Đồ án hoàn chỉnh cô đặc có phòng đốt ngoài K2SO4

thiết kế hệ thống cô đặc K2SO4 có phòng đốt ngoài

NHIỆM VỤ

THIẾT KẾ MÔN HỌC

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thế Hữu

Sinh viên thực hiên: ………

Với năng suất: 8500 kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt là 4 m

2.Các số liệu ban đầu:

Nồng độ đầu của dung dịch : 14%

Nồng độ cuối của dung dịch: 35%

Áp suất hơi đốt nồi 1 : 4at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2 at

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

MỤC LỤC

9 Tính cân bằng hơi đốt, lượng hơi thứ cho từng nồi Sơ đồ cân bằng vật

chất và nhiệt lượng

14

4 Tính diện tích trao đổi nhiệt

LỜI MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hóa chất là thiết kế,sản xuất một thiết bị phục vụ nhiệm vụ nào đó trong sản xuất Bộ môn “Quátrình và thiết bị công nghệ hóa học”cung cấp những kiến thức cần thiết cho sinhviên đặc biệt là kĩ sư máy hóa chất, giúp sinh viên hiểu và có khả năng vận hànhcác thiết bị máy móc trong công nghiệp sản xuất có liên quan Đây là nền tảngcăn bản, là cơ sở để các kĩ sư hiểu sâu hơn và nghiên cứu sản xuất các máy móchiên đại hơn trên thế giới nhất là trong thời đại mà máy móc phát triển như vũbão như hiện nay

Trong phạm vi “ Đồ án môn học- với nhiệm vụ thiết kế hệ thống cô đặchai nồi xuôi chiều thiết bị có phòng đốt ngoài thẳng dùng để cô đặc dung dịch

thống

Để hoàn thành đồ án này em đã nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ phía nhàtrường, gia đình,bạn bè Đặc biệt em xin được gủi lời cảm ơn chân thành đếnthầy hướng dẫn Nguyễn Thế Hữu và thầy giáo bộ môn Vũ Minh Khôi đã giúp

đỡ tận tình em hoàn thành đồ án này Do thời gian và kiến thức con hạn chế nên

đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến và sư góp ý củacác thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện Phạm Thị Dung

PHẦN I_GIỚI THIỆU CHUNG

I GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM K2SO4

Dung dịch K2SO4

K2SO4 là chất kết tinh màu trắng tan tốt trong nước, là một hợp chất ổnđịnh không bị phân hủy và không phản ứng với các chất oxy hóa Là muối trung

lam phèn chua, phèn chua có nhiều tác dụng trong đông y chủ yếu là sát trùng,trị nấm, trị nhọt Trong kĩ thuật phèn chua được dùng làm chất đông tụ trongquá trình xử lý nước

K2SO4 làm việc cung như là một nguyên liệu để sản xuất hóa chất khác nhau

II SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

Quá trình cô đặc là quá trình làm đậm đặc dung dịch bằng việc đun sôi.Đặc điểm của quá trình này là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi,chất hoà tan được giữ lại trong dung dịch, do đó, nồng độ của dung dịch sẽ tănglên 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 vá 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, hơithứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ

để đun 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 ởcác áp suất khác nhau tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật, khi làm việc ở áp suất thườngthì có thể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín côđặc 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 ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiềunồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơiđốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồiba hơi thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từnồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên.Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độgiữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơiđốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảmdần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làmviệc 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 nồixuôi chiều được sử dụng nhiều hơn cả

Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi saunhờ sự chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồisau, do đó dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt

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

Nhược điểm: nhiệt độ dung dịch ở các nồi sau thấp dần nhưng nồng độcủa 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 Hơn nữa, dung dịch đi vàonồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi nên cần phải tốn thêm một lượng hơiđốt để đun nóng dung dịch

Trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, Cô đặc là quá trình làm bay hơimột phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi ở nhiệt độ sôi;với mục đích:

+ Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch

+ Tách các chất hoà tan ở dạng rắn(kết tinh)

