Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm dùng cho cô đặc dung dịch koh 1

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ======o0o====== ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU THIẾT BỊ CƠ ĐẶC CĨ ỐNG

Giớ i Thi ệ u Chung

Giới thiệu về KOH

Công thức phân tử KOH

Danh pháp IUPAC Kali hydroxide

Bề ngoài Chất rắn màu trắng, dễ chảy

Tỷ trọng 2,044 g/cm³ Điểm nóng chảy 406 o C ( 679K;763 o F) Điểm sôi 1.327 o C ( 1.600K; 2.421 o F) Độ hòa tan trong nước 97g/100mL(0℃)

Bảng 1.Giới thiệu về KOH

Khi hòa tan trong nước ta được dung dịch KOH là dung dịch không màu,có đầy đủ tính chất của Bazơ mạnh Ở dạng dung dịch, KOH có khả năng ăn mòn thủy tinh, vải, giấy, da còn ở dạng chất rắn nóng chảy, nó ăn mòn được sứ, platin Điều chế bằng cách điện phân dung dịch kali clorua (KCl) có màng ngăn Dùng trong phòng thí nghiệm, sản xuất xà phòng mềm, các muối kali.

KOH ăn da và rất nguy hiểm khi bắn vào mắt Tuy nhiên KOH lại được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống như :

• Dùng để sản xuất chất tẩy rửa gia dụng: xà phòng mềm, dầu gội, chất tẩy trắng răng giả, các chất tẩy rửa công nghiệp, vệ sinh chuồng trại

• Sản xuất các hợp chất có chứa Kali như K2CO3

• Trong sản xuất dầu diesel sinh học, KOH là nguyên liệu được sử dụng chính mặc dù giá thành mắc hơn sodium hydroxide NaOH.

• Đối với công nghệ dệt nhuộm KOH là dung dịch để sản xuất thuốc nhuộm vải, len, sợi Ngoài ra còn dùng để xử lý da các loại động vật để chuẩn bị cho công nghệ thuộc da

• Trong công nghiệp luyện kim, hóa chất KOH dùng để tẩy rỉ sét và xử lý bề mặt các kim loại và hợp kim không bị ăn mòn bởi KOH Một ứng dụng phổ biến là dùng trong các nhà máy lọc dầu để loại bỏ hợp chất lưu huỳnh và các chất không cần thiết.

• Được sử dụng để thực hiện những quá trình chiết tách mà Natri hidroxit không thể dùng được hoặc dùng được nhưng hiệu quả kém như chiết quặng dolomit để thu alumin

• Kali Hydroxit được dùng để sản xuất phânbón.

• Điều chỉnh nồng độ pH chứa trong phân bón hóa học có tính axit như KH2PO4 trước khi mang đi sử dụng cho những giống cây trồng nhạy cảm với sự dao động của pH.

• Hóa chất KOH dùng để chẩn đoán các bệnh về nấm và điều trị mụn cóc.

• Xác định một số loại nấm như gilled, boletes, polypores, địa y bằng cách nhỏ vài giọt dung dịch KOH nồng độ 3- 5% rồi quan sát sự thay đổi của màu sắc thịt nấm

Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh

1.2.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất. Ảnh 1 Sơ đồdây truyền

1 Thùng chứ a dung d ịch đầ u

5 Thiết bị trao đổi nhiệt

8 Thiết bị ngưng tụ Baromet

9 Bộ phận thu hồi bọt

1.2.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục

Dung dịch đầu KOH 11% được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ thùng chứa (1) , sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) Ở thiết bịtrao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộđến nhiệt độsôi rồi đi vào nồi (6) Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm , dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí không ngưng được đưa qua của tháo khí không ngưng.Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ Hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt

Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ 2 do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (2) có nhiệt độcao hơn nhiệt độ sôi , kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽlàm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi

Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sp (10).Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (8).Trong thiết bị ngưng tụ, nước làm lạnh từ trên đi xuống , ởđây hơi thứđược ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ra ngoài còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không

TÍNH TOÁN THIẾ T B Ị CHÍNH

Tính cân bằ ng v ậ t li ệ u

2.1.1 Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống

Ta có tổng lượng hơi thứ của hệ thống là :

2.1.2 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi.

