Cô đặc koh nồi gián đoạn

Cô đặc koh nồi gián đoạn.

Lời nói đầu

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là Kali hydroxyt (KOH) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó Trong qui trình sản xuất KOH, quá trình cô đặc thường được sử dụng để thu được dung dịch KOH có nồng độ cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ

Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dịch KOH từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m3/mẻ, sử dụng ống chùm

Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại toàn bộ các kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học Ngoài ra đây còn là dịp mà sinh viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chi tiết của một thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế

Tuy nhiên vì còn là sinh viên nên kiến thức thực tế còn hạn hẹp do đó trong quá trình thực hiện đồ án khó có thể tránh được thiếu xót Em rất mong được sự góp ý và chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để có thêm nhiều kiến thức chuyên môn

Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Lê Xuân Hải, và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bị khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí trường Đại học Bách khoa thành phố Hố Chí Minh Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Xuân Hải và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

I.NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN

Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dịch KOH từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m3/mẻ, sử dụng ống chùm

II.TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU

-KOH là một khối tinh thể trong suốt, màu trắng, ăn da mạnh

-Nhiệt độ nóng chảy là 360.40C (khan)

-Nhiệt độ sôi là 13250C (khan)

-Độ nhớt là 1.63 Cp ở 200C (dung dịch 20%)

-Nó hấp thu mạnh hơi ẩm và CO2 của không khí, dễ chảy rữa thành K2CO3 KOH dễ dàng tan trong nước, tỏa nhiều nhiệt tạo dung dịch KOH (dạng dung dịch được sử dụng nhiều) Aùp suất hơi của nước trên KOH ở nhiệt độ phòng là 0.002 mmHg

III CÔ ĐẶC

1.Định nghĩa

Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi

2.Các phương pháp cô đặc

Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh

3.Phân loại và ứng dụng

a Theo cấu tạo

•Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:

-Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài

-Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc)

•Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/

s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồm:

-Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

-Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

•Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:

-Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ

-Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và

bọt dễ vỡ.

b Theo phương pháp thực hiện quá trình

Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao

Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục

Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế

Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy

4.Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn

•Ưu điểm

-Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi

-Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng

-Thao tác dễ dàng.

-Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau

-Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch

-Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

•Nhược điểm

-Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian

-Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác

-Khó giữ được độ chân không trong thiết bị

IV.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1.Thuyết minh quy trình công nghệ

-Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0.65 at

-Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 25% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc bằng bơm ly tâm Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 15 phút đến khi nhập đủ 2.5m3 thì ngừng

-Khi đã nhập liệu đủ 2.5m3 thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn Dung dịch chảy trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt) Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt Hơi thứ được dẫn qua thiết bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài

-Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 40% (sau thời gian cô đặc đã tính: 45 phút) thì ngưng cấp hơi Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu

2.Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ

aBơm

Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không

+Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng dòng Bánh guồng được gắn trên trục truyền động Ống hút và ống đẩy.

Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dịch KOH từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc

+Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc

bThiết bị cô đặc

Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc và buồng đốt Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn

Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ Ống tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bị

cThiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị ngưng tụ trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet) Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng thiết bị Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần máy bơm

dThiết bị tách lỏng

Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không

eCác thiết bị phụ trợ khác

-Bẫy hơi

-Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van

CHƯƠNG II THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

A.CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

I.CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Các số liệu ban đầu:

•Dung dịch KOH có:

