ĐỒ án môn học đề tài THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị cô đặc HAI nồi XUÔI CHIỀU BUỒNG đốt NGOÀI làm VIỆC LIÊN tục cô đặc DUNG DỊCH KNO3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KĨ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− −−− ĐỒ ÁN MƠN HỌC Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI XI CHIỀU BUỒNG ĐỐT NGỒI LÀM VIỆC LIÊN TỤC CÔ ĐẶC DUNG DỊCH KNO3 Sinh viên thực hiện: Mã số sinh viên: Lớp: Giáo viên hướng dẫn: Lê Minh Thư 20180944 KTHH03-K63 Đặng Thị Tuyết Ngân Hà Nội, 1/2022 VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440 Họ tên: Lê Minh Thư Lớp:KTHH- 03 MSSV:201800944 Khóa:K63 I Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống cô đặc xuôi chiều gồm nồi loại có buồng đốt ngồi dùng để đặc dung dịch KNO3 Các số liệu ban đầu: Năng suất đầu vào: 10800 kg/h Nồng độ ban đầu: % kh.lg Nồng độ cuối: 23 %kh.lg Áp suất đốt nồi đầu: 5,0 Áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ:0,2 at at II Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4) Tính tốn kỹ thuật thiết bị Tính khí thiết bị Tính chọn thiết bị phụ (3 thiết bị phụ) Kết luận Tài liệu tham khảo Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4 Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A1 III Cán hướng dẫn: Đặng Thị Tuyết Ngân IV Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng 10 năm 2021 V Ngày phải hoàn thành: ngày 27 tháng năm 2022 (Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư) Phê duyệt Bộ môn Ngày 27 tháng năm 2022 Người hướng dẫn LỜI MỞ ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên trình độ năm thứ 4, Đồ án trình thiết bịtrong cơng nghiệp hóa chất thực phẩm hội tốt để sinh viên tiếp cận với việc tính tốn, thiết kế chọn lựa chi tiết thiết bị theeo thông số cụ thể Qua sinh viên tích lũy kiến thức cần thiết như: khả đọc, tra cứu tài liệu kĩ tính tốn, trình bày theo phong cách khoa học Những kĩ có ích cho sinh viên sau trường làm việc Trong đồ án này, nhiệm vụ em “Tính tốn, thiết kế hệ thống đặc hai nồi có buồng đốt ngồi, làm việc liên tục để cô đặc dung dịch KNO từ nồng độ 5% lên 23% Đồ án thực hướng dẫn Đặng Thị Tuyết Ngân.Vì đồ án qn trình thiết bị cơng nghiệp hóa chất thực phẩm đề tài lớn dầu tiên mà em đảm nhận nên không tránh khỏi thiếu xót hạn chế Do em mong dẫn, góp từ thầy để em hồn thành tốt đồ án Sinh viên thực Lê Minh Thư Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU .0 PHẦN 1: TỔNG QUAN Tổng quan KNO3 .4 1.1 Tính chất hóa học 1.2 Điều chế KNO3 Ứng dụng quan KNO3 đời sống sản xuất 1.4 Ưu điểm hóa chất KNO3 1.3 Tổng quan cô đặc .5 2.1 Định nghĩa cô đặc 2.2 Ứng dụng cô đặc 2.3 Phân loại thiết bị cô đặc Quy trình cơng nghệ 3.1 Cơ sở lựa chọn quy trình cơng nghệ .7 3.2 Sơ đồ thuyết minh quy trình cơng nghệ .8 3.2.1 Sơ đồ công nghệ 3.2.2 Thuyết minh sơ đồ 10 PHẦN 2: TÍNH TỐN Q TRÌNH .12 Xác định lương thứ bốc khỏi hệ thống 12 Tính sơ lượng bốc khỏi nồi: 12 Tính nồng độ cuối dung dịch nồi cô đặc: 12 Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống ∆P 13 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi 13 Tính nhiệt độ ti’ áp suất thứ khỏi thiết bị đặc: 13 Tính tổn thất nhiệt độ cho nồi .14 7.1 Tính tổn thất nhiệt đọ áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆i’’ 14 7.2 Tính tổn thất nhiệt độ nồng độ ∆′: 15 7.3.Tổn thất nhiệt độ trở lực đường ống ∆i’’’ 16 7.4.Tính tổng tổn thất nhiệt độ hệ thống 16 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống 16 Thiết lập phương trình cân nhiệt để tính lượng đốt D lượng thứ Wi nồi 17 9.1 Sơ đồ cân nhiệt lượng 17 9.2 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch nồi 18 9.3 Phương trình cân nhiệt lượng 18 10 Tính hệ số cấp nhiệt nhiệt lượng trung bình nồi α 21 10.1 Tính hệ số cấp nhiệt .21 10.2 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 22 10.3 Hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt ống truyền nhiệt đến chất lỏng sơi: 22 10.4 Tính nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch: 26 11 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi: 26 12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi: 27 13 So sánh ∆Ti ∗và ∆Ti 27 14 Tính bề mặt truyền nhiệt F .28 PHẦN 3: TÍNH TỐN CƠ KHÍ .29 Buồng đốt nồi cô đặc 29 1.1 : Tính số ống buồng đốt 29 1.2 :Đường kính buồng đốt 30 1.3 Tính chiều dày buồng đốt 30 1.4 Tính chiều dày lưới đỡ ống 33 1.5 Tính chiều dày đáy buồng đốt 34 1.6 Tra bích lắp vào thân đáy, số bu lông cần thiết để lắp ghép 36 Buồng bốc nồi cô đặc .36 2.1 Thể tích khơng gian 36 2.2 Tính chiều cao phòng bốc 37 2.3 Tính chiều dày phịng bốc 37 2.4 Tính chiều dày nắp buồng bốc 38 2.5 Tra bích lắp vào thân đáy, số bu lông cần thiết để lắp ghép 39 Tính số chi tiết khác: .41 3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị 41 3.1.1 Ống dẫn đốt vào 41 3.1.2 Ống dẫn dung dịch vào 42 3.1.3 Ống dẫn dung dịch 43 3.1.4 Ống tháo nước ngưng .43 3.2 Tính chọn tai treo 44 3.2.1 Tính Gnk 44 3.2.2 Tính Gnd 48 3.3 Chọn kính quan sát 50 3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt 51 PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 55 Thiết bị ngưng tụ baromet .55 1.1 Tính tốn lượng nước ngưng tụ 56 1.2 Tính đường kính thiết bị ngưng tụ 57 1.3 Tính kích thước ngăn 57 1.4 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 58 1.5 Tính kích thước đường kính ống baromet 59 1.6 Tính chiều cao ống baromet 59 1.7 Tính lượng nước ngưng 60 Tính tốn bơm chân khơng 61 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .61 3.1 3.2 Nhiệt lượng trao đổi .62 Hiệu số nhiệt độ hữu ích .62 3.2.1 Hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ: 62 3.2.2 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 63 3.2.3 Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy 63 3.2.4 Hiệu số nhiệt độ phía thành ống: 64 3.2.5 Tính chuẩn số Prt 65 Nhiệt tải riêng phía dung dịch: 65 3.3 Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt 65 3.4 Xác định số ống, cách xếp ống thiết bị trao đổi nhiệt 66 KẾT LUẬN .68 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 3.2.6 PHẦN 1: TỔNG QUAN Tổng quan KNO3  KNO3 Chất rắn màu trắng  Khối lượng mol: 101,103 g/mol  Không mùi  Khối lượng riêng: 2,109 g/cm3 (16 °C)  Điểm nóng