Chọn tỷ lệphân bố hơi thứ của hai nồi như sau :

W1 : W2 = 1 : 1 Trong đó : W1: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1

W2: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2

Từ cách chọn tỷ lệ đó thì ta tính được lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi là:

2.1.3.Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi

Lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là :

Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là :

Lượng dung dịch ra khỏi nồi 2 là :

G2 = Gd - W1 - W2 = 3 250 -1084 ,9125 – 1084,9125 = 1080,175 (kg/h) Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 2 là : x2 = 𝐺 𝐷 ×𝑥 𝐷

𝐺 𝐷 −𝑊 𝐼 −𝑊 2 = 3250−1084,9125−1084,9125 3250×11,4 = 34,3% khối lượng Đúng như bài ra ban đầu đã cho nồng độ cuối của nồi 2 là 34,3%

Tính cân bằ ng nhi ệt lượ ng

2.2.1- Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р): ng hd −

Trong đó: Р hd1 : áp suất hơi đốt nồi 1 Р ng :áp suất hơi nước ngưng.

2.2.2- Nhiệt độ, áp suất hơi đốt của mỗi nồi

Tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:

- Áp suất hơi đốt từng nồi: Ở nồi 1: P1 = 4 at Ở nồi 2: P2 = 4 – 2,3142 = 1,6858 at

- Nhiệt độ hơi đốt mỗi nồi:

Tra bảng (I.251/ST1-T315) : Ở nồi 1: P1 = 4 at => t1 = 142,9 o C Ở nồi 2: P2 = 1,6858 at => t2 = 114,416 o C

Hơi ngưng tụ: Pnt = 0,3 at => tnt = 68,7 o C

2.2.3- Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi

Nhận xét: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết bịngưng tụthì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độlà :  = 1 : 1 , 5  C ,và khi đó nó sẽ trởthành hơi đốt cho nồi 2: chọn  =  1 C

Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là:

Tra bảng (I.250/ST1-T312), ta có: Áp suất hơi thứ nồi 1: t ’ 1 = 115,426 o C => P ’ 1 = 1,7091 at Áp suất hơi thứ nồi 2: t ’ 2 = 69,7 o C => P ’ 2 = 0,437 at

Nồi Lượng hơi thứ Kg/h

Nồng độ cuối % Áp suất, nhiệt độ hơi đốt ∆ Áp suất, nhiệt độ hơi thứ

Pi at ti oC P ’ i at t ’ i oC

2 1084,9125 34,3 1,6858 114,416 1 0,437 69,7 Bảng 2: Tổng hợp sô liệu

2.2.4- Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi

2.2.4.1- T ổ n th ấ t nhi ệt độ do n ồng độ :  ,  C Áp dụng công thức (VI.10/ST2 – T59) :

Trong đó:T:Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho , K r: Nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ởáp suất làm việc , J/kg

* Xác định nhiệt độ Ti :

𝑡 2 ′ = 69,7 ⇒ 𝑟 2 = 2333,732.10 3 𝐽/𝑘𝑔 Nên ta có tổn thất nhiệt độ do nồng độ của mỗi nồi là :

Vậy tổn thất nhiệt độ do nồng độ của cả hệ thống là:

2.2.4.2- T ổ n th ất do áp suấ t thu ỷ tĩnh:  , ,

- Áp dụng công thức VI.12 (STT2.T60 )

P o : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch (at) h i :chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt (m) h : chi ề u cao c ủ a ố ng truy ề n nhi ệ t (m)

 dds : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m 3 ) g : gia tốc trọng trường (m/s 2 )

- Khối lượng riêng của dung dịch KOH ứng với mỗi nồng độ được xác định theo bảng (I.21/ST1 – T33) :

𝑥 2 = 34,3% ⇒ 𝜌 𝑑𝑑2 = 1336,3(𝑘𝑔/𝑚 3 ) Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là :

Với nồi 1 : Ptb1 = 1,7893at  ttb1 = 117,022 0 C

Với nồi 1 : Ptb2 = 0,5337at  ttb2 = 76,9455 0 C Áp dụng công thức VI.13 (STT2.T60) để tính áp suất thủy tĩnh của hệ thống :

