BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC. thiết kế thiết bị cô đặc gián đoạn một nồi dung dịch HCl từ nồng độ 4% đến 20%, năng suất 2 m3mẻ. (Autocad + thuyết minh chi tiết)
TỔNG QUAN
Tổng quan về sản phẩm
Axit clohiđric (HCl) là một axit vô cơ mạnh, được hình thành từ sự hòa tan của khí hidro clorua trong nước, với nồng độ tối đa lên đến 40% trong dạng đậm đặc Axit này có khả năng tạo ra sương mù axit, gây ăn mòn các mô con người và tổn thương cho hệ hô hấp, mắt, da và ruột Trong dạng loãng, axit clohiđric được sử dụng rộng rãi trong việc vệ sinh, lau chùi nhà cửa, sản xuất gelatin, phụ gia thực phẩm và tẩy gỉ.
Công thức phân tử : HCl
Dạng thường gặp : chất lỏng trong suốt đến vàng nhạt.
Tỷ trọng của dung dịch 36-38% là 1,18 g/cm³, với điểm nóng chảy ở -27,32 °C (247 K) cho dung dịch 38% Điểm sôi của dung dịch 20,2% là 110 °C (383 K) và của dung dịch 38% là 48 °C (321 K) Dung dịch này có độ hòa tan giới hạn trong nước và tan trong dimetyl ete, etanol, metanol Độ axit của nó được xác định với giá trị pKa là -8,0.
Chiết xuất : 1,342 (nD) Độ nhớt : 1,9.10 -3 Pa.s ở 25°C, dung dịch 31,5%.
HCl có khả năng tác dụng với
- Kim loại: Giải phóng khí hi d r o và tạo muối clorua (trừ các kim loại đứng sau hidro trong dãy hoạt động hóa học như Cu, Hg, Ag, Pt, Au).
- Oxit bazơ: Tạo muối clorua và nước.
- Bazơ: Tạo muối clorua và nước.
- Muối: tác dụng với các muối có gốc anion hoạt động yếu hơn tạo muối mới và axit mới.
- Ngoài ra, trong một số phản ứng HCl còn thể hiện tính khử bằng cách khử một số hợp chất như KMnO4 (đặc), MnO2, KClO3 giải phóng khí c lo.
2 KMnO4 (đặc) + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O
Axit clohiđric được điều chế theo các quy trình sau:
- Tổng hợp từ các nguyên tố.
Quá trình này tổng hợp trực tiếp từ khí clo và hiđro cho ra sản phẩm có độ tinh khiết cao.
Phản ứng trong buồng đốt với khí clo và hyđro ở nhiệt độ trên 2000°C tạo ra ngọn lửa, và để đảm bảo phản ứng hoàn toàn, cần cung cấp hyđro nhiều hơn clo khoảng 1-2% nhằm loại bỏ clo trong sản phẩm Hỗn hợp này có nguy cơ gây nổ, do đó yêu cầu thiết bị chịu nhiệt cao, tuy nhiên, chi phí cho các chất phản ứng lại khá đắt đỏ.
- Phản ứng với clorua kim loại.
Phản ứng giữa clorua kim loại, đặc biệt là natri clorua (NaCl), với axit sulfuric (H2SO4) hoặc hydro sulfat (H2S) là một quá trình quan trọng trong sản xuất natri cacbonat, được biết đến với tên gọi quy trình Leblanc vào thế kỷ 18 Quá trình này diễn ra qua hai giai đoạn: giai đoạn đầu tiên ở nhiệt độ khoảng 150 đến 250°C và giai đoạn thứ hai ở nhiệt độ từ 500 đến 600°C.
NaCl + H2SO4 (đặc) → NaHSO4 + HCl↑
NaCl + NaHSO4 → Na2SO4 + HCl↑
Phản ứng tổng có thể được viết như sau:
2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl↑
Chiều cân bằng phản ứng tạo ra khí HCl do khí này được thu hồi liên tục Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng thí nghiệm để sản xuất các sản phẩm tinh khiết Tuy nhiên, nó không được sử dụng trong sản xuất thương mại vì axit sulfuric có chi phí cao hơn so với axit clohiđric.
Sản phẩm Clo hóa trong sản xuất chất hữu cơ.
- Nhiệt phân 1,2 – dicloretan tạo thành vinyl clorua, 90% lượng axit clohiđric đều sản xuất ở Mỹ dùng phương pháp clo hóa này:
Cl2 + RH → RCl + HCl với R – là gốc hydrocacbon.
- Phản ứng trao đổi gốc clo với HF Phản ứng này được dùng để chuyển sản phẩm clo hóa (RCl) tạo ra HCl.
- Tổng hợp tetrafloreten từ việc nhiệt phân clodiflometan:
2 CHF2Cl → CF2 → CF2 + 2 HCl
- Từ đốt rác thải hữu cơ clo
- Hydrat hóa clorua kim loại nặng
Sau khi tạo ra khí HCl, dòng khí này được dẫn qua tháp hấp thụ, nơi HCl lỏng và đậm đặc được hình thành bằng cách hấp thụ hơi HCl vào dung dịch axit clohiđric yếu Sau đó, HCl lỏng được tách ra, trong khi dòng khí cuối cùng được chuyển đến thiết bị làm sạch để loại bỏ HCl tự do trước khi thải ra môi trường.
Axit clohiđric được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm.
Axit clohiđric là một axit mạnh được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp Ứng dụng thường để xác định chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.
Axit clohiđric (HCl) là một ứng dụng quan trọng trong việc loại bỏ gỉ sét trên thép, đặc biệt là các oxit sắt, trước khi thép được sử dụng cho các mục đích khác như cán, mạ điện và các kỹ thuật khác HCl với nồng độ 18% thường được sử dụng phổ biến như một chất tẩy gỉ cho các loại thép cacbon.
