Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức

NỘI DUNG ĐỀ BÀI:Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức, cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 8550 kgh.Chiều cao ống gia nhiệt: 2 mNồng độ đầu vào của dung dịch: 12%Nồng độ cuối của dung dịch: 35%Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 atÁp suất hơi ngưng tụ: 0,2 at

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên : Lê Trạc Sáng

Lớp : ĐH CNH2-K7

Khoa : Công Nghệ Hóa

GVHD : Nguyễn Văn Hoàn

NỘI DUNG ĐỀ BÀI:

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức, cô đặc dungdịch NaOH với năng suất 8550 kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 2 m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 12%

Nồng độ cuối của dung dịch: 35%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2 at

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 1 SVTH: Lê Trạc Sáng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN



………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2010 Người nhận xét MỤC LỤ GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 2 SVTH: Lê Trạc Sáng

LỜI MỞ ĐẦU 6

1 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ CÔ ĐẶC: 8

2 CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI: 8

3 GIỚI THIỆU VỀ DUNG DỊCH NAOH: 9

4 SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT : 10

4.1 Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng

Trong sơ đồ gồm những thiết bị chính sau 10

4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống 12

1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU : 14

2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU :14

2.1 Xác định lượng nước hơi thứ bố ra từ toàn bộ hệ thống và trong từng nồi: 14

2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi 14

3 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 15

3.1 XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ TRONG MỖI NỒI: 15

3.2 Xác định tổn thất nhiệt độ 17

3.3 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi 20

3.4 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: 21

4 TÍNH HỆ SỐ CẤP NHIỆT , NHIỆT LƯỢNG TRUNG BÌNH TỪNG NỒI: 25

4.1 Tính hệ số cấp nhiệt α khi ngưng tụ hơi. 25

4.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: 27

4.3 Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi α2i W/m 2 độ:

27

4.4 Nhiệt tải riêng về phía dung dịch : 32

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 3 SVTH: Lê Trạc Sáng

4.5 So sánh q 2i và q 1i : 32

5 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CHO TỪNG NỒI 32

6 HIỆU SỐ NHIỆT ĐỘ HỮU ÍCH 34

6.1 Xác định tỷ số sau : 34

6.2 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi : 34

7 SO SÁNH TI', TI TÍNH ĐƯỢC THEO GIẢ THIẾT PHÂN PHỐI ÁP SUẤT

34

8 TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT (F) 35

1 GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU : 36

1.1 Nhiệt lượng trao đổi :( Q) 36

1.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích: 37

3.1 Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra: 52

3.2 Năng suất trên trục bơm: 56

3.3 Công suất động cơ điện: 56

4 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET:57

4.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ: 59

4.2 Đường kính thiết bị 59

4.3 Kính thước tấm ngăn: 60

4.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 61

4.5 Các kích thước của ống baroomet: 61

4.6 Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị: 63

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 4 SVTH: Lê Trạc Sáng

4.7 Tính toán bơm chân không: 64

1.1 Xác định số ống trong buồng đốt: 67

1.2 Đường kính của buồng đốt : 68

1.3 Chiều dày buồng đốt : 68

1.4 Chiều dày lưới đỡ ống 71

1.5 Chiều dày đáy buồng đốt : 73

1.6.Tra bích để lắp đáy vào thân buồng đốt : 76

2.1 Thể tích buồng bốc hơi : 76

2.2 Chiều cao buồng bốc : 76

2.3 Chiều dày buồng bốc: 78

2.4 Chọn chiều dày nắp buồng bốc ( như đáy buồng đốt ): 79

2.5 Tra bích để lắp thân buồng bốc 81

3 TÍNH TOÁN MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC 82

3.1 Tính đường kính các ống nối dẫn hơi , dung dịch vào, ra thiết bị :

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 5 SVTH: Lê Trạc Sáng

LỜI MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá chất là thiết kế mộtthiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viênkhoa Công nghệ Hoá học trường Đại học Công nghiệp Hà Nội được nhận đồ

án môn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá học” Việc thực hiện đồ án

là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễnsau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quátrình và thiết bị Công nghệ Hoá học” Trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiếnthức của một số môn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kếmột thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạntrong các quá trình công nghệ Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinhviên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng đúng nhữngkiến thức, quy định trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bàybản thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệthống

Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệ thống

cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức với dung dịch NaOH, năngsuất 8550 kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 12%, nồng độ sản phẩm 35%

Đồ án môn học trình bày gồm các phần sau:

Phần 1: Giới thiệu chung

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 Nguyễn Văn Hoàn đã hướng dẫn em

hoàn thành đồ án này

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 6 SVTH: Lê Trạc Sáng

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG

Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành công nghiệpkhác nói chung thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứa chất tankhông bay hơi, để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làm bay hơimột phần dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi, phươngpháp này gọi là phương pháp cô đặc

Cô đặc là một phương pháp quan trọng trong công nghiệp sản xuất hóa chất,

nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu dungmôi ở dạng nguyên chất dung dịch được chuyển đi không mất nhiều công sức

mà vẫn đảm bảo được yêu cầu thiết bị dung 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 đặcphòng đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuầnhoàn 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 sảnphẩm 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 sôirất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi Tuynhiên, tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ( hay không bay hơi trong quátrình đó) mà ta có thể tách một phần dung môi (hay cấu tử khó bay hơi) bằngphương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh

- Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng) dung môichuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi dung dịch sôi Để cô đặc cácdung dịch không chịu được nhiệt độ ( như dung dịch đường) đòi hỏi cô đặc ởnhiệt 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 mộtcấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết – thường là kết tinhdung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất làkết tinh dung môi, và điều kiện bên ngoài tác dụng lên dung dịch mà quá trìnhkết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và có khi phải dùng đến máylạnh

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 7 SVTH: Lê Trạc Sáng

1 Phân loại thiết bị cô đặc:

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

- Theo nguyên lý làm việc: Có 2 loại thiết bị cô đặc làm việc theo chu kỳ vàlàm 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 cócông 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 bên ngoài cácống, 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: Độnhớt 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

2 Cô đặc nhiều nồi:

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ýnghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 8 SVTH: Lê Trạc Sáng

Ngưyên 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 vàođun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,…hơi thứ ởnồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọsang 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 giữahơi đốt và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phảigiảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau Thông thường thì nồiđầu làm việc ở áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khíquyển (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 nhưng khônggiảm theo tỉ lệ bậc 1 mà từ nồi 1 lên nồi 2 giảm 50%, còn từ nồi 4 lên nồi 5giảm 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 bềmặt đun nóng của các nồi sẽ tăng

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

3 Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH).

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

318 o C Nhiệt độ sôi 1338 o C Hấp thụ nhanh CO 2 và nước của không khí, chảy rữa và biến thành Na 2 CO 3

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

3.2 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

b.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 + Na 2 CO 3  2NaOH + CaCO 3

Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa với các điện cực làm bằng graphit và có các màng

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 10 SVTH: Lê Trạc Sáng

ngăn giữa anot và catot (màng ngăn được làm bằng amiăng hoặc vật liệu xốp khác).

2NaCl + 2H 2 O dòng điện

Cl 2 + H 2 + 2NaOH 3.4 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.

4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất :

4.1 Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức.

Trong sơ đồ gồm những thiết bị chính sau

2 nồi cô đặc thuộc loại thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức

Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

Thiết bị ngưng tụ

Bơm hút chân không

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 11 SVTH: Lê Trạc Sáng

4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống

Dung dich đầu NaOH chứa trong thùng (1) được bơm (2) đưa vào thùng cao

vị (3) từ thùng chứa thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn địnhmức chất lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị traođổi nhiệt (5) (thiết bị ống chùm) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đunnóng 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 dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đunnóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt đượcđưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí không ngưng đượcđưa qua của tháo khí không ngưng.Nước nưng được đưa ra khỏi phòng đốtbằng của tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốcgọi là hơi thứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên vàđược dẫn sang buong đốt của thiết bị (7) Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyểnqua nồi thứ (7) do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồisau < áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đódung dịch đi vào nồi thứ (7) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dungGVHD: Nguyễn Văn Hoàn 12 SVTH: Lê Trạc Sáng

dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nướcgọi là quá trình tự bốc hơi Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vàothùng 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 hời thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảyqua ống 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 chảyvào thùng chứa nước ngưng.

