Quá trình thiết bị trong công nghệ hóa học

Đặcđiểm của quá trình này là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, chấthoà tan được giữ lại trong dung dịch, do đó, nồng độ của dung dịch sẽ tăng lên.Khi bay hơi, nhiệt độ của

Bộ Công Thương

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Hữu

NỘI DUNG

Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm dùng cho cô đặc dung dịch (NH4)2SO4 với năng suất 9670 kg/h,chiều cao ống gia nhiệt là h =2m

Các số liệu ban đầu :

- Nồng độ đầu của dung dịch là: 10,8%

- Nồng độ cuối là: 40,4 %

- Áp suất hơi đốt nồi 1 là: 4 atm

- Áp suất hơi ngưng tụ là: 0,24 atm

Ngày giao đề:………Ngày hoàn thành:………

MỤC LỤC

NỘI DUNG 2

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 7

I Giới thiệu chung 7

1 Sơ lược về quá trình cô đặc 7

2 Giới thiệu về dung dịch(NH4)2SO4 9

2.1 Tính chất vật lí 9

2.2 Tính chất hóa học 9

2.3 Điều chế 9

2.4 Ứng dụng 10

II Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh 11

1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất 11

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13

I Tính cân bằng vật liệu 13

1 Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống 13

2 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi 13

3 Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi 14

II Tính cân bằng nhiệt lượng 14

1 Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р): 14

2 Nhiệt độ, áp suất hơi đốtcủa mỗi nồi 15

3 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi 15

4 Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi 16

4.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ: 16

4.2 Tổn thất do áp suất thủy tĩnh: .17

4.3 Tổn thất do đường ống .19

5 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi 19

5.1 Hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống được xác định : 19

5.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi 20

5.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi 20

6.2 Nhiệt lượng mang ra 22

6.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt 22

7 Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt lượng trung bình từng nồi 26