Axit đã qua sử dụng, được tái chế thành dung dịch sắt (II) clorua, thường gặp vấn đề với nồng độ kim loại nặng cao Điều này làm giảm hiệu quả của quá trình tẩy rửa, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Công nghiệp tẩy thép đã phát triển các công nghệ tái chế axit clohiđric, bao gồm công nghệ lò phun và công nghệ tái sinh HCl tầng sôi, cho phép thu hồi HCl từ chất lỏng đã tẩy rửa Pyrohydrolysis là công nghệ tái chế phổ biến nhất, thực hiện theo phản ứng cụ thể.
Quy trình axit khép kín cho phép hồi phục đặc tính của axit đã qua sử dụng, trong đó sản phẩm phụ là sắt (III) oxit được thu hồi và ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.
- Sản xuất các hợp chất hữu cơ:
Axit clohiđric (HCl) được sử dụng rộng rãi trong sản xuất
2 CH2=CH2 + 4 HCl + O2 → 2 ClCH2CH2Cl + 2 H2O gỗ + HCl + nhiệt → than hoạt tính
- Sản xuất các hợp chất vô cơ:
Axit clohiđric có thể được sử dụng để sản xuất nhiều sản phẩm thông qua phản ứng axit-bazơ, tạo ra các hợp chất vô cơ Một số sản phẩm quan trọng bao gồm hóa chất xử lý nước như sắt (III) clorua và polyaluminium clorua (PAC).
Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O (sắt (III) clorua từ magnetit)
Sắt (III) clorua và PAC là hai chất keo tụ và đông tụ quan trọng, được ứng dụng trong xử lý nước thải, sản xuất nước uống và sản xuất giấy để lắng các thành phần hiệu quả.
HCl được sử dụng để sản xuất các hợp chất vô cơ quan trọng như muối canxi clorua, niken (II) clorua cho quá trình mạ điện, và kẽm clorua phục vụ cho ngành công nghiệp mạ cũng như sản xuất pin.
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O (canxi clorua từ đ á vôi)
- Kiểm soát và trung hòa pH:
Axit clohiđric có thể được dùng để điều chỉnh tính bazơ của dung dịch.
Trong ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và nước uống, axit clohiđric chất lượng cao được sử dụng để điều chỉnh pH của nước cần xử lý Ngược lại, trong các lĩnh vực không yêu cầu độ tinh khiết cao, axit clohiđric chất lượng công nghiệp chỉ cần đáp ứng đủ tiêu chuẩn để trung hòa nước thải và xử lý nước hồ bơi.
- Tái sinh bằng cách trao đổi ion:
Cơ sở lý thuyết của quá trình cô đặc
Cô đặc là phương pháp tăng nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch có hai hoặc nhiều cấu tử Quá trình này thường áp dụng cho dung dịch lỏng – rắn hoặc lỏng – lỏng với chênh lệch nhiệt sôi lớn, thông qua việc tách một phần dung môi dễ bay hơi hơn bằng nhiệt hoặc làm lạnh kết tinh.
1.2.2 Các phương pháp cô đặc
Phương pháp nhiệt (đun nóng) là quá trình mà dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi nhiệt độ tăng, cho đến khi áp suất riêng phần của dung môi đạt bằng áp suất tác động lên bề mặt chất lỏng.
Phương pháp lạnh là kỹ thuật hạ nhiệt độ để tách biệt một cấu tử thành tinh thể đơn chất tinh khiết, thường nhằm kết tinh dung môi và tăng nồng độ chất tan Quá trình kết tinh này có thể diễn ra ở nhiệt độ cao hoặc thấp, phụ thuộc vào tính chất của cấu tử và áp suất bên ngoài tác động lên bề mặt Trong một số trường hợp, cần sử dụng máy lạnh để đạt được nhiệt độ cần thiết cho quá trình này.
1.2.3 Ứng dụng của sự cô đặc
Dùng trong sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, nước trái cây…
Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ…
1.2.4 Phân loại và ứng dụng
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên, dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn 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, 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 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.
- Theo phương pháp thực hiện quá trình:
Cô đặc áp suất thường là một thiết bị hở có nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thường được sử dụng để cô đặc dung dịch liên tục Phương pháp này giúp duy trì mức dung dịch ổn định nhằm đạt năng suất tối đa và thời gian cô đặc ngắn nhất, tuy nhiên, nồng độ dung dịch cuối cùng đạt được thường không cao.
Cô đặc áp suất chân không là quá trình xử lý dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100 độ C dưới áp suất chân không Quá trình này giúp dung dịch tuần hoàn hiệu quả, giảm thiểu cặn bã và duy trì sự bay hơi nước liên tục.
Cô đặc nhiều nồi nhằm mục đích tiết kiệm hơi đốt, nhưng số lượng nồi không nên quá lớn để đảm bảo hiệu quả tiết kiệm Có thể áp dụng các phương pháp cô đặc chân không, cô đặc áp lực, hoặc kết hợp cả hai Đặc biệt, việc sử dụng hơi thứ cho các mục đích khác cũng giúp 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.
1.2.5 Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc gián đoạn
- Ưu điểm của cô đặc gián đoạn:
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.
Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau.
- Nhược điểm của cô đặc gián đoạn:
Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ và thời gian.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trình công nghệ
Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,7 at
Bơm dung dịch có nồng độ 4% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc bằng bơm ly tâm trong thời gian 30 phút Quá trình nhập liệu sẽ kết thúc khi đạt đủ 10.965 kg.