Hệ thống cô đặc xuôi chiều ( hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau từnồi 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 nhờ

sự chênh lệch áp suất giữa các nồi Nhiệt độ sôi của nồi trước sang nồi sau ,

do đó , dung dịch đi vào mỗi nồi ( trừ nồi 1 ) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độsôi , kết quả là dung dịch đi vào sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt sẽ bốc hơithêm một lượng hơi nước gọi là quá trình tự bốc hơi.Nhưng khi dung dịch vòanồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch , thì cần phải đunnongd dung dịch , do đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt Vì vậy , khi cô đặcxuôi chiều , dung dịch trước khi vào nồi nấu cần được đun nóng sơ bộ bằnghơi phụ hoặc nước ngưng tụ

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 13 SVTH: Lê Trạc Sáng

1 Số liệu ban đầu :

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức, cô đặc dungdịch NaOH với năng suất 8550 kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 2m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 12%

Nồng độ cuối của dung dịch: 35%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2at

2 Tính cân bằng vật liệu :

2.1 Xác định lượng nước hơi thứ bố ra từ toàn bộ hệ thống và trong từng nồi:

2.1.1 Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống:

2.1.2 Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi :

W1 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1

W2 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2

Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:

W1 : W2 = 1 : 1

Mà ta có: W1 + W2 = 5618,571 kg/h

⟹ W1 = 2089,29 kg/h

W2 = 2089,29 kg/h

2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi

x1:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1

x2:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 2

Áp dụng công thức :

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 14 SVTH: Lê Trạc Sáng

PHẦN III

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 15 SVTH: Lê Trạc Sáng

3 Tính cân bằng nhiệt lượng

3.1 Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi:

3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi

- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là:

3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.

NX: Khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết

bị ngưng tụ thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là ΔP,,=1÷1,5 ,và khi đó nó sẽ trởthành hơi đốt cho nồi 2:

T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho, ° K

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 17 SVTH: Lê Trạc Sáng

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

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)

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 18 SVTH: Lê Trạc Sáng

h2 : chiều cao của ống truyền nhiệt (m)

ρdds : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3 ) Lấy gần đúng bằng

Như đã nói ở trên ta chọn tổn thất nhiệt độ do đường ống là :1,2oC

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 19 SVTH: Lê Trạc Sáng

Vậy: △”’ = 1,2 + 1,2 = 2,4 oC

Tổng tổn thất nhiệt độ là:

∑ ΔP= △’ + △” + △”’ = 24,2 + 10,529 + 2,4 = 37,129oC

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

3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định

ΔPthi= ΔPtch− ∑ ΔP (CT VI.16/ST2 –T67)

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

ngưng ở thiết bị ngưng tụ

Qm1 Qm2

(Gd-W1-W2)CD.i

D θ1 Cn1 (Gd-W1)C1ts1 W1Cn1 θ2

D:Lượng hơi đốt vào kg/h

i,i1,i2 :hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ J/kg

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

Cd, C1,Cn1,Cn2,C2: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ,cuối và nước ngưng

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

* Nhiệt lượng vào gồm có:

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

Nhiệt do dung dịch mang vào : G

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

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

* 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

* Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

Để giảm lượng hơi đốt tiêu tốn, người ta gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nhiệt độcàng cao càng tốt vì quá trình này có thể tận dụng nhiệt lượng thừa của cácquá trình sản xuất khác.

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

- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 12%

Áp dụng công thức I.41 /ST1 – T152(x<20%) ta có:

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,12) = 3683,68 (J/kg độ)

- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 17,8723 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

+ Sai số :

ɛ1= (2809,29+2775,59)/22809,29−2775,59 100= 1,107 %

ɛ2= (2842,98+2809,29)/22842,98−2809,29 100= 1,192 %+ Tỷ lệ phân phối hơi thứ là

T1

T1

tT1

t0tT2

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

Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trongcân 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.

α=2 , 04 A ( r i

ΔPt 1i H )

0 ,25

W/m2 độTrong đó:

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

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 25 SVTH: Lê Trạc Sáng

ΔP1i : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với

hơi ngưng của nồi I ( o C )

ΔPt2i : hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi.

