ĐỒ ÁN MÔN HỌC "THIẾT KẾ THÁP MÂM CHÓP ĐỂ CHƯNG CẤT RƯỢU ETYLIC NĂNG SUẤT SẢN PHẨM : 1000 l/h" pot

Trong qui trình sản xuất KOH, quá trình cô đặc thường được sử dụng để thu được dung dịch KOH có nồng độ cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ.. C

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ THÁP MÂM CHÓP ĐỂ CHƯNG CẤT RƯỢU ETYLIC NĂNG SUẤT SẢN PHẨM : 1000

l/h

THIẾT KẾ THÁP MÂM CHÓP ĐỂ CHƯNG CẤT RƯỢU ETYLIC NĂNG SUẤT SẢN PHẨM : 1000

l/h

Lời nói đầu

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là Kali hydroxyt (KOH) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó Trong qui trình sản xuất KOH, quá trình cô đặc thường được sử dụng để thu được dung dịch KOH có nồng độ cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ

Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dịch KOH từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m3/mẻ, sử dụng ống chùm

Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại tồn bộ các kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học Ngồi ra đây còn là dịp mà sinh viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính tốn và thiết kế các chi tiết của một thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế

Tuy nhiên vì còn là sinh viên nên kiến thức thực tế còn hạn hẹp do đó trong quá trình thực hiện đồ án khó có thể tránh được thiếu xót Em rất mong được sự góp ý và chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để có thêm nhiều kiến thức chuyên môn

Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Lê Xuân Hải, và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bị khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí trường Đại học Bách khoa thành phố Hố Chí Minh Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Xuân Hải

và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

I NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN

Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án mơn học này là thiết kế hệ thống cơ đặc chân khơng gián đoạn dung dịch KOH từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m3/mẻ, sử dụng ống chùm

II TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU

- KOH là một khối tinh thể trong suốt, màu trắng, ăn da mạnh

- Nhiệt độ nĩng chảy là 360.40C (khan)

- Nhiệt độ sơi là 13250C (khan)

- Độ nhớt là 1.63 Cp ở 200C (dung dịch 20%)

- Nĩ hấp thu mạnh hơi ẩm và CO2 của khơng khí, dễ chảy rữa thành K2CO3 KOH dễ dàng tan trong nước, tỏa nhiều nhiệt tạo dung dịch KOH (dạng dung dịch được sử dụng nhiều) Aùp suất hơi của nước trên KOH ở nhiệt độ phịng là 0.002 mmHg

III CƠ ĐẶC

1 Định nghĩa

Cơ đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đĩ trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất của cấu tử khĩ bay hơi (hay khơng bay hơi trong quá trình đĩ) ta cĩ thể tách một phần dung mơi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh

Cơ đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hịa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung mơi qua dạng hơi

2 Các phương pháp cơ đặc

Phương pháp nhiệt (đun nĩng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nĩ bằng áp suất tác dụng lên mặt thống chất lỏng

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đĩ thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung mơi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà quá trình kết tinh đĩ xảy ra

ở nhiệt độ cao hay thấp và đơi khi phải dùng đến máy lạnh

3 Phân loại và ứng dụng

a Theo cấu tạo

• Nhĩm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng cơ đặc dung dịch khá lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hồn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:

- Cĩ buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), cĩ thể cĩ ống tuần hồn trong hoặc ngồi

- Cĩ buồng đốt ngồi ( khơng 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 hồn ngồi

- Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi

• 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 ngồi: dung dịch sôi tạo bọt khó

vỡ

- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngồi: dung dịch sôi ít tạo bọt và

bọt dễ vỡ

b Theo phương pháp thực hiện quá trình

Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian

cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao

Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không Dung dịch tuần hồn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục

Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để 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

4 Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn

• Ưu điểm

- 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

- Thao tác dễ dàng

- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau

- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch

- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

• Nhược điểm

- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian

- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác

- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị

IV QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 Thuyết minh quy trình công nghệ

- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0.65 at

- Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 25% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc bằng bơm ly tâm Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 15 phút đến khi nhập đủ 2.5m3 thì ngừng

