Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NaOH

Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NaOH ĐỒ ÁN HỌC PHẦN GVHD : Th.S TRẦN HOÀI ĐỨC SVTH : NGUYỄN CÔNG NAM Lớp : DHHD7LT 11288601...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN MÁY − THIẾT BỊ

Khoá : 2011 − 2013

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN MÁY – THIẾT BỊ

TRẦN TRỌNG NGUYỄN 11265301

Lớp : DHHD7LT Khoá : 2011 − 2013

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐHCN TP.HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

KHOA: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ

HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN CÔNG NAM MSSV: 11288601 LỚP: DHHD7LT

TRẦN TRỌNG NGUYỄN MSSV: 11265301 LỚP: DHHD7LT

1 Tên đồ án:

Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều dùng để cô đặc dung dịch NaOH

2 Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)

Số liệu ban đầu: GD = 2500 kg/h; XD = 15%, Xc = 30% (theo khối lượng)

Nội dung:

– Giới thiệu tổng quan (tổng quan về nguyên liệu và quá trình cô đặc)

– Qui trình công nghệ (đưa ra sơ đồ và thuyết minh qui trình công nghệ)

– Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng

– Tính toán thiết kế thiết bị chính (tính toán về các thông số về đường kính, chiều cao, bề dày và các chi tiết khác )

– Bản vẽ: 2 bản vẽ khổ A1 gồm: bản vẽ quy trình công nghệ, bản vẽ cấu tạo chi tiết thiết bị chính

3 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ngày 15 tháng 10 năm 2012

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: tháng 12 năm 2012

5 Họ và tên người hướng dẫn: Th.s TRẦN HOÀI ĐỨC

Tp Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm 2012

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Người duyệt:

Đơn vị:

Ngày bảo vệ

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ:

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp Hồ Chí Minh , Ngày … Tháng … Năm 2012

Người nhận xét

Th.S Trần Hoài Đức

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tp Hồ Chí Minh , Ngày … Tháng … Năm 2012

Người nhận xét

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về nguyên liệu 1

1.2 Tổng quan về quá trình cô đặc 1

1.3 Cô đặc nhiều nồi 1

CHƯƠNG 2 : MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 3

2.1 Lựa chọn quy trình công nghệ 3

2.2 Mô tả dây chuyền công nghệ 4

CHƯƠNG 3 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 6

3.1 Tính toán năng suất nhập liệu và tháo liệu 6

3.2 Cân bằng nhiệt lượng 6

3.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi 6

3.2.2 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ 7

3.2.3 Xác định nhiệt độ tổn thất 7

3.2.4 Hệ số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi 9

3.2.5 Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi 9

3.2.6 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở mỗi nồi 10

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 13

4.1 Tính toán bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt 13

4.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt α 1 khi ngưng tụ hơi 13

4.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 13

4.1.3 Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi để kiểm tra đối chiếu 16

4.2 Tính toán buồng đốt 18

4.2.1 Đường kính buồng đốt 20

4.2.2 Bề dày của thân buồng đốt 21

4.2.3 Bề dày đáy buồng đốt 23

4.3 Tính toán buồng bốc 25

4.3.1 Đường kính buồng bốc 25

4.3.2 Chiều cao buồng bốc 25

4.3.3 Bề dày buồng bốc 26

4.3.4 Bề dày nắp buồng bốc 27

4.4 Đường kính các ống dẫn 28

4.4.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt 29

4.4.2 Đường kính ống dẫn hơi thứ 29

4.4.3 Đường kính ống dẫn dung dịch 30

4.5 Chiều dày vĩ ống 32

4.6 Chiều dày lớp cách nhiệt 32

4.6.1 Tính bề dày lớp cách nhiệt của ống dẫn 32

4.6.2 Tính bề dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị 34

4.7 Chọn mặt bích 35

4.7.1 Buồng đốt 35

4.7.2 Buồng bốc 35

4.8 Chọn tai treo 36

4.8.1 Khối lượng đáy buồng đốt 37

4.8.2 Khối lượng thân buồng đốt 37

4.8.3 Khối lượng nắp buồng bốc 37

4.8.4 Khối lượng thân buồng bốc 37

4.8.5 Khối lượng lớp cách nhiệt 37

4.8.6 Khối lượng cột chất lỏng 38

4.8.7 Khối lượng cột hơi 38

4.8.8 Khối lượng bích 38

4.8.9 Khối lượng ống truyền nhiệt 39

4.8.10 Khối lượng vỉ ống 39

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

LỜI MỞ ĐẦU

Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác, thường phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng, hoặc lỏng trong lỏng Để nâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch Phương pháp phổ biến là dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi, khi đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn

Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc dạng ống tuần hoàn trung tâm, tuần hoàn cưỡng bức, phòng đốt ngoài, …trong đó thiết bị cô đặc có tuần hoàn có ống tuần hoàn trung tâm được dùng phổ biến vì thiết bị này có nguyên lý đơn giản, dễ vận hành và sửa chữa, dùng cô đặc dung dịch có độ nhớt tương đối và cao… dây truyền thiết bị có thể dùng 1 nồi, 2 nồi, 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu Trong thực tế người ta thường sử dụng thiết hệ thống 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất sử dụng hơi đốt cao nhất, giảm tổn thất trong quá trình sản xuất

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư công nghệ là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, chúng em được phân công đồ án học phần Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của các môn “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan mỗi sinh viên có thể tự tính toán thiết kế một thiết bị công nghệ theo yêu cầu Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống

Trong đồ án môn học này, chúng em cần thực hiện là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch NaOH với

công suất 2500 kg/h từ nồng độ đầu 15% lên tới 30% theo khối lượng

DANH MỤC HÌNH, BẢNG BIỂU

Bảng 3 1 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ 7

Bảng 3 2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ’ 8

Bảng 3 3 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (’’ ) 8

Bảng 4 1 Đường kính các loại ống dẫn 32

Bảng 4 2 Ống dẫn hơi đốt 33

Bảng 4 3 Ống dẫn hơi thứ 34

Bảng 4 4 Ống dẫn dung dịch 34

Bảng 4 5 Kích thước bích nối buồng đốt, buồng bốc 36

Bảng 4 6 Kích thước bích nối các ống dẫn 36

Bảng 4 7 Khối lượng bích 39

Bảng 4 8 Các thông số của tai treo 40

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nguyên liệu

Natri hiđroxit hay (công thức hóa học là NaOH) hay thường được gọi là xút hoặc xút

ăn da, ở dạng nguyên chất là chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối lượng riêng 2,1 g/cm³, nóng chảy ở 318 oC (519K) và sôi ở 1390 °C (1663K) dưới áp suất khí quyển NaOH tan tốt trong nước (1110 g/l ở 20 oC) và sự hoà tan toả nhiệt mạnh NaOH ít tan hơn trong các dung môi hữu cơ như metanol, etanol… NaOH rắn và dung dịch NaOH đều dễ hấp thụ CO2 từ không khí nên chúng cần được chứa trong các thùng kín

Dung dịch NaOH là một bazơ mạnh, có tính ăn da và có khả năng ăn mòn cao Vì vậy, ta cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị và đảm bảo an toàn lao động trong quá trình sản xuất NaOH

Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành sản xuất hoá chất cơ bản và lâu năm Nó đóng vai trò to lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, giấy, dệt nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa,… Natri hydroxit cũng được sử dụng chủ yếu trong các phòng thí nghiệm

Trước đây trong công nghiệp, NaOH được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 loãng và nóng Ngày nay, người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hoà Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ rất loãng, gây khó khăn trong việc vận chuyển đi xa Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu

1.2 Tổng quan về quá trình cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch gồm hai hay nhiều cấu tử bằng cách tách bớt một phần dung môi bằng phương pháp sử dụng nhiệt độ hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn)

Trong cô đặc cần hiểu rõ các khái niệm:

- Hơi đốt: hơi dùng để đun sôi dung dịch

- Hơi thứ: hơi bốc lên từ nồi cô đặc

- Hơi phụ: hơi lấy ra làm hơi đốt cho thiết bị ngoài hệ thống cô đặc

Quá trình cô đặc thường dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ các dung dịch loãng, hoặc tách bớt chất rắn hòa tan

Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở các điều kiện áp suất khác nhau Khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) người ta dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất khác áp suất khí quyển (áp suất chân không) người ta dùng thiết bị kín

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc 1 nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm việc liên tục hoặc gián đoạn

1.3 Cô đặc nhiều nồi

Khi cô đặc 1 nồi thì tiêu hao hơi đốt quá lớn, không kinh tế Mặt khác hơi thứ vẫn còn mang một nhiệt lượng lớn, tốn nước để ngưng tụ Quá trình cô đặc nhiều nồi tận dụng hơi thứ làm hơi đốt , do đó hạ thấp chỉ tiêu tiêu hao hơi đốt, năng suất lớn, dễ khống chế các thông số kỹ thuật

Trong công nghiệp hệ thống cô đặc nhiều nồi được chia thành 3 loại:

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi song song

Ưu điểm và nhược điểm của thiết bị cô đặc nhiều nồi xuôi chiều:

Ưu điểm: Để hệ thống làm việc được thì nhiệt độ và áp suất nồi trước phải lớn hơn nồi sau, do đó dung dịch tự chảy từ nồi đầu qua nồi sau mà không cần bơm, đỡ tốn năng lượng Thường nồi đầu áp suất dương, nồi sau áp suất âm

- Nhiệt độ sản phầm thấp nên chất lượng sản phẩm tốt

- Hệ thống đơn giản, chi phí đầu tư thấp

Nhược điểm: các nồi sau do nồng độ tăng, nhiệt độ giảm làm cho độ nhớt tăng, do

đó hệ số K giảm, không khai thác được hết công suất thiết kế của thiết bị

Trong khuôn khổ đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc dung dịch NaOH theo cách tách dung môi dưới dạng hơi bằng hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều liên tục Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt thoáng dung dịch bằng với áp suất làm việc của thiết bị

CHƯƠNG 2 : MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

2.1 Lựa chọn quy trình công nghệ

Năng suất của quy trình theo đồ án yêu cầu là 2500 kg/h, do đó ta chọn sơ đồ công nghệ như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ cô đặc chân không dung dịch NaOH 2 nồi xuôi chiều Chú thích thiết bị:

2.2 Mô tả dây chuyền công nghệ

2.2.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều

Nguyên liệu ban đầu là dung dịch NaOH có nồng độ 15% được chứa trong bồn chứa nguyên liệu số 16 Sau đó được bơm lên bồn cao vị số 1 nhờ bơm nguyên liệu số 17 Từ bồn cao vị, dung dịch NaOH chảy qua lưu lượng kế rồi đi vào thiết bị gia nhiệt số 2 và được đun nóng đến nhiệt độ sôi trong nồi cô đặc số 1 rồi đưa vào nồi cô đặc số 1 để cô đặc một phần dung dịch Nồi số 1 sử dụng hơi đốt là hơi chính trong nhà máy Dung dịch từ nồi số 1

tự chuyển sang nồi số 2 do chênh lệch áp suất làm việc giữa hai 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 2

có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi Nồi số 2 sử dụng hơi thứ của nồi số 1 để làm hơi đốt, tiếp tục cô đặc dung dịch NaOH đạt tới nồng độ yêu cầu (30% theo khối lượng) Hơi thứ của nồi

2 được đưa qua thiết bị ngưng tụ Baromet số 8 để tạo độ chân không cho hệ thống nhờ bơm hút chân không số 10 Sản phẩm ở nồi cô đặc số 2 được bơm sản phẩm (bơm ly tâm) số 12 liên tục hút ra ngoài

2.2.2 Nguyên lý làm việc của hê thống thiết bị cô đặc

Thiết bị gia nhiệt số 2 là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều Các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân Nguồn nhiệt là hơi nước bão hoà có áp suất 4 at đi bên ngoài ống (phía vỏ) Dung dịch đi từ dưới lên ở bên trong ống Hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt

độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi Hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài

2.2.3 Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc

Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hoà) đi trong khoảng không gian ngoài ống Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho dung dịch đang chuyển động trong ống

Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hoá hơi một phần dung môi Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài Một phần khí không ngưng được đưa qua của tháo khí không ngưng Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng

Phần phía trên của thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng bốc có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ Hơi thứ trước khi ra khỏi nồi

cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt

2.2.4 Nguyên lý làm việc của ống tuần hoàn trung tâm

Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống Đối với ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với trong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn Vì lý do trên, khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ống truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới Kết quả là có dòng chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị: từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn

2.2.5 Thiết bị ngưng tụ Baromet và thiết bị phụ khác

Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên của buồng bốc nồi cô đặc số 2 đi vào thiết bị ngưng tụ Baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp) Trong thiết bị ngưng tụ,chất làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn vào ngăn dưới

cùng của thiết bị Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa nước ngưng số 11 qua ống Baromet, còn khí không ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài

Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ giảm Vì vậy, thiết bị ngưng tụ Baromet là thiết bị ổn định chân không, duy trì áp suất chân không trong hệ thống Thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần bơm

Bơm chân không số 10 có nhiệm vụ hút khí không ngưng ra ngoài để tránh trường hợp khí không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất trong thiết bị

và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc Trước khi khí không ngưng được hút ra ngoài thì

nó được đưa qua thiết bị phân ly số 9 (hay còn được gọi là bình tách giọt) Thiết bị phân ly

có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí không ngưng

để đưa về bồn chứa nước ngưng

CHƯƠNG 3 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Tính toán năng suất nhập liệu và tháo liệu