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 27 SVTH: Lê Trạc Sáng

Trong đó:

λ : hệ số dẫn nhiệt , W/m độ

ρ :khối lượng riêng , kg/m3

C: nhiệt dung riêng , J/kg độ

μ : độ nhớt , Cp

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

ts1 = 120,223 oC x1 = 17,8723 %

ts2 = 86,64 oC x2 = 35%

4.3.1 Khối lượng riêng :

- Khối lượng riêng của nước: tra bảng (I.249/ST1 – T311)

4.3.2 Nhiệt dung riêng :

- Nhiệt dung riêng của nước :tra bảng ( I.249 /ST1 – T 311 )

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 = 17,8723 % khối lượng

40+

65 18

- Độ nhớt của nước tra bảng ;(I.104/ST1 – 96) và (I.102/ST1 – 95)

Vậy giả thiết ΔP11, ΔP21 được chấp nhận.

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi

Áp dụng công thức:

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 32 SVTH: Lê Trạc Sáng

K= qtbiΔPTi N/m2 độTrong đó:

qtbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi (W/m2 )

ΔPTi :Hiệu số nhiệt độ hữu ích của từng nồi ( oC ) (xem bảng 2)

6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích

NX: Sai số này nhỏ hơn 5% ,vậy phân phối áp suất như trên là hợp lý

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 34 SVTH: Lê Trạc Sáng

Vậy thì lấy Fchuẩn bằng 80 (m2 ).

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 35 SVTH: Lê Trạc Sáng

PHẦN IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

1 Gia nhiệt hỗn hợp đầu :

- Giả thiết sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại ống chùm bằngtác nhân tải nhiệt là hơi nước bão hoà

- Do kết cấu của thiết bị trao đổi nhiệt, nên lưu thể sạch (không tạo racặn bẩn trên bề mặt truyền nhiệt, làm giảm hệ số dẫn nhiệt) người ta cho đikhoảng không gia ngoài ống, còn lưu thể nào tạo ra cặn bẩn trong quá trìnhlàm việc thì cho đi qua ống Ngoài ra lưu thể nào có công suất lớn người tacũng cho đi trong ống, vì ống chịu được áp suất lớn hơn vỏ

- Giả thiết ta cho hơi nước bão hoà đi khoảng không gian ngoài ống.Hỗn hợp cho đi trong ống

1.1 Nhiệt lượng trao đổi :( Q)

Q = F.Cp.(tF – tf) WTrong đó : + F: lưu lượng hỗn hợp đầu ,F = 8550(kg/h)

+ tF : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = ts1 = 120,223 oC

+ Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu

Δ tđ = 142,9 – 25 = 117,9 (0C)

Δ tc = 142,9 – 120,233 = 22,677 (0 C)

+Do

ΔPtđ ΔPtc =

117,9 22,677 =5,2 > 2

Nên nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là:

+Hơi đốt: t1tb = 142,9 (0C)

+Phía hỗn hợp: t2tb = thđ− ΔPttb= 142,9 – 57,83 = 85,07(0C)

a) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể

+Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :

α1 = 2,04.A.(

r ΔPt1.H )0,25Trong đó : +r : ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòatra bảng I.250-ST1/312: t1= 142,9 oC r = 2141.103 (J/Kg)

+Δt1 :Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt vànhiệt độ thành ống truyền nhiệt

+ H : Chiều cao ống truyền nhiệt H = 2(m)+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

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 37 SVTH: Lê Trạc Sáng

+ Tra bảng (I 107- ST1/101)ta có độ nhớt dung dịch: µ = 0,753.10-3Ns/m2

+ Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp λ=A.Cp ρ

3

- Tra bảng I.21-ST1/37 ρ : khối lượng riêng của hỗn hợp ở ttb

ρ =1095,0552 kg/m3

- M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng ( hỗn hợp của chúng ta là NaOH và

H2O ) nên : M = 40.a +(1- a)18

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 38 SVTH: Lê Trạc Sáng

x = 17,8723 % khối lượng nên:

Trong đó : tt 2 : Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp

∑rt : Tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt

Ống dẫn nhiệt làm bằng làm thép CT3 có chiều dày δ = 2 (mm) nên: λ = 46,4(W/m độ)  ∑rt =0,662.10-3 m2 độ/W (đã tính ở trên)

+ Cpt : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở tt 2

Trong đó : Nhiệt lượng trao đổi : Q = (W)

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 40 SVTH: Lê Trạc Sáng