thiết kế thiết bị cô đặc KNO3

dông ®óng nh÷ng kiÕn thøc, quy ®Þnh trong thiÕt kÕ, tù n©ng cao kü n¨ng vËn dông, tÝnh to¸n, tr×nh bµy néi dung b¶n thiÕt kÕ theo v¨n phong khoa häc vµ nh×n nhËn vÊn ®Ò mét c¸ch cã hÖ thèng qua ®ã gióp sinh viªn cã kÜ n¨ng tèt h¬n trong c«ng viÖc. Trong ®å ¸n nµy, nhiÖm vô cÇn hoµn thµnh lµ thiÕt kÕ hÖ thèng c« ®Æc 3 nåi xu«i chiÒu lo¹i tuÇn hoµn ë t©m lµm viÖc liªn tôc víi dung dÞch KNO3, n¨ng suÊt 12000 kgh, nång ®é dung dÞch ®Çu 8%, nång ®é s¶n phÈm 30%. Qu¸ tr×nh c« ®Æc: Qu¸ tr×nh c« ®Æc lµ qu¸ tr×nh lµm t¨ng nång ®é cña chÊt hßa tan (kh«ng hoÆc khã bay h¬i) trong dung m«i bay h¬i. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh c« ®Æc lµ dung m«i ®­îc t¸ch khái dung dÞch ë d¹ng h¬i, cßn chÊt hßa tan trong dung dÞch kh«ng bay h¬i, do ®ã nång ®é cña chÊt tan sÏ t¨ng dÇn lªn; kh¸c víi qu¸ tr×nh ch­ng cÊt, trong qu¸ tr×nh ch­ng cÊt cÊu tö trong dông ®óng nh÷ng kiÕn thøc, quy ®Þnh trong thiÕt kÕ, tù n©ng cao kü n¨ng vËn dông, tÝnh to¸n, tr×nh bµy néi dung b¶n thiÕt kÕ theo v¨n phong khoa häc vµ nh×n nhËn vÊn ®Ò mét c¸ch cã hÖ thèng qua ®ã gióp sinh viªn cã kÜ n¨ng tèt h¬n trong c«ng viÖc. Trong ®å ¸n nµy, nhiÖm vô cÇn hoµn thµnh lµ thiÕt kÕ hÖ thèng c« ®Æc 3 nåi xu«i chiÒu lo¹i tuÇn hoµn ë t©m lµm viÖc liªn tôc víi dung dÞch KNO3, n¨ng suÊt 12000 kgh, nång ®é dung dÞch ®Çu 8%, nång ®é s¶n phÈm 30%. Qu¸ tr×nh c« ®Æc: Qu¸ tr×nh c« ®Æc lµ qu¸ tr×nh lµm t¨ng nång ®é cña chÊt hßa tan (kh«ng hoÆc khã bay h¬i) trong dung m«i bay h¬i. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh c« ®Æc lµ dung m«i ®­îc t¸ch khái dung dÞch ë d¹ng h¬i, cßn chÊt hßa tan trong dung dÞch kh«ng bay h¬i, do ®ã nång ®é cña chÊt tan sÏ t¨ng dÇn lªn; kh¸c víi qu¸ tr×nh ch­ng cÊt, trong qu¸ tr×nh ch­ng cÊt cÊu tö trong

mục lục

i phần mở đầu 4

ii sơ đồ công nghệ 6

II.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất: 6

II.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất: 7

iii tính toán thiết bị chính 9

III.1 Tổng lợng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: 9

III.2 Lợng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi: 9

III.3 Nồng độ dung dịch trong mỗi nồi: 9

III.4 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống: 10

III.5 Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi: 10

III.6 Tính nhiệt độ, áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi: 11

III.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi: 12

III.7.1 Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao '' i  : 12

III.7.2 Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ' i  : 14

III.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích: 15

III.8.1 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống: 15

III.8.2 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi: 15

III.9 Tính lợng hơi đốt Di; lợng hơi thứ Wi: 16

III.9.1 Sơ đồ cân bằng vật chất và nhiệt lợng: 16

III.9.2 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch KNO3: 17

III.9.3 Các thông số của nớc ngng: 18

III.9.4 Giải hệ phơng trình cân bằng nhiệt lợng: 18

III.9.5 Xác định lại tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa các nồi trong hệ: 20