+ Tách dung môi ở dạng nguyên chất v.v

III_ SƠ ĐỒ _ MÔ TẢ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

1) Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, gồm các thiết bị chính sau:

Hình 1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất của thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài thẳng đứng

- Hai nồi cô đặc xuôi chiều cưỡng bức, thực hiện quá trình bốc hơi một phần dung môi

- Thiết bị đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi

- Thiết bị ngưng tụ Baromet, ngưng tụ hơi nước hoặc hơi của chất lỏng không có giá trị hoặc không tan trong nước

- Bơm dung dịch và bơm hút chân không

10

Nước ngưng Nước ngưng

Sản phẩm

Cửa xả đáy Cửa xả đáy

Cửa xã khói Cửa xã khói

Nước ngưng

Nước lạnh

11

Hơi đốt Hơi

đốt

2) Nguyên lý làm việc của hệ thống.

Dung dịch ban đầu có nồng độ thấp chứa trong thùng (1) qua bơm (2) đượcbơm lên thùng cao vị (3) Từ đây nó được điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu qualưu lượng kế (4) trước khi vào thiết bị gia nhiệt (5) Tại thiết bị (5), dung dịchđược đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng tác nhân hơi nước bão hòa và được cấpvào nồi cô đặc thứ nhất (6) , thực hiện quá trình bốc hơi Dung dịch ra khỏi nồi 1được đưa vào nồi thứ hai (7) Tại đây cũng xảy ra quá trình bốc hơi tương tựnhư ở nồi 1 với tác nhân đun nóng chính là hơi thứ của nồi thứ nhất (đây chính

là ý nghĩa về mặt sử dụng nhiệt trong cô đặc nhiều nồi) Hơi thứ của nồi thứ 2 sẽ

đi vào thiết bị ngưng tụ (8) Ở đây, hơi thứ sẽ được ngưng tụ lại thành lỏng chảyvào thùng chứa ở ngoài; còn khí không ngưng đi vào thiết bị thu hồi bọt (9) rồivào bơm hút chân không Dung dịch sau khi ra khỏi nồi 2 được bơm ra ở phíadưới thiết bị cô đặc đi vào thùng chứa sản phẩm Nước ngưng tạo ra trong hệthống được chứa trong các cốc hoặc được tuần hoàn trở lại thiết bị hoá hơi,hoặc được đưa đi xử lý

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 Nhiệt

độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó, dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1)đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi vàlượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi.Nhưng khi dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dungdịch, thì cần phải đun nóng dung dịch do đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt Vìvậy, khi cô đặc xuôi chiều, dung dịch trước khi vào nồi nấu đầu cần được đunnóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ

Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sauthấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịchtăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối

PHẦN II- TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Yêu cầu:

Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết kế thiết bị cô đặc hai nồi

suất 8500kg/h Chiều cao ống gia nhiệt: 4m

Các số liệu ban đầu:

- Nồng độ đầu vào của dung dịch: 14%

- Nồng độ cuối của dung dịch: 35%

- Áp suất hơi đốt nồi 1: 4at

- Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2 at

* Tính toán lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W)

d

c

x G

Trong đó: W- Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (Kg/s)

xd - Nồng độ đầu vào của dung dịch: xd = 14%

xc - Nồng độ cuối của dung dịch: xc = 35%

Gd –Năng suất thiết bị: Gd = 8500 (kg/h)

14 8500(1 ) 5100

Gd :lượng dung dịch đầu đưa vào cô đặc (kg/h)

Gc :lượng sản phẩm thu được (kg/h)

W : tổng lượng hơi thứ bay raĐối với chất tan trong dung dịch:

W2 - Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 2: W2 (kg/s)Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2 là :

d d i

d

G X x

G X x

4 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống (ΔP)

ΔP được đo bằng hiệu số giữa áp suất đốt sơ cấp P1 ở nồi 1 và áp suất hơithứ ở thiết bị ngưng tụ Png

= 4 – 0,2 = 3,8 (at)

5 Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi.

