Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH

Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOHThiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOHThiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOHThiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOHThiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa: Công nghệ Hóa – Chuyên ngành Hóa Phân Tích

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hoàn

- Nồng độ đầu vào 10% khối lượng

- Nồng độ cuối 35% khối lượng

- Áp suất hơi đốt nồi 1 : 4 at

- Áp suất hơi ngưng tụ : 0,2 at

- Chiều cao ống gia nhiệt 2m

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnhhưởng đến nhiều ngành sản xuất khác Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụngnhiều 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 quan trọng Nóđưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiếtkiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàncưỡng bức cho dung dịch NaOH: năng suất 9520 kg/h, nồng độ đầu vào 10% KL, nồng độcuối 35% 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 sức quan trọng

Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học vềcác quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc quen dần với việc lựa chọn ,thiết kế ,tínhtoán các chi tiết của một thiết bị với các thông số cụ thể

Tuy nhiên, quá trình thiết bị là môn học rất khó mà kiến thức thực tế của sinh viên thìhạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót Vì vậy kính mong nhận được

sự đóng góp nhiệt tình của quý thầy, Cô và các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiệnhơn

Và cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô khoa Công NghệHóa, đặc biệt là Thầy Giáo Nguyễn Văn Hoàn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiệnthuận lợi cho chúng em làm đồ án

Xin chân thành cảm ơn!!!.

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

1 Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH)

1.2 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 sảnxuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động Ngoài ra, NaOH còn cótính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần phải dùngnước 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 dụng với dungdịch 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 NaCl bão hòavới các điện cực làm bằng graphit và có các màng ngăn giữa anot và catot ( màng ngănđược làm bằng amiăng hoặc vật liệu xốp khác ) :

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

- 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

2 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.

2.1 Giới thiệu chung về cô đặc.

Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành công nghiệp khácnói chung, thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứa chất tan không bay hơi Đểlàm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làm bay hơi một phần dung môi dựa trênnguyên 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 hóa chất, nó làmtăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu dung môi ở dạng nguyênchất 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 chấtlỏng, thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặcống tuần hoàn trung tâm…

Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị cô đặc phù hợpvới điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm như mong muốn,giảm tổnthất 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 suất chân không, ápsuất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ thống nhiềuthiết 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 cácquá 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 dầnlên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùngbay 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 giánđoạn hoặc liên tục Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêucầu 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 sốnhiệt 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 đặcnhiều nồi, nhưng cô đặc một nồi gây lãng phí nhiên liệu,hiệu quả kinh tế không cao chỉthích hợp trong quá trình sản xuất đơn giản,nên người ta thường 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 vào đun nồi thứ hai, hơi thứnồi hai đưa vào đun nồi ba hơi thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ Còn dung dịch đivào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tănglên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơiđốt và dung dịch 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 nồi trước là hơiđốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suấtthấp 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

- Dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi

mà không cần dùng bơm

- Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau do đó dung dịch đi vào mỗi nồi đều có nhiệt

độ cao hơn nhiệt độ sôi của nồi đó ( trừ nồi đầu), kết quả là dung dịch sẽ nguội đi và lượngnhiệt này sẽ làm bốc hơi đi một lượng dung môi ( quá trình tự bốc hơi )

 Nhược điểm :

- Dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nồi sau, do đó cần phảitốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịchtrước 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 Gđ = 9520 (kg/h)

- Nồng độ đầu xđ = 10% khối lượng

- Nồng độ cuối xc = 35% khối lượng

- Áp suất hơi đốt P1 = 4at

- Áp suất hơi ngưng tụ Png = 0,2at

- Chiều cao ống gia nhiệt H = 2m

x

1

Trong đó :

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

10 0

1 =6800 (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 = W2 W1 = 3400 (kg/h)

W=W1+W2=6800 W2 = 3400 (kg/h)

2.3 Nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi

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

(%)

 Nồi 1:

1 1

W G

x G x đ

đ đ





3400 9520

10 , 0 9520

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:

1 1 2

2

2,01

2,011

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 : 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 lựchọc trên ống dẫn gây ra

Do đó :

- Nhiệt độ của hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ của hơi thứ nồi trước trừ đi 10 C

- Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối cùng bằng nhiệt độ hơi ngưng tụ của thiết bị baromet cộngthêm 10C

Gọi :

- 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

Theo công thức : ,Ta có :

3.5 Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi

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

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

Tra bảng (VI.2 ─ ST2 – T67) :

 Nồi 1: x1  15,56%  ,o1  5,35  C

 Nồi 2: x  35 %   ,o  22 C

1 2

Δ’ 1 =16,2.5,35

2

0 3

7 , 333



 Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ của cả hệ thống là:

Δ’= Δ’ 1 + Δ ’ 2 = 5,7206 + 16,85 = 22,5706 oC

3.5.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh:

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 suấtthủy tĩnh của cột chất lỏng

- Áp dụng công thức (VI.13 ─ST2─T60):

) ( 10 81 , 9

).

2

h P

o tb

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

nhiệt độ do đường ống là 1oC

Vậy:      ,  1  1  2 C

2 , 1 ,

 tổng tổn thất nhiệt độ là:

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

, 2

, 2 2

,, 1

, 1

, 1 1

t t

s s

110,95 5, 7206 1, 7536 118, 4242

60, 7 16,85 8,9782 86,5282

s s

s s

2 16,85 8,516 1 23,4218 82,236

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:

D.i W1 i1 W1 i2 W2 i3

Qm1 Qm2

(Gd-W1-W2)Cn2 ts2

Gd tso Cd (Gd - W1 )C1 ts1

D.Cn1 1 W1 Cp2 2

Trong đó :

- D:Lượng hơi đốt vào kg/h

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

-  1 ,  2: 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

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:

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

 Nồi 1 :

) (

05 , 0

) (

.