III.10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lợng trung bình từng nồi: .20

III.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt 1 khi ngng tụ hơi: 20

III.10.2 Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngng tụ: 22

III.10.3 Tính hệ số cấp nhiệt 2i từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi: 22

III.10.4 Nhiệt tải riêng về phía dung dịch: 29

III.10.5 So sánh q1i và q2i: 29

III.11 Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi và lợng nhiệt tiêu tốn: 30

III.11.1 Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi: 30

III.11.2 Lợng nhiệt tiêu tốn: 30

III.12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi: 31

III.12.1 Lập tỷ số cho từng nồi: 31

III.12.2 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi: 31

III.13 So sánh * i t  và ti 32

III.14 Tính bề mặt truyền nhiệt F: 32

iv tính thiết bị phụ 34

IV.1 Tính thiết bị ngng tụ barômet: 34

IV.1.1 Hệ thống thiết bị 34

IV.1.2 Tính toán hệ thiết bị ngng tụ: 34

IV.1.2.1 Tính lợng nớc lạnh Gn cần thiết để ngng tụ: 34

IV.1.2.2 Tính đờng kính trong D của thiết bị ngng tụ: 36

IV.1.2.3 Tính kích thớc tấm ngăn: 36

IV.1.2.4 Tính chiều cao thiết bị ngng tụ: 37

IV.1.2.5 Tính kích thớc ống barômet: 38

IV.1.2.6 Tính lợng hơi và khí không ngng: 40

IV.2 Tính toán bơm chân không: 41

v tính toán cơ khí 42

V.1 Buồng đốt: 42

V.1.1 Xác định số ống trong buồng đốt: 42

V.1.2 Xác định đờng kính trong buồng đốt: 43

V.1.3 Xác định chiều dày buồng đốt: 43

V.1.4 Tính chiều dày lới đỡ ống: 46

V.1.5 Xác định chiều dày đáy phòng đốt: 47

V.1.6 Tra bích để lắp đáy và thân, số bulông cần thiết để lắp ghép bích đáy: 49

V.2 Buồng bốc hơi: 50

V.2.1 Thể tích phòng bốc hơi: 50

V.2.2 Tính chiều cao phòng bốc hơi: 50

V.2.3 Tính chiều dày phòng bốc hơi: 51

V.2.4 Tính chiều dày nắp buồng bốc: 52

V.2.5 Tra bích để lắp nắp và thân buồng bốc: 53

V.3 Tính một số chi tiết khác: 54

V.3.1 Tính đờng kính ống nối dẫn hơi và dung dịch vào và ra thiết bị: 54

V.3.1.1 ống dẫn hơi đốt vào: 54

V.3.1.2 ống dẫn dung dịch vào: 55

V.3.1.3 ống dẫn hơi thứ ra: 55

V.3.1.4 ống dẫn dung dịch ra: 56

V.3.1.5 ống tháo nớc ngng: 57

V.3.2 Tính và chọn tai treo: 58

V.3.3 Chọn kính quan sát: 62

V.3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt: 62

VI kết luận 64

VII tài liệu tham khảo 66

i phần mở đầu

Để bớc đầu làm quen với công việc của một kỹ s công nghệhóa chất là thiết kế thiết bị, một hệ thống thiết bị phục vụ mộtnhiệm vụ kỹ thuật trong sản xuất, sinh viên khoa CNHH nói chung

