cô đặc KNO3 hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức

Cô đặc dung dịch KNO3 tuần hoàn cưỡng bức

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên : ………

Lớp : Đ.H Hóa 1 Khoa : Công Nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn : Ths: Nguyễn Xuân Huy NỘI DUNG ĐỀ BÀI: Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dung dịch KNO3 với năng suất 12000 kg/h Chiều cao ống gia nhiệt: 2 m Nồng độ đầu vào của dung dịch: 10% Nồng độ cuối của dung dịch: 28% Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at Áp suất hơi ngưng tụ: 0,35 at NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN  ………

Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2010

Người nhận xét

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG 7

1 Phân loại thiết bị cô đặc: 8

2 Cô đặc nhiều nồi: 9

3.Giới thiệu về dung dịch KNO3: 10

4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất : 10

4.1 Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức 10

4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống 11

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13

1 Số liệu ban đầu : 13

2.Tính cân bằng vật liệu : 13

2.1 Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng nồi: 13

2.1.1 Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống: 13

2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi : 13

2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi 14

3.Tính cân bằng nhiệt lượng : 14

3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi: 14

3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi 14

3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi 15

3.2.Xác định tổn thất nhiệt độ: 16

3.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ : ,C 16

3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh: ,  17

3.2.3 Tổn thất do đường ống ( , )  18

3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi 18

3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định : 18

3.3.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi 19

3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi; 19

3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: 19

3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có: 20

3.4.2 Nhiệt lượng mang ra: 20

3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt: 20

4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi: 24

4.1.Tính hệ số cấp nhiệt  khi ngưng tụ hơi 24

4.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: 25

4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi  2i W/m2 độ: 26

4.3.1 Khối lượng riêng : 28

4.3.2 Nhiệt dung riêng : 28

4.3.3 Hệ số dẫn nhiệt: 28

4.3.4 Độ nhớt : 30

4.4.Nhiệt tải riêng về phía dung dịch : 31

4.5.So sánh q2i và q1i : 31

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi 32

6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 33

6.1 Xác định tỷ số sau : 33

6.2.Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi : 33

7 So sánh Ti', Ti tính được theo giả thiết phân phối áp suất 34

8 Tính bề mặt truyền nhiệt (F) 34

PHẦN III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 35

1 Buồng đốt 35

1.1 Xác định số ống trong buồng đốt: 35

1.2 Đường kính của buồng đốt : 36

1.3 Chiều dày buồng đốt : 36

1.4.Chiều dày lưới đỡ ống : 39

1.5 Chiều dày đáy buồng đốt : 41

1.6.Tra bích để lắp đáy vào thân buồng đốt : 44

2.Buồng bốc 44

2.1 Thể tích buồng bốc hơi : 44

2.2 Chiều cao buồng bốc : 45

2.3 Chiều dày buồng bốc: 46

2.4 Chọn chiều dày nắp buồng bốc ( như đáy buồng đốt ): 47

2.5 Tra bích để lắp thân buồng bốc : 49

3 Chiều dày ống có gờ bằng thép CT3 50

4 Tính toán một số chi tiết khác 51

4.1 Tính đường kính các ống nối dẫn hơi , dung dịch vào, ra thiết bị : 51

4.1.1 Ống dẫn hơi đốt vào : 51

4.1.2 Ống dẫn dung dịch vào : 52

4.1.3 Ống dẫn hơi thứ ra : 52

4.1.4 Ống dẫn dung dịch ra: 53

4.1.5 Ống tháo nước ngưng : 53

4.1.6 Ống tuần hoàn: 53

4.2 Tính và chọn tai treo giá đỡ : 57

4.2.1 Tính Gnk : 57

4.2.2.Tính Gnd. : 61

4.3 Chọn kính quan sát : 63

4.4.Tính bề dày lớp cách nhiệt : 64

PHẦN IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 65

1.Gia nhiệt hỗn hợp đầu : 65

1.1.Nhiệt lượng trao đổi :( Q) 65

1.2.Hiệu số nhiệt độ hữu ích: 65

1.3.Bề mặt truyền nhiệt: 70

1.4.Số ống truyền nhiệt : 70

1.5.Đường kính trong của thiết bị đun nóng : 71

1.6.Tính vận tốc và chia ngăn : 72

2.Chiều cao thùng cao vị: 72

3.Bơm 81

3.1.Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra: 81

3.2.Năng suất trên trục bơm: 84

3.3.Công suất động cơ điện: 85

4.Thiết bị ngưng tụ baromet: 85

4.1.Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ: 87

4.2.Đường kính thiết bị 88

4.3.Kính thước tấm ngăn: 88

4.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 89

4.5.Các kích thước của ống baroomet: 90

4.6.Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị: 92

4.7.Tính toán bơm chân không: 92

PHẦN V KẾT LUẬN 95

Tài liệu tham khảo: 96

Chuyển đổi đơn vị thường gặp: 96

LỜI MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế mộtthiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, em được nhận đồ