-Nhiệt độ đầu 25oC, nồng độ đầu 25%

-Nồng độ cuối 40%

•Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at

•Aùp suất ngưng tụ: Pck = 0.65 at

Cô đặc gián đoạn với năng suất 2.5m3/mẻ

1.Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ

Nồng độ, % 25 30 35 40

Khối lượng riêng, kg/m 3 1239 1291 1344 1399

2.Cân bằng vật chất cho các giai đoạn

G đ= Gc + W

Gđ.xđ = Gc.xc

Trong đó

Gđ , Gc : lượng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, kg

W : lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn, kg

xđ , xc : nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn

Gđ.xđ, Gc.xc: khối lượng KOH trong dung dịch, kg

aGiai đoạn 25% đến 30%

3.0

*25.2581x

x.Gc đ

W = Gđ – Gc = 2581.25 – 2212.5 = 368.75 kg

cGiai đoạn 35% đến 40%

Gđ = 2212.5 kg ; xđ = 0.35 ; xc = 0.4

9375.19354

.0

35.0

*5.2212x

x.GG

c

đ đ

•Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất

Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40

Thể tích dung dịch trong nồi, m 3 2.5 2 1.65 1.38

Khối lượng dung dịch, kg 3097.5 2581.25 2212.5 1935.9375

Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg 0 516.25 885 1161.5625

Khối lượng riêng dung dịch, kg/m 3 1239 1291 1344 1399

II.CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Aùp suất thiết bị ngưng tụ Po = 0.35 at

⇒Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ to = 72.05oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ).Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ ∆''' =1K

⇒Nhiệt độ hơi thứ ở buồng đốt t1 = 72.05 + 1 = 73.05oC

Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dịch tsdm ( P1) = 73.05oC

⇒Aùp suất trên mặt thoáng dung dịch trong buồng bốc P1 = 0.3636 at ≈0.36 at (Bảng

I.250 trang 312 Tài liệu [1])

1.Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch

Ta có tổn thất nhiệt độ sôi theo nồng độ dung dịch KOH ở áp suất khí quyển (Bảng VI.2 trang 61 Tài liệu [2]) Từ đó suy ra nhiệt độ sôi dung dịch KOH ở áp suất khí quyển theo các nồng độ là:

Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40

'

∆ ở Pa, o C 10 12.2 17 23.6

Nhiệt độ sôi dung dịch ở Pa, o C 110 112.2 117 123.6

aXác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch KOH theo nồng độ ở áp suất P 1 = 0.3636 at

Theo phương pháp Babo ( Công thức 5.9 trang 150 Tài liệu [3] )

2 2 1

dd t

*Xét dung dịch KOH 25%

Nhiệt độ dung dịch KOH 25% ở Pa = 1.033 at là 110oC

Ở 110oC áp suất hơi nước bão hòa là 1.461 at ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )

Ta cần xác định nhiệt độ sôi dung dịch ở P1 = 0.3636 at

110 O H

dd t

033

1P

PH2O(t) =

Vậy nhiệt độ sôi của nước ở 0.51 at là t = 81.54oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [2] )

⇒ Nhiệt độ sôi của dung dịch KOH 25% ở P1 = 0.3636 at là 81.54oC

Tổn thất nhiệt độ sôi

49.805.7354

81

Tính tương tự ở các nồng độ 30%, 35%, 40% ta được kết quả sau:

Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40

Nhiệt độ sôi dung dịch, o C 81.54 83.43 87.36 92.96

Tổn thất ∆', o C 8.49 10.38 14.31 19.91

bTổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh ∆'' Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất trung bình

Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4]

) P ( sdm ) P ( sdm ) P ( sdd )

Trong đó ρdd: Khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ tsdd ( P1 ∆P )

•Hop : Chiều cao lớp chất lỏng sôi

Trong thiết bị tuần hoàn tự nhiên

Hop =[0.26+0.0014(ρ −dd ρdm) ].Ho

Với Ho : Chiều cao ống truyền nhiệt

ρdm: Khối lượng riêng dung môi ở tsdm

*Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho = 1.5m

 Tính cho trường hợp dung dịch KOH 25%

Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số ρ −dd ρdm thay đổi không đáng kể nên ta chọn tra ρdd,ρdm ở 15oC

*g

(

sdd 1

2.Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn

Tính theo công thức 4.4 trang 181 Tài liệu [4]

*Phương trình cân bằng nhiệt

cđ t

'' w c

c c đ đ đ

''

D G c t G c t Wi D.c Q Qi

)

