MỤC LỤC Lời nói đầu
Chuong I: Giới thiệu tổng quan I.Nhiệm vụ của đồ án
II.Tính chất nguyên liệu và sản phẩm III.Cô đặc
IV.Quy trình công nghệ
Chương II : Thiết kế thiết bị chính
A.Cân bằng vật chất và năng lượng I Cân bằng vật chất
II Cân bằng năng lượng
B Tính thiết kế thiết bị chính
I.Hệ số truyền nhiệt
II.Bề mặt truyền nhiệt và thời gian cô đặc IH.Buồng đốt và đáy
IV Buồng bốc và nắp
C Tính cơ khí cho thiết bị chính
I.Buông đốt I.Buồng bốc
II.Đáy
IV.Nắp
V, Tính cách nhiệt cho thân
VI.MốiI ghép bích VII.Vỉ ống
VII.Khối lượng và tai treo IX.Các ống dẫn ,cửa
Chương III :Tính chỉ tiết thiết bị phụ
I.Thiết bị ngưng tụ Baromet
39 44 49
51 52
Trang 2\ye fie d a
Loi noi dau
Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng anh
hưởng đến nhiều ngành khác Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá
nhiều là Natri Clorua (NaC]) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.NaCIl tinh khiết được sử dụng nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều trong ngành y tế
dưới dạng dịch truyền
Nhiệm vu cụ thể của đổ án môn học là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCIl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chùm
Đồ án gồm 4 chương :
e Chương I:Giới thiệu tổng quan
e Chương II :Thiết kế thiết bị chính e Chương III :Thiết kế các chỉ tiết phụ
e Chương IV: Tính toán giá thành thiết bị
Có thể nói thực hiện Đổ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại toàn bộ các kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học Ngoài ra đây còn 1a dip
mà sinh viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chỉ tiết của một thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế
Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn Nghệ, 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
Trần Văn Nghệ và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá
trình thực hiện đồ án
Trang 3CHUONG 1 GIGI THIEU TONG QUAN
I NHIEM VU CUA ĐỒ ÁN
Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dịch NaCI từ nồng độ 10% đến nồng độ 27%, năng suất 1200kg/mẻ, sử dụng ống chùm
Il TINH CHAT NGUYEN LIEU VA SAN PHAM:
26,3%.Vì vậy ,quá trình cô đặc NaCIl này là để tạo dung dịch bão hòa ,và khi làm nguội
thì sẽ có NaCI tinh thể kết tinh Trong khi các muối tạp chất khác nhu MgCl, hay CaCl,
lại tan ở nhiệt độ thường ,vì vậy quá trình này có thể được sử dụng vừa thu dung dịch
muối bão hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ Muối tinh
khiết thường được sử dụng trong thực phẩm và y tế
3.Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất
dung dịch thay đổi:
Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền
nhiệt
Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi
Yêu câu chất lượng sản phẩm -
Đạt nông độ và độ tinh khiết yêu cầu
Trang 4Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi
I CO DAC:
1 Dinh nghia
Cô đặc là phương pháp thường dùng để lAm ting néng độ một cấu tử nào đó trong
dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng
cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi
2 Các phương pháp cô đặc:
Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái
hơi đưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tỉnh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh
4 Phân loại và ứng dụng
a Theo cấu tạo
e 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 (đổng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong
hoặc ngoài
-_ Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc)
e Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tai bé 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 bể mặt truyền nhiệt Gồm:
-_ Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài -_ Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài
Trang 5e 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: dung dịch sôi tạo bọt khó võ
-_ Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt
và bot dé vỡ
b Theo phương pháp thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bi hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng
không Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục
Cô đặc nhiều nổi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nổi không nên lớn quá vi 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 e Uudiém
-_ 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
- C6 thé cô đặc đến các nồng độ khác nhau -_ Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dich -_ Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp
e 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 = 0,7 at
Trang 6
- Sau đó bơm dung dịch ban đầu cé néng d6 10% ty bé chtfa nguyén liéu vao nổi cô đặc bằng bơm ly tâm Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 20 phút đến khi nhập đủ 3240 kg thì ngừng
-_ Khi đã nhập liệu đủ 3240 kg 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 hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn Dung dịch chảy
trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối
lượng riêng dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong
ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt) Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài 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 ngoài bổn chứa Phần
không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm
chân không hút ra ngoài Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng,
qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài
-_ Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 27% (sau thời gian cô đặc đã tính: 121,3 phút) thì ngưng cấp hơi Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van
+ Bom 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 NaCIl từ bể chứa nguyên liệu vào nổi cô đặc
+ Bom chan 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
hoàn 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 lồng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ Ống tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bị
Trang 7c Thiét bingung tu
Thiết bị ngưng tu được sử dung 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 ngoài 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 - Bay hoi
-_ Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van
Trang 8CHƯƠNG II, THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
A CAN BANG VAT CHAT VA NANG LUONG
I CAN BANG VAT CHAT
Các số liệu ban đầu: * Dung dich NaCl cé:
-_ Nhiệt độ đầu 25°C, nồng độ đầu 10% -_ Nồng độ cuối 27%
‹_ Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at ‹ _ Ấp suất ngưng tụ: Pe= 0,7 at
Cô đặc gián đoạn với năng suất 1200 kg/mẻ
1 Khối lượng riêng của dung dịch theo nông độ
Khối lượng riêng, kg/m” 1073 1110 1150 1205
2 Cân bằng vật chất cho các giai đoạn
Ga.Xa = Gc.Xc
Trong đó
Ga , G, : lượng đung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (kg) W : lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn (kg) Xa, Xe : ndéng độ đầu va cuối của mỗi giai đoạn Ga.xa,G x : khối lượng NaCl trong dung dich (kg)
„ Khối lượng dd đầu :
Ga = 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg) a Giai doan 10% dén 15%
Ga = 3240 (kg) Xa=0,l1 ;xc=0,15
x c 0,1 Lượng hơi thứ:
W=Ga - GŒ, = 3240 - 2160 = 1080 (kg)
b Giai doan 15% đến 20%
Lượng sản phẩm ( là dung dich NaCl 15% ):
Trang 9Gạ= 2160(kg) ; xa=0,15 ;xc=0,2 —=G.=G, *= 2160055 =1620 (kg) n
x c 2
W = Gg- G, = 2160 — 1620 = 540 (kg) c Giai doan 20% đến 27%
W, = 1080+540+420 = 2040 (kg)
e Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất
Thể tích dung dịch trong nổi, m” 3,02 1,946 1,4 1
Khối lượng riêng dung dịch, kg/m? 1073 1110 1150 1205
II CAN BANG NANG LUGNG
Áp suất làm việc trong buồng bốc thiết bị cô đặc Pị= 0,3 at
—= Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc tị = 6§,7°C ( Bang I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dịch trime,) =
68,7 °C
Chon tổn thất nhiệt độ từ nổi cô đặc về thiét bi ngung tu A =1K — Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ : tọ= 68,7 - 1 = 67,7°C
1 Các tổn thất nhiệt độ - Nhiệt độ sôi dung dịch
a Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dich NaCl theo néng độ
Trang 10
Tổn thất A ,°C 1,54 2,63 3,9 6,48 Nhiệt độ sôi dd, °C 70,2 71,3 72,6 75,2
b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy fính A Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất trung