án môn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” với đề bài là: “thiết kế

hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi tuần hoàn cưỡng bức ”.Việc thực hiện đồ án làđiều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thựctiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quátrình và thiết bị Công nghệ Hóa học” trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiếnthức của một số môn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kếmột thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trongquá trình công nghệ Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biếtcách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức,quyđịnh trong tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trình bầy bản thiết kế theovăn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống

Đồ án của em trình bày về thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức Thiết bị côđặc tuần hoàn cưỡng bức có những ưu điểm như:

- Hệ số cấp nhiệt lớn hơn trong tuần hoàn tự nhiên tới 3 đến 4 lần và cóthể làm việc được ở điều kiện hiệu số nhiệt độ hữu ích nhỏ (3-5ºC) vìcường độ tuần hoàn không phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ hữu ích màphụ thuộc vào năng suất của bơm

- Cô đặc tuần hoàn cưỡng bức cũng trách được hiện tượng bám cặn trên bềmặt truyền nhiệt và có thể cô đặc những dung dịch có độ nhớt lớn màtuần hoàn tự nhiên khó thực hiện

Tuy nhiên khuyết điểm của thiết bị này là tốn năng lượng để bơm, thường ứngdụng khi cường độ bay hơi lớn

Trong đồ án môn học này của em được chia thành 5 nội dung chính:Phần 1: Giới thiệu chung

Phần 2: Tính toán thiết bị chính

Phần 3: Tính toán cơ khí

Phần 4: Tính toán thiết bị phụ

Phần 5: Kết luận

Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinhnghiêm thực tế và nhiều mặt khác nên không tránh khỏi những thiếu sót trongquá trình thiết kế Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉdẫn thêm của thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Xuân Huy đã hướng dẫn em

hoàn thành đồ án này

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG

Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành côngnghiệp khác nói chung thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứachất tan không bay hơi, để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làmbay hơi một phần dung môi dựa trên nguyên 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 hóachất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thudung môi ở dạng nguyên chất dung dịch được chuyển đi không mất nhiều côngsức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu thiết bị dung 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 chất lỏng, thiết bị cô đặc phòngđốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuần hoàntrung tâm…

Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị côđặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩmnhư mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất

Quá trình cô đặc của dung dịch mà giữa các cấu tử có chênh lệch nhiệt độ sôirất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi Tuynhiên, tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ( hay không bay hơi trong quátrình đó) mà ta có thể tách một phần dung môi (hay cấu tử khó bay hơi) bằngphương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh

- Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng) dung môichuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi dung dịch sôi Để cô đặc cácdung dịch không chịu được nhiệt độ ( như dung dịch đường) đòi hỏi cô đặc ởnhiệt độ thấp, thường là chân không Đó là phương pháp cô đặc chân không

- Phương pháp lạnh: Khi hạ nhiệt độ đến một mức độ yêu cầu nào đó thì mộtcấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết – thường là kết tinh

dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất làkết tinh dung môi, và điều kiện bên ngoài tác dụng lên dung dịch mà quá trìnhkết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và có khi phải dùng đến máylạnh

1 Phân loại thiết bị cô đặc:

Các thiết bị cô đặc rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên ta có thể phânloại theo 1 số đặc điểm sau:

- Theo nguyên lý làm việc: Có 2 loại thiết bị cô đặc làm việc theo chu kỳ

và làm việc liên tục

- Theo áp suất làm việc bên trong thiết bị: Chia ra 3 loại: Thiết bị làmviệc ở Pdư, Pck…

- Theo nguồn cấp nhiệt:

 Nguồn của phản ứng cháy nhiên liệu

Cấu trúc của một thiết bị cô đặc thường có 3 bộ phận chính sau:

- Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bị đốt nóng bằng hơi nước, bộ phận nhậnnhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoàicác ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong các ống

- Không gian để phân ly: Hơi dung môi tạo ra còn chứa cả dung dịch nênphải có không gian lớn để tách các dung dịch rơi trở lại bộ phận nhiệt

- Bộ phận phân ly: Để tác các giọt dung dịch còn lại trong hơi

Cấu tạo của một thiết bị cô đặc cần đạt các yêu cầu sau:

- Thích ứng được các tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như:

Độ nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại

- Có hệ số truyền nhiệt lớn

- Tách ly hơi thứ tốt

- Bào đảm tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt

2 Cô đặc nhiều nồi:

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ýnghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt

Ngưyên tắc cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau:

Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vàođun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,…hơi thứ ởnồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sangnồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên

Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt

độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữahơi đốt và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phảigiảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau Thông thường thì nồiđầu làm việc ở áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khíquyển (chân không)

Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi.Lượng hơi đốt dùng để bốc hơi 1 kg hơi thứ trong hệ thống cô đặc nhiều nồi sẽtăng Dưới đây là số liệu về lượng tiêu hao hơi đốt theo 1 kg hơi thứ:

Trong hệ thống cô đặc 1 nồi: 1,1 kg/ kg

Trong hệ thống cô đặc 2 nồi: 0,57 kg/ kg

Trong hệ thống cô đặc 3 nồi: 0,40 kg/ kg

Trong hệ thống cô đặc 4 nồi: 0,30 kg/ kg

Trong hệ thống cô đặc 5 nồi: 0,27 kg/ kg

Qua số liệu này cho thấy, lượng hơi đốt giảm đi theo số nồi tăng nhưngkhông giảm theo tỉ lệ bậc 1 mà từ nồi 1 lên nồi 2 giảm 50%, còn từ nồi 4 lênnồi 5 giảm đi 10%, thực tế từ nồi 10 lên nồi 11 giảm đi không quá 1% nghĩa làxét về mặt hơi đốt hệ thống cô đặc nhiều nồi không thể quá 10 nồi

Mặt khác số nồi tăng thì hiệu số nhiệt độ có ích giảm đi rất nhanh do đó bềmặt đun nóng của các nồi sẽ tăng

Vì vây, cần lựa chọn số nồi thích hợp cho hệ thống cô đặc nhiều nồi

3.Giới thiệu về dung dịch KNO 3 :

Kali nitrat hay còn gọi là diêm tiêu kali là chất lỏng ở dạng những tinhthể lập phương, nóng chảy ở 3340C Không hút ẩm, tan trong nước và độ tantăng nhanh theo nhiệt độ nên rất dễ kết tinh lại Nó khó tan trong rượu và ete ở

4000C, KNO3 phân huỷ thành kali nitrit và oxi:

KNO3 = KNO2+ ½O2

Do đó ở nhiệt độ nóng chảy KNO3 là chất oxi hoá mạnh, nâng số oxihoá của Mn, Cr lên số oxi hoá cao hơn

Hỗn hợp của KNO3 và các hợp chất hữu cơ sẽ cháy dễ dàng và mãnhliệt Hỗn hợp gồm 75% KNO3, 10% S, 15% than là thuốc súng đen

Diêm tiêu kali còn dược dùng làm phân bón, chất bảo quản thịt và dùngtrong công nghiệp thuỷ tinh Ở nước ta nhân dân thường khai thác diêm tiêu từphân dơi hay đúng hơn từ đất ở trong các hang có dơi ở Phân dơi trong cáchang đó lâu ngày bị phân huỷ giải phóng khí NH3 Dưới tác dụng của một số vikhuẩn, khí NH3 bị oxi hoá thành nitrơ và axit nitric Axit này tác dụng lên đávôi tạo thành Ca(NO3)2, muối này một phần bám vào thành hang, một phần tanchảy ngấm vào đất trong hang Người ta lấy đất hang này trộn kĩ với tro củi rồidùng nước sôi dội nhiều lần qua hỗn hợp đó để tách ra KNO3

Ca(NO3)2 + K2CO3 → 2KNO3 + CaCO3Phương pháp này cho phép chúng ta sản xuất được một lượng diêm tiêutuy ít ỏi nhưng đã thoã mãn kịp thời yêu cầu của quốc phòng trong cuộc khángchiến chống Pháp trước đây

4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất :

4.1 Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức.

