đồ án môn học thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều cô đặc dung dịch nacl

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH - THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM ***** ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NACL Sinh viên : MSSV : Lớp, khóa : KTHH 06 – K61 GVHD : Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2020 VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HOÁ VÀ THỰC PHẨM _ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440 (Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư) Họ tên: Lớp: MSSV: Khóa: I Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống cô đặc xuôi chiều gồm nồi loại để cô đặc dung dịch II Các số liệu ban đầu: Năng suất đầu vào: Nồng độ ban đầu: Nồng độ cuối: kg/h % kh.lg %kh.lg Áp suất đốt nồi đầu: Áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ: III Nội dung phần thuyết minh tính toán: Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ cơng nghệ (bản vẽ A4) Tính tốn kỹ thuật thiết bị Tính khí thiết bị Tính chọn thiết bị phụ (3 thiết bị phụ) Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4 - Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A1 V Cán hướng dẫn: VI Ngày giao nhiệm vụ: VII Ngày phải hoàn thành: Phê duyệt Bộ môn ngày tháng năm Ngày …… tháng …… năm 2020 Người hướng dẫn MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 at at do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu dung dịch NaCl .2 1.2 Sơ lược q trình đặc 1.3 Sơ đồ - Mô tả dây chuyền sản xuất .4 1.3.1 Bản vẽ sơ đồ dây chuyền sản xuất 1.3.2 Nguyên lý làm việc hệ thống PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH .6 2.1 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W: 2.2 Tính sơ lượng thứ bốc nồi 2.3 Tính nồng độ cuối dung dịch nồi cô đặc 2.4 Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống ∆P 2.5 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi 2.6 Tính nhiệt độ ti’ áp suất thứ khỏi thiết bị cô đặc: 2.7 Tính tổn thất nhiệt độ 2.7.1 Tính tổn thất nhiệt độ nồng độ ∆ i ' : 2.7.2 Tính tổn thất nhiệt độ áp suất thuỷ tĩnh ∆ i 2.7.3 Tính tổn thất nhiệt hệ thống ∆i : .9 2.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích .9 2.8.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống 2.8.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi 2.9 Cân nhiệt lượng 10 2.9.1 Tính nhiệt dung riêng dung dịch NaCl 11 2.9.2 Các thông số nước ngưng 11 2.9.3 Phương trình cân nhiệt lượng 11 2.10 Tính hệ số cấp nhiệt nhiệt lượng trung bình nồi 13 2.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α1 ngưng tụ 14 2.10.2 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 15 2.10.3 Hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt ống truyền nhiệt đến chất lỏng sơi:.15 2.10.4 Tính nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch: 19 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl 2.10.5 So sánh q1i q2i 20 2.11 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi 20 2.12 So sánh Ti* ∆Ti 21 2.13 Tính bề mặt truyền nhiệt F .21 PHẦN 3: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 22 3.1 Buồng đốt nồi cô đặc 22 3.1.1 Xác định số ống buồng đốt 22 3.1.2 Xác định số ống buồng đốt 22 3.1.3 Xác định chiều dày phòng đốt .23 3.1.4 Tính chiều dày lưới đỡ ống 25 3.1.5 Tính chiều dày đáy lồi phòng đốt 26 3.1.6 Tra bích lắp đáy thân, số bulong cần thiết để lắp ghép 27 3.2 Buồng bốc 28 3.2.1 Thể tích phịng bốc 28 3.2.2 Chiều cao đường kính phịng đốt .29 3.2.3 Chiều dày phòng bốc .29 3.2.4 Chiều dày nắp buồng bốc 30 3.2.5 Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc 31 3.3 Tính tốn chi tiết khác 31 3.3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào 31 3.3.2 Tính chọn tai treo, chân đỡ .35 3.3.3 Chọn kính quan sát 39 3.3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt 40 PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ .43 4.1 Thiết bị ngưng tụ baromet 43 4.1.1 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 44 4.1.2 Tính đường kính thiết bị ngưng tụ .44 4.1.3 Tính kích thước ngăn 45 4.