chảy: 334 °C  Phân hủy 400 °C  Độ hòa tan nước: Tan nhiều nước (13,3 g/100 mL (0 °C), 36 g/100 mL (25 °C), 247 g/100 mL (100 °C))  Đây muối tan etanol tan glycerol, amoni  KNO3 hợp chất hóa học có tên gọi Kali Nitrat Potassium Nitrate Đây muối ion ion kali K + ion nitrate NO3- 1.1    1.2  KNO3 xem tiêu thạch khoáng sản nguồn rắn tự nhiên nitơ Tính chất hóa học KNO3 có tính oxy hóa mạnh KNO3 bị nhiệt phân để tạo thành kali Nitrit Oxi tạo thành phương trình hóa học sau: KNO3 → KNO2 + O2 (Điều kiện phản ứng nhiệt độ cao) Điều chế KNO3 Hiện nay, KNO3 điều chế phản ứng trao đổi, NaCl kết tinh nhiệt độ 30oC tách khỏi dung dịch làm nguội, KNO3 kết tinh thu nhiệt độ 22oC với phương trình hóa học sau: NaNO3 + KCl → KNO3 + NaCl 1.3 Ứng dụng quan KNO3 đời sống sản xuất Vai trị KNO3 nơng nghiệp  Kali nitrat loại phân bón cung cấp toàn dinh dưỡng dạng đa lượng, gần cao thành phần cơng thức phân bón khác  KNO3 nguồn cung cấp kali tuyệt vời Mà kali nitrat kali cần thiết cho phát triển hoạt động bình thường mơ Kation kali (K+) đóng phần quan trọng nhiều q trình trao đổi chất tế bào, đóng vai trị điều hịa tham gia vào số trình cung cấp quản lý nước (tham gia vào đóng mở lỗ khí khổng)  KNO3 giúp cho trồng khỏe mạnh cho suất trồng tốt  KNO3 sau bón vào đất giúp đất giảm mặn, cải thiện tình hình sử dụng nước giúp tiết kiệm nước trồng  KNO3 thành phần khơng thể thiếu dinh dưỡng thủy canh, định tới phát triển trồng lớn, việc thiếu Kali Nitrat thể rõ, cháy mép lá, đốm đen lá, vàng  Loại hóa chất ví chất để chống lại vi khuẩn, nấm gây bệnh, côn trùng virus KNO làm giảm đáng kể hấp thụ Cl trồng Đồng thời chống lại tác nhân gây hại natri Vai trò KNO3 chế tạo thuốc nổ  Chế tạo thuốc nổ đen với công thức: 75% KNO3, 10% S 15% C Khi nổ, tạo muối kali sunfua, khí nitơ khí CO2:  2KNO3 + 3C + 5S → K2S + N2 + 3CO2  Ngồi ra, KNO3 cịn dùng để tạo thành pháo hoa Vai trò KNO3 bảo quản thực phẩm công nghiệp  Phụ gia thực phẩm(E252)  Là cách để bảo quản thịt chống thiu Vai trị KNO3 dược  Được sử dụng số kem đánh cho nhạy cảm Gần đây, việc sử dụng kali nitrat kem đánh để điều trị nhạy cảm tăng lên phương pháp điều trị hiệu  Được sử dụng lịch sử để điều trị bệnh hen suyễn viêm khớp 1.4 Ưu điểm hóa chất KNO3 Ưu điểm hóa chất khơng gây hại cho sức khỏe người Và bản, KNO3 khơng độc hại mà có lợi cho trồng Chính mà sử dụng phổ biến trở thành loại hóa chất nông nghiệp thường gặp Tổng quan cô đặc 2.1 Định nghĩa cô đặc Cô đặc q trình làm bay phần dung mơi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nhiệt độ sơi, với mục đích: • Làm tăng nồng độ chất tan • Tách chất rắn hịa tan dạng tinh thể (tinh khiết) • Thu dung mơi dạng nguyên chất (cất nước) Cô đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp xuất (áp xuất chân không, áp xuất thường, áp xuất dư) hệ thống thiết bị cô đặc (nồi) hay hệ thống nhiều thiết bị đặc Q trình gián đoạn hay liên tục Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, ngồi cịn làm tăng hiệu số nhiệt độ đốt nhiệt độ sơi trung bình dung dịch (hiệu số nhiệt độ hữu ích) dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Mặt