1.(

D

D : lượng hơi đốt sử dụng, kg

ϕ =5% : tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo

θ : nhiệt độ nước ngưng, oC

C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở Cθo , J/kg độ

cđ, cc : nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, J/kg độ

tđ, tc : nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, oC

Qt : nhiệt lượng tổn thất, J

Qcđ : nhiệt lượng cô đặc, J

*Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp ( do có 5% hơi nước ngưng cuốn theo )

QD = D.(1-ϕ).(i'' c.θ

D− ) = D.(1-ϕ).r

r = i'' c.θ

D − : nhiệt hóa hơi của nước ở áp PĐ

*Nhiệt dung riêng của dung dịch

Tính theo công thức 4.11 trang 182 Tài liệu [4]

cdd = 4190.(1-x) + c1.x

Trong đó

x: nồng độ dung dịch

c1: nhiệt dung riêng KOH khan, J/kg độ

Theo công thức 4.12 trang 183 Tài liệu [4]

56

10

*6.910

*8.1610

*

=+

Vậy nhiệt dung riêng dung dịch theo nồng độ

Nồng độ dung dịch % 25 30 35 40

Nhiệt dung riêng dung dịch, J/kg độ 3376.5 3213.8 3051.1 2888.4

*Chọn hơi đốt có áp suất PD =3 at ⇒ tD =132.9oC

*Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at

r = 2171.103 J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

*Entanpi của hơi thứ ở 73.05oC

''

w

i =2632.2*103 J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )

*Tổn thất nhiệt Qt = 0.05*QD

*Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể

aGiai đoạn đưa dung dịch 25% từ 25 o C đến 83.48 o C

Q

Lượng hơi đốt sử dụng

D1 = 312.25

10

*2171

*)05.01

(

10

*44

Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất )

95.0

10

*94

1195

10

*68

*)05.01

(

10

*14.9

Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt )

QD4 = 8 6.89*108

95.0

10

*55

*Tóm tắt cân bằng năng lượng

Nồng độ dung dịch % 25(25oC) 25(83.48oC) 30 35 40

Nhiệt lượng hữu ích, J*10 -8 0 6.12 18.06 26.74 33.29

Tổng nhiệt lượng cung cấp, J*10 -8 6.44 19.01 28.15 35.04

Lượng hơi đốt sử dụng, kg 312.25 921.72 1364.88 1698.95

I.HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT

1.Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi

1.1Các kí hiệu và công thức

1

α : hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi, W/m2K

2

α : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi, W/m2K

q1 : nhiệt tải riêng phía hơi ngưng, W/m2

q2 : nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi, W/m2

qv : nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt, W/m2

t : nhiệt độ trung bình vách trong ống, oC

tD : nhiệt độ hơi ngưng, tD = 132.9oC

tdd : nhiệt độ dung dịch sôi, oC

1

v D

1 t t

∆

dd v

1 t

q =α ∆ (1)

Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2]

4 1

r

*A

*04

ρ : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm, kg/m3

λ : hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ tm, W/mK

µ :độ nhớt của nước ở nhiệt độ tm, Pas

r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tD

n n dd 2 n dd 565 0 n

dd n

c

c

ρλ

λα

Trong đó

n n

n =0.56*q *p

α (5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2])

Với q : nhiệt tải riêng, W/m2

p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng, N/m2

*Các thông số của dung dịch

•µdd tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40oC )

•λdd tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1]

3 dd

dd dd

*10

*58

1

−+

Với x : nồng độ dung dịch

•cdd và ρdd xác định theo nồng độ

Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40

dd

ρ , kg/m 3 1239 1291 1344 1399

c dd , J/kg độ 3376.5 3213.8 3051.1 2888.4dd

µ , Ns/m 2 1.31*10-3 1.57*10-3 1.83*10-3 2.09*10-3

dd

λ , W/mK 0.577 0.572 0.565 0.555

1.1.3Phía vách ống truyền nhiệt

Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]

v 1

1rr

.17

10

*

24000

∑ ++

=

2

v 1

1r

4Tính ∆tvtheo công thức (6) với qv = q1⇒tv2,∆t2

5Tính αntheo công thức (5) với q = q1

q

q −

Nếu ss > 5% thì chọn lại t và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏv 1