và lớp QTTB nói riêng đợc giao nhiệm vụ làm đồ án tập thiết kếmột hệ thống trong công nghệ hóa Việc làm đồ án là một côngviệc tốt giúp cho mỗi sinh viên từng bớc tiếp cận tốt với thực tiễnsau khi đã hoàn thành khối lợng kiến thức của giáo trình “Các quátrình & thiết bị trong CNHH và thực phẩm” Trên cơ sở lợng kiếnthức đó cùng các kiến thức của các môn khác nh vẽ kỹ thuật, kỹthuật công trình ., mỗi sinh viên có nhiệm vụ thiết kế một hệthống thiết bị để thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạntrong các quá trình công nghệ Qua việc làm đồ án, mỗi sinh viênbiết dùng tài liệu tham khảo trong tra cứu; vận dụng đúng nhữngkiến thức, quy định trong thiết kế, tự nâng cao kỹ năng vậndụng, tính toán, trình bày nội dung bản thiết kế theo văn phongkhoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống qua đógiúp sinh viên có kĩ năng tốt hơn trong công việc

Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hoàn thành là thiết kế hệthống cô đặc 3 nồi xuôi chiều loại tuần hoàn ở tâm làm việc liêntục với dung dịch KNO3, năng suất 12000 kg/h, nồng độ dung dịch

đầu 8%, nồng độ sản phẩm 30%

Quá trình cô đặc:

Quá trình cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chấthòa tan (không hoặc khó bay hơi) trong dung môi bay hơi Đặc

điểm của quá trình cô đặc là dung môi đợc tách khỏi dung dịch

ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do

đó nồng độ của chất tan sẽ tăng dần lên; khác với quá trình chngcất, trong quá trình chng cất cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơichỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp Hơi của dung môi đợctách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi phụ, hơi phụ ở nhiệt

độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùnghơi phụ để đun nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì

ta gọi hơi đó là hơi thứ

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ hay hơi đốt,

do đó có ý nghĩa về sử dụng nhiệt Nguyên tắc của cô đặcnhiều nồi: nồi đầu dung dịch đợc đun nóng bằng hơi đốt, hơibốc lên ở nồi này đợc đa vào nồi thứ 2, hơi thứ của nồi thứ 2 đợc

đa vào nồi thứ 3, hơi thứ ở nồi cuối cùng đợc đa vào thiết bịngng tụ Dung dịch đi vào lần lợt từ nồi trớc sang nồi sau, qua mỗinồi nồng độ của dung dịch tăng dần lên do dung môi bốc hơi mộtphần Hệ thống cô đặc xuôi chiều đợc sử dụng khá phổ biến

Ưu điểm hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều:

- Dung dịch tự di chuyển từ nồi trớc sang nồi sau nhờ chênh lệch

áp suất giữa các nồi do đó không cần bơm để bơm dung dịch

- Nhiệt độ của nồi trớc lớn hơn nồi sau do đó dung dịch đi vàomỗi nồi đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dungdịch sẽ đợc làm lạnh đi và bốc hơi thêm một lợng hơi nớc gọi là quátrình tự bốc hơi

- Tận dụng đợc lợng nhiệt của hơi thứ nồi trớc làm hơi đốt cho nốisau

Nhợc điểm của hệ thống:

- Nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau giảm dần, nhng nồng độcủa dung dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm

đi từ nồi đầu đến nồi cuối

Một số tính chất và ứng dụng của dung dịch KNO 3 :

KNO3 xuất hiện ở dạng tinh thể không màu, khối trong hoặc tinhthể trắng Dễ hòa tan trong nớc và hút ẩm khi có tạp

ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất thuốc nổ, vậtliệu nổ công nghiệp (NH4NO3, NaNO3, KNO3,…), pháo hoa, diêm vàlàm chảy trong luyện kim Các ứng dụng khác của muối này nh tôithép, đóng băng các hỗn hợp, điều chế các muối kali khác dùnglàm thuốc

Lµ nguyªn liÖu trong c«ng nghiÖp ph©n bãn hãa häc, lµ t¸c nh©nkÝch thÝch ra hoa, ph¸ ngñ cho mÇm.

ii sơ đồ công nghệ

II.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất:

1: Thùng chứa dung dịch đầu

II.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất:

Dung dịch KNO3 ban đầu có nồng độ 8% từ thùng chứa (1)