7.1 Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi 26

7.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 28

7.3 Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi W/m2 độ 28

7.3.1 Khối lượng riêng 30

7.3.2 Nhiệt dung riêng 31

7.3.3 Hệ số dẫn nhiệt 32

7.3.4 Độ nhớt 33

7.4 Nhiệt tải riêng về phía dung dịch 35

7.5 So sánh q2i và q1i 35

8 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi 35

9 So sánh hữu ích và giả thiết 37

9.1 Xác định tỷ số sau 37

9.2 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi 37

9.3 So sánh tính được theo giả thiết phân phối áp suất 38

10 Tính bề mặt truyền nhiệt : (F) 39

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 40

I Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 40

1 Nhiệt lượng trao đổi: (Q) 40

2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 40

2.1 Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể 41

2.2 Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 42

3 Bề mặt truyền nhiệt 46

4 Số ống truyền nhiệt 46

5 Đường kính trong của thiết bị đun nóng 47

6 Tính vận tốc và chia ngăn 47

III Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet 49

1 Tính toán thiết bị ngưng tụ 50

1.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 51

1.2 Đường kính thiết bị 52

1.3 Kích thước tấm ngăn 52

1.4 Chiều cao của thiết bị ngưng tụ 53

1.5 Các kích thước của ống baroomet 54

1.6 Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị (kg/h) 56

IV Bơm 59

1 Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra 59

2 Năng suất trên trục bơm 62

3 Công suất động cơ điện 63

V Chiều cao thùng cao vị 63

1 Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nồi cô đặc 64

2 Trở lực dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp 68

3 Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 69

4 Chiều cao thùng cao vị 73

VI Các chi tiết phụ 74

1 Kính quan sát 74

2 Bề dày lớp cách nhiệt 74

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 75

I Buồng đốt 75

1 Xác định số ống trong buồng đốt 75

2 Đường kính của buồng đốt 76

3 Chiều dày thân buồng đốt 77

4 Chiều dày lưới đỡ ống 80

5 Chiều dày đáy buồng đốt 82

6 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm 84

7 Tra bích để lắp đáy vào thân 85

II Buồng bốc 86

1 Thể tích buồng bốc hơi 86

2 Đường kính buồng bốc 86

3 Chiều cao buồng bốc 86

III Chiều dày ống có gờ bằng thép X18H10T, góc đáy 60 o 90

IV Tính toán một số chi tiết khác 91

1 Tính đường kính các ống nối dẫn hơi , dung dịch vào ra thiết bị 91

1.1 Ống dẫn hơi đốt nồi 1 92

1.2 Ống dẫn dung dịch vào 92

1.3 Ống dẫn hơi thứ ra 93

1.4 Ống dẫn dung dịch ra 93

1.5 Ống tháo nước ngưng 94

2 Tra bích đối với ống dẫn bên ngoài 94

3 Tính và chọn tai treo giá đỡ 96

3.1 Tính Gnk 96

3.2 Tính Mdn 101

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 103

CHƯƠNG VI: PHỤ LỤC 104

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

I Giới thiệu chung

1 Sơ lược về quá trình cô đặc

Quá trình cô đặc là quá trình làm đậm đặc dung dịch bằng việc đun sôi Đặcđiểm của quá trình này là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, chấthoà tan được giữ lại trong dung dịch, do đó, nồng độ của dung dịch sẽ tăng lên.Khi bay hơi, nhiệt độ của dung dịch sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất hơi củadung môi trên mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trốngtrên mặt thoáng dung dịch nhưng nhỏ hơn áp suất chung.Trạng thái bay hơi cóthể xảy ra ở các nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càng tăng thì tốc độ bay hơi cànglớn, còn sự bốc hơi (ở trạng thái sôi) diễn ra ngay cả trong lòng dung dịch (tạothành bọt) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thoáng,trạng thái sôi chỉ có ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và nồng độ củadung dịch đã cho

Trong quá trình cô đặc, nồng độ của dung dịch tăng lên, do đó mà một sốtính chất của dung dịch cũng sẽ thay đổi Điều này có ảnh hưởng đến quá trìnhtính toán, cấu tạo và vận hành của thiết bị cô đặc Khi nồng độ tăng, hệ số dẫnnhiệt , nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt  của dung dịch sẽ giảm Ngược lại,khối lượng riêng , độ nhớt , tổn thất do nồng độ ’sẽ tăng Đồng thời khi tăngnồng độ sẽ tăng điều kiện tạo thành cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt, nhữngtính chất đó sẽ làm giảm bề mặt truyền nhiệt của thiết bị

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 đểđun nóng cho một thiết bị ngoài hệ thống thì ta gọi đó là hơi phụ

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiềunồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn Quá trình cô đặc có thể được thực hiện ở

đặc trong chân không vì có ưu điểm là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt(khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm dẩn đến hiệu số nhiệt độgiữa hơi đốt và dung dịch tăng).

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có ýnghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi cóthể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơithứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba hơithứ nồi 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 môt phần, nồng độ dần tăng lên Điều kiệncần 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 hơithứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì hơithứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất

dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển

Trong các loại hệ thống cô đặc nhiều nồi thì hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôichiều được sử dụng nhiều hơn cả

- Ưu điểm: dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ sự chênh

lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó dungdịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả làdung dịch được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một phần nướclàm quá trình tự bốc hơi

- Nhược điểm: nhiệt độ 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 sốtruyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối Hơn nữa, dung dịch đi vào nồiđầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi nên cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt

để đun nóng dung dịch

Trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, cô đặc là quá trình làm bay hơi mộtphần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi Ở nhiệt độ sôi, vớimục đích:

2 Giới thiệu về dung dịch(NH4) 2 SO 4

Ammonium sulfate (NH4) 2 SO 4 , là một hợp chất vô cơ muối với một số ứng

dụng thương mại.Việc sử dụng phổ biến nhất là làm phân bón đất.Nó chứa 21%nitơ và 24% lưu huỳnh

2.1 Tính chất vật lí

(NH4) 2 SO 4 cóM=132.5dvC, ở dạng tinh thể,không màu,hình thoi hoặc ởdạng bột màu trắng Khối lượng riêng:1,77g/cm3,tnc=1400C,phân hủy ở nhiệt độtrên 2500C, dễ tan trong nước

(NH4)2SO4 có rất nhiều ứng dụng nhất là trong nông nghiệp, ứng dụng chủyếu là trong phân bón.Trong đất,nó bị thủy phân tạo môi trường có tính axit,làmgiảm độ PH cân bằng của đất,đồng thời góp phần thiết yếu nitơ cho cây trồng.

II Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh

1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất

1 Thùng chứa dung dịch đầu

10 Bơm chân không

Hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều làm việc liên tục

Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đivào nồi (6) Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đun nóngkiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vàobuồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí không ngưng được đưa qua củatháo khí không ngưng.Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháonước ngưng Dung dịch sôi, dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơithứ.Hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưuphần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt

Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ 2 do đó sự chênh lệch áp suấtlàm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau < áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trướclớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (2) có nhiệt độ cao hơn nhiệt

độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốchơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi

Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (sp)(10).Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (8).Trong thiết bị ngưng tụ, nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hời thứ đượcngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ra ngoài còn khí không ngưng điqua thiết bị thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không (11)

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Các số liệu ban đầu:

Năng suất tính theo dung dịch đầu: G đ = 9670 kg/h

Nồng độ đầu : x đ = 10,8%

x c = 40,4%

P hơi đốt nồi 1 : P hd1 = 4 atm

P hơi ngưng tụ : P ng = 0,24 atm

I Tính cân bằng vật liệu

1 Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống

Từ công thức(VI.1-ST2- T55):

Ta có tổng lượng hơi thứ của hệ thống là :

2 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi.