Khi đã nhập liệu đủ 10.965 kg, quá trình cấp hơi đốt (hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at) vào buồng đốt sẽ bắt đầu để gia nhiệt dung dịch Buồng đốt bao gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm lớn hơn Dung dịch trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt bên ngoài, dẫn đến hiện tượng sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn Do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn, dung dịch trong đó sôi ít hơn, tạo ra áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt Dung môi nước bốc hơi và thoát ra 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 đó chảy ra ngoài bồn chứa Phần không ngưng được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài, trong khi hơi đốt khi ngưng tụ sẽ chảy ra ngoài qua cửa thoát nước ngưng, qua bẫy hơi và được xả ra ngoài.
Quá trình sẽ tiếp tục cho đến khi nồng độ đạt 20%, sau đó ngừng cung cấp hơi Tiếp theo, mở van thông áp và tháo sản phẩm bằng cách mở van tháo liệu.
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Cân bằng vật chất
- Năng suất tính theo dung dịch đầu : 2 (m 3 /mẻ)
- Nồng độ đầu của dung dịch : 4 (% khối lượng)
- Nồng độ cuối của dung dịch : 20 (% khối lượng)
- Áp suất hơi đốt : 3 (at)
- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng : 0,7 (at)
3.1.1 Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ
Dựa vào bảng 4, trang 11, tài liệu tham khảo [1] và nội suy giá trị khối lượng riêng của dung dịch HCl theo nồng độ.
Bảng 3.1: Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ
Khối lượng riêng, kg/m 3 1016,9 1096,5 Vậy năng suất tính theo đơn vị kg là 2193 kg/mẻ.
3.1.2 Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống
Theo công thức 5.16, trang 293, tài liệu tham khảo [5]:
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 dung dịch HCl.
Gđ.xđ, Gc.xc : khối lượng dung dịch HCl (kg).
- Khối lượng dung dịch đầu:
- Tổng lượng hơi thứ bốc hơi:
Bảng 3.2: Tóm tắt kết quả cân bằng vật chất
Thể tích dung dịch trong nồi, m 3 10,78 2
Khối lượng dung dịch, kg 10965 2193
Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg 8772
Khối lượng riêng dung dịch, kg/m 3 1016,9 1096,5
Cân bằng năng lượng
Áp suất làm việc trong buồng bốc thiết bị cô đặc P1 = 0,3 at
Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t1 = 68,7 o C (bảng I.251, trang 314, tài liệu tham khảo [2]). Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (nước) trên mặt thoáng dung dịch
Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ ∆ ’’’ = 1 o C (trang 296, tài liệu tham khảo [5])
Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ: to = 68,7 – 1 = 67,7 o C.
3.2.1 Các tổn thất nhiệt độ – nhiệt độ sôi dung dịch
3.2.1.1 Xác định tổn thất nhiệt do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch HCl theo nồng độ ở áp suất P 1 = 0,3 at (Δ‘)
Theo công thức VI.10, trang 59, tài liệu tham khảo [3]:
Trong đó: f : giá trị f theo nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất, (tra bảng VI.1, trang 59, tài liệu tham khảo [3]).
: là tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất khí quyển.
Ks : hằng số nghiệm sôi của dung môi, Ks (nước) = 0,512 x : nồng độ chất tan, [mol/lít]
- Nhiệt độ sôi dung dịch (công thức VI.13, trang 60, tài liệu tham khảo [3])
: nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb, o C.
: nhiệt độ sôi ứng với áp suất Po, o C.
Bảng 3.3: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt sôi dung dịch
Nồng độ chất tan, mol/lít 1,114 6,008
Nhiệt độ sôi dung dịch, 69,2 71,2
3.2.1.2 Xác định tổn thất nhiệt do hiệu ứng thủy tĩnh (Δ‘‘) và nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất trung bình
Tính theo ví dụ 4.8 trang 207, tài liệu tham khảo [4]:
: khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối tính ở nhiệt độ
: chiều cao lớp chất lỏng sôi
- Trong thiết bị tuần hoàn tự nhiên
: chiều cao ống truyền nhiệt
: khối lượng riêng dung môi ở
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt
Tính cho trường hợp dung dịch HCl 4%:
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số thay đổi không đáng kể nên:
Nhiệt độ sôi của H2O ở 0,315 at là 69,7 o C ( bảng I.251, trang 314, tài liệu tham khảo [2])
- Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh:
- Nhiệt độ sôi dung dịch HCl 4% ở áp suất :
- Tính cho trường hợp dung dịch HCl 20%:
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số thay đổi không đáng kể nên:
Nhiệt độ sôi của H2O ở 0,322 at là 71,1 o C (bảng I.251, trang 314, tài liệu tham khảo [2])
- Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh:
- Nhiệt độ sôi dung dịch HCl 20% ở áp suất :
Tính theo công thức 2.4, trang 104, tài liệu tham khảo [4]:
Phương trình cân bằng nhiệt:
D : lượng hơi đốt sử dụng (kg)
: tỉ lệ nước ngưng bị lôi cuốn theo
Nhiệt độ nước ngưng (°C) và nhiệt dung riêng của nước ngưng ở °C (J/(kg.độ)) là các yếu tố quan trọng trong quá trình tính toán nhiệt Nhiệt dung riêng của dung dịch ở đầu và cuối mỗi giai đoạn (J/(kg.độ)) được ký hiệu là cđ và cc, trong khi nhiệt độ của dung dịch ở đầu và cuối mỗi giai đoạn (°C) được ký hiệu là tđ và tc Những thông số này giúp xác định các đặc tính nhiệt của hệ thống trong các giai đoạn khác nhau.
: entanpi của hơi đốt (J/kg)
: entanpi của hơi thứ (J/kg)
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)
: nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất PĐ
Nhiệt dung riêng của dung dịch:
Khi x ≤ 20 % áp dụng công thức: C = 4168.(1 – x), J/kg.độ.