bình
Tính theo vi du 4.8 trang 207 Tài liệu [4]
A’ = teary — teaacey = tsameeyy — tsamer,) Với: Pụ = Pị + 0,5 ,,,.2-Hop = Pi + AP
«Ắ AP=0,5/Ø„.g.Hẹp 1
=" Tính cho trường hợp dung dich NaCl 10 %
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số ø,, — Ø„„ thay đổi không đáng kể nên :
Pim = 999(kg /m*)
Paa(2s%) = 1073(kg /m`)
= H,„ = [0.26 + 0.0014*(1073— 999)]*1.5 = 0,5454 (m)
=> AP =0,5* p,,*g*H,, = 0,5% *1073*9,81*0,5454 = 1435,24N/m? = 0,015at => P, =P +AP=0,3+0,015 = 0,3 15at
Nhiệt độ sôi của HạO ở 0,315 at là 69,7 °C ( Bang 1.251 trang 314 Tài liệu [1] ) Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh
Trang 11
t dd(P,+2AP) 72,2 73,6 75,3 78,6
2 Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn
Tính theo công thức 2.4 trang 104 Tài liệu [4]: * Phương trình cân bằng nhiệt
ø.D.c.0 + D.(1— Ø)d; + GyCat, =G,.C,t, +Wi, +Dc0+0,+0.,
Với
D : lượng hơi đốt sử dụng (kg) @ = 5% : tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo 8 : nhiệt độ nước ngưng (°C)
C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở Ø°C (1J/kg độ)
Cac, : nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (J/kg độ) tạ„,t, : nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (°C)
ip : entanpi của hơi đốt (J/kg) i, : entanpi của hơi thứ (J/kg) Q, : nhiệt lượng tổn thất (J)
Qea : nhiệt lượng cé dac (J)
* Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp ( do có 5% hơi nước ngưng cuốn theo )
Qp= D.(1-ø).(ij — c/Ø) = D.(1-ø).r =Ga(ct, - cata) +W (1W - ccte) + Qea
r= ip —c.Ø : nhiệt hóa hơi của nước ở áp Pp
*- Nhiệt dung riêng của dung dịch
Tính theo công thức 2.11 trang 106 Tài liệu [4]
Trang 12r=2171*102 J/kg độ (Bắng L251 trang 314 Tài liệu [1] )
* Entanpi của hơi thứ ở 73,05°C
i, =2620*10° J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )
* Tén that nhiét Q, = 0,05*Qp
* Xem nhiét cd dac la không đáng kể
a Giai doan dua dung dich 10% từ 25°C dén 72,2°C
Trang 13Gạ= 2160 (kg) ; cạ= 3562 (J/kg độ) ; t= 72,2(°C)
G.= 1620 (kg) ; c; = 3370 (J/kg độ ); t.= 75,3C) W =540 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
13,26 *10”
° (-0,05*2171*10 (ks) dđ Giai đoạn đưa dung dịch từ 20% đến 27%:
Trang 14œ, _ : hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (W/m”K)
a, : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi( W/m”K)
gi : nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (W/m? q; : nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi(W/m2)
qv : nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt (W/m?) t,, : nhiệt độ trung bình vách ngoài ống CC)
t,, ; nhiệt độ trung bình vách trong éng (°C)
tp : nhiệt độ hơi ngưng, tp= 132,9CC) tạ — : nhiệt độ dung dịch sôi (C)
At, =t, -t, At, =t, —ta At, =t, —t, 1 2
t= 2t + ): nhiét d6 mang nuéc ngung (°C)
1.1.1 Phía hơi ngưng: q, =a@,.At, (1)
Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2]
œ,=2.04*A*4|—— At, *H (2) 2» 23 0,25
Với A= Ga phu thudc vao nhiét d6 mang ty u
Trang 15r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tp
r = 2171*10° (J/kg)
H = 1,5 m: chiéu cao ống truyền nhiệt
1.1.2 Phia dung dich
q2 =a, At, (3)
Theo công thức VI.27 trang 71 Tài liệu [2]
0,565 2 0,435 a, = |2) * Ga ve Odd op Mn (4)
Trong đó
„./„,c,,„: hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m”), nhiệt dung riêng
(J/kg d6), dO nhét (Pas) cia nước
Aaa Paas© ea» Hag : các thông số của dung dịch theo nồng độ ơ, : hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước (W/m”K)
a, =0,56*q"’ * p*” (5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2]) Với q : nhiệt tải riêng (W/m?)
p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m”)
* Các thông số của dung dịch:
° ạ, tra ở bang 1.107 trang 101 Tai liéu [1] (6 40°C ) - A,, tinh theo cong thitc 1.32 trang 123 Tài liệu [1]
A =3.58*107 * cq, * Day #3) , W/mK
Mas
1 l—x
Trang 16
1.1.3 Phía vách ống truyền nhiệt
Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]
Lay te 0,464*107, (W/mK): nhiét trở của nước thường
Trang 176 Tinh ø,theo công thức (4) 7 Tính qa theo công thức (3)
Trang 18b Tính ở nông độ 15%: Tính tương ty t, =128,3°C
¬ Ị =7180ÿ !mˆK) +9,653*10~ +
Các kí hiệu ø;,Ø;, dì, d2; dv, t„., ty, , tp, taa, At,, At, ,At,, tm nhu mục 1.1
2.1.1 Phia hoi ngung: q, =a@,.At,
a, = 2,04* A*4| At, *H
A xác định theo tm r=2171*10 J/kg
H=1,5m
Trang 19
2.1.2 Phía vách:
— At,
qv ~ »
2 r, =9,653*10“(W/m”K) `
2.1.3 Phía dung dịch:
q, =a, * At,
* | : chiều cao ống truyền nhiét, 1= 1,5 m
ạn›áas¿¡›/Ua4sCạ, — : khối lượng riêng ( kg/m” ), hệ số dãn nở thể tích ( K” ), hệ
số dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dich NaCl
lấy ở nhiệt độ màng t„ = a(t "
V6i tad = 22 +25) = 48,6(°C)
Pag =1073(kg /m°)
caa = 3771 (J/kg độ) Lag = 0,78* 107 (Ns/m’) Aas = 0.577W / mK
8 ctia dung dich NaCl 25%
Trang 202.1.4 Hé s& truyén nhiét :
* Trinh ty tinh lap (1) Chon t, = At, (2) Tinh a,
(3) Tinh qi
(4) Tinh At, >t, > At,
(5) Tinh Nu> a, (6) Tinh qo
=> At, =132,9 -124,5 =8,4(°C)
tm= (329 +124,5)=128,7°C > A =190.13
* 3
(2) a, =2,04*190,134 21710 _ 7921,83(W /m’K) 8,4*1,5
(3) g, =@,At, = 7921,83* 8,4 = 66543,35(W /m’) (4) At, =4¢, > r, = 66543,35 *9,653*10 7 = 64,23 (°C) => t,, =124,5 — 64,23 = 60,27(°C)
Trang 21ta thay Gr*Pr > 2.10’ => Nu = 0,135* (Pr* Gr)? = 14456 *Â
>a, = Aa = 5300(W/m”K)
(6) gq, =@, * At, =61851(W/m’)
(7) qi» = 64197,25(W/m’) (8) ss=0.035=3,5% (thoả)
Vậy hệ số truyền nhiệt giai đoạn này
K=— l = 181 mK) +9,653*10 +
792183 5300
I BE MAT TRUYEN NHIET VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC
Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ đŒ
Cz; thdi gian cé dic ( khéng ké thdi gian gia nhiét cho dung dich dau dén 83.48°C ),
Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J
* Ta tính tích phân (1) bằng đồ thị Cần xác định Q, Kĩ 3 ở từng thời điểm
Trang 22
: trục tung #10 (y)
` KT-t
S = F C= 119661 (m’s)
*Chọn thời gian cô đặc là §0 phút
— Bề mặt trao đổi nhiệt là
F = 119661 / 4800 = 24,9 (m’) Chọn F=25 (m”)
— Thời gian của các giai đoạn
" Giaiđoạnl :'C,=60937/25= 2438 s
" Giaiđoạn2 :“C= 31923/25 = 1277 s
" Giai đoạn 3 :© = 26801 /25 = 1072 s * Thời gian gia nhiệt ban đầu
Q=KAt.F.C
Q K.At.F
Với Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J
Trang 23
K :hé sé truyén nhiét cho qué trinh gia nhiét, W/m’K
At: chênh lệch nhiệt độ, K
_ (132,9 -25)—(132,9 — 83,48) _
132,9 — 83,48 * 8
= 607710 _ 3796 ~ 6,32 (phiit) 781*82* 25
* Chon thdi gian nhap liéu 20 phit
Thời gian tháo sản phẩm 15 phút * Tổng thời gian cô đặc 1 mẻ là
Œ,= 20 + 6,3 + 80 + 15 = 121,3( phút)
Ill BUONG DOT VA DAY:
Diện tích bề mặt truyền nhiệt :F=32 (m?) (lấy dư 20% để an toàn )
Chiều cao ống truyền nhiệt :H=1,5m Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : dạ; = 38mm
> dy = 34 mm
=> Số ống cần : t=nid,H
Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn
—=m=( duay- dụ) +1= TC 56 c5 ‡1=40 Chọn m=7
— có 5 ống trên đường chéo ống tuần hoàn
= a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )
Tổng số ống bị chiếm chỗ
nh =3a.(a—1)+1=3*4*(4—1)+1= 37 (công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48)
Trang 24« Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo Tài liệu [2] trang 48 ) " Số hình lục giác đều : 9 hình
= S6 ống trên đường chéo : 19 ống — Tổng số ống : 271 ống
Số ống truyền nhiệt còn lại n= 271-37 = 234 (6ng)
Như vậy ta có thể chọn số ống an toàn là 234 ống e« Đường kính trong buồng đốt
Dt = t.(b-1) + 4.dng= 56*(19-1) + 4*38 =1160 (mm)
Với b = 19, số ống trên đuờng chéo lục giác
Chọn đường kính buồng đốt D, (bay = 1200 (mm)
e Day:
Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60°
Tra bảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2]
Chiều cao gờ h;u= 50 mm
Chiểu cao phần nón hạ = 1087 (mm) Bể mặt trong :F= 2,608( m?) Thể tích đáy nón Vạ¿y = 0,532 (m”) Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hoàn
Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này
ø, : khối lượng riêng hơi thứ ở áp suất Pị = 0,3 at
Ø¡= 0.1876 (kg/m? ) (Bang 1.251 trang 314 Tài liệu [1] )
Trang 25©, :thdi gian gia nhiét giai doan đầu ( từ 10% đến 15% ) CS =2438 s
4 Vận tốc lắng:
ø, _ : khối lượng riêng giọt long (kg/m’)
ø,_ : khối lượng riêng hơi thứ, ø, = 0,1876 (kg/m”)
dị : đường kính giọt long, dị = 0,3 mm = 3*10 m