“ 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 8550kgh chiều cao ống gia nhiệt h=2m

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.. Sơ đồ dây c

MỤC LỤC

Phần I PHẦN MỞ ĐẦU 5

I.Giới thiệu về KNO3: 5

II.Giới thiệu về cô đặc: 6

Phần 2 SƠ ĐỒ MÔ TẢ DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT 7 I Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều: 7

II Sơ đồ dây chuyền công nghệ: 8

Phần 3 TÍNH TOÁN 11 I Tính toán thiết bị chính 11

1 Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: 11

2 Tính sơ bộ lượng hơi thức bốc ra ở mỗi nồi: 11

3 Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi: 11

4 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống, ∆P 12

5 Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt trong mỗi nồi: 12

6 Nhiệt độ (t'i) và áp suất hơi thứ (P'i) ra khỏi từng nồi: 13

7 Tổn thất nhiệt độ do từng nồi: 14

8 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống 17

9 Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt Di, lượng hơi thứ Wi ở từng nồi 18

10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi: 23

11 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi 32

12 Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi: 33

13 So sánh ∆Ti* và ∆Ti tính được ban đầu theo giả thiết của phân bố ánh sáng 33

14 Bề mặt truyền nhiệt: (F) 34

II.Tính toán thiết bị phụ : 34

1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: 34

1.1.Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa 2 lưu thể : 35

1.2.Hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể : 35

1.3 Hệ số cấp nhiệt và nhiệt tải riêng về phía dung dịch: 36

1.4.Bề mặt truyền nhiệt: 38

1.5 Đường kính của thiết bị đun nóng: 38

1.6 Tính lại vận tốc và chia ngăn: 38

2 Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet: 39

3 Tính toán bơm chân không: 47

4 Tính bơm nhập liệu(chọn bơm ly tâm): 49

4.1 Công suất toàn phần do bơm tạo ra: 49

4.2.Trở lực ma sát: 50

5 Tính thùng cao vị 52

5.1 Các trở lực trong quá trình cấp liệu 52

5.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với cửa nạp dung dịch vào nồi cô đặc 58

III Tính toán cơ khí: 59

A Buồng đốt 59

1.Số ống trong buồng đốt: 59

2 Đường kính trong buồng đốt: 60

3 Chiều dày phòng đốt: 61

4 Chiều dày lưới đỡ ống 64

5 Chiều dày đáy nồi phòng đốt: 65

6 Tra bích để lắp đáy vào thân: 68

B Buồng bốc 68

1 Thể tích phòng bốc hơi: 68

2 Chiều cao phòng bốc hơi: 69

3 Chiều dày phòng bốc: 69

4 Chiều dày nắp buồng bốc 70

5 Tra bích để lắp nắp vào thân: 71

IV Một số chi tiết khác: 72

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

72

2 Tính và chọn tai treo: 75

2.1: Khối lượng đáy buồng đốt (m1): 76

2.2: Khối lượng thân buồng đốt (m2): 76

2.3: Khối lượng 4 bích nối đáy với than buồng đốt và nối than buồng đốt với phần nón cụt (m3): 76

2.4: Khối lượng 2 lưới đỡ ống (m4): 77

2.5: Khối lượng của ống truyền nhiệt (m5-): 77

2.6: Khối lượng phần nón cụt nối 2 thân (m6): 78

2.7: Khối lượng thân buồng bốc (m7): 78

2.8: Khối lượng nắp buồng bốc (m8): 79

2.9: Khối lượng 2 bích nối thân buồng bốc và nắp (m9): 79

3, Chọn kính quan sát: 82

4.Tính bề mặt lớp cách nhiệt: 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

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 vàthiết 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 8550kg/h Chiều cao ống gia nhiệt H=2m Các số liệu ban đầu:

Nồng độ đầu của dung dịch : 10%

Nồng độ cuối của dung dịch : 35%

Áp suất hơi nồi 1 : 4 at

Áp suất hơi ngưng tụ : 0,18 at

Trong quá trình thực hiện đồ án, em xin chân thành cảm ơn thầy giáohướng dẫn Nguyễn Văn Hoàn và thầy, cô giáo bộ môn quá trình đã hướngdẫn tận tình, giúp em hoàn thành đồ án này.Do kiến thức còn nhiều hạn chếnên không thể tránh được sai sót, kính mong được sự giúp đỡ của các thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viênHàn Duyên Dương