(Công thức I.43, Trang152, tài liệu tham khảo [2])
Trong đó : x là nồng độ dung dịch, % khối lượng
- Nhiệt dung riêng của dung dịch: x = 4%
- Nhiệt dung riêng của dung dịch: x = 20%
Chọn hơi đốt có áp suất (bảng I.251, trang 314, tài liệu tham khảo [2]). Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at:
(bảng I.251, trang 314, tài liệu tham khảo [2])
(bảng I.250, trang 314, tài liệu tham khảo [2])
Tổn thất nhiệt Qt = 0,05.QD
Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể.
- Giai đoạn đưa dung dịch 4% từ 25 o C đến 70,2 o C:
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình (công thức V.32, trang 11, tài liệu tham khảo [3])
Nhiệt lượng cần cung cấp (kể cả tổn thất):
Lượng hơi đốt sử dụng:
- Giai đoạn đưa dung dịch từ 4% đến 20%:
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Nhiệt lượng cần cung cấp (kể cả tổn thất):
Lượng hơi đốt sử dụng:
Bảng 3.4: Tóm tắt cân bằng năng lượng
Tổng nhiệt lượng cung cấp, J.10 -9 2,096 23,66
Lượng hơi đốt sử dụng, kg 1016,08 11473,29
TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
Hệ số truyền nhiệt
4.1.1 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi
Trong bài viết này, các kí hiệu quan trọng được sử dụng bao gồm: α1 là hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (W/m² K), α2 là hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi (W/m² K), q1 là nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (W/m²), q2 là nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi (W/m²), và qv là nhiệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt (W/m²) Ngoài ra, nhiệt độ trung bình vách ngoài ống được ký hiệu là (°C).
: nhiệt độ trung bình vách trong ống ( o C) tD : nhiệt độ hơi ngưng, tD = 132,9 ( o C) tdd : nhiệt độ dung dịch sôi ( o C)
: nhiệt độ màng nước ngưng ( o C)
4.1.1.1 Về phía hơi ngưng tụ
Theo công thức V.101, trang 28, tài liệu tham khảo [3]
Với , phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm (trang 29, tài liệu tham khảo [3])
Bảng 4.1: Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm tm, o C 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm là ρ (kg/m³), hệ số cấp nhiệt là λ (W/mK), và độ nhớt của nước là à (Pa.s) Ngoài ra, r đại diện cho ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tD.
Ho = 2 m : chiều cao ống truyền nhiệt
4.1.1.2 Về phía dung dịch sôi
Theo công thức VI.27, trang 71, tài liệu tham khảo [3]:
: lần lượt là hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m 3 ), nhiệt dung riêng (J/kg.độ), độ nhớt (Pa.s) của nước.
: các thông số của dung dịch theo nồng độ.
: hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước (W/m 2 K).
(công thức V.90, trang 26, tài liệu tham khảo [3])
Với: q : nhiệt tải riêng (W/m 2 ) p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m 2 )
- Các thông số của nước (bảng I.249, trang 311, tài liệu tham khảo [2])
- Các thông số của dung dịch: àdd ở 25 o C tra ở bảng I.107, trang 101, tài liệu tham khảo [2] λdd tính theo công thức I.32, trang 123, tài liệu tham khảo [2]
Với x : nồng độ dung dịch cdd và ρdd xác định theo nồng độ
Bảng 4.2: Các thông số của dung dịch
Nồng độ dung dịch, % 4 20 tsdd , o C 70,2 73,6 ρdd , kg/m 3 1016,9 1096,5 cdd , J/kg.độ 4018,56 3348,8 àdd, Ns/m 2 0,913 10 -3 1,185 10 -3
4.1.1.3 Về phía vách ống truyền nhiệt
Theo công thức V.3, trang 3, tài liệu tham khảo [3]:
Trong đó: r1 : nhiệt trở do lớp nước ngưng. r2 : nhiệt trở qua lớp vật liệu. δ : bề dày ống truyền nhiệt
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt. r3 : nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống.
Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 có
(bảng XII.7, trang 313, tài liệu tham khảo [3])
Chọn theo bảng V.1, trang 4, tài liệu tham khảo [3]
Theo công thức V.5, trang 3, tài liệu tham khảo [3]:
Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp như sau:
4 Tính Δtv theo công thức (6) với
5 Tính theo αn theo công thức (5) với q = q1
Nếu ss > 5% thì chọn lại và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏ.
4.1.1.5 Tính hệ số truyền nhiệt cho các giai đoạn
4.1.2 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình gia nhiệt dung dịch ban đầu từ 25 o C đến
Các kí hiệu và công thức
Các kí hiệu: như mục 4.1.1
Theo công thức V.33, trang 11, tài liệu tham khảo [3]:
Theo công thức V.68, trang 23, tài liệu tham khảo [3]:
C và n phụ thuộc vào Pr và Gr như sau:
l : chiều cao ống truyền nhiệt,
Khối lượng riêng của dung dịch HCl được đo bằng kg/m³, trong khi hệ số dãn nở thể tích là K⁻¹ Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch này là W/mK, độ nhớt được xác định bằng Pa.s, và nhiệt dung riêng là J/kg.độ, tất cả đều được lấy ở nhiệt độ màng.
Dựa vào bảng I.234, trang 283, tài liệu tham khảo [2] và nội suy giá trị β theo nhiệt độ.
Bảng 4.3: Giá trị β của dung dịch HCl 4%
8 Xác định sai số , tính cho đến sai số nhỏ (và phải nhỏ hơn 5%)
Vậy hệ số truyền nhiệt giai đoạn này:
Bề mặt truyền nhiệt và thời gian cô đặc
Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dꞆ
Giả sử đến cuối quá trình dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt => F không đổi, T không đổi.
Lấy tích phân ta được (công thức 4.11, trang 151, tài liệu tham khảo [5])
Ꞇ2 : là thời gian cô đặc (không kể thời gian gia nhiệt cho dung dịch từ 25 o C đến 70,2 o C), s
Q : là nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J
- Tổng quá trình cô đặc từ 4% đến 20%:
Chọn thời gian cô đặc là 100 phút.