Trong đó: ttb - Nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb 0 C t 0- Nhiệt độ sôi ứng với áp suất P0 0 C

Vậy tổn thất do áp suất thuỷtĩnh của từng nồi là :

2.2.4.3- T ổ n th ất do đườ ng ố ng (  , , , )

- Như đã nói ở trên ta chọn tổn thất nhiệt độ do đường ống là :1 o C

 Tổng tổn thất nhiệt độ cả hệ thống là:

Tính hiệ u s ố nhi ệt độ h ữu ích củ a c ả h ệ th ống và từ ng n ồ i

2.3.1- Hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống được xác định : Áp dụng công thức ( VI.17/ST2 –T67) :

t hi t ch (Theo CT VI.17/ST2 –T67)

t ch =Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độngưng ở thiết bịngưng tụ

Vậy hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống là:

2.3.2- Xác định nhiệt độsôi của từng nồi

1 s s t t nhiệt độ hơi thứ của từng nồi

2.3.3- Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi

Kết quả vừa tính cho ta bảng dưới đây

,  , ,  , , , Hiệu số nhiệt độ hữu ích

Nhiệt độ sôi của dung dịch

Bảng 3: Tổng hợp số liệu

Kiểm tra lại dữ kiện :

Vậy các dữ kiện chọn được thoả mãn.

2.4- Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống

D: Lượng hơi đốt vào (kg/h)

1 , 2 i i : Hàm nhiệ t c ủa hơi đố t n ồ i 1 , n ồi 2 (J/kg)

1, 2 i i : Hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1 , nồi 2 (J/kg)

 : Nhi ệt độnước ngưng ở nồi 1, nồi 2

Cd :Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu (J/kg độ)

Cp1 , Cp2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 , nồi 2 (J/kg độ)

C1, C2 : Nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 1 , nồi 2 (J/kg độ)

Qm1,Qm2 : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2

Gd: lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị (kg/h)

W1 , W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2

2.4.1- Nhiệt lượng vào gồm có:

- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D.i1

Nhiệt do dung dịch mang vào : Gd

- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào : W1.i2

Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (Gd – W1)C1ts1

- Dung dịch mang ra : (Gd– W1)C1ts1

- Do dung dịch mang ra : (Gd– W1– W2)C2.ts2

- Nhiệt mất mát: Qm2 = 0,05W1(i2– Cp2) 2

2.4.3- Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Các PT được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

Giải hệ phương trình (1),(2), và (3) ta được :

Thay (4) vào phương trình (1) ta có :

- Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt

𝜃 2 = 115,416°𝐶 Để giảm lượng hơi đốt tiêu tốn người ta gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nhiệt độ càng cao càng tốt vì quá trình này có thể tận dụng nhiệt lượng thừa của các quá trình sản xuất khác.

Vì vậy ta có thể chọn : ts0 = ts1 = 118,7449 o C ts2 = 90,7425 o C

- Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi tra theo bảng (I.249/ST1 – T311) ta có:

- Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1 ,nồi 2 và ra khỏi nồi 2 :

+ Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 11,4% Đối với dung dịch loãng ( x < 0,2 ) ta áp dụng công thức I.43 /ST1 –T152 ta có:

+ Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x1 = 17,1124%

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

+ Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ xc = 34,3 % Đối với dung dịch ( x > 0,2 ) ta áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:

Với Chtlà nhiệt dung riêng của KOH được xác định theo công thức(I.41/ST1 – T152) :

M1.Cht = n1.C1 + n2.C2 + n3C3 trong đó : M1 KLPT của KOH : M1 = 56 n1 Số nguyên tử K : n1 = 1 n2 Số nguyên tử O : n2 = 1 n3 Sốnguyên tử H : n3= 1

C1 , C2 , C3 Nhiệt dung riêng của nguyên tử K, O , H Tra từ bảng ( I.141 /ST1 – T152) ta có :

Từ đó ta sẽtính được nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 2 :

- Xác định hàm nhiệt hơi đốt và hơi thứ;

Tra bảng ( I.250/ST1 – 312 ) t 1 = 142,9 o C => i 1 = 2744,06.10 -3 (J/kg) t 2 = 114,416 o C => i ’ 1 = 2707290.10 -3 (J/kg) t 1 = 115,416 C => i 2 = 2704,582.10 (J/kg) t ’ 2 = 69,7 o C => i ’ 2 &25,772.10 -3 (J/kg)

Thay các kết quả ta đã tính toán được vào phương trình (4) ta được kết quả sau :

Thay W1vào phương trình (5) ta được :

Ta có bảng số liệu 3 như sau :

Bảng 4 Tổng hợp số liệu

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiện như sau :

Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân bằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn.