khác, đặc chân khơng nhiệt độ sơi dung dịch thấp nên tận dụng nhiệt thừa trình sản suất khác (hoặc sử dụng thứ) cho cô đặc Cô đặc áp xuất cao áp xuất khí thường dung cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô để sử dụng thứ dung dịch cho trình khác Cịn đặc áp xuất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí Đây phương pháp đơn giản nhiệu kinh tế không cao 2.2 Ứng dụng cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái Trong sản xuất hố chất, ta cần đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù cô đặc hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy, việc cải thiện hiệu thiết bị cô đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an tồn hiệu suất cao Do đó, yêu cầu đặt cho người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc 2.3 Phân loại thiết bị đặc a Theo cấu tạo Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) Thiết bị đặc nhóm đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Bao gồm: • Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), ống tuần hồn ngồi • Có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục buồng bốc) Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng (tuần hồn cưỡng bức) Thiết bị đặc nhóm dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt Ưu điểm tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Bao gồm: • Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi theo cơng thức VI.50 [2 – 84] tkk = t2d + + 0,1(t2c – t2d) = 25 + + 0,1(50 – 25) = 31,5 oC ph: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ tkk, N/m2 Tra bảng I.250 [1 – 312]: tkk = 31,5oC ta có, ph = 0,0475.9.81.104 (N/m2) 288Gkk (273 + tkk) 288 45,42 (273 + = 0,074 (𝑚3/𝑠) 31,5 ) V = = kk (Png − Ph) 3600 3600 (0,2 − 0,0475) 9,81 104 Tính tốn bơm chân khơng Cơng suất bơm chân khơng tính theo cơng thức: L m Pk = Nb = Vkk p2 m − 1000η [( ) 1000 p1 Trong đó: η m−1 m − 1] m: số đa biến, chọn m = 1,25 pk = png – ph = 0,2 – 0,0475 = 0,1525 (at) p1 = png = 0,2 at p2: áp suất khí quyển, p2 = at η: hiệu suất, η = 0,65 Nb = 1,25 0,1525.0,074.9,81 104 1,25 − [( ) 1000.0,65 0,2 1,25−1 1,25 − 1] = 3,23 kW Dựa vào Nb chọn bơm theo quy chuẩn bảng II.58 [1 – 513], bơm chân khơng vịng nước PMK ta chọn bơm PMK-1 với thơng số: + Số vịng quay: 1450 vịng/phút + Cơng suất u cầu trục bơm: 3,75 kW + Công suất động điện: 4,5 kW + Lưu lượng nước: 0,01 m3/h Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Để đun nóng hỗn hợp đầu người ta gia nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm loại đứng dùng nước bão hòa để đun nóng hỗn hợp đầu Chọn áp suất tuyệt đối nước bão hòa p = 5,0 at Khi nhiệt độ nước bão hịa tbh = 151,1 oC (bảng I.251 [1 – 314]) Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với thông số (bảng V.10 [2 – 44]): Bề mặt truyền nhiệt đơn vị thể tích: 15 – 40 m2/m3 Lượng kim loại cần cho đơn vị tải nhiệt: Lượng kim loại cần cho đơn vị bề mặt đốt: 30 – 80 kg/m2 Đường kính ống: d = 0,032m Dung dịch ống, đốt ngồi ống Chọn loại ống thép X18H10T đường kính d = 32  mm, L = 3m Yêu cầu thiết kế quan trọng việc thiết kế thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu xác định bề mặt truyền nhiệt Ngồi cịn xác định thơng số khác đường kính, chiều cao, số ống số ngăn thiết bị Diện tích bề mặt truyền nhiệt xác định thơng qua phương trình truyền nhiệt 3.1 Nhiệt lượng trao đổi 𝑄 = 𝐹 𝐶𝑝 (𝑡𝐹 − 𝑡𝑓), 𝑊 Trong đó: -F: Lưu lượng hỗn hợp đầu F = 10800 (kg/h) -Cp: Nhiệt dung riêng hỗn hợp Cp = C0 = 3976,7 (J/kg.