- Bề mặt trao đổi nhiệt là:
- Thời gian gia nhiệt ban đầu (công thức V.24, trang 10, tài liệu tham khảo [3])
Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J
K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m 2 K Δt : chênh lệc nhiệt độ, K (công thức V.8, trang 3, tài liệu tham khảo [3])
Chọn thời gian nhập liệu là 30 phút.
Thời gian tháo sản phẩm là 20 phút.
Tổng thời gian cô đặc 1 mẻ là
Buồng đốt và đáy
Diện tích bề mặt truyền nhiệt : (lấy dư 20% để an toàn)
Chiều cao ống truyền nhiệt :
Chọn ống truyền nhiệt có đường kính :
- Số ống cần (công thức III-49, trang 134, tài liệu tham khảo [7])
- Đường kính ống tuần hoàn:
Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn
Chọn m = 5 → có 5 ống trên đường chéo ống tuần hoàn.
- Số ống trên đường chéo của hình lục giác đều (công thức V.139, trang 48, tài liệu tham khảo [3])
- Tổng số ống bị chiếm chỗ: (công thức V.139, trang 48, tài liệu tham khảo [3])
Xếp ống theo hình lục giác đều (bảng V.11, trang 48, tài liệu tham khảo [3])
Số hình lục giác đều : 10 hình
Số ống trên đường chéo : 21 ống
- Số ống truyền nhiệt còn lại:
Như vậy ta có thể chọn số ống an toàn là 312 ống.
- Đường kính trong buồng đốt (công thức V.140, trang 49, tài liệu tham khảo [3])
Chọn đường kính buồng đốt là Dt(bđ) = 1400 (mm).
Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60 o
Tra bảng XIII.21, trang 394, tài liệu tham khảo [3]
- Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hoàn:
Cuối quá trình cô đặc
Dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt.
Buồng bốc và nắp
- Thể tích buồng bốc (công thức 5.15, trang 277, tài liệu tham khảo [6])
W1 : lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu (kg)
W1 = 8772 (kg) ρh : khối lượng riêng hơi thứ ở áp suất P1 = 0,3 at
(bảng I.251, trang 314, tài liệu tham khảo [2])
Ꞇ1 : thời gian cô đặc giai đoạn (từ 4% đến 20%)
- Vận tốc lắng (công thức 5.14, trang 276, tài liệu tham khảo [6])
Trong đó: ρ1 : khối lượng riêng giọt lỏng (kg/m 3 ) ρh : khối lượng riêng hơi thứ, ρh = 0,1876 (kg/m 3 ) d1 : đường kính giọt lỏng, dl = 0,3 mm = 3.10 -4 m ξ : hệ số trở lực
Ta có : ρ1 = 978,5 (kg/m 3 ), tra ở nhiệt độ 68,7 o C (bảng I.249, trang 310, tài liệu tham khảo [2]) ξ tính theo Re
Với : độ nhớt động lực học của hơi thứ
Giả sử 0,2 < Re < 500 (trang 276, tài liệu tham khảo [6])
Mà (trang 276, tài liệu tham khảo [6])
Ta chọn đường kính buồng bốc: Dtr(bb) = 2,6 m = 2600 (mm)
Tính theo trang 71, 72, tài liệu tham khảo [3]:
- Thể tích không gian hơi:
W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)
Cường độ bốc hơi thể tích (Utt) được xác định bằng m3/m2 h và chịu ảnh hưởng đáng kể từ áp suất hơi thứ (Ph) Khối lượng riêng của hơi thứ (ρh) là 0,1876 kg/m3 Khi áp suất hơi không bằng 1 at, điều này sẽ tác động đến giá trị của Utt, theo công thức VI.33 trong tài liệu tham khảo [3].
Utt(1at) : cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất bằng 1 at.
Chọn Utt(1at) = 1650 (m 3 /m 3 h) (lấy trung bình giữa 1600 và 1700) f : hệ số hiệu chỉnh
Chọn f = 1,5 (đồ thị VI.3, trang 72, tài liệu tham khảo [2])
- Thể tích không gian hơi:
- Chiều cao phần không gian hơi trong trụ bốc:
Hình 4.1: Hình minh họa buồng bốc Chọn: h1 = 50 mm : chiều cao phần gờ buồng bốc. h2 = 800 m : chiều cao phần nón buồng bốc. h3 : chiều cao dung dịch trong phần trụ.
- Thể tích dung dịch trong buồng bốc trước khi cô đặc:
- Chiều cao phần trụ buồng bốc:
Chọn chiều cao phần trụ buồng bốc 3,4 (m)
Chọn nắp elip tiêu chuẩn có gờ, đường kính trong 2600 mm
Tra bảng XIII.10, trang 382, tài liệu tham khảo [3]:
Diện tích bề mặt trong :
Chiều cao của thiết bị:
Tính cơ khí thiết bị chính
4.5.1 Buồng đốt Đường kính trong :
- Buồng đốt chịu áp suất trong:
Buồng đốt được bọc cách nhiệt nên nhiệt độ tính toán
Vật liệu được chọn là thép không gỉ X18H10T do HCl có tính ăn mòn
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn ở 153 o C là:
(hình 1.2, trang 16, tài liệu tham khảo [8])
Với: η = 0,95 là hệ số hiệu chỉnh
Hệ số bền mối hàn φh = 0,95 (bảng 1-3, trang 18, tài liệu tham khảo [8])
4.5.1.4 Tính và chọn bề dày – tính bền cho buồng đốt
- Bề dày tối thiểu thân buồng đốt (công thức 5-3, trang 96, tài liệu tham khảo [8])
Bề dày này quá nhỏ Tra bảng 5-1, trang 94, tài liệu tham khảo [8] được Smin = 4 - 5 mm Dung dịch ăn mòn (HCl) nên Ca = 1
Vậy chọn bề dày buồng SBD = 5 mm
- Kiểm tra áp suất tính toán:
- Cho nên áp suất tính toán cho phép xác định theo công thức:
Vậy bề dày buồng đốt SBĐ = 5 mm.