– Năng suất nhập liệu : GD = 2500 kg/h

30

W

– Giả thuyết phân bố hơi thứ trong các nồi

Chọn tỷ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và 2 là : 1

2

1

W

W Khi đó ta có hệ phương trình :

1 2

1

W

W W1 + W2 = W = 1250 (kg/h) Giải hệ trên ta có kết quả :

Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc

Chọn áp suất ngưng tụ : 0,2 at

Tra bảng I.251/314[1] ta có nhiệt độ tại thiết bị ngưng tụ : Tng = 59,7 0

C

Chọn áp suất hơi đốt cho nồi 1 là : 4,0 at

Khi đó hiệu áp suất cả hệ thống cô đặc là :





Kết hợp với phương trình : P1 + P2 = Pt = 3,8 at

Suy ra : P1 = 2,612 at

P2 = 1,188 at

Áp suất hơi đốt nồi 2: P2 = P1 − ∆P1 = 4,0 – 2,612 = 1,388 (at)

3.2.2 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ

Theo sơ đồ cô đặc, nhiệt độ hơi thứ nồi 1 ( t’1 ) bằng nhiệt độ hơi đốt nồi 2 (T2) Nhưng do quá trình truyền khối có sự tổn thất nhiệt do trở lực đường ống (∆’’’)

Chọn ∆1’’’ = 1 o

C ∆2’’’ = 1 o

C Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1: t’1 = T2 + 1 = 109,419 0

C Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2: t’2 = tng + 1 = 60,7 0

C Dựa vào các dữ kiện trên và tra Bảng I.251/314[1] ta có bảng sau đây :

Bảng 3 1 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ

t' )2273(.2,

 (0C) VI.11/59[2]

Trong đó :

o’: tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường, (tra Bảng VI.2/67[2] )

f : hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường

Loại

Áp suất (at)

Nhiệt độ (0C)

Áp suất (at) Nhiệt độ

(0C)

Áp suất (at)

Nhiệt độ (0C) Hơi

đốt P1 = 4,0 T1 = 142,9 P2 = 1,436 T2 = 108,42

Png = 0,2 tng = 59,7 Hơi

thứ P’1 =1,434 t’1 =109,419 P’2 = 0,211 t’2 = 60,7

ri : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi ở nhiệt độ t’i, J/kg

t’i : nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ i, 0

C Trong các thiết bị cô đặc liên tục (tuần hoàn tự nhiên hay cƣỡng bức) thì nồng độ dung dịch sôi gần với nồng độ cuối (xc) do đó ’lấy theo nồng độ cuối dung dịch

1

4 2

1

( ) ( / )2

( ) .10 ( )2

h

h g m h

Phti : áp suất hơi thứ nồi i

h1i : chiều cao dung dịch trong ống truyền nhiệt , h =0,5 (m) 1

h2 : chiều cao ống truyền nhiệt , h = 1,8 (m) 2

:

dds

 khối lƣợng riêng của dung dịch khi sôi: s =0,5 dd

Từ nhiệt độ hơi thứ nồi 1 và nồi 2, tra Bảng 4/11[3] ta đƣợc:

Bảng 3 3 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (’’ )

Coi dd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến

độ sâu trung bình của chất lỏng

4 1

4 2

1,8

1, 436 0, 5 1162, 395.10 1, 5987( )

21,8

3.2.3.3 Tổn thất nhiệt do trở lực thủy lực trên đường ống (”’)

Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn dây thứ từ nồi này sang nồi kia

và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 10C Do đó :

− − − − − −

3.2.5 Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi

Nồi 1 : thi = T1 – tS1 suy ra tS1 = T1 − thi1 = 121,366 0C

Nồi 2 : thi2 = T2 – tS2 suy ra tS2 = T2 − thi2 = 88,055 0C

C θ: nhiệt độ nước ngưng,0

C i’: hàm nhiệt của hơi thứ, J/kg

Nhiệt dung riêng của nước ngưng tính theo áp suất của hơi đốt

(tra theo Bảng I.249/311[1])

1 4, 0at C p1 4294, 25

2 1 8,3 8at C p2 4230,946

3.2.6 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở mỗi nồi

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x < 20%

3 ht

D : lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h

i,i1,i2 : hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi 1 và nồi 2, J/kg

tD, t1, t2 : nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi 1 và nồi 2 của dung dịch,0

C

CD, C1, C2 : nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi 1 và nồi 2 của dung dịch, J/kg.độ

1, 2 : nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi 1 và nồi 2, 0

C

– Cng1, Cng2 : nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2, J/kg.độ (tra Bảng I.249/310[1])

– Qxq1,Qxq2 : nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh, J

– GD : lượng dung dịch lúc ban đầu, kg/h

– W1,W2 : lượng hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2, kg/h

Chọn hơi đốt, hơi thứ là hơi bão hoà, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ, khi

đó ta có:

i – Cng1 1 = r(1) và i1 – Cng2 2 = r(2) Tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây: (tra Bảng I.250/312[1]), và (tra Bảng I.249/310[1]) ta được bảng tổng hợp sau:

Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 :

1 1 2

2 2

1

.)