10Tính K theo công thức (7)

1.2Tính K cho các giai đoạn

a.Tímh ở nồng độ 25%

.1

*2.5

10

*2171

*09.191

*04.2H

*t

r

*A

C1.996.287

3 2

565 0

10

*38619.0

*44.4189

5.3376

*97.975

123966983

.0

577.0

*21

tb 46559.968 47246.44 46903.2W/m

2

1qq

44.47246968

110

*143.694

110

*143.663

110

*143.635

110

*143.692.10379

o Bảng tóm tắt

2.1Các kí hiệu và công thức

Các kí hiệu α1,α2, q1, q2, qv, t , v1 t , tD, tdd, v 2 ∆t1,∆t2,∆tv, tm như mục 1.1

2.1.1Phía hơi ngưng

1 1

1 t

q =α ∆

4 1

r

*A

*04

2 t

q =α ∆

l

.Nul

2 dd

2 dd

3

dd t g.l

*l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1.5 m

*ρdd,βdd,λdd,µdd,cdd : khối lượng riêng ( kg/m3 ), hệ số dãn nở thể tích ( K-1 ), hệ số dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dịch KOH lấy

1K

*6.11

10

*217113

.190

*04

1 t 7289.68*11.6 84560.29W/m

(4).∆t =q ∑r =84560.29*6.143*10− 4 =51.95K

v 1 v

.0

10

*31.1

*5.3376

10

*273.210

*31.1

81.9

*11.15

*508.0

*1239

.5560

110

*143.668.7289

=

−

II.BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC

Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT

dQ= K.F(T-t).dT

Giả sử đến cuối quá trình dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt ⇒F không đổi,

T không đổi

d

Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J

*Ta tính tích phân (1) bằng đồ thị Cần xác định Q, K(T t)

1

− ở từng thời điểm.

10

*Chọn thời gian cô đặc là 40 phút

⇒Bề mặt trao đổi nhiệt là

T =K.Q∆.tF

Với Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J

K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m2K

t

∆ : chênh lệch nhiệt độ, K

48.839.132

259.132ln

48.839.13225

9.132

*89.74

*74.1073

10

*12

≈

=

*Chọn thời gian nhập liệu 15 phút

Thời gian tháo sản phẩm 15 phút

*Tồng thời gian cô đặc 1 mẻ là

Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 1.5m

Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : dng = 45mm

: dtr = 41mm

⇒ Số ống cần :

H.d

n

F= π tr

1755.1.041.0

65

33H

=π

=

•Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo Tài liệu [2] trang 48 )

Số hình lục giác đều : 8 hình

Số ống trên đường chéo : 17 ống

⇒Tổng số ống : 217 ống

•Chọn bước ống t = (1.2→1.5).dng

Chọn t = 58 mm

•Chọn ống tuần hoàn

Đường kính ống tuần hoàn

Chọn dtr (th) = 315 mm

dng(th) = 325 mmKiểm tra điều kiện : tiết diện ngang ống tuần hoàn bằng 0.25→0.35 tiết diện ngang tất cả các ống truyền nhiệt :

27.041.217315

4

d217

4

d.S

S

2

2 2

tr

2 ) th ( tr o

π

π

Số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ

Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn

d

m= ng th + = + =

⇒

⇒có 7 ống trên đường chéo ống tuần hoàn

⇒ a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )

Tổng số ống bị chiếm chỗ

371)14(

*4

*31)1a.(

a

n' = − + = − + = (công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48)Số ống truyền nhiệt còn lại

18037217

Cần 175 ống (bỏ 5 ống)