Trong sơ đồ gồm những thiết bị chính sau (như hình vẽ)

1 2 nồi cô đặc thuộc loại thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức

2 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

3 Thiết bị ngưng tụ

4 Bơm hút chân không

4 2 Nguyên lý làm việc của hệ thống

Dung dich đầu Na2SO4 chứa trong thùng (1) được bơm (2) đưa vào thùngcao vị (3) từ thùng chứa thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn địnhmức chất lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị traođổi nhiệt (5) (thiết bị ống chùm) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đunnóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bảo hòa cung cấp từ ngoài vào, rồi

đi vào nồi (6) Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đunnóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt đượcđưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí không ngưng đượcđưa qua của tháo khí không ngưng.Nước nưng được đưa ra khỏi phòng đốtbằng của tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốcgọi là hơi thứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên vàđược dẫn sang buong đốt của thiết bị (7) Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển quanồi thứ (7) do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau <

áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch

đi vào nồi thứ (7) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ đượclàm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình

tự bốc hơi Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm(9) qua thiết bị bơm (2) Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bịngưng tụ Baromet (10) Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đixuống, ở đây hời thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet vàothùng chứa còn khí không ngưng đi qua thiết bị tách bọt (11) hơi sẽ được bơmchân không (12) hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nướcngưng

Hệ thống cô đặc xuôi chiều ( hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau từnồi nọ sang nồi kia ) được dùng khá phổ biến trong công nghiệp hóa chất.Loạinày có ưu điểm là dung dịch tự chảy từ nồi trước sang nồi sau nhờ sự chênhlệch áp suất giữa các nồi Nhiệt độ sôi của nồi trước sang nồi sau , do đó , dungdịch đi vào mỗi nồi ( trừ nồi 1 ) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi , kết quả là

dung dịch đi vào sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt sẽ bốc hơi thêm một lượnghơi nước gọi là quá trình tự bốc hơi.Nhưng khi dung dịch vòa nồi đầu có nhiệt

độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch , thì cần phải đun nongd dung dịch , do

đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt Vì vậy , khi cô đặc xuôi chiều , dung dịchtrước khi vào nồi nấu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưngtụ

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

1 Số liệu ban đầu :

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dung dịch KNO3 với năng suất 12000 kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 2 m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 10%

Nồng độ cuối của dung dịch: 28%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,35 at

2.Tính cân bằng vật liệu :

2.1 Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng nồi:

2.1.1 Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống:

Áp dụng công thức (VI.1/ST 2 – T 55)

W = Gd – Gc = Gd (1 - xd xc )

 W= 12000 (1 -1028 ) = 7714,2857 (kg/h)

2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi :

W1 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1

W2 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2

Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:

1

2

1 

W W

Mà ta có: W1 + W2 = 7714,2857

1429 , 3857

2

1  

2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi

x1:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1



x 1 = 14 , 74

1249 , 3857 12000

10 12000





x2 = 28%

3.Tính cân bằng nhiệt lượng :

3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi:

3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi

- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là:

P P

) ( 058 , 1 45 3

65 , 3

1

2

at P

at P

4

2

1

at P

at P

at P

C t

at P

C t

at P

, 0

844 , 108 408

, 1

9 , 142 4

2 2

1 1

3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.

NX: 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 , 1 1 , 5





 ,và khi đó nó sẽ trở thành hơi đốtcho nồi 2: chọn  ,  1 C

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

, 2

, 1

, 2

,

1 ,t ,P ,P t

Ta có:

C t

t

C t

844 , 109 1 844 , 108 1

, 2 2

, 1

Tra bảng (I.250/ST1-T312), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứcủa mỗi nồi sẽ cho áphơi thứ tương ứng:

at P

at P

3636 , 0

4539 , 1

, 2

, 1

đốt P1= 4 t1=142,9 P2=1,408 t2=108,844 P

ng=0.35 tng=72,05Hơi

C f

o

2

, ,

2 , 16

T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho K

r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc J/kg

* Tra bảng (VI.2/ST2 – T63)

C x

C x

% 28

374 , 1

% 74 14

, 2 2

, 1 1

* Xác định nhiệt độ Ti

K T

K T

844 , 382 273 844 , 109

2 1

* Xác định ri:

Tra bảng (I.250/ST1 – T312)

kg J r

kg J r

/ 10 68 , 2325

/ 10 4368 , 2234

3 2

3 1

C

i 1 , 55079 2 , 4357 3 , 9864

4357 , 2 2325680

) 05 , 346 ( 92 , 2 2 , 16

5507 , 1 8 , 2234436

) 844 , 382 ( 4539 , 1 2 , 16

, 2

, 1 ,

2 ,

2

2 ,

1

3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh: ,

- Áp dụng công thức VI.13

at g h

h P P

t t

dds o

tb

o tb

4

2 1 ,,

10 81 , 9

).

% 28

) / ( 1882 , 1095

% 74 , 14

3 2

3 1

m kg x

m kg x

05 , 1192

) / ( 5941 , 547 2

1882 , 1095

3 2

3 1

m kg

m kg

81 , 9

81 , 9 025 , 596 ).

2

2 5 , 0 ( 3636 , 0

) ( 5414 , 1 10

81 , 9

81 , 9 5941 , 547 ).

2

2 5 , 0 ( 4539 , 1

4 2

4 1

at P

at P

C t

528 , 111

2 1

Vậy:

C t

t

C t

684 , 1 844 , 109 528 , 111

02 2

,, 2

01 1

,, 1

        

2 , 1 ,

, ,

,

3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi

3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định :

3.3.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi

,, 2

, 2

, 2 2

,, 1

, 1

, 1 1

t t

s s

C t

0787 , 113 684 , 1 5507 , 1 844 , 109

2

1

3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi;

C t

t T

C t

t T

8213 , 29 0787 , 113 9 , 142

2 2 2

1 1 1

3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:

 : Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2

Cd, C1,Cn1,Cn2,C2: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ,cuối và nướcngưng

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

3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có:

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

Nhiệt do dung dịch mang vào : G

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

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

3.4.2 Nhiệt lượng mang ra:

3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

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 0 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

s d

2 2 2 1 2

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

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

95 , 0

) (

) (

1 1

0 1

1 1

1 1 1



Cn i

t C t C G t

C i W

9 , 142

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

- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 10%

Áp dụng công thức I.41 /ST1 – T152 ta có:

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,1) = 3767,4 (J/kg độ)

- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 14,74 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

3 16800 26000

kg J i

C t

kg J i

C t

kg J i

C t

kg J i

C t

/ 2632217 05

,

73

/ 2 , 2695719 844

,

109

/ 8 , 2691612 844

, 108

/ 2744060 9

,

4387

) 9 , 142 4972 , 4231 2744060

( 95 , 0

) 6953 , 100 4 , 3767 0787

, 113 9836 , 3568 ( 12000 )

0787 , 113 9836 , 3568 2

, 2695719 (

698

,

3763

) / ( 5877 , 3950 698

, 3763 2857

, 7714 )

/ ( 698

,

3763

0787 , 113 9836 , 3568 2

, 2695719 )

844 , 108 4972 , 4231 8

, 2691612 (

95 , 0

) 0787 , 113 9836 , 3568 7507

, 80 8012 , 3297 ( 12000 )

7507 , 80 8012 , 3297 2632217

( 2857

,

7714

1 2

1

1

h kg D

D

h kg W

W W h kg W

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W1 : W2 = 1: 1,05

Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân

bằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn

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

4.1.Tính hệ số cấp nhiệt  khi ngưng tụ hơi.

25 , 0 1

) (

04 , 2

H t

r A

97 , 2

Ti i i

t t t

t t t

t   0  , 5 1

Với: t1 = 142,9 oC tm1 = 142,9 – 0,5.2,97 = 141,415 oC

t2 = 108,844 oC tm2 = 108,844 – 0,5.2,63 = 107,474oCTra bảng giá trị A phụ thuộc vào tm : (ST2 – T 29 )

với: t1 = 141,55oC A1 = 194,2123

t2 = 107,474 oC A2 = 182,3633

Vậy:

) /

( 7367 , 9403 2

74 , 2

10 2368 , 2237 3633 , 182 04 , 2

) /

( 4172 , 9701 2

97 , 2

10 5 , 2135 2123 , 194 04 , 2

2 25

, 0 3 12

2 25

, 0 3 11

đô m W

đô m W

002 , 0 10 232 , 0 10 387 , 0



C t

C t

6621 , 0 2386 , 25766

0772 , 19 10

6621 , 0 2091 , 28813

3 2

3 1

Vậy :