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 hóahọc 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 côđặc 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

8550 kg/h, từ nồng độ 10% đến 35%, 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 10% 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 8550 kg/h

Dung dịch được đưa vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu ( thiết bị loại ốngchùm ) Mục đích dung thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là để giảm chi phí hơiđốt và giảm thời gian gia nhiệt trong thiết bị cô đặc Tại đây dung dịch đượcnâng lên đến nhiệt độ sôi bằng hơi bão hòa được cung cấp từ ngoài vào Saukhi trao đổi nhiệt thì hơi ngưng tụ thành nước theo đường ống chảy vào thùngchứa, trên đường tháo nước ngưng có lắp bẫy hơi để không cho hơi theo nướcngưng ra ngoài

Dung dịch sau khi gia nhiệt đến trạng thái sôi thì đi vào nồi cô đặc I Hơiđốt 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 35% 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 được

bơm chân không hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ được ngưng tụ và dẫn vềống 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 nồisau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt củadung dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồicuối

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 bắtđầu 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 = 61072.05,1429=2979,0941 [kg/h]

W2 = 1.05.w1 = 3128,0488[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:

3476 , 15 0941 , 2979 8550

10

10

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 – 0.18= 3,82 (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:

.

j j

i i

a

a P P

Ta có:

0914 , 1 5 , 3

1 82 , 3

2 1

a P

Ứng với giá trị áp suất vừa tính được trên ta tìm được các nhiệt độ hơiđốt tương ứng như sau:

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:

Áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi (P'i); từ đó suy ra nhiệt lượng riêng (i'i)

và nhiệt hóa hơi (r'i) của hơi thứ Theo bảng I.251, [1-314]

t'1= 106,809oC t'2 = 58,4oC

P'1 = 1,316 at P'2 = 0,1893 at

i'1 = 2690,025.103 J/kg i'2 = 2604,646.103 J/kg

r'1 = 2242,1.103 J/kg r'2 = 2360,996.103 J/kg

2690,02

5 2242,1

15,3476

2 1,271

5

105,809

2688,503

2244,

71 0,1893 58,4

2604,646

a/ Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôicủa dung môi (∆'):

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:

T'i : Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho (nhiệt độhơi thứ ra khỏi mỗi nồi), [oK]

4 , 331 85

3 2 , 16

4954 , 1 10 1 , 2242

379809 43476

, 1 2 , 16

3

2 '

2

3

2 '

Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao:

[oC]

397 , 4 9013 , 2 4954 , 1

' 2 ' 1 '

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 độsôi của dung dịch ở trên mặt thoáng Thường tính toán ở khoảng giữa ốngtruyền nhiệt:

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 = 1.315 at

Po2 = 0,1893 at

h1: Chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặtthoáng của 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 1:

Nồi 1: x1 = 15,3476% → ρdds1 = 1099,3989 (kg/m3)

T1 =106,809oC Nồi 2: x2 = 35 % → ρdds2 = 1244,06(kg/m3)

T2 = 58,4oCVậy ta có:

3975 , 1 10

81 , 9 2

81 , 9 3989 , 1099 ) 2

2 5 , 0 ( 315 ,

81 , 9 0 , 1244 ) 2

2 5 , 0 ( 1893 ,

c/ Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống: (∆''')

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 '' '' ''   1  2  

d/ Tổng nhiệt độ tổn thất bằng:

  '  ''  ''  4 , 3967  10 , 5772  16 , 9667

[oC]

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

T T t s T t

= 142,9 – 106,809 – 1,4954– 1,835

=32,7606[oC]

2 2 2 2 2

si t

t  '   '   ''

Ta có:

1494 , 110 835 , 1 4954 , 1 809 , 106

'' 1

' 1

'' 2

' 2

9 Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt

D i , lượng hơi thứ W i ở từng nồi.

a Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng:

Giải thíchcác kí hiệu trong sơ đồ:

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

Gđ = 8550 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 ra

Nồi 1:

1 1 1 1

1 1 1

2 1 1 1 2

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 = 110,1394oC

Nhiệt dung riêng của nước ngưng – tra theo nhiệt độ nước ngưng

ở từng nồi – Bảng I.249 [1-311] , Ta có:

θ1 = 142,9oC→ Cnc1 = 4294,25 J/kg.độ

θ2 = 105,8088oC → Cnc2 = 4227,5514 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 = 10 %< 20% là dung dịch loãng

 C3 = 16800 J/kg.nguyên tử.độ

Vậy:

86 , 1013 101

16800 3 26000 26000

 Lượng nhiệt mang vào:

do dung dịch đầu :G C t d 0 s0

do hơi đốt: Di 1

 Lượng nhiệt mang ra:

do sản phẩm mang ra:G d  W C t 1 1 s1

% 210 , 1

% 100 0614

, 2979

| 140 , 3015 0914

, 2979

% 152 , 1

% 100 0488

, 3128

| 0029 , 3092 0488

, 3128

|

Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận được giả thiết phân phối hơithứ

Bảng số liệu 3

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

a Tính hệ số cấp nhiệt α1 khi ngưng tụ hơi

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi

1 là ∆t1i

- Với điều kiện làm việc của phòng đốt trung tâm thẳng đứng H =2m; hơi ngưng bên ngoài ống, máng nước ngưng chảy dòng, hệ số cấpnhiệt được tính theo công thức:V.101 [2-28] :

25 , 0 1

.(

04 , 2

H t

r A

i

i i

3 25

, 0 12

2 2

2 8 , 3

10 71 , 2244 (

78605 ,

180 04 , 2 )

.(

04 ,





H t

r A



= 597,6893 [W/m2.độ]

b Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:

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

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 = 110,1394 [oC]

ts2 = 70,0363 [oC]

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

Khối lượng riêng:

- Với nước: Tra bảng I.249 [1-311]

ρnc1 = 950,88987[kg/m3]

ρnc2 = 977,778[kg/m3]

Tại x1=15,3476%, ts1=110,1394oC →ρdd1=1050,6829 [kg/m3]

Tại x2=35%,ts2=70,033oC → ρdd2 = 1035,7 [kg/m3]

Nhiệt dung riêng:

- Của nước: Tra bảng I.249 [1-311]

M C

i i

dd dd dd dd

0313 , 0 18

153476 ,

0 1 101

1534756

,

3476 15 , 0

35 , 0 1 101

35 ,

0 101

35 , 0

1

5979 , 20

6829 , 1050

6829 1050 549 , 3543 10 58 ,

2675 , 25

87 , 892 751 , 3075 87 , 892

Tra bảng I.107 [ 1-100] và nội suy ta có :

31

20 30 30 110, 693

θ 94,5615 C 21,999 29,9999 29,9999 θ

 Nồi 1:

0,435 0,565 2

dd1 dd1 dd1 nc1 1

dd2 dd2 dd2 nc2 2

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

μ 10 N.s/m

nc 2

μ 10 N.s/m

Vậy giả thiết ∆t11=3,43, ∆t12 =3,8 ban đầu chấp nhận được.

r D

Lập tỷ số Qi/Ki:

3 1

1

1483,7209.10

1465, 4025 1012,5006

Q

3 2

2

1411,7961.10

1501,764 940,092

Q

Hiệu số nhiệt độ hữu ích:

i i

i i i i

K Q

K Q T T

/

/

Sai số này < 5% nên chấp nhận giả thiết phân phối áp suất

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

Nồi Ki , W/m2.độ Qi.10-3 , W Ti , oC T*i , oC Sai số ,

14 Bề mặt truyền nhiệt: (F)

Tính bề mặt truyền nhiệt theo phương thức bề mặt truyền nhiệt các nồibằng nhau

T K

Q F





Ta có:

3 1

Vậy, F1 = F2 = 45 m2

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:

2,3 lg 2,3 lg

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 :

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

2

P 0,021 Re P

P

r r

, 3,58 10

p C

μ là độ nhớt của dung dịch KNO3 13% ở 76,7889oC

20,149

p p

C C

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

R d

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 là phunnước lạnh vào trong hơi, hơi tỏa ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại Do