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 45 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl 4.1.5 Tính kích thước ống baromet .46 4.1.6 Tính lượng nước ngưng 47 4.2 Tính tốn bơm chân không 48 4.3 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 50 4.3.1 Nhiệt lượng trao đổi (Q) 50 4.3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 50 4.3.3 Bề mặt truyền nhiệt .53 4.3.4 Số ống truyền nhiệt 53 4.3.5 Đường kính thiết bị đun nóng: .54 4.3.6 Tính vận tốc chia ngăn 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl LỜI MỞ ĐẦU Để bước đầu làm quen với công việc kĩ sư hóa chất thiết kế, sản xuất thiết bị phục vụ nhiệm vụ sản xuất Bộ mơn “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học” cung cấp kiến thức cần thiết cho sinh viên đặc biệt kĩ sư máy hóa chất, giúp sinh viên hiểu có khả vận hành thiết bị máy móc cơng nghiệp sản xuất có liên quan Đây tảng bản, sở để kĩ sư hiểu sâu nghiên cứu sản xuất máy móc đại giới thời đại mà máy móc phát triển vũ bão Trong phạm vi “Đồ án môn học – Nhiệm vụ thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xôi chiều thiết bị có phịng đốt ngồi thẳng dùng để đặc dung dịch NaCl” đề cập đến việc tính tốn thiết kế thiết bị chính, phụ tính khí hệ thống Để hồn thành đồ án em nhận giúp đỡ lớn từ phía thầy cơ, gia đình bạn bè Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo hướng dẫn TS Vũ Thị Phương Anh giúp đỡ em tận tình để hồn thành đồ án Do thời gian kiến thức hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến góp ý thầy để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu dung dịch NaCl Natri hydroxit NaCl nguyên chất chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối lượng riêng 2,13 g/ml, nóng chảy 318oC sơi 1388oC áp suất khí NaCl tan tốt nước (1110 g/l 20 oC) hòa tan tỏa nhiệt mạnh NaCl tan dung mơi hữu methanol, ethanol, NaCl rắn dung dịch NaCl dễ hấp thụ CO2 từ khơng khí nên chúng cần chưa thùng kín - Dung dịch NaCl bazơ mạnh, có tính ăn da có khả ăn mịn cao Vì vậy, ta cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị đảm bảo an tồn lao động q trình sản xuất NaCl - Ngành công nghiệp sản xuất NaCl ngành sản xuất hóa chất lâu năm Nó đóng vai trị to lớn phát triển ngành công nghiệp khác dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hóa dầu, sản xuất phèn, - Trước công nghiệp, NaCl sản xuất cách cho Ca(OH) tác dụng với dung dịch Na2CO3 lỗng nóng Ngày nay, người ta dùng phương pháp đại điện phân dung dịch NaCl bão hòa Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu thường có nồng độ lỗng, gây khó khăn việc vận chuyển xa Để thuận tiện cho chuyên chở sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaCl đến nồng độ định theo u cầu 1.2 Sơ lược q trình đặc a) Qúa trình đặc Q trình đặc trình làm đậm đặc dung dịch việc đun sơi Đặc điểm q trình dung mơi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hồ tan giữ lại dung dịch, đó, nồng độ dung dịch tăng lên Khi bay hơi, nhiệt độ dung dịch thấp nhiệt độ sôi, áp suất dung môi mặt dung dịch lớn áp suất riêng phần khoảng trống mặt thoáng dung dịch nhỏ áp suất chung.Trạng thái bay xảy nhiệt độ khác nhiệt độ tăng tốc độ bay lớn, cịn bốc (ở trạng thái sôi) diễn lòng dung