•Đường kính trong buồng đốt

Dt = t.(b-1) + 4.dng= 58*(17-1) + 4*45 =1108 mm

Với b = 17 , số ống trên đuờng chéo lục giác

Chọn đường kính buồng đốt Dt (bđ) = 1100 mm

•Đáy

Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 90o

Tra bảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2]

Chiều cao gờ hgờ = 50 mm

Chiều cao phần nón hn = 618 mm

Thể tích đáy nón Vđáy = 0.282 m3

Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hoàn

4

315.0

*5.1

*4

041.0

⇒dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt

Lưu lượng hơi thứ

Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này là lớn nhất )

1 hơi W

ρ = 0.2224 kg/m3 ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

T1 : thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 25% đến 30% )

T1 = 936.8 s

478.28.936

*2224.0

25.516

Vận tốc hơi

4D

Vbốc

_buồng_ngang_diện_tiết

V

2 ) bb ( tr

h hơi

hơi

π

2 ) bb ( tr hơi D

478.2

*4

π

=

ω

Vận tốc lắng

Xác định theo công thức 5.14 trang 157 Tài liệu [3]

h

l h l

o 3

d

g.4

ρξ

ρρ

ρ : khối lượng riêng hơi thứ, ρh= 0.2224 kg/m3

dl : đường kính giọt lỏng, dl = 0.3 mm = 3*10-4 m

ξ : hệ số trở lực

ρω

=

Với µh=0.0106*10-3 Pa.s : độ nhớt động lực học của hơi thứ

2 ) bb ( tr 3

4 2

) bb (

86.1910

*0106.0

2224.0

*10

*3

*D

478.2

*4

1 ) bb ( tr

4 o

)D(

37.22224

.0

*D

*0788.3

*3

10

*3

*)2224.057.976(

*81.9

2

) bb (

37.2

*7.0D

478.2

86.19

2.Chiều cao

Tính theo trang 71,72 Tài liệu [2]

Thể tích không gian hơi

tt h kgh U

WV

ρ

Với W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h

Utt : cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi, m3/m2hh

ρ : khối lượng riêng hơi thứ, ρh =0.2224kg/m3

67.0

5625

kg/hUtt = f.(Utt (1at) )

2 1 ) bb ( tr 6

0 2 ) bb ( tr

6

D

86.19

5

18Re

5

h3h2 =400 mmh1 =50 mm

h1= 50 mm : chiều cao phần gờ buồng bốch2= 400 mm :chiều cao phần nón buồng bốch3 : chiều cao dung dịch trong phần trụ

Với Utt (1at) : cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất bằng 1 at

f : hệ số hiệu chỉnh

Chọn Utt (1at) = 1650 m3/m2.h

⇒ f = 1.5 ( Đồ thị VI.3 trang 72 Tài liệu [2] )

⇒ Utt = 1.5*1650 =2475 m3/m2.h

⇒ Thể tích không gian hơi

17.32475

*2224.0

34375.1742

⇒Chiều cao phần không gian hơi trong trụ bốc

58.16.1

*

17.3

*4D

V.4

) bb ( tr

kgh

π

=π

bĐ ( tr ) bb ( tr

2 ) bĐ ( tr

2 ) bb ( tr

2 1

2 ) bĐ (

4

DD

.DD

D12

h.h.4

2

2

h

*4

6.1)1.1

*6.11.16.1(12

4.005.0

*4

1.1

*755

Chọn chiều cao phần trụ buồng bốc 2.2 m

Chiều cao buồng bốc

2.2+ 0.4 + 0.05 = 2.65 m

Khi kết thúc cô đặc Vdd = 1.38 m3

⇒Thể tích dung dịch trong buồng bốc

Vdd(bb) = 1.38 – 0.463 -0.282 = 0.635 m3

Tương tự như trên ta được chiều cao dung dịch ngập phần trụ buồng bốc là

h3 = 0.004 m = 4 mm

3.Nắp