- Giả thiết phân bố hiệu suất áp suất hơi đốt giữa các nồi như sau:

Áp suất hơi đốt nồi 1 là: P1 = 4at

Áp suất hơi đốt nồi 2 là: P2 = P1 - ΔP1 = 4 –2,628 = 1,572at

Áp suất hơi ngưng tụ là: Png = 0,2at

- Nhiệt độ hơi đốt của nồi 1 và 2 được xác định bằng cách tra bảng I-251 [1-314]Ứng với mỗi giá trị của áp suất tìm được ta tìm được nhiệt độ hơi đốt, nhiệt hóahơi ri, nhiệt lượng riêng hơi nước i1 tương ứng như sau:

6 Xác định áp suất, nhiệt độ hơi thứ ra khỏi mỗi nồi

* Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi từng nồi ti’ được xác định theo công thức:

t’1 = t2 + ''

1

 = 108,07 + 1 = 109,07 (oC)t’2 = tng + ''

2

 = 59,7 + 1 = 60,7 (oC)Tra bảng I.251 [1-314] – Tính chất hóa lý của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ

t’1 = 109,07 (oC)

Suy ra:

P’1 = 1,4185 ati’1 = 2693,925.103 (J/kg)r’1 = 2227,925.103 (J/kg)

i’2 = 2608,44.103 (J/kg)r’2 = 2338,44.103 (J/kg)

Bảng tổng hợp số liệu 1 :

7 Tính tổn thất nhiệt cho từng nồi

Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ Tổng tổn thất này bằngtổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dungmôi (∆') do cột áp suất thủy lực (∆'') trong nồi và do trở lực thủy lực (∆''')

a/ Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi

của dung môi (∆'):

Phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của chất hòa tan và dung môi vào nồng độ

và áp suất của chúng ∆' ở áp suất bất kỳ được xác định theo Tysenco:

'

 i = 16,2. ' 0i

i

2 r

T i

Trong đó:

dung môi ở nhiệt độ nhất định và áp suất khí quyển

Giá trị ∆'0 được tra từ hình 9-3 [3-331]:

514,9 ' 16, 2.1, 4304 1,8

2338, 4.10

Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao:

’ = ∆'1 + ∆'2 =1,8+ 2,5 = 4,3 [oC]

b/ Tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:

Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôicủa dung dịch ở trên mặt thoáng Thường tính toán ở khoảng giữa ống truyềnnhiệt:

2

1 ( ) .

h2 : Chiều cao ống truyền nhiệt, h2 = 4 m

ρddsi : Khối lượng riêng của dung dịch khi sôi

d/ Tổng nhiệt độ tổn thất bằng:

  '  '  ' ' ( 1,8 +2,5)+ (2,986 + 13,07)+(1+1) = 22,356[oC]

8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống

a Nhiệt độ hữu ích của hệ thống

Theo công thức (IV-325) ∆th = th - tng - ∑∆

th – Nhiệt độ hơi đốt nồi 1

tng – nhiệt độ hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ

∆thi = 142,9 – 59,7 – 22,356 = 60,844 (0C)

b Hiệu số nhiệt hữu ích trong mỗi nồi: là hệ số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt

và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch cô đặc.

G ñ ,C ñ ,t ñ D,i" h

Giải thích các kí hiệu trong sơ đồ:

- Gđ : Lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị; kg/h

Gđ = 8500 kg/h

- D : Lượng hơi đốt vào nồi thứ nhất; kg/h

-W1, W2 : Lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1,2 ; kg/h

- C0; C1; C2: Nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2; J/kg.độ

- Cnc1, Cnc2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, nồi 2; J/kg độ

- tso, ts1, ts2 : Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2; oC

- θ1, θ2 : Nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 ; oC

- i1, i2 : Nhiệt lượng riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2; J/kg.độ

- i'1, i'2 : Nhệt lượng riêng của hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 2; J/kg.độ

- Qm1, Qm1 : Nhiệt lượng mất mát ở nồi 1, nồi 2;

b Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Được thành lập dựa trên nguyên tắc:

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi raNồi 1:

1 1 1 1

1 1 1

).

( '

).