(.95.0

)

(

t C i r

t C G t C W G i W

95.0

)

(

1 1 1

1 1 1 1

1



ng

D D D D

C i

t C G t C W G i W

693,336 (kg/h)

3.2.6.2 Kiểm tra lại giả thuyết phân bố hơi thứ ở các nồi

W1: lượng hơi thứ theo giả thuyết hay tính toán có giá trị lớn

Wn : lượng hơi thứ theo giả thuyết hay tính toán có giá trị nhỏ

%5

%100

+ 2 = 108,420C + i1 = 2694796,875 J/kg +Cng2 = 4230,946J/kg.độ + W1 = 625 kg/h

Dung dịch NaOH:

+ t2 = 88,055 0C + C2 = 3323,2 J/kg.độ + Gc= 1250 kg/h Hơi thứ :

+ t’2= 60,70

C + i2 = 2608444,444 J/kg + W2 = 625 kg/h

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

4.1 Tính toán bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt

4.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt α 1 khi ngưng tụ hơi

Hơi nước sau khi ngưng tụ sẽ bám lên thành ống truyền nhiệt tạo thành lớp màng mỏng Tuỳ điều kiện cụ thể mà chọn công thức tính α1 cho thích hợp Đối với những thiết bị thường gặp như phòng đốt trong tuần hoàn trung tâm, phòng đốt trong tuần hoàn ngoài hoặc phòng đốt ngoài thẳng đứng (h < 6 m), hơi ngưng bên ngoài ống, màng nước ngưng chảy thành dòng thì hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức:

(

)

Trong đó :

– α1i : hệ số cấp nhiệt từ hơi đốt

– ∆t1i : chênh lệch nhiệt độ nước ngưng và mặt ngoài ống

– ri : ẩn nhiệt ngưng tụ (lấy bằng ẩn nhiệt hoá hơi)

– h : chiều cao ống truyền nhiệt ; h = 1,8m

– A : hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng tm (tra bảng trang 29[2])

Pi : áp suất làm việc (áp suất hơi thứ), at

∆t2i : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch

∆t2i = tT2i – tddi = ∆Ti – ∆t1i – ∆tTi ; 0C Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt :

( )

Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt :

rhn , rc : Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của tường, m2.độ/W

δ : Bề dày ống truyền nhiệt, m

λ : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt, W/m.độ

Ψ : hệ số hiệu chỉnh, tính theo công thức :

0,435 0,565 2

(λ; ρ ; C ; µ): lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch (Bảng I.249/310[1])

(λ; ρ ; C ; µ)nc : các hằng số vật lý của nước theo nhiệt độ sôi dung dịch

)

Khi đó có trở lực là:

( ) Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là :

− −

−

Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 1:

Từ nhiệt độ sôi thực của dung dịch nồi 1, tra hằng số vật lý của nước tại bảng

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NaOH được tính theo công thức:

3 p

ρ

λ A.C ρ

M

 I.32/123[1]

Trong đó :

A : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng; A = 3,58 đối với chất lỏng liên kết (nước)

: là nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch NaOH, (J/kg.độ)

: là khối lượng riêng của chất lỏng (tra Bảng I.2/9[1])

M : khối lượng phân tử mol của dung dịch NaOH

NaOH H O

xMn

0,5851 = 2817,244 (W/m2.độ) ( )

So sánh giá trị và :

11 21 11

− −

−

Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 2 là :

Tương tự như trên, tra hằng số vật lý của nước tại bảng I.249/310[1] ta được bảng

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NaOH tính toán tương tự như trên :

2 3

Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng : A = 3,58

Khối lượng phân tử mol của dung dịch NaOH :

0,74582 = 2069,786 (W/m2.độ)

( )

So sánh giá trị và :

12 22 12

Chấp nhận giả thiết ∆t12 và ∆t22 ban đầu

4.1.3 Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi để kiểm tra đối chiếu

4.1.3.1 Hệ số truyền nhiệt giữa hai lưu thể

Theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau và nhỏ nhất thì áp dụng công thức:

: hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi thứ i

: nhiệt tải riêng trung bình nồi i

Suy ra :

( )

( )