- Khi đã nhập liệu đủ 2.5m3 thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) và một ống tuần hồn trung tâm có đường kính lớn hơn Dung dịch chảy trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngồi ống Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hồn qua ống tuần hồn (do ống tuần hồn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống tuần hồn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch trong ống tuần hồn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hồn sang các ống truyền nhiệt) Dung môi là nước bốc hơi

và thốt ra ngồi 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 khi ngưng

tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngồi bồn chứa Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngồi Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngồi qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngồi

- Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 40% (sau thời gian cô đặc đã tính: 45 phút) thì ngưng cấp hơi Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu

2 Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ

a Bơm

Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không + Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng dòng Bánh guồng được gắn trên trục truyền động Ống hút và ống đẩy

Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dịch KOH từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc

+ Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc

b Thiết bị cô đặc

Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc và buồng đốt Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hồn trung tâm có đường kính lớn hơn

Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ Ống tuần hồn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hồn trong thiết bị

c Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị ngưng tụ trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet) Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng thiết bị Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngồi khí quyển mà không cần máy bơm

d Thiết bị tách lỏng

Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không

e Các thiết bị phụ trợ khác

- Bẫy hơi

- Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van

CHƯƠNG II THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

A CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

• Chọn hơi đốt là hơi nước bão hịa ở áp suất 3at

• Aùp suất ngưng tụ: Pck = 0.65 at

Cơ đặc gián đoạn với năng suất 2.5m3/mẻ

1 Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ

2 Cân bằng vật chất cho các giai đoạn

G đ= Gc + W

Gđ.xđ = Gc.xc

Trong đĩ

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 mỗi giai đoạn

Gđ.xđ, Gc.xc : khối lượng KOH trong dung dịch, kg

25.0

*5.3097x

3.0

*25.2581x

x.G

.0

35.0

*5.2212x

x.GG

c

đ đ

II CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Aùp suất thiết bị ngưng tụ Po = 0.35 at

⇒Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ to = 72.05oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cơ đặc về thiết bị ngưng tụ Δ'''=1K

⇒ Nhiệt độ hơi thứ ở buồng đốt t1 = 72.05 + 1 = 73.05oC

Đây cũng là nhiệt độ sơi của dung mơi (là nước) trên mặt thống dung dịch sdm(P)

1

t = 73.05oC

⇒ Aùp suất trên mặt thống dung dịch trong buồng bốc P1 = 0.3636 at ≈ 0.36 at (Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1])

1 Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sơi dung dịch

Ta cĩ tổn thất nhiệt độ sơi theo nồng độ dung dịch KOH ở áp suất khí quyển (Bảng VI.2 trang 61 Tài liệu [2]) Từ đĩ suy ra nhiệt độ sơi dung dịch KOH ở áp suất khí quyển theo các nồng độ là:

'

Δ ở Pa, o C 10 12.2 17 23.6

a Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sơi dung dịch KOH theo nồng độ ở

Theo phương pháp Babo ( Cơng thức 5.9 trang 150 Tài liệu [3] )

2 2 1

2 HO t

dd t

O H

dd

P

PP

* Xét dung dịch KOH 25%

Nhiệt độ dung dịch KOH 25% ở Pa = 1.033 at là 110oC

Ở 110oC áp suất hơi nước bão hòa là 1.461 at ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )

Ta cần xác định nhiệt độ sôi dung dịch ở P1 = 0.3636 at

110 O H dd t

033.1P

Vậy nhiệt độ sôi của nước ở 0.51 at là t = 81.54oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [2] )

⇒ Nhiệt độ sôi của dung dịch KOH 25% ở P1 = 0.3636 at là 81.54oC

1

t +Δ

• Hop : Chiều cao lớp chất lỏng sôi

Trong thiết bị tuần hồn tự nhiên

Hop =[0.26+0.0014(ρdd−ρdm) ].Ho

Với Ho : Chiều cao ống truyền nhiệt

ρdm: Khối lượng riêng dung môi ở tsdm

* Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho = 1.5m

ƒ Tính cho trường hợp dung dịch KOH 25%

Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số ρdd−ρdm thay đổi không đáng kể nên ta chọn tra ρdd,ρdm ở 15oC

dm=999kg/m

ρ

(

sdd 1

t +Δ 83.48 85.37 89.77 95.37

2 Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn

Tính theo công thức 4.4 trang 181 Tài liệu [4]

* Phương trình cân bằng nhiệt

w c

c c ñ ñ ñ

''

D G c t G c t Wi D.c Q Qi

)