4.5.2 Buồng bốc Đường kính buồng bốc Dtr(BB) = 2600 mm
- Thân buồng bốc chịu áp suất ngoài:
Suy ra nhiệt độ tính toán : tBB = 68,7 + 20 = 88,7 ( o C) (do bọc cách nhiệt)
Chọn vật liệu làm buồng bốc là thép không gỉ X18H10T
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn ở 88,7 ( o C)
(hình 1.2, trang 16, tài liệu tham khảo [8])
Modun đàn hồi 88,7 o C tra ở bảng 2-12, trang 34, tài liệu tham khảo [8]
Với nc = 1,65 tra ở bảng 1-6, trang 14, tài liệu tham khảo [8]
4.5.2.4 Tính bề dày – tính ổn định cho buồng bốc
- Bề dày tối thiểu được xác định (công thức 5.14, trang 98, tài liệu tham khảo [8])
: chiều cao tính toán buồng bốc
- Bề dày thực buồng bốc (công thức 1.10, trang 98, tài liệu tham khảo [8])
Kiểm tra điều kiện (công thức 5.15 – 5.16, trang 99, tài liệu tham khảo [8])
Kiểm tra áp suất cho phép (công thức 5.19, trang 99, tài liệu tham khảo [8])
Kiểm tra lực nén chiều trục:
- Lực nén chiều trục (trang 110, tài liệu tham khảo [8]) qc = 0,075 ( bảng trang 103, tài liệu tham khảo [8] )
- Hệ số Kc (công thức 5-34, trang 103, tài liệu tham khảo [8]) Điều kiện (công thức 5-32, trang 103, tài liệu tham khảo [8])
Kiểm tra đồng thời áp suất ngoài và áp suất chiều trục
- Ứng suất cho phép khi nén (công thức 5-31, trang 103, tài liệu tham khảo [8])
- Ứng suất khi nén (công thức 5-48, trang 107, tài liệu tham khảo [8])
Kiểm tra điều kiện (công thức 5-47, trang 107, tài liệu tham khảo [8])
Vậy thân buồng bốc thỏa đồng thời điều kiện áp suất ngoài và lực nén chiều trục
Kết luận: bề dày buồng bốc là SBB = 16 mm
4.5.3 Đáy Đáy nón chịu cùng áp suất ngoài với buồng bốc
Chọn sơ bộ bề dày đáy SĐ = 10 mm
D’ : đường kính tính toán của đáy nón (công thức 6-29, trang 133, tài liệu tham khảo [8])
Với dt = 40 mm là đường kính lỗ tháo sản phẩm
- Vậy áp suất cho phép (công thức 5.19, trang 99, tài liệu tham khảo [8])
Kiểm tra điều kiện ổn định:
Lực nén chiều trục (công thức 6.27, trang 133, tài liệu tham khảo [8])
Lực nén chiều trục cho phép (công thức 6.28, trang 133, tài liệu tham khảo [8])
Xác định Kc: kc = 0,045 tra ở bảng trang 103, tài liệu tham khảo [8] Điều kiện ổn định (công thức 6-31, trang 134, tài liệu tham khảo [8])
Vậy bề dày đáy là 10 (mm).
Nắp elip tiêu chuẩn có gờ: Đường kính trong 2600 mm
Chiều cao gờ : hg = 50 mm
Chiều cao phần Elip : ht = 650 mm
Nắp chịu áp suất ngoài như buồng bốc PN = 0,17 (N/mm 2 )
Vật liệu là thép không gỉ X18H10T
Chọn bề dày nắp SN = SBB = 16 mm
(với α = 0,7 đối với thép không gỉ)
Nên tính áp suất cho phép theo công thức 6-13, trang 127, tài liệu tham khảo [8]
Ta thấy: cho nên nắp thỏa điều kiện ngoài áp suất.
Vậy bề dày nắp SN = 16 (mm)
4.5.5 Tính cách nhiệt cho thân
Chọn vật liệu cách nhiệt là amiang – carton.
- Bề dày lớp cách nhiệt (công thức VI.66, trang 92, tài liệu tham khảo [3])
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt được xác định là λ = 0,144 W/mK Nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị là tT1, trong khi nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt hướng về phía không khí dao động từ 40 o C đến 50 o C (tT2) Nhiệt độ không khí được ghi nhận là tKK = 30 o C, theo bảng VII.1 trong tài liệu tham khảo [3] Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí được ký hiệu là αn.
(công thức VI.67, trang 92, tài liệu tham khảo [2])
Vậy chọn bề dày lớp cách nhiệt
4.5.6.1 Bích nối buồng bốc với nắp Áp suất trong thiết bị P = 0,17 N/mm 2 Đường kính trong bích Dt = 2600 mm.
Chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị.
Hình 4.2: Hình minh họa bích nối buồng bốc với nắp Tra bảng XIII.27, trang 417, tài liệu tham khảo [3], bích kiểu 1, ta được các thông số sau:
Dt = 2600 mm : đường kính bên trong của thiết bị.
DI = 2670 mm : đường kính mép vách.
Db = 2710 mm : đường kính tâm bu lông.
D = 2780 mm : đường kính bích h = 45 mm : chiều cao bích. db = M30 : đường kính bu lông
Do môi trường ăn mòn ta chọn đệm amiang – carton
Bề dày 3 mm. Áp suất lớn nhất chịu được 0,6 N/mm 2
Nhiệt độ lớn nhất chịu được 500 o C.