(

 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 = 14%

Nhiệt mất mát này thường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi ởtừng nồi Nghĩa là:

( ) (

95

,

0

) (

) '

(

1 1 2 2 2 2

1 1 2 2 2

2 2 1

s nc

s s

đ s

t C i C

i

t C t C G t

C i

95 , 0

) (

) '

(

1 1 1

0 0 1 1 1

1 1 1



nc

s s

đ s

C i

t C t C G t

C i

10 Tính toán hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi

Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt là

Nồi 2: t2 = 3,8(0C) t2 = 108,07 (0C) r2 = 2247,32.103 (J/kg)

Hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức (III_40)

4 2,04 .

.

r A

H – Chiều cao ống truyền nhiệt H = 4(m)Nồi 1: Ta có tm1 = t1 - 11

Thay số vào công thức (19) ta được hệ số cấp nhiệt :

3 4

11

2111.10 2,04.194,173 7750,87

Tra hệ số A theo tm : Bảng (II-40) Tra bảng ta được A2 = 181,822

Thay số vào công thức (19) ta được hệ số cấp nhiệt :

3 4

11

2247,32.10 2,04.181,822 7273,31

4.3,8

* Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ

q1i – nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ i

Theo công thức (III-43)

Nhiệt trở cặn bẩn bám trên bề mặt truyền nhiệt: r1 = 0,387.10-3 (m2.độ/W)Nhiệt trở chất tải nhiệt (nước bẩn lẫnh dầu nhờn) r2 = 0,232.10-3 (m2.độ/W)

 -Bề dày ống truyền nhiệt: = 0,002 (m)

- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt  = 46,5 (W/m2.độ)

Từ đó ta tính được: r= 0,387.10-3 + 0,232.10-3 + 0,00246,5 = 6,62.10-4 (W/m2.độ)Suy ra: t T1 q11 r = 27903,131 6,62.10-4 = 18,472 (0C)

Theo bảng số liệu 3 ta có được

Với: Cp – nhiệt dung riêng của chất lỏng (J/kg độ)

- Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

M- Khối lượng mol của chất lỏng

A- Hệ số tỷ lê, phụ thuộc tính chất của chất lỏng (Đối với chất lỏng kết hợp (nước - rượu): A = 3,58.10-8

1 19,92 100 19,92

174 18

H O

x M

1 35 100 35

174 18

H O

x M

* Tính độ nhớt nước ngưng, độ nhớt của dung dịch

Tra bảng I.104 [I-96] xác định độ nhớt của nước ở nhiệt độ > 1000C

q

q q

q

q q

11 Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi

Tính theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau

Theo công thức (III-154)

Ki = tbi

i

q t

12 Tính hiêu số nhiệt độ hữu ích từng nồi

Tính hệ số nhiệt hữu ích từng nồi

i i

K Q K

Q T

2

Q

K = 1485602,91 1718,77

864,34 

F- Tính theo phương thức bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau

Tính theo công thức (III-145)

Ta quy chuẩn F1 = F2 = 53 m2

PHẦN III TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

- Giả thiết sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp loại ống chùm bằng tácnhân tải nhiệt là hơi nước bão hoà

- Do kết cấu của thiết bị trao đổi nhiệt, nên lưu thể sạch (không tạo ra cặnbẩn trên bề mặt truyền nhiệt, làm giảm hệ số dẫn nhiệt) người ta cho đi khoảngkhông gia ngoài ống, còn lưu thể nào tạo ra cặn bẩn trong quá trình làm việc thìcho đi qua ống Ngoài ra lưu thể nào có công suất lớn người ta cũng cho đi trongống, vì ống chịu được áp suất lớn hơn vỏ

- Giả thiết ta cho hơi nước bão hoà đi khoảng không gian ngoài ống Hỗnhợp cho đi trong ống

Tính lượng nhiệt trao đổi Q

Q = F.Cp.(tF - tf)

tF: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp theo yêu cầu tF = tso = 142,9 (0C)

CP - Nhiệt dung riêng của hỗn hợp tại tF: CP = Co = 3600,648 (J/kg độ)

tf - Nhiệt độ của dung dịch vào, Giả sử tf = 250C

c d tb

t t

lg 3 ,

117,9 29,04

117,9 2,3.lg

3 Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể

*) Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt ngưng tụ theo công thức 1.63 [QTTB3_T40]

4 1

2,04 .

.

r A

t H

 

Trong đó: r - Ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hoà (J/kg )

H – Chiều cao ống truyền nhiệt H =4(m)

Ở nhiệt độ t1 = 142,9 (0C) - Suy ra r = 2111.103 (J/kg) (Bảng số liệu 1)

- Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm thẳng đứng với:

Prt- Chuẩn số Praudtl của dòng tính theo nhiệt độ trung bình của tường

+ Tính chuẩn số Pr: Theo công thức 1,22 [2-21]

Pr = C  p.



Trong đó:

- Khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ ttb = 80,07 0C, x = 14%

Theo bảng I.59 [1-46] Suy ra K SO2 4  1106,7 kg/m3

8

4 1106,7 3,58.10 3600, 48.1106,7.

* Tính chuẩn số Prandtl tính theo nhiệt độ tường

- Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ

1 1

5 Số ống truyền nhiệt cần dùng là:

30

66,348 3,14.0,036.4

F n

- Số ống trùm đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là 11

- Tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân:91 ống

- Số ống trong các hình viên phấn = 0

6 Tính đường kính trong của thiết bị đun nóng

- Theo công thức V.40 [2-49]

D = t.(b - 1) + 4.dn (m)Trong đó: t - bước ống thường chọn t = 1,2 - 1,5 dn

dn: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn = 0,038 (m)b- Số ống trên đường xuyên tâm của thiết bị truyền nhiệt

b = 2a - 1a- Số vòng lớn nhất trên vòng ngoài của thiết bị a= 7

b = 2a - 1 Suy ra b = 2.7 -1 = 13Chọn t = 1,4.dn = 1,4 0,038 = 0,0532

- Khối lượng riêng của dung dịch tại 80,7 0C: Tra bảng:  = 1106,7(kg/m3)

4.2,361 3,14.0,034 91.1106,7

t

- Xác định vận tốc giả thiết:

3 10500.0,3715.10

0,1037 0,034.1106,7

D = 800 (mm) - Đường kính trong của thiết bị

H = 5m - Chiều cao giữa hai mặt bích

8 Tính thùng cao vị

Thùng cao vị là nơi chứa dịch trước khi đưa vào thiết bị trao đổi nhiệtđầu Nhờ ống chảy tràn nên mức chất lỏng trong thùng cao vị được giữ khôngđổi để duy trì từ áp suất trong quá trình cấp liệu

8.1_ Các trở lực trong quá trình cấp liệu

a) Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt

Pm = Pms1 + Pcb1 + Pw1 (N/m2)Trong đó: Pms1 - Trở lực ma sát

19, 476 2

- Trở lực cửa vào từ thùng cao vị vào ống, với cạnh nhẵn = 0,5

- Trở lực do đột mở từ ống vào thiết bị gia nhiệt có đường kính D = 0,8(m)

- Tiết diện đầu thiết bị chia 5 ngăn

0,0113

0,10048

f f





= 498,811 0,04513 1125,9.9,81 (m)

b) Trở lực đường ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến nồi

20,76 2

0,0113

0,1125 0,10048

f f

+ Trở lực cửa ra từ ống vào nồi: Chọn  = 1

+ Trở lực do van (mở 100%)  = 4,22 (Tra bảng N0 37 [1- 397]

[2-395]

Do vậy:   = 0,1125 + 1,0 + 4,22 + 0,9 = 56,2325Tính: P cb2 = 0,1125.20,76 = 129,3867(N/m2)

m

P g

1106,7.0,0185

0,189 2



Trong đó: l3 - Chiều dài ống trao đổi nhiệt l3 = 2 (m)

d3 - Đường kính ống trao đổi nhiệt d3 = 0,034(m)

3

2,94.10 34

=0,3164/Re0,25 = 0,3164/1318,390,25 =0,0525

2 0,0525 .0,189 0,584

(Trở lực do chuyển hướng đột ngột 5 ngăn = 10 lần )

- Tính P cb3    Pw3= 5,70035 0,189 = 2,848 (N/m2)