.

) (

.

1 1 1

1 1

1 1 1

1 0 1

1 1

1 1

1 1 1

1 1







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

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 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

Kết hợp pt (1),(2),(3) ta được:

1 1 3 2 2 2

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

0 1

1 1

1 1 1



Cn i

t C t C G t

C i W

C C

 Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi

Tra theo bảng (I.249─ST1 – T310)

1 = 142,9 oC  Cn1 = 4294,25 (J/kg độ)

2 = 109,95 oC  Cn2 = 4232,935 (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 x d = 10%

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- 0,10) = 3767,4 (J/kg độ)

 Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x 1 = 15,56%

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,1556) = 3534,6584 (J/kg độ)

 Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ xc = 35 %

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

C2 = 16800 J/kg.nguyên tử độ C3 = 9630 J/kg.nguyên tử độ

Vậy :

75 , 1310 40

9630 16800

Thay các kết quả ta đã tính toán được vào pt (4) và pt (5) ta được kết quả sau :

Ta có bảng số liệu như sau:

Bảng 3

Nồi C

J/kg độ

CnJ/kg độ , C

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W1 : W2 = 1: 1,0201

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

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

1  2i;  2i

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi 1 và nồi 2 là :

25 , 0 1

) (

04 , 2

H t

r A i

-  1i: hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i W/m2 độ

-  1i: hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi ngưngcủa nồi I, o C

Giả thiết: 11

12

1.971.57

Ti i i

t t t

t t t

i i

2 11

q1  1. 1 W/m2 q1i : nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ của nồi i , W/m2

4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi  2i ,W/m 2 độ

Ta xác định hệ số này theo công thức:

(CT QTTB1 – T332)

i i i

- Tra bảng ( VI.6 ─ ST2 – T80 ) ta chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là

565 , 0

: Hệ số dẫn nhiệt, W/m độ.

 :Khối lượng riêng, kg/m3

C : Nhiệt dung riêng, J/kg độ

4.3.1 Khối lượng riêng

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

1

3 2

944,3448 / 967,5913 /

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

(I.32 ─ ST1 – T123 )

3

.

M C

ddi ddi ddi





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 = 15,56 % khối lượng









 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)

Từ đó ta có :

 µs1=2,738.103 (N.s/m2) = 2.738 (Cp)

 Nồi 2: (tương tự như nồi 1)

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

- Chọn t1= 800C, ta có µ1= 1,84.103 (N.s/m2)  θ1= -1,3620C

- Chọn t2= 600C, ta có µ2= 2,35.103 (N.s/m2)  θ2= - 9,147540C

dd dd

Cp Cp

2 33 , 2 22 5 , 0 2

22 45 , 3  .

2,3345,3 0,2111.10,6262 0,3106 1592,225



4.4.Nhiệt tải riêng về phía dung dịch

21 21

.100% 0, 6743% 5% 17034,16551

Vậy giả thiết  11 ,  21 được chấp nhận

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi

Áp dụng công thức:

i

tbi T

q K



 N/m2 độTrong đó:

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

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

1 2 2

T q K

3600

. i

i i r D

2088948,889

2882, 000 724,8261

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

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

K Q K

Q T

T, .

oC

Vậy:

2694,0794 2882,000 ' 24,756

Q K

1 866,3988 2334147,176 24,4758 23,1417 4,45

2 724,8261 2088948,889 23,4218 24,756 4,69

8 Tính bề mặt truyền nhiệt (F)

Tính bề mặt truyền nhiệt theo phương thức bề mặt truyền nhiệt giữa các nồi bằngnhau:

, I

I

I I

T K

Q F



 , m2 (ST2 – T46)Vậy:

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 dùnghơi nước bão hòa ở 4at, hơi nước đi ngoài ống từ trên xuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trongống 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 hỗnhợp đầu (tso = 118,4242oC)

Chọn loại ống thép CT3 đường kính d =38 2mm,l =2 m với khản năng chịu ăn mòncủa dung dịch NaOH có nồng độ 35% với nhiệt độ không quá 120.0C

1.1.Nhiệt lượng trao đổi

Q=G.Cp.(tc – tđ)(W)

Trong đó:

G: Lưu lượng hỗn hợp đầu G= 9250 kg/h

Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp Cp=C0 = 3767,4 J/kg.độ

tc: Nhiệt độ cuối của dung dịch, tc= tso= 118,4242 oC

tđ: Nhiệt độ đầu của dung dịch, lấy bằng nhiệt độ môi trường, tđ= 25oC

Thay số vào ta có nhiệt lượng trao đổi của dung dịch là:

1.3.Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể

1.3.1 Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ

25 , 0 1

.(

04 , 2

H t

r A

∆t1: Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt

H: Chiều cao ống truyền nhiệt, H=2 m

A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng

1.3.2.Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ

Pr Re

t k



Mà Nu= 0,8 0,43 )0,25

Pr

Pr (

Pr Re 021 , 0

t k

Tra bảng I.107/ST1-T101 ta có độ nhớt của dung dịch μ = 0,7.10-3(N.s/m2)

Tra bảng I.23/ST1-T35 khối lượng riêng của hỗn hợp ở ttb là ρ=1073,397 (kg/m3)

Nồi 1: x = 15,56 % khối lượng

=>tt2 = tt1 – Δtt = 142,9- 26,883=116,017 0C

Δt2 =t t2 - t2tb= 116,017 –83,409= 32,608 0C

Cpt: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp, Cpt =C1 = 3534,6584 J/kg.độ

μt: Độ nhớt của hỗn hợp tra bảng I.107/ST1-T101 ta có μt = 0,5377 Ns/m2

0,5373534,6584 7.10

3,7310,50 3

P

9r