4.5.6.2 Bích nối buồng đốt và đáy
Chọn theo bảng XIII.27, trang 417, tài liệu tham khảo [3] Bích liền bằng thép, kiểu 1 và ngoại suy giá trị, ta được các thông số sau:
4.5.6.3 Bích nối buồng đốt và buồng bốc
Chọn như bích buồng đốt và đáy.
Nhiệt độ tính toán Ttt = 132,9 o C Ứng suất cho phép tiêu chuẩn
Hệ số an toàn nB = 2,6 (bảng 1-6, trang 14, tài liệu tham khảo [8])
Giới hạn bền uốn Áp suất làm việc Po = PĐ + PCK = 3 + (1 – 0,3) = 3,7 at = 0,37 (N/mm 2 )
- Chiều dày tính toán tối thiểu của vỉ ống (công thức 8-47, trang 181, tài liệu tham khảo [8])
Dt : đường kính trong thân buồng đốt, mm
- Tính sơ bộ chiều dày vỉ: dn là đường kính ngoài ống truyền nhiệt.
Kiểm tra ứng suất uốn: Ứng suất uốn trong vỉ của thiết bị trao đổi nhiệt lắp cứng trong phạm vi diện tích hình chữ nhật ABCD
Hình 4.3: Hình mô tả phạm vi diện tích hình chữ nhật ABCD
Chọn bề dày vỉ bằng bề dày bích, hvỉ = 30 mm.
4.5.8 Khối lượng và tai treo
4.5.8.1 Khối lượng thép làm thiết bị
Khối lượng riêng của thép không gỉ là:
- Thể tích thép buồng đốt:
Dng (BĐ) : đường kính ngoài buồng đốt (m).
Dtr (BĐ) : đường kính trong buồng đốt (m).
HBĐ : chiều cao buồng đốt (m).
- Thể tích thép buồng bốc:
Vậy thể tích thép buồng bốc là
- Thể tích thép làm đáy:
- Thể tích thép làm nắp:
- Thể tích thép làm ống truyền nhiệt:
- Thể tích thép làm bích buồng đốt
Thể tích thép làm 2 mặt bích không có vỉ ống:
Thể tích thép 2 mặt bích có vỉ:
Thể tích thép làm bích nối buồng bốc và nắp:
- Tổng thể tích thép làm thiết bị là:
- Tổng khối lượng thép làm thiết bị là:
Khối lượng dung dịch trong thiết bị là: 10965 kg
- Tổng tải trọng của thiết bị là:
Chọn tai treo là 4, khi đó tải trọng một tai treo là:
Dựa vào bảng XIII.36, trang 438, tài liệu tham khảo [3]:
Bảng 4.4: Các thông số của tai treo
4.5.9 Các đường ống dẫn, cửa
4.5.9.1 Ống và cửa nhập liệu
Thời gian nhập liệu là
Chọn vận tốc dung dịch đi trong ống: (trang 74, tài liệu tham khảo [3] )
- Vậy đường kính ống nhập liệu:
Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33, trang 435, tài liệu tham khảo [3]
Chọn ống nhập liệu có dnl = 80 mm
4.5.9.2 Ống và cửa tháo liệu
Thời gian tháo liệu là
Chọn vận tốc dung dịch đi trong ống:
- Vậy đường kính ống tháo liệu:
Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33, trang 435, tài liệu tham khảo [3] Chọn ống tháo liệu có dtl = 40 mm
Thời gian cô đặc dung dịch là
Tổng lượng hơi thứ là 8772 kg
- Vậy lưu lượng hơi thứ :
Chọn vận tốc hơi đi trong ống vht = 20 m/s
- Đường kính ống dẫn hơi thứ:
Chọn ống dẫn hơi thứ có dht = 710 m
Thời gian cô đặc và gia nhiệt là
Khối lượng riêng hơi đốt ở 3 at là
Chọn vận tốc hơi đốt vhđ = 20 m/s
- Vậy đượng kính ống dẫn hơi đốt là :
Chọn ống dẫn hơi đốt có dhđ = 270 mm
Lượng nước ngưng mn = 11473,29 kg
Khối lượng riêng nước ngưng ở 132,9 o C
Chọn vận tốc nước ngưng chảy trong ống vnn = 1,5 m/s
- Vậy đường kính ống dẫn nước ngưng:
Chọn ống dẫn nước ngưng có dnn = 40 mm
Bảng 4.5: Tóm tắt các đường ống dẫn và cửa Ống Đường kính trong, mm Bề dày, mm Chiều dài, mm
TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
Thiết bị ngưng tụ baromet
5.1.1 Chi phí nước để ngưng tụ
Công thức 4.39, trang 188, tài liệu tham khảo [4]:
Gn : lượng nước cần cung cấp (kg).
Để tính lượng hơi cần ngưng (W) trong hệ thống, chúng ta sử dụng entanpi của hơi ở áp suất ngưng tụ 0,3 at (i), được tham khảo từ bảng I.251 (trang 314, tài liệu [2]) Nhiệt dung riêng trung bình của nước (cn) cũng cần được xác định (J/kg.độ) Trong trường hợp này, nhiệt độ nước vào (tn1) là 25 oC và nhiệt độ nước ra (tn2) là 60 oC.
5.1.2 Lượng không khí do bơm hút từ thiết bị ngưng tụ
Theo công thức 4.40, trang 188, tài liệu tham khảo [4]:
W : lượng hơi thứ cần ngưng (kg).
Gn : lượng nước cần cho ngưng tụ (kg).
Gkk : lượng không khí cần hút (kg).
- Thể tích không khí cần hút (công thức VI.49, trang 84, tài liệu tham khảo [3])
Với: tkk : nhiệt độ không khí ( o C)
P : áp suất hỗn hợp trong thiết bị ngưng tụ (N/m 2 ).
Ph : áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp, lấy bằng ấp suất hơi bão hòa ở tkk.
(bảng I.250, trang 312, tài liệu tham khảo [2])
- Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô (công thức VI.50, trang 84, tài liệu tham khảo [3])
- Vậy thể tích không khí cần hút:
- Thể tích không khí cần hút ở 0 o C và 760 mmHg (công thức VI.48, trang 84, tài liệu tham khảo [3])
5.1.3 Đường kính thiết bị ngưng tụ
Theo công thức VI.52, trang 84, tài liệu tham khảo [2]:
W : lưu lượng hơi ngưng, kg/s. ρh : khối lượng riêng hơi ở áp suất 0,3 at, (trang 314, tài liệu tham khảo [2]) ωh : tốc độ hơi (m/s), chọn ωh = 20 (m/s)
Dtr(NT) : đường kính trong của thiết bị ngưng tụ
Chọn đường kính trong của thiết bị ngưng tụ là 900 mm
Tấm ngăn dạng hình viên phân
- Chiều rộng tấm ngăn b (công thức VI.53, trang 85, tài liệu tham khảo [3])
Vì trên tấm ngăn đục nhiều lỗ nhỏ, chọn nước làm nguội là nước sạch.
Lấy đường kính lỗi dlỗ = 2 (mm) (trang 85, tài liệu tham khảo [3])
- Tổng diện tích lỗ trên một cặp tấm ngăn (công thức VI.54, trang 85, tài liệu tham khảo [3])
Gn : lưu lượng nước (kg/s) ωc : tốc độ tia nước (m/s).
Chọn chiều cao gờ tấm ngăn là 40 mm nên ωc = 0,62 (m/s)
Chọn chiều dày tấm ngăn là 4 mm.
Các lỗ xếp theo hình lục giác đều.
Bước lỗ t (theo công thức VI.55, trang 85, tài liệu tham khảo [3]) được xác định bởi tỉ số fc/ftb, trong đó fc là tổng diện tích tiết diện lỗ và ftb là diện tích tiết diện của thiết bị ngưng tụ.
5.1.5 Chiều cao thiết bị ngưng tụ
Mức độ đun nóng nước (công thức VI.56, trang 85, tài liệu tham khảo [3])
Tra bảng VI.7, trang 86, tài liệu tham khảo [3] với đường kính tia nước 2 mm thì
Khoảng cách giữa các ngăn 400 mm
Thời gian rơi qua một bậc 0,41s
Chọn khoảng cách giữa các ngăn giảm dần từ dưới lên như sau 400 mm, 350 mm, 300 mm, 250 mm, 200 mm, 150 mm, 100 mm.
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị 1300 (mm)
Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị 1200 (mm)
Nắp elip tiêu chuẩn có gờ, đường kính trong 900 (mm)
Tra bảng XIII.10, trang 382, tài liệu tham khảo [3]:
Chiều cao phần elip 225 (mm) Đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60 o C, đường kính trong 900 (mm)
Tra bảng XIII.21, trang 394, tài liệu tham khảo [3]:
Chiều cao phần nón 816 (mm)
Vậy chiều cao thiết bị ngưng tụ:
Theo công thức VI.57, trang 86, tài liệu tham khảo [2]:
W : lưu lượng hơi ngưng (kg/s).
Trong hệ thống tưới nước, lưu lượng nước lạnh vào tháp được ký hiệu là Gn (kg/s) Tốc độ hỗn hợp nước và hơi đã ngưng chảy trong ống được ký hiệu là ω, thường được chọn trong khoảng từ 0,5 đến 0,6 m/s, với giá trị cụ thể là ω = 0,55 m/s Đường kính trong ống baramet được ký hiệu là db.
Chọn đường kính ống baromet db = 250 mm.
Chiều cao cột nước trong ống baromet (h1) được xác định bởi hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ, theo công thức H = h1 + h2 + 0,5 (m) Đồng thời, chiều cao cột nước trong ống dẫn (h2) cần thiết để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống.
- Tính h1 (công thức VI.59, trang 86, tài liệu tham khảo [3])
P’ độ chân không trong thiết bị ngưng tụ P’ = 0,7 at = 514,9 (mmHg)
- Tính h2 (công thức VI.60, trang 87, tài liệu tham khảo [3])
Lấy ξ = ξ1 + ξ2 = 1,5 ξ1 = 0,5 : hệ số trở lực khi vào ống. ξ1 = 1 : hệ số trở lực khi ra khỏi ống.
H : chiều cao ống baromet (m). db : đường kính trong ống baromet, db = 250 (m). λ : hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống.
Với ω = 0,5 (m/s) vận tốc nước chảy trong ống. d = 0,25 (m) đường kính trong ống baromet. ρ = 983,2 (kg/m 3 ) khối lượng riêng của nước ở 60 o C. à = 0,47 10 -3 (Ns/m 2 ) độ nhớt động lực của nước ở 60 o C.
- Xác định chế độ chảy (trang 33, tài liệu tham khảo [4])
Nên ống có chế độ chảy rối.
5.1.8 Các kích thước khác Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Dtr = 900 mm
- Theo bảng VI.8, trang 88, tài liệu tham khảo [3]:
Chiều dày thành thiết bị 6 (mm).
Hỗn hợp khí và hơi ra nối với thiết bị thu hồi 137,5 (mm). Đường kính ống nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet 70 (mm).
Khoảng cách từ tâm thiết bị ngưng tụ đến tâm thiết bị thu hồi 1025 (mm). Đường kính thiết bị thu hồi 500 (mm).
Chiều cao thiết bị thu hồi 1800 (mm).
Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi 90 (mm). Ống thông khí 25 (mm).