C t

C t

7741 , 7 0772 , 19 97 , 2 8213 , 29

22

21

*  : hệ số hiệu chỉnh ,xác định theo công thức(VI.27/ST2 – T71)

435 , 0 2

565 , 0

 :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)

3 2

1

/ 3196 , 971

/ 5678 , 948

m kg

m kg

3 1

/ 24 , 1153

/ 95 , 1038

m kg

m kg

4.3.2 Nhiệt dung riêng :

- Nhiệt dung riêng của nước :tra bảng ( I.249 /ST1 – T 310 )

1 

nc

6854 , 0

M C

ddi ddi ddi

nên : M = 101.a +(1- a)18

nồi 1 :x = 14,74 % khối lượng

4817,2018)

0299,01(0299,0.101

0299,01826,8510174,

74,14

0648,01(0648,0.101

0648,018

72101

Vậy :

4817 , 20

95 , 1038 ,.

95 , 1038 9836 , 3568 10 58 ,

24 , 1153

24 , 1153 8012 , 3297 10 58 ,

2246 , 0

5095 , 0

, 0 3532 , 0 2011 , 4196 8012 , 3297 3196 , 971 24 , 1153

6854 , 0 4993 , 0

5761 , 0 5094

0 2246 , 0 2338 , 4238 9836 , 3568 3196 , 971 95 , 1038

6746 , 0 4914 , 0

435 , 0 2

565 , 0 2

435 , 0 2

565 , 0 1

21   

q

374129088,779,9641.7,7741 (W/m2)

22 22

% 5

% 475 , 4

% 100 1105

, 26973

2386 , 25766 1105

,

26973

% 5

% 957 , 0

% 100 9641

, 29088

2091 , 28813 9641

Vậy giả thiết  11 ,  21 được chấp nhận

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi



 N/m2 độTrong đó:

qtbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi (W/m2 )

, 28813 2

21 11

577 , 26372 2

9153 , 26978 2386

, 25766 2

22 12

Vậy:

4858 , 906 0933

, 29

577 , 26372

8198 , 970 8213

, 29

0866 , 28951

2

2 2

1

1 1

T

q K

2110500 698

, 3763

2191142

3600

7507 , 80 0787 , 113 9836 , 3568 )

698 , 3763 12000

( 8 , 2237236 5877

,

3950

3600

) (

2 1 1 1 1 2

2

2

w

T T C G

, 906

026 , 2191142

7884 , 2272 8198

, 970

953 , 2206467

K Q K

Q T

K

Q T

K

Q T

, 2272

183 , 2417

0933 , 29 8213 , 29

3549

,

28

183 , 2417 7884

, 2272

7884 , 2272

0933 , 29 8213 , 29 ).

(

2

2 1 1

2 2 2

1 1 2

1

,

1

7 So sánh T i ', T i tính được theo giả thiết phân phối áp suất

% 5

% 37 , 4

% 100 0933

, 29

3642 , 30 0933 , 29

% 5

% 92 , 4

% 100 8213

, 29

3549 , 28 8213 , 29

T K

Q F



 m2

Vậy:

) ( 80 3642 , 30 4858 , 906

026 , 2191142

) ( 80 3549 , 28 9198 , 970

953 , 2206467

2 2

1

2 2

2 1

1

1 1

m T

K

Q F

m T

K

Q F

1 Buồng đốt

Thiết bị làm việc ở điều kiện áp suất thấp ( <1,6.106N/m2 ) , chọn nhiệt

độ thành thiết bị là nhiệt độ môi trường , đối với thiết bị đốt nóng có cách nhiệtbên ngoài neeChọn thân hình trụn hàn , làm việc chịu áp suất trong , kiểu hàngiáp mối hai bên , hàn tay bằng hồ quang điện , vật liệu chế tạo là thép CT3(thép cacsbon 0.03% ).Khi chế tạo cần lưu ý:

- F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt , m2

- f   d tr.H : diện tích của một ống truyền nhiệt , m2

- dtr : đường kính trong của ống truyền nhiệt, m

Chọn dtr = 0.025 − 0,002.2=0,021 m

Vậy số ống truyền nhiệt là:

2 14 , 3 021 , 0

6 cạnh

Tổng sốống không

kể các ốngtrong cáchình viênphân

Số ống trong cácHình viên phân

Tổng sốống trongtất cả cáchình viênphân

TổngốngthiếtbịDãy1 Dãy

1.2 Đường kính của buồng đốt :

Đường kính trong của buông đốt khi sắp xếp theo hình lục giác đều được tínhtheo công thức sau: (CT V.140/ST2 – T49)

Dtr = t.(b – 1) + 4.dn (m)

- b: số ống trên đường chéo của hình 6 cạnh b = 27 (ống)

- dn : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn = 25 mm

- t : bước ống , thường lấy t = 1,2 : 1,5 dn , ta chọn t = 1,3.dn

Dtr = 1,3.0,025.(27 – 1) + 4.0,025 = 0,945 (m)Quy chuẩn theo bảng XIII.6 /ST2 – 359 : Dtr = 1 (m) = 1000 mm

1.3 Chiều dày buồng đốt :

Chiều dày buồng đốt chịu áp suất trong được xác đị nh theo công thức :

(XIII.8/ST2 – 360)

  P C

P D S

c c k

k k

n

n





- : hệ số hiệu chỉnh , theo bảng XIII.2 /ST2 – 356    1

- Dựa vào bảng XII.4/ST2 – 309 ta có:

10 240

) / ( 10 146 1 6 , 2

10 380

2 6

6

2 6

6

m N

m N

+ C2 : chống ăn mòn ở môi trường 2 Đại lượng bổ xung bào mònthường thwo thực nghiệm ( tuy nhiên khi tính toán thiết bị hóa chất thường bỏqua )

+ C3 : Lượng bù gia công Đại lượng bổ xung do dung sai âm của chiềudày phụ thuộc và chiều dày tấm vật liệu Tuy nhiên đơn giản thường chọn C3 =0.8

10 146

2

6

6

m C

P D

.(

2

)

tr

C S

P C S

- Po : áp suất thử tính theo công thức XIII.27 /ST2 – 366

Po = Pth + P1 , N/m2+ Pth : áp suất thủy lực tính theo công thức XIII.5/ST2 – 358

Pth = 1,5.Pb = 1,5.0,4128.106 = 0,6192.106 (N/m2)+ P1 : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng xác định theo công thức

10 240 2

, 1 ) / ( 10 534 , 105 95

, 0 10 ).

8 , 1 5

.(

2

639600

10 ).

8 ,

3

3

m N m

1.4.Chiều dày lưới đỡ ống :

Phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Giữ chặt ống sau khi nung , bền Để thỏa mãn yêu cầu này , ta chọnchiều dày tối thiếu:

8

255

- Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan , nung cũng như sau khi nungống Để thỏa mãn cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống:

) ( 122 12 25 4 , 4

) ( 5 , 127 ) 25 25 3 , 1 (

17

12

4 , 4 )

.(

2 min

2 min

mm f

mm f

d f

d t S

- Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất Để thỏa mãn yêu cầu này cần kiểmtra mạng ống theo giới hạn bền uốn:

b u

n

b u

l

S l d

7 , 0 1 (

6 , 3

l 

) ( 75 , 48 ) 5 , 0 1 (

25 3 , 1 ) 30 sin 1 (

) ( 146 , 28 2

3 25 3 , 1 30

cos

.

mm t

ED

t

AD

mm t

AB

o o

146 4 , 1

4

,

1

) / ( 10 476 , 10 448 , 38

10 17 10 448 , 38

10 25 7 , 0 1

6

,

3

10 4128 , 0 '

) ( 448 , 38 2

755 , 48 146 , 28 2

2 6

6

2 6

3

3 3

3 6

m N

m N

mm AD

Vậy  'u u thỏa mãn điều kiện nên ta chọn chiều dày mạng lưới ống là 17 mm

1.5 Chiều dày đáy buồng đốt :

Dtr h

Đáy buồng đôt là những bộ phận quan trọng của thiết bị thường được chế tạocùng vật liệu với thân thiết bị , ở đây là thép CT3

Đáy nối với thân thiết bị bằng cách ghép bích

Đáy chọn elip có gờ đối với các thiết bị có thân hàn thẳng đứng – áp suất

P D

b

tr h

k

tr đáy

8 , 3