dịch( tạo thành bọt) áp suất dung môi áp suất chung mặt thống , trạng thái sơi có nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung nồng độ dung dịch cho Trong q trình đặc, nồng độ dung dịch tăng lên, mà số tính chất dung dịch thay đổi Điều có ảnh hưởng đến q trình tính tốn, cấu tạo vá vận hành thiết bị cô đặc Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt dung dịch do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl giảm Ngược lại, khối lượng riêng ρ , độ nhớt μ, tổn thất nồng độ ∆’ tăng Đồng thời tăng nồng độ tăng điều kiện tạo thành cặn bám bề mặt truyền nhiệt, tính chất làm giảm bề mặt truyền nhiệt thiết bị Hơi dung mơi tách q trình đặc gọi thứ, thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác, dùng thứ để đun nóng cho thiết bị ngồi hệ thống ta gọi phụ Q trình đặc tiến hành thiết bị cô đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục gián đoạn Q trình đặc thực áp suất khác tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật, làm việc áp suất thường dùng thiết bị hở, làm việc áp suất thấp dùng thiết bị kín đặc chân khơng có ưu điểm giảm bề mặt truyền nhiệt ( áp suất giảm nhiệt độ sơi dung dịch giảm dẩn đến hiệu số nhiệt độ đốt dung dịch tăng) b) Cô đặc nhiều nồi: Cơ đặc nhiều nồi q trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt Ngun tắc q trình đặc nhiều nồi tóm tắt sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch đun nóng đốt, thứ nồi đưa vào đun nồi thứ hai, thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba thứ nồi cuối vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi sang nồi kia, qua nồi bốc môt phần, nồng độ dần tăng lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt nồi phải có chênh lệch nhiệt độ đốt dung dịch sơi, hay nói cách khác chênh lệch áp suất đốt thứ nồi, nghĩa áp suất làm việc nồi phải giảm dần thứ nồi trước đốt nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc áp suất dư, nồi cuối làm việc áp suất thấp áp suất khí Trong loại hệ thống đặc nhiều nồi hệ thống đặc nhiều nồi xi chiều sử dụng nhiều Ưu điểm loại dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi, nhiệt độ sôi nồi trước lớn nồi sau, dung dịch vào nồi (trừ nồi đầu) có nhiệt độ cao nhiệt độ sôi, kết dung dịch làm lạnh đi, lượng nhiệt làm bốc thêm phần nước làm trình tự bốc Nhược điểm: nhiệt độ dung dịch nồi sau thấp dần nồng độ dung dịch lại tăng dần làm cho độ nhớt dung dịch tăng nhanh, kết hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Hơn nữa, dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp nhiệt độ sơi nên cần phải tốn thêm lượng đốt để đun nóng dung dịch do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl Trong cơng nghệ hố chất thực phẩm, Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sôi; với mục đích:  Làm tăng nồng độ chất hồ tan dung dịch  Tách chất hoà tan dạng rắn (kết tinh)  Tách dung môi dạng nguyên chất… 1.3 Sơ đồ - Mô tả dây chuyền sản xuất 1.3.1 Bản vẽ sơ đồ dây chuyền sản xuất (Bản vẽ tay A4 đính kèm) Chú thích: (1) Thùng chứa dung dịch đầu (2), (2’) Bơm (3) Thùng cao vị (4) Lưu lượng kế (5) Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (6), (6’) Buồng đốt nồi cô đặc (7), (7’) Buồng bốc nồi cô đặc (8) Thiết bị ngưng tụ baromet (9) Thiết bị thu hồi bọt (10) Thùng chứa nước (11) Thùng chứa sản phẩm (12) Bơm chân không 1.3.2 Nguyên lý làm việc hệ thống Dung dịch ban đầu có nồng độ thấp chứa thùng (1) qua bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Từ điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu qua lưu lượng kế (4) trước vào thiết bị gia nhiệt (5) Tại thiết bị (5), dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sơi