Chọn tỷ lệ phân bố hơi thứ của hai nồi như sau :

W1 : W2 = 1 : 1

Trong đó: W1 : lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1

W 2 : lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2

Từ cách chọn tỷ lệ đó thì ta tính được lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi là:

3 Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi

Lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là:

Lượng dung dịch ra khỏi nồi 2 là:

Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 2 là:

Đúng như bài ra ban đầu đã cho nồng độ cuối của nồi 2 là 40,4%

II Tính cân bằng nhiệt lượng

1 Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р):

atm

at

Trong đó:

Р hd1 : áp suất hơi đốt nồi 1

Р ng :áp suất hơi nước ngưng

2 Nhiệt độ, áp suất hơi đốtcủa mỗi nồi

Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:

Từ (1) và (2) giải hệ phương trình ta được:

*Vậy áp suất hơi đốt ở từng nồi là:

Ở nồi 1: P1 = 4,1328 at

*Xác định nhiệt độ hơi đốt ở mỗi nồi:

Tra bảng (I.251/ST1-T315):

Ở nồi 1: P1 = 4,1328 at ⇒ t 1 = 143,9890

Ở nồi 2: P2 = 1,3579 at ⇒ t 2 =107,8584

Hơi ngưng tụ:

3 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi

Nhận xét: 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:,và khi đó nó sẽ trở thành hơi đốtcho nồi 2: chọn

Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là:,,,

Ta có:

Tra bảng (I.250/ST1-T313), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứ của mỗi nồi sẽ cho

áp hơi thứ tương ứng:

Áp suất hơi thứ nồi 1:

Áp suất hơi thứ nồi 1:

Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:

Bảng 1:

Áp suất, nhiệt độ, hơi đốt

Áp suất, nhiệt độ hơi thứ

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

Nên ta có tổn thất nhiệt độ do nồng độ của mỗi nồi là:

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

4.2 Tổn thất do áp suất thủy tĩnh:

- Áp dụng công thức VI.12 (STT2.T60 )

: áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch (at)

:chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt (m)

: chiều cao của ống truyền nhiệt (m)

: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m 3 ) : gia tốc trọng trường (m/s 2 )

định theo bảng (I.30/ST1 – T37) :

Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là :

Trong đó: ttb - Nhiệt độ sôi ứng với áp suất P tb

t 0 - Nhiệt độ sôi ứng với áp suất P 0

Vậy tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh của từng nồi là :

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

5.1 Hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống được xác định :

Áp dụng công thức ( VI.17/ST2 –T67) :

(Theo CT VI.17/ST2 –T67)Trong đó:

:Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ ngưng ở thiết bị ngưng tụ

Vậy hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống là:

5.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi.

: nhiệt độ hơi thứ của từng nồi

5.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi

Kết quả vừa tính cho ta bảng dưới đây:

Bảng 2:

Kiểm tra lại dữ kiện :

Vậy các dữ kiện chọn được thoả mãn

6 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống

D: Lượng hơi đốt vào (kg/h)

: Hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, nồi 2 (J/kg)

:Hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, nồi 2 (J/kg)

:Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2

C d :Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu (J/kg độ)

C p1 , C p2 :Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1, nồi 2 (J/kg độ)

C 1 , C 2 :Nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 1, nồi 2 (J/kg độ)

Qm 1 ,Qm 2 : Nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2

G d : Lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị (kg/h)

W 1 , W 2 : Lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2

6.1 Nhiệt lượng vào gồm có

- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào: D.i1

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

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

6.2 Nhiệt lượng mang ra

6.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt

Các PT được thành lập dựa trên nguyên tắc :

- Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt

Để giảm lượng hơi đốt tiêu tốn người ta gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nhiệt độ càngcao càng tốt vì quá trình này có thể tận dụng nhiệt lượng thừa của các quá trình sảnxuất khác

Vì vậy ta có thể chọn : ts0 = t s1 = 111,8934 o C

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

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

C d = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,108) = 3733,9120 (J/kg độ)

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

C 1 = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,170438) =3472,5465 (J/kg độ)

Đối với dung dịch ( x > 0,2 ) ta áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:

C 2 = C ht x + 4186 (1- x)

Với Cht là nhiệt dung riêng của (NH4)2SO4được xác định theo công thức(I.41/ST1 –T152) :

M 1 C ht = n 1 C 1 + n 2 C 2 + n 3 C 3 +n 4 C 4 Trong đó: M1 KLPT của (NH 4 ) 2 SO 4 : M 1 = 132,15

n 1 Số nguyên tử N: n 1 = 2

n 2 Số nguyên tử S: n 2 = 1

Nồi C

J/kg độ

Cn J/kg độ θ,

7 Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt lượng trung bình từng nồi

7.1 Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi.