độ) -tF: Nhiệt độ cuối dung dịch, tF= tso= 116,04 (oC) -tf: Nhiệt độ đầu dung dịch, lấy nhiệt độ môi trường, tf = 25 (oC) Thay số vào ta có nhiệt lượng trao đổi dung dịch là: 10800 𝑄= 3976,7 ( 116,04 − 25) = 1086116,304 (𝑊) 3600 3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích Chọn thđ = t1 = 151,10 (oC) ∆tđ = 151,10 – 25 = 126,10 (oC) ∆tc = 151,10 – 116,04 = 35,06 (oC) Do ∆tđ/∆tc = 3,6> nên nhiệt độ trung bình hai lưu thể là: ∆𝑡đ − ∆𝑡𝑐 126,10 − ∆t𝑡𝑏 = = 71,12 ( ℃) ∆𝑡đ 35,06 126,10 = 𝑙𝑛 35,06 𝑙𝑛 ∆𝑡𝑐 Hơi đốt có nhiệt độ trung bình t1tb = 151,1 oC Phía hỗn hợp: t2tb = t1tb – ∆ttb = 151,1 -71,12 = 79,98 oC 3.2.1 Hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ: 𝑟1 Trong đó: 0,25 𝛼 = 2, 𝐴1 ( ∆𝑡 ) 𝐻 [ 𝑊/𝑚 độ] r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ bão hòa r = 2117000 (J/kg) ∆𝑡1: chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ đốt nhiệt độ thành ống truyền nhiệt, H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 3m A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng Giả thiết ∆t1 = 3,9 ℃ => tT1 = tbh - ∆t1 = 151,1 – 3,9 = 147,2 ℃ Hệ số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm = 0,5 (tT1 + ∆t1) = 0,5 (146,5 + 151,1) = 149,15 ℃ nội suy theo bảng số liệu [3 – 29] ta có A = 195,37 Do đó: 211700 0,25 ) = 8220,00 [ 𝑊/𝑚 độ] 𝛼1 = 2,04.195,37 3,9.3 ( 3.2.2 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ: q1 = α1 ∆t1 = 8220 3,9 = 32058 (W/m2) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xốy Theo cơng thức V.40 [2-14] có: 3.2.3 Nu = 0,021 ε1 Pr Re0,8 Pr0,43 (Prt )0,25 Trong đó: + Prt chuẩn số Pran hỗn hợp lỏng tính theo nhiệt độ trung bình tường + ε1 hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số chiều dài l đường kính d ống + Tỉ số Pr Prt thể ảnh hưởng dịng nhiệt (đun nóng hay làm nguội) Khi chênh lệch nhiệt độ tường dịng nhỏ ( Pr 0,25 Prt ) ≈ [3 – 15] a, Tính chuẩn số Pr Pr = Cp μ λ [ – 12 – V.35] Trong đó: + Cp nhiệt dung riêng đẳng áp hỗn hợp đầu t2tb = 79,89 ℃ + μ độ nhớt động lực hỗn hợp t2tb = 79,89 ℃ + λ: Hệ số dẫn nhiệt dung dịch - Độ nhớt Chọn chất lỏng tiêu chuẩn nước, t1 = 20oC; t2 = 30 oC Tra bảng I.107 [1-100] nội suy ta có: t1 = 20oC, x = 5% → μ11 = 0,98 10−3 [N.s/m2] t2 = 30oC, x = 5% → μ21 = 0,8 10−3[N.s/m2] Tra bảng I.102 [1-94] nội suy ta có: μ11 = 0,98 10−3 [N.s/m2] → θ11= 21,05 oC μ21 = 0,8 10−3[N.s/m2] → θ21= 30,04 oC Tại ts1 = 116,04 oC, dung dịch có độ nhớt μdd1 tương ứng với đột nhớt nước có nhiệt độ θ31: 20 − 30 30 − 116,04 = => 𝜃31 = 107,39℃ 21,05 − 30,04 30,04 − 𝜃31 Tra bảng I.102 [1-95] nội suy với θ31 = 105,07 oC ta μdd1 = 0,2632 10-3 [N.s/m2] - Hệ số dẫn nhiệt dung dịch xác định theo công thức λ = A C ρ ρ (W/m2 độ) [2 – 123 – I.32] √ p M Trong + Cp nhiệt