tác nhân nước bão hịa cấp vào buồng đốt nồi cô đặc thứ (6) Ở nồi thứ nhất, dung dịch tiếp tục đun nóng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy ống truyền nhiệt, đốt đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch, nước ngưng đưa khỏi phòng đốt cửa tháo nước ngưng Dung môi bốc lên buồng bốc (7) nồi gọi thứ Hơi thứ trước khỏi nồi cô đặc đưa qua phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc theo Dung dịch từ nồi thứ tự chảy sang nồi thứ do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl có chênh lệch áp suất làm việc nồi, áp suất nồi sau nhỏ áp suất nồi trước Tại nồi xảy trình bốc tương tự nồi với tác nhân đun nóng thứ nồi thứ (đây ý nghĩa mặt sử dụng nhiệt độ cô đặc nhiều nồi) Hơi thứ nồi vào thiết bị ngưng tụ (8) Ở thứ ngưng tụ lại thành lỏng, chảy vào thùng chứa ngồi, cịn khí không ngưng vào thiết bị thu hồi bọt (9) vào bơm hút chân không (12) Dung dịch sau khỏi nồi bơm phía thiết bị cô đặc vào thùng chưa sản phẩm Nước ngưng tạo hệ thống qua ống tháo nước ngưng tập kết thùng (10) đưa xử lý Hệ thống cô đặc xuôi chiều (hơi đốt dung dịch chiều với từ nồi sang nồi kia) dùng phổ biến cơng nghiệp hóa chất Nhiệt độ sơi nồi trước lớn nồi sau, đó, dung dịch vào nồi (trừ nồi đầu) có nhiệt độ cao nhiệt độ sôi, kết dung dịch làm lạnh lượng nhiệt làm bốc thêm lượng nước gọi trình tự bốc Nhưng dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp nhiệt độ sơi dung dịch, cần phải đun nóng dung dịch tiêu tốn thêm lượng đốt Vì vậy, cô đặc xuôi chiều, dung dịch trước vào nồi nấu đầu cần đun nóng sơ phụ nước ngưng tụ Nhược điểm cô đặc xuôi chiều nhiệt độ dung dịch nồi sau thấp dần, nồng độ dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt dung dịch tăng nhanh, kết hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl 2.5 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi Giả thiết phân bố hiệu số áp suất nồi ∆P1: ∆P2 = 2,25:1 ∆P 4,7 ∆P1 = 3,5 × 2,25= 3,25 ×2,25=3.25 (at) ∆ P2=∆ P−∆ P 1=4,7−3,25=1,45 (at) Nồi đặc 1: Có áp suất đốt p1 = (at), tra bảng I.251 [3-314,315] ta có: T1 = 151,1oC, i1 = 2754.103 (J/kg), r1= 2117.103 (J/kg) Nồi cô đặc 2: Áp suất đốt p2 = p1 - ∆P1 = – 3,45 = 1,75 (at) Tra bảng I.251 [3-313] ta có: Với pt = 1,6 at; Tt = 112,7oC, it = 2693.103 (J/kg), rt= 2237.103 (J/kg) Với ps = 1,8 at; Ts = 116,3oC, is= 2703.103 (J/kg), rs= 2227.103 (J/kg) Với p2 = 2,6 at; nội suy ta được: T2 = T s− ( T s- T t ) 116,3−112,7 ×( P s - P2 ) = 116,3 × ( 1,8−1,75 )=115,33(oC) ( P s - Pt ) 1,8−1,6 Tương tự ta có i2 = 2707,39.103 (J/kg), r2= 2219,69.103 (J/kg) 2.6 Tính nhiệt độ ti’ áp suất thứ khỏi thiết bị cô đặc: t 'i=T i+1 +∆'i ' ' Trong đó: T i+1 – nhiệt độ đốt cho nồi (i+1) ∆ ''i ' - trở lực đg ống từ tb trước sang tb thứ, thường lấy – 1,5 oC Nồi cô đặc 1: Nhiệt độ thứ: t '1=T 2+ ∆'1'' =115,33 +1,5=116,8 (oC) Tra bảng I.251 [3-313], nội suy ta có: t1’= 116,83 oC, p1’ = 1,83 (at), i1’= 2706,56.103 (J/kg), r1’= 2215,87.103 (J/kg) Nồi cô đặc 2: do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl Áp suất thứ vào thiết bị ngưng tụ P ng=0,3 at, tra bảng I.251 [3- 313], nội suy ta Tng = 68,7 oC Nhiệt độ thứ: t '2=T ng+ ∆'2' ' =68,7 +1,5=7 0,2oC Tra bảng I.251 [3-313], nội suy ta có: t2’= 0,2oC, p1’ = 0,32 (at), i2’= 2626,69.103 (J/kg), r2’= 2623,4.103 (J/kg) Ta có bảng: Bảng 1: Các thơng số hóa lí đốt thứ nồi cô đặc Nồ i Hơi đốt p, at 1,7 T, oC 151,1 115,33 Hơi thứ i, J/kg r, J/kg P’at t’, oC i’, J/kg 2754.103 2117.103 1,8 0,3 116,8 2706,56.10 2707,39.10 2219,69.10 3 0,2 2626,69.10 x (%) r’, J/kg 2215,87.10 13,9 2623,4.10 23 2.7 Tính tổn thất nhiệt độ Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H = 5m, mực chất lỏng ống truyền nhiệt h1 = 0,5 m (Do NaCl tạo bọt)  Nồi cô đặc 1: Với x1 = 13,95%, t1’ = 116,83 oC tra bảng [3-45], nội suy ta có: 𝜌s1 = 1098,47 (kg/m3) Áp suất thủy tĩnh khối lỏng – ống tuần hoàn: Ptbi = pi’+ (h1 + Thay số : Ptb1 = p1’+ (h1 + ρsi H )× × g 2 ρs 1098,47 H × 9,81= (at) )× × g = 1,83+ (0,5+ ) × 2 2 Ptb1 = at, tra bảng I.250 [3-314], nội suy ta ttb1 = 119,6oC  Nồi cô đặc 2: Với x2 = 23 %, t2’ = 70,2 oC tra bảng [3-35], nội suy ta có: 𝜌s1 = 1169,7(kg/m3) Tương tự nồi 1, ta Ptb2= 0,5 at, ttb2 = 80,68 oC 2.7.1 Tính tổn thất nhiệt độ nồng độ ∆ 'i: ∆ 'i=∆ 'o × f do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl (oC) do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl Trong đó: ∆ 'o: Tổn thất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất áp suất thường f :Hệ số hiệu chỉnh tính theo nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất Tra bảng [4-59], nội suy ta có: Với, t1’ = 116,83 oC, f1 = 1,116 Với ttb2 = 75,4 oC, f2 = 0,820 Tra bảng [4-67], nội suy với a1 = 13,95 %, ta có ∆ 'o=1; với a2 = 23 %, ∆ 'o=¿ 6,05 Từ ta tính ∆ '1=3,22 oC; ∆ '2=4,96 oC ¿ 2.7.2 Tính tổn thất nhiệt độ áp suất thuỷ tĩnh ∆ i ∆ }i = {t} rsub {tb1} - {t} rsub {i} rsup {' ¿ (oC) Thay số ta được: ∆ }1 = 119,6 - 116,83 =2,77¿oC; ∆ }2 =80,68- 70,2 =10,48¿ oC 2.7.3 Tính tổn thất nhiệt hệ thống ∆i: ∆ i=∆ 'i+ ∆}i + {∆} rsub {i} rsup {''' ¿ (oC) Thay số ta được: ∆ 1=3,22+2,77+1,5=7,49 oC; ∆ 2=4,96+ 10,48+1,5=16,94 oC Vậy ∑ ∆i=∆1 +∆ 2=7,49+16,94=24,43oC 2.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích 2.8.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống n n ∑ ∆ T i =T 1−T ng−∑ ∆ i=1 i=1 Thay số: n ∑ ∆ T i =151,1−70,2−24,43=56,48 oC; i=1 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl (oC) do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl 2.8.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi Hệ số nhiệt hữu ích nồi: ∆ T i=T i−t si =T i−t 'i−∆'i −∆i¿ (oC) t si :nhiệt độ sơi nồi, tính theo cơng thức: t si =t 'i+ ∆'i +∆ i¿ (oC) Thay số ta được: t s 1=116,83+ 3,22+ 2,77=122,82 (oC) t s 2=70,2+4,96 +10,48=85,64 (oC) Từ ta tính được: ∆ T 1=151,1−122,82=28,28(oC); ∆ T 2=115,33−85,64=29,69 ¿oC) Ta có bảng số liệu: Bảng 2: Bảng số liệu nhiệt độ hữu ích loại tổn thất nhiệt nồi cô đặc Nồ i ∆' ∆” ∆ '' ' ∆T [oC] ts [oC] 3,22 4,96 2,77 10,48 1,5 1,5 28,28 122,82 29,69 85,64 2.9 Cân nhiệt lượng Hình 1: Sơ đồ cân nhiệt lượng hệ thống cô đặc hai nồi xi chiều Trong đó: D: Lượng đốt vào nồi Co, C1, C2: nhiệt dung riêng dung dịch ban đầu, dung dịch khỏi nồi 1, 10 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl Cnc1, Cnc2: nhiệt dung riêng nước ngưng khỏi nồi 1, nồi tso, ts1, ts2: nhiệt độ sôi dung dịch đầu, dung dịch khỏi nồi 1, nồi θ1 , θ2: nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi Qm1, Qm2: nhiệt lượng mát nồi 1, nồi (bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn để bốc nồi 2.9.1 Tính nhiệt dung riêng dung dịch NaCl  Với dung dịch loãng (x < 20%), ta sử dụng công thức: C= 4186.(1-x) [3-152] Dung dịch đầu có nồng độ 10%: C o=4186× ( 1−0,1 ) =3767,4 ( J / Kg K ) Dung dịch khỏi nồi có nồng độ 13,95%: C 1=4186 × (1−0,1395 )=3601,92 ( J / Kg K )  Với dung dịch đặc (x>20%), ta dùng công thức: C= Cht.x + 4185(1-x) [3-152] Trong Cht tính theo cơng thức: M.Cht = n1c1 + n2c2 + n3c3 [3-152] Tra bảng I.141 [3-152], ta có nhiệt dung nguyên tử nguyên tố: • • CNa = 26000 J/Kg nguyên tử.độ CCl = 26000 J/Kg nguyên tử.độ Thay số ta ChtNaCl = 26000+26000 =888,89 ( J / kg K ) 23+35,5 Dung dịch khỏi nồi có nồng độ 23%: C2 = 0,23 ×888,89+ 4185 × ( 1−0,23 )=3427,66 ( J / kg K ) 2.9.2 Các thông số nước ngưng Nhiệt độ nước ngưng (lấy nhiệt độ đốt nồi cô đặc): θ1=T 1=151,1oC; θ2=T 2=115,33 oC; Tra bảng I.249 [3-249] nội suy ta có: Cnc1 = 4315,08 J/Kg.K; Cnc2 = 4242,06 J/Kg.K 2.9.3 Phương trình cân nhiệt lượng Coi dung dịch vào nhiệt độ sôi tso = ts1 = 122,82 oC Với nồi cô đặc 1: 11 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl Lượng nhiệt vào nồi: dung dịch đầu GđCotso; đốt Di1 Lượng nhiệt ra: sản phẩm mang (G đ -W1).C1ts1; thứ W1i1’; nước ngưng DCnc1θ1; tổn thất Qm1 = 0,05D(i1- Cnc1θ1) Ta có phương trình cân nhiệt lượng nồi 1: D i1 +Gđ Co t so=( Gđ −W )C t s +W i '1 + D Cnc θ1 +0,05 D(i 1−C nc1 θ1) Với nồi cô đặc 2: Lượng nhiệt vào nồi: dung dịch đầu G1C1ts1; đốt W1i2 Lượng nhiệt ra: sản phẩm mang (G đ -W1-W2).C2ts2; thứ W2i2’; nước ngưng WCnc2θ2; tổn thất Qm2 = 0,05W1(i2- Cnc2θ2) Ta có phương trình cân nhiệt lượng nồi 2: G C t s +W i 2=(G đ −W 1−W )C t s +W i '2+W C nc θ2 +0,05 W (i 2−C nc θ 2) Ta có hệ phương trình: ' D i1 +Gđ Co t so =(Gđ −W )C t s +W i + D Cnc θ1 +0,05 D(i 1−C nc θ1) G1 C t s +W i 2=(Gđ −W −W 2) C t s +W i '2 +W Cnc θ 2+ 0,05W 1(i 2−C nc θ2 ) W +W 2=W { Giải hệ phương trình ta được: { { W 1= W (i '2−C t s )+G đ (C t s 2−C t s ) 0,95(i 2−C nc2 θ2)−C1 t s1 +i '2 W (i ' −C t s )+ Gđ (C t s 1−Co t so) D= 1 0,95(i 1−C nc θ1) W 2=W −W 9156,52.(2626,69.10 3−3427,66.85 , 64)+ 16200.(3427,66.85, 64−3601,92 122,82) W 1= 0,95(2707,38.103 −4242 , 06.115 , 33)−3601,92.122,82+2626,69 103 4589,68(2706,56 103−3601,92 122,82)+16200.(3601,92 122,82−3767,4 122,82) D= 0,95( 2754 10 3−4315,08.151,1) W =9156,52−W W 1=4389(kg /h) D=4571(kg/h) W 2=4768(kg /h) { =4,38 % |4589,68−4389 4589,68 | Với nồi 1: ε 1= 12 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl |4566,84−4768 |=4,4 % 4566,84 Với nồi 2: ε 2= Các sai số nhỏ 5% nên chấp nhận giả thiết Ta có bảng số liệu: Bảng 3: Lượng thứ bốc nồi sai số so với giả thiết Nồi C [J/kg.độ] 3601,92 3427,66 Cnc [J/kg.độ] 4315,08 4242,06 W, [kg/h] Giả thiết Tính toán Θ o [ C] 151,1 115,33 Sai số % 4589,68 4389 4,38 4566,84 4768 4,4 2.10 Tính hệ số cấp nhiệt nhiệt lượng trung bình nồi Minh hoạ q trình truyền nhiệt: 2.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α1 ngưng tụ Chọn ống truyền nhiệt có đường kính: 38x2 (mm) Với điều kiện làm việc buồng đốt H < 6m, ngưng tụ bên ngồi ống, màng nước ngưng chảy dịng nên hệ số cấp nhiệt tính theo cơng thức: ri α i=2,04 Ai H ∆ t1 i ( 0,25 ) [W/m2.độ] Với Ai phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng Giả thiết chênh lệch nhiệt độ đốt thành ống truyền nhiệt: Nồi 1: ∆ t 11= 3,7 (oC) Nồi 2:∆ t 12= 3,74 (oC) Nhiệt độ màng nước ngưng: 13 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl t m 1=T 1− ∆ t 11 3,68 =151,1− =147,4 ¿oC) 2 t m 2=T 2− ∆ t 12 3,74 =115,33− =111,5 9¿ oC) 2 Từ nhiệt độ màng nước ngưng, ta bảng [2-28] nội suy ta có: t m 1=147,4 ¿oC) => A1 = 195,11 t m 2=111,5 ¿oC) => A2 = 184,21 Thay số ta được: α 11=2,04 A ( r1 H ∆ t 11 r2 α 12=2,04 A2 H ∆t 12 ( 0,25 ) =2,04 ×195,11 × 0,25 ) =2,04 × 184,21× ( 2117000 ×3,68 ( 2228428 × 3,74 0,25 ) =73 0,6 [W/m2.độ] 0,25 ) =6975,4 [W/m2.độ] 2.10.2 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ Gọi q1i nhiệt tải riêng phía ngưng tụ nồi i Ta có: q1i = α 1i × ∆ t1 i [3-278] → q11 =α 11 × ∆ t 11=7320,6 × 3,68=26976,8 (W/m2) → q12=α 12 × ∆ t 12=6975,4 × 3,74=26088,0(W/m2) Bảng 4: Bảng giá trị hệ số cấp nhiệt tải nhiệt riêng phía ngưng tụ Nồi ∆ t i (oC) t m 1(oC) A 3,68 3,74 147,4 111,57 195,11 184,21 α 11[W/m2.độ] q1i (W/m2) 7330,6 6975,4 26976,8 26088,0 2.10.3 Hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt ống truyền nhiệt đến chất lỏng sôi: Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt thép Crom Molipden 12MX, hệ số dẫn nhiệt là: λ = 50,2 W/m.độ Dung dịch sôi chế độ sủi bọt, có đối lưu tự nhiên, hệ số cấp nhiệt xác định theo công thức: 0,5 α i=45,3 ( p'i ) ∆ t i2,33 Ѱ i [W/m2.độ] ∆ t i: Hiệu số nhiệt độ thành ống truyền nhiệt dung dịch ∆ t i=t T i−t ddi =∆ T i−∆ t i−∆ t Ti Hiệu số nhiệt độ hai bề mặt thành ống truyền nhiệt ∆ t Ti =q 1i ∑ r 14 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl Tổng nhiệt trở cùa thành ống truyền nhiệt ∑ r=r +r + δ λ [m2.độ/W] r ; r : nhiệt trở cặn bẩn hai phía thành ống Tra bảng II.V.1 [4-4]: r 1=0,000387 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn NaCl r 2=0,000232 [m2.độ/W]: nhiệt trở chất tải nhiệt (hơi nước) δ : bề dày ống truyền nhiệt, δ =2 10−3 ( m ) λ : hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống truyền nhiệt, λ thép12 MX 3=50,2 [W/m.độ] Thay số ta được: −3 10 ∑ r=0,000387+ 0,000232+ 2.50,2 =0,000659 [m2.độ/W] ∆ t T 1=q11 ∑ r=26976,8 × 0,000659=17,77 (oC) ∆ t T 2=q12 ∑ r =26088,0 ×0,000659=17,19 (oC) Từ ta có: ∆ t 21=∆ T 1−∆ t 11 −∆ t T 1=28,28−3,68−17,77=6,83(oC) ∆ t 22=∆ T 2−∆t 12−∆ t T 2=29,69−3,74−17 , 19=8,77 (oC) Hệ số hiệu chỉnh Ѱ i : λ Ѱ i= dd λnc 0,565 ρ dd C dd μ × × × nc ρnc C nc μdd 0,435 ( ) [( ) ( ) ( )] Trong đó: λ :Hệ số dẫn nhiệt, [W/m.độ] (lấy theo nhiệt độ sôi dung dịch) ρ : Khối lượng riêng [Kg/m3] μ : Độ nhớt dung dịch nhiệt độ sôi a) Các thông số nước: Tra bảng I.129 [3-133] nội suy: ts1= 122,82 oC, λ nc,1 =0,6865 [W/m.độ] 15 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl ts2= 85,64oC, λ nc,1 =0,6778[W/m.độ] Tra bảng I.104 [3-96] nội suy: ts1= 122,82 oC, μnc ,1=0,2252 ; ts2= 85,64oC, μnc ,2=0,3317 ; Tra bảng I.148 [3-166] nội suy: ts1=122,82 oC, C nc , 1=4249,76 [ J /kg độ ]; ts1= 85,64oC, C nc, 2=4203,59 [ J /kg độ ] ; Tra bảng I.5 [3-11] nội suy: ts1= 122,82 oC, ρnc ,1=941,3[kg/m3] ts2 = 85,64oC, ρnc ,2=972,2 [kg/m3] b) Các thông số dung dịch nồi cô đặc:  Hệ số dẫn nhiệt dung dịch NaCl tính theo cơng thức [3-123] λ dd= A Cdd ρ √ ρ M [W/m.độ] Trong đó: A: Hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết A = 3,58.10-8 Cdd: Nhiệt dung riêng dung dịch Tính tốn bước ta có: Cdd1 = 3601,92 [J/kg.độ] ; Cdd2 = 3427,66[J/kg.độ] ρ : Khối lượng riêng dung dịch NaCl (Đã tính mục 2.7) Với ts1 = 122,82 oC, x1 = 13,95% ρ1=1098,47 kg/m3 Với ts2 = 85,64 oC, x2 = 23% ρ2=1169,65 kg/m3 M: Khối lượng mol dung dịch tinh theo công thức: M =M NaCl N NaCl + M H 2O N H O =(23+35,5) N NaCl + 18×(1−N NaCl ) N NaCl : Phần mol NaCl dung dịch x1 0,1395 M NaCl 23+35,5 = =0,0475 Với nồi 1: N NaCl(1 )= x1 1−x 0,1395 1−0,1395 + + 18 M NaCl M H O 3+35,5 16 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl x2 0.23 M NaCl 23+35.5 = =0,0842 Với nồi 2: N NaCl(2 )= x2 1−x 0.23 1−0.23 + + 18 M NaCl M H O 23+35,5 Thay vào cơng thức ta có: M1 = (23+35,5) 0,0475+ 18 ( 1−0.024 )=19,92 ( g / mol ) M2 = (23+35,5).0,0 842+18 ( 1−0.0842 )=21,41 ( g / mol ) Từ giá trị tính được, ta có: √ √ λ dd 1=3,58.10−8 3601,92 1098,47 λ dd 2=3,58.10−8 3427,66 1169,65 1098,47 =0,5391[W/m.độ] 19,92 1169,65 =0,5446 [W/m.độ] 21,41  Độ nhớt dung dịch: Độ nhớt dung dịch tính theo cơng thức Pavalov: t 1−t =K θ1−θ2 [3-85] Với nồi cô đặc 1: Chọn chất lỏng tiêu chuẩn heptandodecan Tra bảng I.107 [3-100] nội suy ta có, độ nhớt dung dịch nồi ứng với nhiệt độ: t1 = 10oC, x = 13,95% → μ11 =1,5 48.10-3 [N.s/m2] t2 = 20oC, x = 13,95% → μ21=1 , 121.10-3 [N.s/m2] Nhiệt độ nước ứng với đột nhớt dung dịch, tra bảng I.102 [3-94] nội suy ta có: μ11 = 1,548.10-3 [N.s/m2] → θ11= 71,51 oC μ21 = 1,121.10-3 [N.s/m2] → θ21= 87,28oC Tại ts1 = 122,82 oC, dung dịch có độ nhớt μdd1 tương ứng với đột nhớt nước có nhiệt độ θ31: 17 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl 20−10 122,82−20 = → θ31=249,42oC 87,28−71,51 θ31−87,28 Tra bảng I.110 [3-108] nội suy với θ31 = 249,42oC ta μdd1 = 0,3907.10-3 [N.s/m2] Với nồi cô đặc 2: Chọn chất lỏng chuẩn heptandodecan, t1 = 10oC t2 = 20oC Tra bảng I.107 [3-100] nội suy ta có: t1 = 10oC, x = 23 % → μ12=2,224 [N.s/m2] t2= 20oC, x = 23 % → μ22=1,74 [N.s/m2] Tra bảng I.110 [3-108] nội suy ta có: μ 12 = 2,224 [N.s/m2] → θ11= 50,4 oC μ22 = 1,74 [N.s/m2] → θ21= 63,64oC Tại ts2 = 85,64oC, dung dịch có độ nhớt μdd2 tương ứng với đột nhớt heptandodecan có nhiệt độ θ32: 20−10 85,64−20 = →θ31=55,27 oC 63,64−50,4 θ31−63,64 Tra bảng I.110 [3-108] nội suy với θ31=55,27 oCta μdd2 = 0,5958.10-3 [N.s/m2] Thay số liệu vào cơng thức tính hệ số hiệu chỉnh ta có: , 5391 Ѱ 1= 0,6865 ( 0,5 446 Ѱ 2= 0,6778 ( 0,565 ) 0,565 ) 0,435 1098,47 3601,92 0,2252 10−3 × × × 944 ,26 4249,76 0,3907 10−3 [( [( )( ) ( 1169,65 3427,66 0,3317 10−3 × × × 97 2,2 4203,59 0,5958 10−3 )( ) ( )] =0 , 731 0,435 )] =0 ,736 Từ số liệu tính trên, ta tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch nồi: 0,5 α 21=45,3 ( p'1 ) ∆ t 212,33 Ѱ ¿ 45,3 ×1,8 0,5 × 7,0242,33 ×0,731 ¿ 3940,3 ' 0,5 α 22=45,3 ( p2 ) ∆ t 22 [W/m2.độ] 2,33 Ѱ2 18 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl ¿ 45,3 × 0,2160,5 ×10,72,33 ×0,73 ¿ 2970,3 [W/m2.độ] 2.10.4 Tính nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch: Theo công thức: q2i = α2i.∆t2i [W/m2] Thay số ta có: q21 = 3940,3.6,83 = 26905,3 [W/m2] q22 = 2970,3.8,77 = 26036,67 [W/m2] Bảng 5: Nhiệt tải riêng phía dung dịch nồi 2.10.5 So sánh q1i q2i Ta có: |26905,3−26976,77| ε 1= 26 976,77 × 100 %=0 , 26 % |26036,7−26 088,0| ε 2= 26088,0 ×100 %=0 , % Các sai số nhỏ 5% nên chấp nhận giả thiết: ∆ t 11= 3,68 (oC); ∆ t 12= 3,74 (oC) Xác định hệ số truyền nhiệt nồi: Áp dụng công thức: Ki = qtbi (W/m2.độ) ∆ ti Trong đó: ∆ t i: hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi (xem bảng tổng hợp số liệu 2) q tb1= q 11 +q 21 26976,77+26036,67 = =26941,04 2 (W/m2) q tb2= q 12+ q22 26 088,05+260 36,67 = =26093,96 2 (W/m2) Phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt nồi nhỏ Thay số vào công thức: K1 = q tb1 26941,04 = =¿ 952,6 [W/m2.độ] ∆ t1 28,28 K2 = q tb2 26093,96 = =¿ 877,7 [W/m2.độ] ∆ t2 31,05 Nhiệt lượng tiêu tốn: Q1 = D× r 4570,7 ×2117 103 = =2687799,31 3600 3600 19 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl (W) do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl Q2 = W × r 4388,7 ×2228,4.10 = =2705965,61 3600 3600 (W) 2.11 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi Tỉ số: Q1 2687799,31 = = 2821,54 K1 952,6 Q2 3240195 = = 3082,97 K2 869 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi theo cơng thức: Qi K ∆ T ¿i =∑ ∆ T j × i Q j=1 ∑ Ki j =1 i ¿ → ∆ T 1=( 28,28+29,7 ) × ¿ (oC) 2821,54 =26,99oC 2821,54+ 3082,97 → ∆ T 2=( ( 28,28+29,7 ) ) × 3082,97 =29,49oC 2821,54 +3082,97 So sánh Ti* ∆Ti Ta có sai số: |26,99−28,28| ε 1= 28,28 |29,49−29,7| ε 2= 29,7 ×100 %=4 , 57 % ×100 %=0,69 % Các sai số nhỏ % nên chấp nhận giả thiết phân bố áp suất ∆P1: ∆P2 = 2,15:1 Nồi K (W/m2.độ) Qi (W) ∆ T i (oC) ∆ T i* (oC) 952,6 2687799,31 8,28 26,99 877,7 2705965,61 29,7 29,49 Sai số (%) , 57 0,69 2.12 Tính bề mặt truyền nhiệt F Theo phương pháp phân phối nhiệt độ hữu ích, điều kiện bề mặt truyền nhiệt nồi nhau: Fi = Qi ¿ Ki× ∆ Ti (m2) 2687799,31 (m2) Với nồi 1: F1 = 952,6 ×26,99 = 104,55 20 do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacldo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.co.dac.hai.noi.xuoi.chieu.co.dac.dung.dich.nacl