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

- Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H = 2m ,hơi ngưngbên ngoài ống ,máng nước ngưng chảy dòng như vậy hệ số cấp nhiệt được tínhtheo công thức ( V.101/ST2 – T28 )

W/m2 độTrong đó:

: hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ I, W/m 2 độ

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

hơi ngưng của nồi I , o C.

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

ngưng, bên trong cặn bẩn do dung dịch)

- Tra theo bảng ( V.I/ST2 - T4) ta có:

r1 = 0,387.10-3 m2 độ/W

r2 = 0,232.10-3 m2 độ/W

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

- Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép X18H10T, hệ số dẫn nhiệt của nó là:

W/m độThay vào PT (4) ta được :

Thay vào PT (3) ta có hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt của mỗinồi là:

Nồi 1:

Nồi 2:

Từ bảng 2 thì ta có hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi là:

Thay vào PT (2) ta có hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi mỗi nồilà:

: khối lượng riêng, kg/m3

C: nhiệt dung riêng, J/kg độ

: độ nhớt, Cp

: Khi tra bảng ta lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch

ts1 = 111,8934oC

ts2 = 75,9113oC

7.3.1 Khối lượng riêng

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

- Khối lượng riêng của dung dịch (NH4)2SO4 ứng với mỗi nồng độ được xácđịnh theo bảng (I.30/ST1 – T37):

7.3.2 Nhiệt dung riêng

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

Cnc1 = 4236,2188 J/kg độ

Cnc2 = 44191,7290 J/kg độ

- Nhiệt dung riêng của hơi thứ nồi 1 và nồi 2 :

+ Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x1 = 17,0438 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

+ Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ xc = 40,4 %

Đối với dung dịch (x > 0,2) ta áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:

C1 , C2 , C3, C4 Nhiệt dung riêng của nguyên tử N, H, S, O Tra từ bảng (I.141 /ST1-T152) ta có :

nồi 1: x1 = 17,0438 % khối lượng

⇒nồi 2: x2 = 40,4% khối lượng

⇒Vậy hệ số dẫn nhiệt của dung dịch trong mỗi nồi:

Độ nhớt

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

- Độ nhớt (NH4)2SO4 của tra bảng (I.107/ST1– T101)

Tổng hợp các kết quả ta được bảng sau:

Bảng 5:

Nồi

W/m độ

W/m độ

Kg/m 3

Kg/m 3

M

1 0,5098 0,6852 1098,4016 949,5042 21,1075

2 0,4934 0,6717 1229,8920 974,2532 27,6486

Nồi

J/kg độ

J/kg độ

Cp

Cp

1 3472,5465 4236,2188 0,2565 0,2515

2 3163,8788 4191,7290 0,4196 0,3754

Vậy thay vào PT (5) ta có hệ số hiệu chỉnh của từng nồi là:

(W/m2)

7.5 So sánh q 2i và q 1i

- Chênh lệch giữa q21 , q11 và q22 , q12 ( )

8 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi

Áp dụng công thức:

Trong đó:

q tbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi (W/m 2 )

:Hiệu số nhiệt độ hữu ích của từng nồi ( o C ) (xem bảng 2)

Ta có:

Vậy:

- Lượng nhiệt tiêu tốn được tính theo công thức

= 31,4632

= 32,5795

9.3 So sánh tính được theo giả thiết phân phối áp suất

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

Bảng 6

1 6,8572 0,8734 4166,9931 28573,9074

2 8,6330 0,8768 3034,5024 26196,7412

Ta sẽ quy chuẩn và lấy: F1 = F2 = 80,5785 m2

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nống loại ống chùm ngượcchiều dung hơi nước bão hòa ở 4,1328at, hơi nước đi ngoài ống từ trên xuống,

sôi của hỗn hợp đầu (tso = 111,8934oC)

Chọn loại ống bằng thép X18H10T đường kính d = 38±2 mm; L = 2(m)

λ = 16,3 W/m.độ (Tra bảng PL4 – ST1)

1 Nhiệt lượng trao đổi: (Q)

Q = F.Cp.(tF – tf) ,WTrong đó:

- F: lưu lượng hỗn hợp đầu, F = 9670 (kg/h)

- t F : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp t F = t so = 111,8934 o C

- C p : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp tại: C p = C o = 3733,912 J/kg.độ

- t f : Nhiệt độ môi trường: t f = 25 o C

II.1 Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể

Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ: