hiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều, phòng đốt trong ống tuần hoàn trung tâm, cô đặc dung dịch NaNO3 từ 14% lên 46%

TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Tổng quan về sản phẩm

Vấn đề hóa chất trong thực phẩm ngày càng trở thành mối quan tâm lớn đối với nhiều người Dù là thực phẩm chế biến tại nhà hay mua từ tiệm, chúng ta đều không thể tránh khỏi sự tác động của hóa chất.

Trên thị trường có 4 dạng muối nitrit, nitrat thường dùng trong bảo quản thực phẩm như sau: KNO 2 , KNO 3 , NaNO 2 , NaNO 3

Tên khoa học: Sodium nitrat

Muối Natri nitrat, hay còn gọi là Sô-đa nitơ, được biết đến với tên gọi diêm tiêu Chile hoặc diêm tiêu Peru do hai quốc gia này sở hữu trữ lượng lớn nhất.

Công thức hóa học: NaNO 3

1.1.2 Tính chất vật lí cơ bản.

Dạng tồn tại: tinh thể trắng dạng hạt hoặc bột màu trắng.

Tỉ trọng: 2,257g/cm 3 rắn. Điểm nóng chảy: 308 o C Ở trạng thái nóng chảy muối NaNO 3 là chất oxi hóa mạnh nó có thể oxi hóa

Mn 2+ Điểm sôi: 380 o C ( Nóng chảy) Độ nhớt ở 30 o C (nồng độ 15%) NaNO 3 : 0.94.10 -3 N.s/m 2 Độ hòa tan tăng dần trong nước nóng.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

GVHD: ThS Thiều Quang Quốc Việt

180 g/100ml ở 100 o C. Ít tan trong Metanol (CH 3 OH): 1g/300 ml.

Rất ít tan trong acetone và glycerol.

Tan tốt trong Amoniac. Độ ổn định:

Phản ứng mạnh với những chất dễ chấy, hữu cơ.

Có phản ứng với các loại chất khử , acid.

Nguyên nhân: Hít hoặc nuốt nhầm.

Tác hại lâu dài: (theo các kết quả thử nghiệm trên động vật).

Gây nhiễm độc máu, làm mất khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu gây ra hiện tượng tím tái và hôn mê.

Có thể gây đột biến gen (ảnh hưởng đến các tế bào gốc).

Có thể gây nguy hại đến sức khỏe cho sinh sản.

Có thể là nguyên nhân gây ung thư.

Da: gây kích ứng khi tiếp xúc: tẩy đỏ, ngứa, đau nhứt.

Mắt: gây ảnh hưởng tương tự khi rơi vào mắt.

Hít nhầm: gây hại cho hệ hô hấp khi hít phải: ho, thở gấp.

Nuốt nhầm: Có thể gây ngộ độc nghiêm trọng.

1.1.4 Triệu chứng lâm sàng khi ngộ độc nitrat:

Viêm dạ dày có thể gây ra nhiều triệu chứng khó chịu như đau bụng, buồn nôn, nôn mửa và tiêu chảy Người bệnh thường cảm thấy yếu cơ, chóng mặt, mệt mỏi và đau đầu Ngoài ra, rối loạn tinh thần, mất tập trung, tăng nhịp tim, giảm huyết áp và khó thở cũng là những biểu hiện thường gặp.

Có thể làm tăng tốc độ cháy của lửa.

Tăng khả năng bắt cháy của các vật liệu dễ cháy (gỗ, giấy,…)

Cháy bừng thành ngọn lửa khi nung nóng đến 540 o C.

Dễ bắt cháy khi nung nóng nếu trộn lẫn với than củi.

Dễ bắt lửa khi tiếp xúc với các hóa chất hữu cơ, dễ cháy.

Gây phản ứng nổ với các hợp chất hidrocacbon

Tương tác với amidosulfate (sulfamate) khi nung nóng có thể gây nổ mạnh do tạo ra N 2 O và hơi nước.

Khi trộn lẫn với nhôm hoặc oxit nhôm.

1.1.6 Điều chế và ứng dụng

 Điều chế Điều chế bằng phản ứng trao đổi giữa AgNO 3 và NaCl:

Hòa tan muối AgNO3 và NaCl theo tỉ lệ 1:1 và đun nóng, sau đó tạo kết tủa AgCl ở nhiệt độ 30 độ C Tách tinh thể AgCl ra và làm nguội dung dịch xuống dưới 22 độ C để kết tinh NaNO3.

Natri nitrat được sản xuất công nghiệp bằng phản ứng trung hòa HNO 3 với

Cơ sở lý thuyết và các phương pháp cô đặc

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan.

- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể.

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất.

Quá trình cô đặc diễn ra ở nhiệt độ sôi và có thể thực hiện ở nhiều loại áp suất khác nhau, bao gồm áp suất chân không, áp suất thường và áp suất dư Quá trình này có thể được thực hiện trong một thiết bị cô đặc đơn lẻ hoặc trong một hệ thống nhiều thiết bị cô đặc liên kết với nhau.

Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì nhiệt.

Cô đặc dung dịch muối vô cơ ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển giúp giữ nguyên tính chất của dung dịch mà không bị phân hủy ở nhiệt độ cao Quá trình này sử dụng hơi thứ để hỗ trợ trong việc cô đặc và các quy trình đun nóng khác.

Cô đặc ở áp suất khí quyển là phương pháp đơn giản nhưng không hiệu quả về kinh tế, vì hơi thải ra ngoài không khí thay vì được tái sử dụng.

Trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm, quá trình cô đặc được thực hiện bằng cách đun sôi dung dịch để tách dung môi ở dạng hơi, từ đó làm tăng nồng độ của chất hòa tan không bay hơi Quá trình cô đặc khác với chưng cất, ở chỗ trong chưng cất, các cấu tử trong hỗn hợp đều bay hơi nhưng với nồng độ khác nhau.

Hơi của dung môi tách ra trong quá trình cô đặc được gọi là hơi thứ Hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể được sử dụng để đun nóng một thiết bị khác Khi hơi thứ được dùng để làm nóng một thiết bị bên ngoài hệ thống cô đặc, nó được gọi là hơi phụ.

Quá trình cô đặc có thể được thực hiện trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi, với phương pháp làm việc gián đoạn hoặc liên tục Tùy theo yêu cầu kỹ thuật, quá trình này có thể diễn ra ở các áp suất khác nhau Khi làm việc ở áp suất khí quyển, thiết bị hở có thể được sử dụng; trong khi đó, ở các áp suất khác, thiết bị kín cô đặc trong chân không sẽ được áp dụng Việc làm việc ở áp suất thấp mang lại lợi ích là giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, từ đó làm tăng hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch, giúp giảm diện tích truyền nhiệt cần thiết.

Quá trình cô đặc nhiều nồi sử dụng hơi thứ thay vì hơi đốt, mang lại hiệu quả kinh tế cao trong việc sử dụng nhiệt Nguyên tắc hoạt động của quá trình này là dung dịch được đun nóng ở nồi đầu tiên bằng hơi đốt, sau đó hơi thứ từ nồi này được sử dụng để đun nồi thứ hai, và tiếp tục như vậy cho đến nồi cuối cùng, nơi hơi thứ được đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch di chuyển qua từng nồi, bốc hơi một phần và nồng độ tăng dần Để truyền nhiệt hiệu quả, cần có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, tức là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, với áp suất làm việc giảm dần từ nồi này sang nồi khác Thông thường, nồi đầu hoạt động ở áp suất dư, trong khi nồi cuối ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.

1.2.2 Các phương pháp cô đặc

Phương pháp nhiệt (đun nóng) là quá trình chuyển đổi dung dịch từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn nhờ tác động của nhiệt Quá trình này xảy ra khi áp suất riêng phần của dung dịch đạt bằng với áp suất tác động lên bề mặt chất lỏng.

Phương pháp lạnh là quá trình hạ thấp nhiệt độ để tách một cấu tử ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường thông qua kết tinh dung môi nhằm tăng nồng độ chất tan Nhiệt độ kết tinh phụ thuộc vào tính chất của cấu tử và áp suất bên ngoài, có thể diễn ra ở nhiệt độ cao hoặc thấp, và đôi khi cần sử dụng máy lạnh để thực hiện.

1.2.3 Ứng dụng của cô đặc

Dùng trong sản xuất thực phẩm: đường, mỳ chính, nước trái cây

Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl 2 , các muối vô cơ

1.2.4 Cấu tạo thiết bị cô đặc

1.2.4.1 Phân loại theo cấu tạo

Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch 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, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt 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 Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:

- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: sử dụng cho dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.

- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: sử dụng cho dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.

1.2.4.2 Phân loại theo phương pháp thực hiện quá trình

Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở) là phương pháp có nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thường được áp dụng để cô đặc dung dịch liên tục Phương pháp này giúp duy trì mức dung dịch ổn định, từ đó đạt được năng suất tối đa và rút ngắn thời gian cô đặc Tuy nhiên, nồng độ dung dịch cuối cùng không đạt mức cao.

Cô đặc áp suất chân không là phương pháp hiệu quả cho các dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100°C, giúp duy trì áp suất chân không Quá trình này cho phép dung dịch tuần hoàn tốt, giảm thiểu cặn bã và đảm bảo sự bay hơi nước liên tục Phương pháp này đặc biệt phù hợp cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dễ bị phân hủy do nhiệt.

Cô đặc ở áp suất dư là phương pháp lý tưởng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như dung dịch muối vô cơ Phương pháp này sử dụng hơi thứ để thực hiện quá trình cô đặc và hỗ trợ cho các quy trình đun nóng khác.

Lựa chọn phương án thiết kế - Thuyết minh quy trình công nghệ

Dựa trên tính chất nguyên liệu và những ưu điểm của thiết bị, chúng tôi lựa chọn thiết bị cô đặc 3 nồi với thiết kế ngược chiều, phòng đốt trong và ống tuần hoàn ngoài.

Khi thực hiện quá trình cô đặc ngược chiều, dung dịch có nhiệt độ cao nhất được đưa vào nồi đầu, nơi mà nhiệt độ cao giúp độ nhớt không tăng nhiều Kết quả là hệ số truyền nhiệt trong các nồi không giảm đáng kể Hơn nữa, lượng bốc hơi ở cuối nồi sẽ thấp hơn so với phương pháp cô đặc khác, dẫn đến lượng hơi nước sử dụng để ngưng tụ trong thiết bị cũng giảm.

- Hệ thống này thường dùng cho dung dịch có độ nhớt cao, ăn mòn.

Dung dịch không thể tự di chuyển từ nơi có áp suất thấp đến nơi có áp suất cao, do đó cần sử dụng bơm để vận chuyển, dẫn đến việc tăng chi phí.

1.3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Hình 1- 1 Quy trình công nghệ cô đặc NaNO 3 ba nồi ngược chiều

Dung dịch ban đầu trong thùng chứa được bơm ly tâm số 1 bơm qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng và lưu lượng kế trước khi vào thiết bị gia nhiệt Tại thiết bị gia nhiệt, dung dịch được làm nóng đến nhiệt độ sôi của nồi 3, nơi NaNO3 bốc hơi một phần tại buồng bốc Hơi thứ thoát lên qua thiết bị ngưng tụ, được ngưng tụ, trong khi lượng khí không ngưng còn lại được bơm chân không số 6 hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt Sản phẩm được bơm số 2 vận chuyển vào nồi 2 để tiếp tục quá trình cô đặc, và sản phẩm của nồi 2 được bơm số 3 bơm đi làm nguyên liệu cô đặc cho nồi 1 Quá trình cô đặc tiếp tục cho đến khi đạt được nồng độ yêu cầu, sau đó sản phẩm được đưa ra ngoài vào bể chứa bằng bơm số 4 Hơi đốt ở nồi 1 được cung cấp từ bên ngoài, trong khi nồi 2 sử dụng hơi thứ của nồi 1 và nồi 3 sử dụng hơi thứ của nồi 2 Hơi thứ của nồi 3 sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ Nước được bơm từ bể chứa nước ngưng vào thiết bị ngưng tụ bằng bơm số 5, và lượng nước sau khi ngưng tụ sẽ tuần hoàn trở về bể chứa nước ngưng.

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Cân bằng vật chất

Mục đích: Tính được lượng hơi đốt và hơi thứ Các số liệu ban đầu như sau:

Năng suất tính theo dung dịch đầu: 7 tấn/h = 7000 kg/h Nồng độ đầu của dung dịch: 14 % khối lượng.

Nồng độ cuối của dung dịch: 46% khối lượng. Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at. Áp suất hơi còn trong thiết bị ngưng tụ: 0,1 at.

2.1.1 Xác định hơi thứ ra khỏi hệ thống

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:

G đ , G c là lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h) W: lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h) Viết cho cấu tử phân bố:

G đ x đ = G c x c + W.x w Trong đó: x đ , x c là nồng độ của dung dịch vào ở nồi đầu và ra ở nồi cuối (% khối lượng) xem lượng hơi thứ không mất mát ta có:

G đ x đ = G c x c (2) Vậy lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống:

G đ , G c : lượng dung dịch ban đầu, dung dịch

2.1.2 Sự phân bố hơi thứ trong các nồi:

Gọi W 1 , W 2 , W 3 là lượng hơi thứ của nồi 1, 2, 3 kg/h

Chọn phân bố hơi thứ theo tỉ lệ:

Từ cách chọn tỷ lệ này ta tính ra được lượng hơi thứ bốc ra các nồi theo công thức: W = W 1 + W 2 +W 3 = 7000 kg/h

Nồi 1: W 1 = 1995,724 kg/h Nồi 2: W 2 = 1596,579 kg/h Nồi 3: W 3 = 1277,263 kg/h

2.1.3 Xác định nồng độ cuối của mỗi nồi Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp. x1 = G x d d

7000 -1277,263 Trong đó: x 1 , x 2 , x 3 - nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi, % khối lượng; W 1 , W 2 , W 3 - lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi, kg/h;

GVHD: ThS Thiều Quang Quốc Việt x đ - nồng độ đầu của dung dịch, % khối lượng;

G đ - lượng dung dịch đầu, kg/h;

Cân bằng nhiệt lượng

Mục đích của bài viết này là tính toán lượng nhiệt cần tiêu tốn, xác định hệ số và nhiệt độ hữu ích Qua đó, chúng ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt K, từ đó giúp xác định bề mặt truyền nhiệt một cách chính xác.

2.2.1 Xác định áp suất ban đầu sau:

Gọi P 1 , P 2 , P 3 , P nt : là áp suất ở nồi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ

P :hiệu số áp suất hơi đốt của nồi 1 so với nồi 2

P :hiệu số áp suất của hơi đốt nồi 2 so với nồi 3

∆P 3 : hiệu số áp suất của hơi đốt nồi 3 so với thiết bị ngưng tụ

P :hiệu số áp suất của toàn hệ thống

Giả sử rằng sử dụng hơi đốt để dùng bốc hơi và đun nóng là hơi nước bão hòa

Giả sử sự giảm áp suất xảy ra giữa các nồi là không bằng nhau và theo tỉ lệ

2.2.2 Xác định nhiệt độ trong các nồi

Gọi: t hd1 , t hd2 , t hd3 , t nt : nhiệt độ hơi đốt đi vào nồi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ t ht1 , t ht2 , t ht3 :nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2, 3

Nhiệt độ hơi đốt của nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ của nồi trước trừ đi 1 °C, điều này phản ánh tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trong ống dẫn Trong khi đó, nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng được xác định bằng nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1 °C.

Tra bảng I.250, trang 312, [1] và bảng I.251, trang 314, [2]

Bảng 2 - 1: Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt và hơi thứ ở mỗi nồi

2.2.3 Xác định các loại tổn thất nhiệt trong các nồi

Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm ba yếu tố chính: tổn thất do nồng độ, tổn thất do áp suất thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu quả của quá trình cô đặc.

2.2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra (∆’): Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất.

Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ:

∆ o ’ : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường

GVHD: ThS Thiều Quang Quốc Việt f : hệ số hiệu chỉnh.

Nhiệt độ của dung môi nguyên chất tại áp suất làm việc được ký hiệu là Tm, tương đương với nhiệt độ hơi thứ t’ Ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi tại áp suất làm việc được ký hiệu là r, tính bằng J/kg Trong các thiết bị cô đặc liên tục, bao gồm cả tuần hoàn tự nhiên và cưỡng bức, nồng độ dung dịch sôi gần với nồng độ cuối (xc), do đó, ∆’ được xác định dựa trên nồng độ cuối của dung dịch.

Tra đồ thị, trang 60, [2] và trang 312 [1].

Bảng 2 - 2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ xc (%kl) ∆ o ’

2.2.3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’)

Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh (tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao):

∆’’ = t sdd (P tb ) - t sdd (P o ) = t sdm ( P tb ) - tsdm(P o )

Trong lòng dung dịch, nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều sâu do áp lực của cột chất lỏng Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh được xác định bởi hiệu số nhiệt độ giữa ống truyền nhiệt và mặt thoáng Áp suất của dung dịch thay đổi theo độ sâu: ở bề mặt, áp suất bằng áp suất hơi trong phòng bốc hơi, trong khi ở đáy ống, áp suất tổng hợp bao gồm áp suất trên mặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch từ đáy ống Trong các phép tính, thường sử dụng áp suất trung bình của dung dịch để đơn giản hóa.

Áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch được ký hiệu là P o Chiều cao lớp dung dịch sôi từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch được xác định là h1 = 0,5m cho cả hai nồi Đối với chiều cao ống truyền nhiệt, h2 được chọn là 2m cho cả ba nồi.

 dd s : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3.

2 (Công thứcV.04 trang 108, [3]) (2) g: gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81 m/s 2

GVHD: ThS Thiều Quang Quốc Việt Để tính ttb của dung

( Trong đó: dịch NaNO 3 ứng với P tb ta dùng công thức Babo:

P: áp suất hơi bão hòa trên bề mặt thoáng của dung dịch

P s : áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất ở cùng nhiệt độ với P, nội suy từ bảng I.250/312-[1].

Nồi 1: Ứng với x 1 = 46%  t s1 = 108,765 o C (Tra bảng I.204, trang 236 , [1])

P ht = 2,026 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất P s = 1,404 at

Ta có: ρ dd = 1238 (kg/m 3 ) → ρ dds = 619 (kg/m 3 )

Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng: t tm = t th + ' = 120,015 + 9,864 = 129,879 o C

P ht = 0,680 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất P s = 1,166 at ρ dd = 1116 (kg/m 3 )  ρ dds = 558 (kg/m 3 )

Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng: t tm = t th + ' = 88,590 + 2,974 = 91,564 o C

P ht = 0,106 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất P s = 1,122 at ρ dd = 1069 kg/m 3  ρ dds = 534,5 kg/m 3

 ttb = 60,420 o C Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng: t tm = t th + ' = 46,400 + 1,501 = 47,901 o C

Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh trên toàn hệ thống:

2.2.3.3 Tổn thất do trở lực đường ống (∆’’’)

Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là 1 o C

Tổn thất nhiệt độ do trở lực gây ra trên cả hệ thống ∆’’’= 3 o C

2.2.3.4 Tổng tổn thất nhiệt cho toàn bộ hệ thống

2.2.3.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong toàn bộ hệ thống và từng nồi

Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi 1, nồi 2 và nồi 3 được ký hiệu là  thi1,  thi2,  thi3 Nhiệt độ hơi đốt tại các nồi lần lượt là t hd1, t hd2, t hd3, với đơn vị đo là độ C Nhiệt độ hơi đốt của nồi cũng được ghi nhận với các ký hiệu t’ ht1, t’ ht2, t’ ht3, tất cả đều tính bằng độ C Cuối cùng, nhiệt độ sôi của dung dịch tại nồi 1, nồi 2 và nồi 3 được ký hiệu là t s1, t s2, t s3, cũng được đo bằng độ C.

  1 ,   2 ,   3 : Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, o C

Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn hệ thống:

2.2.4.1 Tính nhiệt lượng riêng C (J/kg.độ)

C = 4186.(1  x), J/kg.độ CTI.43/52 x : nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng (%) Nhiệt dung riêng dung dịch đầu :

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 3 :

C 3 = 4186.(1  0,17125) = 3469,148 (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 2 :

C 2 = 4186.(1 0,23751)= 3191,783 (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x>20%

C = C ht x + 4186.(1  x) J/kg.độ (Công thức I.44, trang 152, [3]) Theo công thức :

M : Khối lượng mol của hợp chất

C i : nhiệt dung riêng của đơn chất

N i : số nguyên tử trong phân tử

C Na = 26000 (J/kg.độ) ; C O = 16800 (J/kg.độ) ;

85 (26000.1 + 26000.1+ 16800.3) = 1204,706 (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1 :

I : nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg) i : nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)

Tra bảng I.249, trang 310, [1] và bảng I.250, trang 312, [2])

Bảng 2 - 3 Nhiệt lượng riêng, nhiệt dung riêng của hơi thứ, hơi đốt và nhiệt độ sôi của dung dịch trong các nồi

Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch

(J/kg) (J/kg.độ) (J/kg) (J/kg.độ)

2.2.4.2 Tính nhiệt lượng riêng của dung dịch

Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết.

– D 1 , D 2 , D 3 là lượng hơi đốt vào nồi 1, 2, 3 (kg/h)

– G đ , G c là lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống (kg/h).

– W 1 , W 2 , W 3 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2, 3 (kg/h).

– C 1 , C 2 , C 3 là nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1, 2, 3 (J/kg.độ).

– C đ , C c là nhiệt dung riêng của dung dịch dịch vào và ra (J/kg.độ).

– C n1 , C n2 , C n3 là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3 (J/kg.độ).

– I 1 , I 2 , I 3 là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3, (J/kg).

– i 1 , i 2 , i 3 là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, 2, 3, (J/kg).

– t đ , t c là nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, ( o C).

– t 1 , t 2 , t 3 là nhiệt độ sôi của dung dịch nồi 1, 2, 3 ở P tb ( o C)

–  1 , 2 , 3 là nhiệt độ nước ngưng nồi 1, 2, 3, ( o C).

_ Q tt1 , Q tt2 , Q tt3 là nhiệt tổn thất ra môi trường nồi 1, 2, 3, (J)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Q vào = Q ra

Lập bảng nhiệt lượng riêng của hơi đốt, hơi thứ, nhiệt dung riêng của nước ngưng và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi.

Ta có bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng cho mỗi nồi:

Bảng 2 - 4 Bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng của 3 nồi

Hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1) D 2 I 2 =W 1 i 1

Dung dịch ở nồi 1 mang vào (G đ -W 3 ).C 3 t

Hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 2) D 3 I 3 =W 2 i 2

Dung dịch nồi 2 mang vào G đ C đ t đ

Nước ngưng mang ra D 3 C cn3  3

Tổn thất nhiệt chung 3 0,05D 3 (I 3 -C n3 Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hoà, các thông số tra được:

Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi 1 và nồi 2 (Tra bảng I.250, trang 312, [1] ) SVTH: Đặng Thái Ân

I = 2754,320.10 3 kJ/kg i 1 = 2711,021.10 3 kJ/kg i 2 = 2659,462.10 3 kJ/kg i 3 = 2582,516.10 3 kJ/kg Nhiệt độ sôi của dung dịch: t đ = 60,420 o C t s1 = 132,630 o C t s2 = 96,804 o C t s3 = 60,420 o C Nhiệt dung riêng của dung dịch:

C 3 = 4188,193 J/kg.độ Nhiệt độ nước ngưng tụ (xem như bằng nhiệt độ hơi đốt):

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Giải hệ 3 phương trình 3 ẩn ,(2),(3), (4) ta có:

Tính sai số theo công thức:   W i  ptcbnl  W i  ptcbvl  100% W i  ptcbvl 

Bảng 2 - 5 Bảng so sánh khác biệt giữa tính toán theo cân bằng vật chất và tính toán theo cân bằng năng lượng

Theo CBVL (kg/h) Theo CBNL (kg/h) Sai số

Lượng hơi đốt vào nồi 1 tính theo phương trình cân bằng nhiệt lượng nồi 1:

Nếu tính theo cân bằng năng lượng ta được: x1  xd

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat x  x d 19,786%

2.3 Tính các thông số kĩ thuật chính

2.3.1 Độ nhớt Áp dụng công thức Pavolov: t t

Với: t 1 ,t 2 : là nhiệt độ chất lỏng có độ nhớt  T1,  T2

2:là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt tưng ứng.

Chọn chất chuẩn là nước

Nồi 1 : x = 46 % chọn chất chuẩn là nước

 o  t 1 = 20 C, Tra theo bảng I.107/100, ta có T1 = 1,65.10

 nhiệt độ của nước tương ứng với 

 t 2 = 50 o C, Tra theo bảng I.107/100, ta có  T2 = 1,32.10 -3 (N.s/m 2 )

Nồi 2 : x = 28,496 % chọn chất chuẩn là nước

 ∆t 1 = 20 o C, Tra theo bảng I.107/100, ta có  T1 = 1,29.10 -3 (N.s/m 2 )

 t 2 = 50 o C, Tra theo bảng I.107/100, ta có  T2 = 0,792.10

 nhiệt độ của nước tương ứng với

Nồi 3 :x = 19,786 % chọn chất chuẩn là nước

 o  t 1 = 20 C, Tra theo bảng I.107/100, ta có T1 = 1,170.10

 nhiệt độ của nước tương ứng với  T1 :  1 = 13.984 o C

 t 2 = 50 o C, Tra theo bảng I.107/100, ta có  T2 = 0,691.10 -3 (N.s/m 2 )

 nhiệt độ của nước tương ứng với

Tra bảng I.104/96/STQTTBT1, ta có

2.3.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( 

(W/m độ) (Công thức I.32, trang 123, [1]) dd p

A : là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước; lấy A = 3,58.10 -8 SVTH: Đặng Thái Ân

C p : nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg độ)

M : khối lượng mol trung bình của chất dung dịch

Nồi 2 tương tự ta có: m i2 = 0,062

2.4.1 Về phía hơi ngưng tụ

Khi tốc độ của hơi nhỏ (10 m/s) và màng nước ngưng chuyển động dòng (Re m

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc 3 Nồi Ngược Chiều, Phòng Đốt Trong Ống Tuần Hoàn Trung Tâm, Cô Đặc Dung Dịch NaNO3 Từ 14% Lên 46%
Tác giả	Đặng Thái Ân
Người hướng dẫn	ThS. Thiều Quang Quốc Việt
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Hóa Học
Thể loại	luận văn tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	189
Dung lượng	1,12 MB