1.(

D

ϕ =5% : tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo

θ : nhiệt độ nước ngưng, oC

C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở θoC, J/kg độ

cđ, cc : nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, J/kg độ

tđ, tc : nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, oC

Qcđ : nhiệt lượng cô đặc, J

* Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp ( do có 5% hơi nước ngưng cuốn theo )

QD = D.(1-ϕ).(i'' c.θ

D − ) = D.(1-ϕ).r

r = i'' c.θ

D − : nhiệt hóa hơi của nước ở áp PĐ

* Nhiệt dung riêng của dung dịch

Tính theo công thức 4.11 trang 182 Tài liệu [4]

cdd = 4190.(1-x) + c1.x

Trong đó

x: nồng độ dung dịch

c1: nhiệt dung riêng KOH khan, J/kg độ

Theo công thức 4.12 trang 183 Tài liệu [4]

c1 = 936

56

10

*6.910

*8.1610

*

26 3 3 3

=+

+ J/kg độ Vậy nhiệt dung riêng dung dịch theo nồng độ

* Chọn hơi đốt có áp suất PD =3 at ⇒tD =132.9oC

* Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at

r = 2171.103 J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

* Entanpi của hơi thứ ở 73.05oC

''

w

i =2632.2*103 J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )

* Tổn thất nhiệt Qt = 0.05*QD

* Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể

0

Q

= J Lượng hơi đốt sử dụng

D1 = 312.25

10

*2171

*)05.01

(

10

*44.6

10

*94.1195

0

Lượng hơi đốt sử dụng

D2 = 609.47

10

*2171

*)05.01

(

10

*57.12

10

*68

*)05.01

(

10

*14.9

10

*55

*)05.01

(

10

*89.6

95.1698W

D = = kg/kg hơi thứ

* Tóm tắt cân bằng năng lượng

Nhiệt lượng hữu ích, J*10 -8 0 6.12 18.06 26.74 33.29

α : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi, W/m2K

q1 : nhiệt tải riêng phía hơi ngưng, W/m2

q2 : nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi, W/m2

qv : nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt, W/m2

t : nhiệt độ trung bình vách trong ống, oC

tD : nhiệt độ hơi ngưng, tD = 132.9oC

tdd : nhiệt độ dung dịch sôi, oC

1

v D

1 t t

t = −

Δ

dd v

t = + : nhiệt độ màng nước ngưng, oC

1.1.1 Phía hơi ngưng

1 1

*04.2

phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm

t m , o C 40 60 80 100 120 140 160 180 200

A 139 155 169 179 188 194 197 199 199

ρ : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm, kg/m3

λ : hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ tm, W/mK

μ :độ nhớt của nước ở nhiệt độ tm, Pas

r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tD

n n dd 2 n dd 565 0 n

dd n

c

c

ρλ

λα

Trong đó

n n

n =0.56*q *p

α (5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2])

Với q : nhiệt tải riêng, W/m2

p : áp suất tuyệt đối trên mặt thống, N/m2

* Các thông số của dung dịch

• μdd tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40oC )

• λdd tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1]

3 dd

dd dd

dd 8

M

*

*c

*10

*58

1

−+Với x : nồng độ dung dịch

M dd 21.68 22.6 23.61 24.71

dd

1.1.3 Phía vách ống truyền nhiệt

Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]

∑Δ

=

v

v v

v 1 v

r

1rr

.17

10

*24000

1

r

3 v

1r1

1K

αα

4 Tính Δ theo công thức (6) với qtv v = q1⇒tv2,Δt2

5 Tính αntheo công thức (5) với q = q1

*2.5

10

*2171

*09.191

*04.2H

*t

r

*A

C1.996.287

3 2

565 0 2

10

*31.1

10

*38619.0

*44.4189

5.3376

*97.975

123966983

.0

577.0

*21

tb 46559.968 47246.44 46903.2W/m

2

1qq

44.47246968

110

*143.694

110

*143.663

110

*143.635

d Tính ở nồng độ 40%

Tính tương tự t 130oC

v1 =

K = 798.87W/m K

98.1847

110

*143.692

1 t

q =α Δ

4 1 1

H

*t

r

*A

*04

2 dd

2

dd

2 dd

3

dd t g.l

Nu=

ƒ Gr.Pr=500→2.107thì ( )0 25

Pr.Gr54.0

Nu=

ƒ Gr.Pr>2.107thì Nu=0.135(Gr.Pr)0 33

* l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1.5 m

* ρdd,βdd,λdd,μdd,cdd : khối lượng riêng ( kg/m3 ), hệ số dãn nở thể tích ( K-1 ), hệ số dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dịch KOH lấy ở nhiệt độ màng ⎟

m t t2

1t

1r1

1K

αα

(2) 7289.68W/m K

5.1

*6.11

10

*217113.190

*04

1 t 7289.68*11.6 84560.29W/m

q =α Δ = =

(4) Δt =q ∑r =84560.29*6.143*10− 4 =51.95K

v 1 v

C35.6995.513.121

v2 = − =

⇒

K11.1524.5435.69

.0

10

*31.1

*5.3376

c

Pr

3 dd

dd

dd = =

λμ

(54.24 69.35) 61.795C 0.5082

10

*273.210

*31.1

81.9

*11.15

*508.0

*1239

*5

110

*143.668.7289

+

=

−

II BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC

Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT

dQ= K.F(T-t).dT

Giả sử đến cuối quá trình dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt ⇒ không đổi, T Fkhông đổi

10

⇒F.dT= K(T t)

dQ

−Lấy tích phân ta được

T 2 : thời gian cơ đặc ( khơng kể thời gian gia nhiệt cho dung dịch đầu đến 83.48oC ), s

Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J

* Ta tính tích phân (1) bằng đồ thị Cần xác định Q, K(T t)

1

− ở từng thời điểm

Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40 Q.10-8, J 0 11.94 20.62 27.17

t(tsdd), oC 83.48 85.37 89.77 95.37

K, W/m2K 946.44 911.8 865.08 798.87 T-t 49.42 47.53 43.13 37.53

1

−

Đồ thị xác định thời gian cô đặc và bề mặt truyền nhiệt

01234

• Tổng quá trình cô đặc từ 25% đến 40%

S = F T = 67306 m2.s

* Chọn thời gian cô đặc là 40 phút

⇒ Bề mặt trao đổi nhiệt là

T =

F K

QΔVới Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J

K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m2K

Δt: chênh lệch nhiệt độ, K

( ) ( ) 74.89K

48.839.132

259.132ln

48.839.132259.132

*89.74

*74.1073

10

*12

6 8

≈

=

* Chọn thời gian nhập liệu 15 phút

Thời gian tháo sản phẩm 15 phút

* Tồng thời gian cô đặc 1 mẻ là

Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 1.5m

Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : dng = 45mm

: dtr = 41mm

⇒ Số ống cần :

F=n.π.dtr.H

1755.1.041.0

65.33H

.d

=π

d2174

d

S

S

2

2 2

tr

2 ) th ( tr o

th = =

π

π

Số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ

Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hồn

d

m= ng th + = + =

⇒

⇒ có 7 ống trên đường chéo ống tuần hồn

⇒ a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )

Tổng số ống bị chiếm chỗ

371)14(

*4

*31)1a.(

a

n' = − + = − + = (công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48)

Số ống truyền nhiệt còn lại

18037217

Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 90o

Tra bảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2]

*5.1

*4

041.0

*

*175

2 2

=π

+

π

m3Cuối quá trình cô đặc Vdd = 1.38 > 0.282 +0.463

⇒ dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt

IV BUỒNG BỐC

Đường kính buồng bốc xác định từ điều kiện phân li được giọt lỏng đường kính 0.3 mm trở lên

Chiều cao buồng bốc xác định từ cường độ bốc hơi trung bình và thể tích buồng bốc

1 Đường kính

ƒ Lưu lượng hơi thứ

Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này là lớn nhất )

1 hôi W

ρ : khối lượng riêng hơi thứ ở áp suất P1 = 0.36 at

ρ1= 0.2224 kg/m3 ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

T 1 : thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 25% đến 30% )

T 1 = 936.8 s

478.28.936

*2224

0

25.516

Vhôi = =

ƒ Vận tốc hơi

4D

Vboác_buoàng_

ngang_dieän_tieát

V

2 ) bb ( tr

h hôi

hôi

π

2 ) bb ( tr hôi

D

478.2

*4

o 3

d

g.4

ρξ

ρρ

μ

ρω

=

Với μh=0.0106*10-3 Pa.s : độ nhớt động lực học của hơi thứ