dung riêng đẳng áp hỗn hợp đầu ttb = 79,89 ℃ Đã tính Cp = 3976,7 (J/kg độ) + ρ khối lượng riêng hỗn hợp lỏng ρ = 1000,125 (kg/m3) [bảng I.46-1-42] + M khối lượng mol trung bình hỗn hợp đầu M = MKNO3 NKNO3 + MH2O NH2O = 101 NKNO3 + 18 (1 – NKNO3) NKNO3: Phần mol KNO3 dung dịch 𝑥1 0,05 101 𝑀 𝐾𝑁 = = 0,0093 𝑁 𝑂3 = 𝐾𝑁𝑂3(1) 0,05 − 𝑥1 1− + + 0,05 𝑀𝐾𝑁 𝑥1 101 𝑀𝐻2 18 𝑂 𝑂 Thay vào cơng thức ta có: M1= 101.0,0093+ 18 (1-0,0093) = 18,77 + A hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết chất lỏng A = 3,58 10 -8 [2 – 123] Thay số λ = 3,58 10-8 3976,7 1000,125 Do đó: 1000,125 √ 18,77 = 0,536 (W/m2 độ) Pr = 3976,7 0,2632.10−3 0,536 = 1,95 3.2.4 Hiệu số nhiệt độ phía thành ống: ∆tT = tT1 − tT2 = q1 ∑ r Trong đó: tT1, tT2: nhiệt độ thành ống nước phía hỗn hợp r1; r2: nhiệt trở cặn bẩn hai phía thành ống Tra bảng II.V.1 [2-4]: r1 = 0,000387 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch r2 = 0,000232 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía bão hịa 𝛿: bề dày ống truyền nhiệt, 𝛿 = 10−3(𝑚) ∑ r: tổng nhiệt trở bên ống truyền nhiệt: Ống dẫn nhiệt làm vật liệu X18H10T có λ = 16,3 W/m.độ 𝛿 ∑ 𝑟= +𝑟 + [𝑚 độ/𝑊] 𝑟1 𝜆 Thay số: 10−3 𝛿 = 0,000742 [𝑚 độ/𝑊] ∑ 𝑟 = 𝑟1 + 𝑟2 + = 0,000387 + 0,000232 16,3 + 𝜆 ∆tT =32058 0,742 10−3 = 23,8 (oC) tT2 = 𝑡1 − ∆𝑡1 − ∆tT = 151,1 – 3,9 – 23,8 = 123,4 (oC) ∆t2 = tT2 − t2tb = 123,40 – 79,98 = 43,42 (oC) 3.2.5 Tính chuẩn số Prt Cp μ Pr = λ Khi chênh lệch nhiệt độ tường vào dịng nhỏ 𝑃𝑟 = Thay số: Nu = 0,021 1.10000 1,95 = 44,35 λ 0,536 Do α2 = Nu = 44,35 = 742,86 (W/m2 độ) 0,8 d 0,43 𝑃 𝑟𝑡 0,032 3.2.6 Nhiệt tải riêng phía dung dịch: q2= 𝛼2 ∆𝑡2 = 742,86 43,42 = 32255,09 (W/m2) Kiểm tra sai số: |𝑞1 − 𝑞2| |32058,00 − 32255,09| = 0,61 % = 𝜀1 32058,00 𝑞1 = Sai số nhỏ 5% nên chấp nhận giả thiết 3.3 Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt Diện tích bề mặt truyền nhiệt xác định thơng qua phương trình truyền nhiệt Q = K F ∆𝑡𝑡𝑏 Chọn giá trị α1 = 6548,4 (W/m2 độ) lượng nhiệt truyền cho 1m2 ống truyền nhiệt là: 𝑞1 + 𝑞2 32058,00 + 32255,09 = 32156,55 (W/𝑚2) 2= qtb = 𝐾= 1 +⅀r+ α1 = 8220,00 + α2 + 0,742 10−3 = 452,53 742,86 1086116,304 452,53.71,12 ≈ 34 𝑚2 𝑄 Ho ặc tính thông qua nhiệt tải riêng qtb = = K ∆t => 𝐹 = 𝐹 => 1086116,304 𝐹= 31256,55 ≈ 34 𝑚2 3.4 Xác định số ống, cách xếp ống thiết bị trao đổi nhiệt Số ống thiết bị trao đổi nhiệt xác định theo công thức n = 𝐹 𝑓 Trong + F = 34 m2 tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt + f = 𝜋 d h0: diện tích xung quanh ống truyền nhiệt, m2 + h0 = m chiều cao ống truyền nhiệt Thay số n = 𝐹 = 𝑓 34 = 113 (ống) 3,14 0,032 Chọn xếp ống theo hình cạnh Quy chuẩn theo bảng số liệu V.II [3 – 48] ta có - Tổng số ống thiết bị n = 127 (ống) - Số hình cạnh hình - Số ống đường xuyên tâm hình cạnh b = 13 ống - Số ống cạnh hình cạnh a = 0,5 (b + 1) = ống Vận tốc lỏng chảy ống cần đạt ωt Gđ π d2 n t Trong + Gđ lưu lượng thể tích chất lỏng (m3) + dt = 0,033 m đường kính ống + Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng ttb = 71,12 ℃ 𝜌 = 1001,125 (kg/m3) Thay số ωt 10800 = 3,14 0,0322 1001,125.3600 = 0,029 m/s Vận tốc giả thiết: 𝑊𝑔𝑡 = 𝑅𝑒 𝜇 1000.0,0002632 = = 0,082 𝑚/𝑠 𝑑 𝜌 0.032.1001,125 Ta thấy : 𝑊𝑔𝑡 − 𝑊𝑡 = 𝑊𝑔𝑡 0,082 − = 64,63% > 5% 0,029 0,082 Ta phải chia ngăn để trình cấp nhiệt diễn chế độ xoáy Số ngăn thiết bị 𝑥 = ωt 0,082 = = 𝑛𝑔ă𝑛 ω 0,029 Vậy chia không gian ống thành ngăn 3.5 Đường kính thiết bị Đường kính thiết bị xác định theo công thức D = t (b -1) + 4d Trong đó: + d = dn = 36 mm đường kính ngồi ống truyền nhiệt + t bước ống thường t = (1,2 – 1,5) d Chọn t = 1,4d = 1,5 0,036 = 0,054 m Thay số D = t (b – 1) + 4d = 0,054 (13 – 1) + 0,032 = 0,776 m Quy chuẩn D = 0,8 m KẾT LUẬN Sau thời gian cố gắng tìm đọc, tra cứu số tài liệu tham khảo, với giúp đỡ cô Đặng Thị Tuyết Ngân thầy cô giáo môn “ Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học” em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình em rút số nhận xét sau: -Việc tính tốn hệ thống cô đặc việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó khơng u cầu người thiết kế phải có kiến thức thật sâu q trình đặc phải biết thêm thiết bị phụ khác, quy định vẽ kĩ thuật,… -Các cơng thức tính tốn khơng cịn gị bó mơn học khác, mà dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn người thiết kế tính tốn đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động hệ thống có khả làm việc ổn định cao -Khơng có vậy, việc thiết kế đồ án mơn q trình thiết bị cịn giúp chúng em củng cố kiến thức q trình đặc nói riêng q trình khác nói chung, nâng cao kĩ tra cứu, tính tốn, xử lí số liệu; trình bày cách khoa học, nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống -Việc thiết kế đồ án mơn học “ Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học” hội cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng có hội làm quen với cơng việc kĩ sư hóa chất -Mặc dù cố gắng hoàn thành, song hạn chế tài liệu, bất lợi dịch Covid 19, đồng thời thân em cịn có hạn chế nhận thức kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong nhận dẫn giúp đỡ thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] Tập thể tác giả, Sổ tay q trình Thiết bị cơng nghệ Hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2005 Tập thể tác giả, Sổ tay trình Thiết bị cơng nghệ Hóa chất Tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2005 Nguyễn Bin, Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ Hóa chất Thực phẩm tập 1,2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2001 Phạm Xuân Toản, Các trình, thiết bị cơng nghệ Hóa chất Thực phẩm tập 3, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2003 ... thường, áp xuất dư) hệ thống thiết bị cô đặc (nồi) hay hệ thống nhiều thiết bị đặc Q trình gián đoạn hay liên tục Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt,... thường thiết kế hệ thống cô đặc nhiều nồi để tang hiệu sử dụng đốt Quy trình cơng nghệ 3.1 Cơ sở lựa chọn quy trình cơng nghệ: Q trình đặc tiến hành thiết bị cô đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục. .. thiết kế hệ thống đặc hai nồi có buồng đốt ngồi, làm việc liên tục để đặc dung dịch KNO từ nồng độ 5% lên 23% Đồ án thực hướng dẫn Đặng Thị Tuyết Ngân.Vì đồ án qn trình thiết bị cơng nghiệp hóa