đợc bơm li tâm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Dung dịch từ thùngcao vị đợc đa qua lu lợng kế (13) rồi vào thiết bị trao đổi nhiệt(4), thiết bị này có tác dụng đun nóng sơ bộ dung dịch đếnnhiệt độ sôi Sau đó dung dịch đợc đa vào buồng đốt của nồicô đặc thứ nhất Buồng đốt là thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếpkiểu ống chùm, có bố trí một ống tuần hoàn trung tâm ở tâm củachùm ống Dung dịch tuần hoàn trong các ống trao đổi nhiệt vàống trung tâm, do đợc đung nóng bởi hơi nớc bão hòa ở áp suất 5

at và 151,1 0 C đi phía ngoài chùm ống theo chiều từ dới lên Nớc

ngng ngng tụ và chảy thành màng mỏng theo chiều từ trên xuốngtrên bề mặt ngoài của chùm ống, sau đó đợc đa ra khỏi buồng

đốt qua cửa tháo nớc ngng Hơi sinh ra do dung dịch bốc hơi đợc

đa vào buồng bốc, và đi qua bộ phận tách bọt ở đỉnh của buồngbốc nhằm tách một phần dung dịch bị cuốn theo khi sôi, sau đóhơi đợc đa ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ Dung dịch đáy của nồicô đặc thứ nhất (5) có nồng độ 10,588% tự di chuyển sang nồi

thứ hai (6) do có sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, ápsuất nồi sau nhỏ hơn áp suất nồi trớc Do đó dung dịch ở nồi thứnhất có nhiệt độ sôi cao nhiệt độ sôi ở nồi thứ hai, khi đi vào nồi

2 dung dịch sẽ đợc làm lạnh và tự làm bốc hơi thêm một phầndung môi ,quá trình này gọi là quá trình tự bốc hơi Hơi thứ ra

khỏi nồi 1 có áp suất 2,561 at và có nhiệt đô 127,5 0 C cao hơn

nhiệt độ sôi của dung dịch nồi 2 nên đợc dùng là hơi đốt cho nồi

2, sau đó ngng tụ và theo của tháo nớc ngng ra ngoài Dung dịch

ở đáy nồi 2 có nồng độ 15,652% tiếp tục tự chảy sang nồi thứ ba(7) do chênh lệch về áp suất, ở đây dung dịch tự bốc hơi mộtphần dung môi, và đợc đun bốc hơi do nhận nhiệt từ hơi thứ đi

ra ở đỉnh nồi 2 Dung dịch sản phẩm ở đáy nồi 3 có nồng độ30% đợc đa vào thùng chứa sản phẩm (11) qua bơm (10) Hơi thứbốc ra ở nồi cô đặc thứ 3 đợc đa vào thiết bị ngng tụ baromet(8), là thiết bị ngng tụ trực tiếp loại khô ngợc chiều chân cao.Trong thiết bị ngng tụ hơi cần ngng đi từ dới lên còn nớc làm lạnh

đợc đa từ trên xuống, khi đó hơi đợc ngng tụ và chảy theo nớc rangoài, còn một phần hơi và khí không ngng đi qua thiết bị táchbọt (9) rồi vào bơm hút chân không (12)

iii tính toán thiết bị chính

Các số liệu ban đầu:

Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 12 000 kg/h

Nồng độ đầu của dung dịch xđ = 8 %

Nồng độ cuối của dung dịch xc = 30 %

áp suất hơi đốt p1 = 5 at

áp suất hơi ngng tụ png = 0,2 at

III.1 Tổng lợng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống:

Trong đó: Gđ: lợng dung dịch đầu, kg/h

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

%8

1 = 8800 kg/h

III.2 Lợng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi:

Giả thiết rằng sự phân phối lợng hơi thứ ở mỗi nồi là nhnhau:

3 2 1

WWW

WWWW

Suy ra: W1 = W2 = W3 =

3

W

= 3

8800

= 2933,33 kg/h

III.3 Nồng độ dung dịch trong mỗi nồi:

Nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi xác định theo côngthức:

 1 2 n

d

d d

x

Gx

Trong đó: xn: nồng độ cuối dung dịch trong nồi thứ n, % khối lợng

d d 1

WG

x.Gx





33,293312000

8



Nồi 2: 2 d d  d1 2

WWG

x

Gx

8



Nồi 3: 3 d Gd W1 dW2 W3

x

Gx

8



Nh vậy, xc=x3 phù hợp với đầu bài ra

III.4 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống:

p = p1 - png = 5 - 0,2 = 4,8 at

III.5 Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi:

Đặt pi : chênh lệch áp suất trong nồi thứ i, at

Giả thiết phân bố áp suất hơi đốt giữa 3 nồi là:

p1 : p2 : p3 = 3,4 : 2,2 : 1

Ta có p = p1 + p2 + p3 = 6,6p3

Suy ra: p3 =

6,6

p



= 6,6

8,4

áp suất hơi đốt nồi 2: phđ2 = phđ1 - p1 = 5 - 2,472 = 2,528 at

áp suất hơi đốt nồi 3: phđ3 = phđ2 - p2 = 2,528 - 1,599 = 0,927 at

áp suất hơi thứ trong thiết bị ngng: png = phđ3 - p3 = 0,927

-0.727 = 0,2 at

Phù hợp với giả thiết ban đầu!

Tra bảng I.251 Tính chất lý hóa của hơi nớc bão hòa phụ thuộc vào

áp suất [1-314] ta có:

Nồi 1:

phđ1 = 5 at

Suy ra: Nhiệt độ t1 = 151,10 C

Nhiệt lợng riêng của hơi nớc i1 = 2754.103 J/kg

Nhiệt hóa hơi r1 = 2117.103 J/kg

Nồi 2:

phđ2 = 2,528 at

Suy ra: Nhiệt độ t2 = 126,25 0 C

Nhiệt lợng riêng của hơi nớc i2 = 2720.103 J/kg

Nhiệt hóa hơi r2 = 2189,5.103 J/kg

Nồi 3:

phđ3 = 0,927 at

Suy ra: Nhiệt độ t3 = 96,97 0 C

Nhiệt lợng riêng của hơi nớc i3 = 2671.103 J/kg

Nhiệt hóa hơi r3 = 2268.103 J/kg

N

ớc ng ng:

Tra bảng I.252 Tính chất lý hóa của hơi nớc bão hòa ở áp suất 0,01

- 0,2 at [1-316] ta có:

png = 0,2 at suy ra: Nhiệt độ tng = 59,7 0 C

III.6 Tính nhiệt độ, áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi:

i = 2722.103 J/kg

' 1

i = 2675,8.103 J/kg

' 2

i = 2610,1.103 J/kg

' 3

-J/kg

1 5 151,1 2754 2117 2,561 127,5 2722 2186,5 10,588

2 2,528 126,25 2720 2189,5 0.965 98,22 2675,8 2265,2 15,652

3 0,927 96,97 2671 2268 0,216 60,95 2610,1 2354,6 30

III.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi:

III.7.1 Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ''

1p

1 0

p0: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, N/m 2

h1: chiều cao của lớp dung dịch từ miệng trên ống

truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch, m

h2: chiều cao ống truyền nhiệt, m

: khối lợng riêng của dung dịch ở 200C, kg/m 3

g: gia tốc trọng trờng, m 2 /s Tra bảng I.46 Khối lợng riêng của dung dịch kali nitrat KNO3 - nớc[1-42] tại 200C ta có:

10.81,9.5,1069.2

25,02

1561,2p

4 1

Tại ptb1 = 2,641 at Suy ra: ttb1 = 128,9 0 C

Suy ra:: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ''

1

 :

'' 1

10.81,9.1103.2

25,02

1965,0

Tra bảng I.251 Tính chất lý hóa của hơi nớc bão hòa phụ thuộc vào

áp suất [1-314] ta có:

Tại ptb2 = 1,048 at Suy ra: ttb2 = 100,38 0 C

Suy ra:: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ''

2

 :

'' 2

10.81,9.1160.2

25,02

1216,0

Tại ptb3 = 0,303 at Suy ra: ttb3 = 69 0 C

Suy ra:: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ''

3

 :

'' 3

 = 16,2 '

i

2 S

r

T ' i 0

r : nhiệt hóa hơi của dung môi ở cùng áp suất, J/kg

' i 0

 : Tổn thất nhiệt độ '

0

 theo nồng độ ở áp suất ờng, 0 C

th-Tra bảng VI.2 Tổn thất nhiệt độ '

0

 theo nồng độ ở áp suất ờng [2-61] ta có:

r = 2186,5.103 J/kg

' 01

r

T ' 01

 = 16,2 3

2

10.5,2186

5,400

r = 2265,2.103 J/kg

' 02

r

T ' 02

 = 16,2 3

2

10.2,2265

22,371

r = 2354,6.103 J/kg

' 03

r

T ' 03

 = 16,2 3

2

10.2354,6

95,333

III.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích:

III.8.1 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:

Nhiệt độ hữu ích của hệ thống cô đặc đợc xác định nh sau:

thi = tch - , 0 C [2-67]

Trong đó: tch: hiệu số nhiệt độ chung, là hiệu số giữa nhiệt độhơi đốt của nồi 1 và nhiệt độ của hơi thứ ở thiết bị ngng tụ:

tch = t1 - tng, 0 C [2-67]

Trong đó: t1: nhiệt độ hơi đốt của nồi 1, 0 C

tng: nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngng tụ, 0 C

: tổng tổn thất nhiệt độ, 0 C

Từ các công thức trên ta suy ra:

thi = t1 - tng - , 0 C

Thay số ta đợc: thi = 151,1 - 59,7 - 20,463 = 70,937 0 C

III.8.2 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi:

Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi đợc xác định nh sau:

i hi

III.9 Tính lợng hơi đốt D i ; lợng hơi thứ W i :

III.9.1 Sơ đồ cân bằng vật chất và nhiệt lợng:

* Chú thích:

Gđ: Lợng dung dịch đầu đa vào nồi cô đặc, kg/h

D: Lợng hơi đốt vào nồi 1, kg/h

C0, C1, C2, C3: Nhiệt dung riêng của dung dịch cho vào nồi 1,2,3 vàsau nồi 3,

i : Nhiệt lợng riêng của hơi thứ đi ra nồi 1, 2, 3, J/kg

Cnc1, Cnc2, Cnc3: Nhiệt dung riêng của nớc ngng nồi 1, 2, 3, J/kg.độ

ts0, ts1, ts2, ts3: Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, của dung dịch rakhỏi nồi 1, 2, 3, 0 C

Lấy Qm = 0,05.Qcấp

W1, W2, W3: Lợng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1, 2, 3, kg/h

III.9.2 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch KNO 3 :

Đối với dung dịch loãng (x < 0,2):

C = 4186(1 - x), J/kg.độ [1-152]

Đối với dung dịch đậm đặc (x > 0,2):

C = Cht.x + 4186(1 - x), J/kg.độ [1-152]

Trong đó: x: nồng độ chất hòa tan, phần khối lợng

Cht: nhiệt dung riêng của chất hòa tan khan (không

chứa nớc), J/kg.độ

Nhiệt dung riêng của hợp chất hóa học:

M.C = n1C1 + n2C2 + n3C3 + [1-152]

Trong đó: M: khối lợng mol của hợp chất

C: nhiệt dung riêng của hợp chất hóa học, J/kg.độ

n1, n2, n3: số nguyên tử của các nguyên tố trong hợp chất

C1, C2, C3: nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố tơng

C nC nC

n

101

16800

326000

126000

III.9.4 Gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt lîng:

Nåi 1: NhiÖt lîng vµo:

Nåi 3: NhiÖt lîng vµo:

g dÞch

W

|WW

|33,293311

,2774

= 5,43% < 10%

W2 =

83,2988

|33,293383

,2988

= 1,86% < 10%

W3 =

05,3037

|33,293305

,3037

Nồi 2: t12 = 2,24 0 C

Nồi 3: t13 = 2,3 0 C

Chọn điều kiện làm việc nh sau:

Buồng đốt trung tâm, dung dịch đi bên trong ống, hơi nớc ngngbên ngoài ống, màng nớc ngng chảy dòng

Hệ số cấp nhiệt tính theo công thức:

1i = 2,04.A.4

i 1

i

H.t

r

 , W/m 2 độ [2-28]

Trong đó: A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng tmi

r: ẩn nhiệt ngng tra theo nhiệt độ hơi đốt, J/kg

t1i: chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ốngtruyền nhiệt, 0 C

H: chiều cao ống truyền nhiệt, m H = 2m

áp dụng cho từng nồi ta có:

r

 = 2,04.195,82 4

2.85,1

Tra bảng [2-29] ta có A2 = 189,5

Theo bảng số liệu 1 ta có r2 = 2189,5.103 J/kg

Thay số ta đợc:

12 = 2,04.A.4

12

2

H.t

r

 = 2,04.189,5 4

2.24,2

r

 = 2,04.177,2 4

2.37,2

2268000

= 9578,89 W/m 2 độ

III.10.2 Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngng tụ:

q1i = 1i.t1i, W/m 2 [3-43]

Trong đó: q1i: nhiệt tải riêng về phía hơi ngng tụ nồi thứ i, W/m 2

1i: hệ số cấp nhiệt về phía hơi ngng tụ nồi thứ i,

III.10.3 Tính hệ số cấp nhiệt 2i từ bề mặt đốt đến chất lỏng

t

 i, W/m 2 độ [3-44]

Trong đó: pi: áp suất hơi thứ ở nồi thứ i, at

t2i: hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt vàdung dịch, 0C

i: hệ số hiệu chỉnh nồi thứ iHiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch đợcxác định theo công thức:

: bề dày ống truyền nhiệt, m ( = 2.10-3 m)

: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt,

r = r1 + r2 +



 = 0,387.10-3 + 0,232.10-3 +

5,46

10

dd

n n dd 2 n dd 565 , 0 n

Trong đó: dd, n : hệ số dẫn nhiệt của dung dịch và nớc, W/m.độ

dd, n : khối lợng riêng của dung dịch và nớc, kg/m 3

Cdd, Cn : nhiệt dung riêng của dung dịch và nớc, J/kg.độ

Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng, J/kg.độ

: khối lợng riêng của chất lỏng, kg/m 3

M: khối lợng mol của chất lỏng

áp dụng cho từng nồi ta có:

8



Tra bảng I.5 Khối lợng riêng của nớc ở nhiệt độ từ -10 0C đến 250

3 3

KNO

1 KNO

1 KNO 1 KNO

M

x1M

xM

xN

41,

10 101

41,10

18,1024

Trong đó: t1, t2 : nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt là 1, 2, 0 C

1, 2: nhiệt độ của chất lỏng chuẩn có cùng giá trị độnhớt là 1, 2, 0 C

K: giá trị không đổi đối với mỗi chất lỏng.

Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là nớc ta đợc:

5004,1306

,214,46

2050

dd

n n dd 2

n dd 565 , 0

565 , 0

25,0

212,016,4262

24,37502

,935

18,10246862

T¹i ®iÒu kiÖn lµm viÖc: ts2 = 101,888 0 C

83,298811

,277412000

8

3 3

KNO

2 KNO

2 KNO 2 KNO

M

x1M

xM

xN

39,

15 101

39,15

22,1051

Trong đó: t1, t2 : nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt là 1, 2, 0 C

1, 2: nhiệt độ của chất lỏng chuẩn có cùng giá trị độnhớt là 1, 2, 0 C

K: giá trị không đổi đối với mỗi chất lỏng

Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là nớc ta đợc:

50888,1013

,213,45

2050

dd

n n dd 2 n dd 565 , 0 n

565 , 0

3274,0

278,095,4234

77,35419

,956

22,10516831

,277412000

8

Tra bảng I.147 Nhiệt dung riêng của nớc (không hòa tan không

khí) ở áp suất khí quyển [1-165] ta có: Cn3 = 1,00153 kcal/kg.độ

3 3

KNO

3 KNO

3 KNO 3 KNO

M

x1M

xM

xN

30101

30

 = 0,071

Suy ra: M3 = NKNO3 MKNO3 + NH2O MH2O = 0,071.101 + 0,929.18 =23,893

Suy ra: dd3 = A.Cp3.3.3

8,1139

n n dd 2 n dd 565 , 0 n

565

,

0

477,0

3978,02,4193

36,32346

,975

8,1139669

Trong đó: q2i: nhiệt tải riêng về phía dung dịch nồi thứ i, W/m 2

2i: hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch nồi thứ i,

|qq

| 

=

20325,38

|37,1991120325,38

q

|qq

| 

=

22895,71

|22224,6422895,71

q

|qq

| 

=

22031,45

|21579,122031,45

III.11.1 Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi:

Theo phơng pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích điềukiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau và nhỏ nhất, hệ sốtruyền nhiệt xác định theo công thức:

Trong đó: Ki: hệ số truyền nhiệt nồi thứ i, W/m 2 độ

qtbi: Nhiệt tải riêng trung bình nồi thứ i, W/m 2

ti : hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi thứ i, 0 C

áp dụng cho từng nồi ta có:

Nồi 1:

= 20118,375 W/m 2

Suy ra: K1 =

1

1 tb

t

q

 =

06,21

375,20118

= 22560,175 W/m 2

Suy ra: K2 =

2

2 tb

t

q

 =

362,24

175,22560

= 21805,275 W/m 2

Suy ra: K3 =

3

3 tb

t

q

 =

515,25

275,21805

= 854,606 W/m 2 độ

III.11.2 Lợng nhiệt tiêu tốn:

Lợng nhiệt tiêu tốn xác định theo công thức:

Qi =

3600

r

Di i

, W [2-57]

Trong đó: Qi: nhiệt lợng tiêu tốn nồi thứ i, W

Di: Lợng hơi đốt cần thiết cho nồi thứ i, kg/h

ri: ẩn nhiệt ngng tụ của hơi đốt, J/kg

áp dụng cho từng nồi ta có:

= 1882962,9 W

III.12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi:

III.12.1 Lập tỷ số cho từng nồi:

i 3

1

KQK

Q

1 3

1

KQK

Q

t = 70,937

67,5884

41,1859

2 3

1

KQK

Q

t = 70,937

67,5884

95,1821

= 21,96 0 C

Nồi 3:

3 3

1

KQK

Q

t = 70,937

67,5884

31,2203

t

|tt

|41,2206,21

t

|tt

|21,96362

,24

t

|tt

|26,56515

,25

III.14 Tính bề mặt truyền nhiệt F:

Bề mặt truyền nhiệt F tính theo phơng thức bề mặt truyềnnhiệt các nồi bằng nhau:

Fi = *

i i

i

t.K

Q

 , m 2 [2-3]

Trong đó: Fi: Bề mặt truyền nhiệt nồi thứ i, m 2

Qi: Lợng nhiệt tiêu tốn nồi thứ i, W

Ki: hệ số truyền nhiệt nồi thứ i, W/m 2 độ

* i

t

 : hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi thứ i, 0 C

áp dụng cho từng nồi ta có:

Nåi 1: F1 = *

1 1

1

t.K

Q

 =

,41955,288.22

1776268,85

= 82,97 m 2

Nåi 2: F2 = *

2 2

2

t.K

Q

 =

96926,04.21,

1687198,29

= 82,97 m 2

Nåi 3: F3 = *

3 3

3

t.K

Q

 =

,56854,606.26

1882962,9

= 82,97 m 2

Nh vËy, F1 = F2 = F3