

µ ρ

λ , , C ,

: Lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch

ts1 = 119,194 oC

ts2 = 82,236 oC

4.3.1 Khối lượng riêng

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

3 2

1

/36896,

970

/7367,943

m kg

m kg

3 1

/75,1273

/63,1194

m kg

m kg dd

4.3.2 Nhiệt dung riêng :

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

1 =

nc

λ

W/m độ6861

,0

3 .

M C

ddi ddi ddi

ρ ρ

λ =

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

5421,2018)

11555,

01(11555,

0.40

11555,

0185,77405,

5,22

1

1

=

−+

=

⇒

=+

1617,01(1617,0.40

1617,018

7040

30 4030

2

2

=

−+

=

⇒

=+

63 , 1194

63 , 1194 06875 ,

3539 10 58 ,

75 , 1273

75 , 1273 425 , 3323 10 58 ,

)(2339,0

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)

Từ đó ta có :

⇒

µs1= 5,67.10-3 (N.s/m2) = 5,67 (Cp)

Lấy nước làm chất tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ x2= 30%

- Chọn t1= 800C, ta có µ1= 1,79.10-3 (N.s/m2) ⇒θ1= 0,1640C

03532

,10

3468,0.5776,4198

425,3323

36896,970

75,1273

067

,5

2339,0.6298,4248

06875,3539

7367,943

63,1194

565 , 0 2

435 , 0 2

565 , 0 1

Vậy hệ số cấp nhiệt α2i

từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi hoàn toàn xác địnhnhư sau:

1 33 , 2 21 5 , 0 , 1

21 45,3 .ψ

2210,9867

26148,

0.9176,8.3,1.3,

=

=

(W/m2 độ)2

33 , 2 22 5 , 0 2

22 45,3.ρ ψ

1400,2011

23997,

0.2334,11.2111,0.3,

21 = α ∆

q

19716,695

9176,8.9867,2210

=

=

(W/m2)

22 22

%1026,1

%100.28321

,15895

28321,

1589501904

,15720

%5

%414,0

%100.3532

,19635

3532,19635695

,19716

∆

=

N/m2 độTrong đó:

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

695,197163532

,196352

21 11

158122

01904,

1572928321

,158952

22 12

q tb

(W/m2)Vậy:

,23

15113,

15812

42369,

830706

,23

0241,

19676

2

2 2

1

1 1

T

q K

tb tb

r D

17741472

,681

578,1208602

76398,

199642369

,830

112,1658160

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

K Q K

Q T

C T

K

Q K Q

K

Q T

T

T

C T

K

Q K Q

K

Q T

=+

∆+

=+

∆+

∆

=

∆

07645,

22

'

36328,

177476398

,1996

36328,

1774

214,23706,23

8414,24

'

36328,

177476398

,1996

76398,

1996

214,23706,23)

(

2

2

2 1 1

2 2

2 1

1 1

2 1

,

1

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

%5

%90,4

%100214

,23

214,2307645,

22

%5

%78,4

%100706

,23

706,238414,24

T K

Q F

∆

=

, m2 (ST2 – T46)Vậy:

)(38,8007645,

22.1472,681

578,1208602'

)(38,808414,24.42369,

830

112,1658160'

2 2

2

2 2

2 1

1

1 1

m T

K

Q F

m T

K

Q F

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nóng loại ống chùmngược chiều dùng hơi nước bão hòa ở 4at, hơi nước đi ngoài ống từ trênxuống, 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 độsôi của hỗn hợp đầu (tso = 106,83oC)

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 = 12000(kg/h)

+ tF : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = ts1 = 106,953 oC

+ Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu

=4,1585 > 2 Nên nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là:

∆

ttb =

)lg(

3,2

tc tđ

tc tđ

947,259,

= 57,5695 (0C)

+Hơi đốt: t1tb = 132,9 (0C)