2.5- Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt lượng trung bình từng nồi

2.5.1-Tính hệ số cấp nhiệt  khi ngưng tụ hơi.

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi

- Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H = 2m ,hơi ngưng bên ngoài ống ,máng nước ngưng chảy dòng như vậy hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức ( V.101/ST2 – T28 )

 1 : hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i , W/m 2 độ i

 1 : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi ngưng của nồi I , o C

𝛥 12 = 2,05°𝐶 ri: ẩn nhiệt nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độhơi đốt:

Tra bảng I.250/ST1 – T312 ta có: t1 = 142,9 o C  r1 = 2315,5 10 3 J/kg t2 = 114,416 o C  r2 = 2222,52.10 3 J/kg

A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng

Với tmđược tính: tmi = 0,5(tTi +ti ) o C ( * ) ti: nhiệt độhơi đốt tTi : nhiệt độ bề mặt tường mà ta lại có: i i Ti

( * * ) thay (**) vào (*) ta được : i i mi t t t = −0,5 1

Tra bảng giá trị A phụ thuộc vào tm : (ST2 – T 29 ) với: tm1 = 141,7725 o C  A1 = 194,267 tm2 = 113,4160 o C  A2 = 185,025

Vậy hệ số cấp nhiệt của mỗi nồi là :

2.5.2- Xác định nhiệt tải riêng vềphía hơi ngưng tụ

( CT 4.14/QTTB1 – T1 ) i i i t q 1 = 1  1 W/m 2 Trong đó : q1i : nhiệt tải riêng vềphía hơi ngưng tụ của nồi i , W/m 2

Thay số vào ta có :

Từ các kết quả trên ta được bảng số liệu sau :

Bảng 5: Tổng hợp số liệu

2.5.3- Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi  2 i W/m 2 độ

Ta xác định hệ số này theo công thức:

Pi: áp suất hơi thứ at

 : hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi

- Hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt

- Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt

Với : r1 , r2 : nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường ( bên ngoài cặn bẩn của nước ngưng ,bên trong cặn bẩn do dung dịch)

- Tra theo bảng ( V.I/ST2 - T4) ta có : r1 = 0,387.10 -3 m 2 độ/W r2 = 0,2937.10 -3 m 2 độ/W

- Tra bảng ( VI.6/ST2 – T80 ) ta chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là m mm 0,002

- Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép CT3, hệ số dẫn nhiệt của nó là:

Thay vào PT (4) ta được :

Thay vào PT (3) ta có hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt của mỗi nồi là :

Từ bảng 2 thì ta có hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi là :

Thay vào PT (2) ta có hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi mỗi nồi là : Nồi 1 :𝛥𝑡 21 = 24,1151 − 2,255 − 15,5313° = 6,3688°𝐶

 : h ệ s ố hi ệ u ch ỉ nh ,xác định theo công thức(VI.27/ST2 – T71)

=  dd nc nc dd nc dd nc C

( dd:dung dịch , nc: nước )

 : hệ số dẫn nhiệt , W/m độ

C: nhiệt dung riêng , J/kg độ

   , , : Khi tra bảng ta lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch ts1 = 118,7449 o C ts2 = 90,7425 o C

- Khối lượng riêng của nước: tra bảng (I.249/ST1 – T310) ta có :

- Khối lượng riêng của dung dịch KOH ứng với mỗi nồng độđược xác định theo bảng (I.21/ST1 – T33) :

- Nhiệt dung riêng của nước :tra bảng ( I.249 /ST1 – T 311 )

- Nhiệt dung riêng của hơi thứ nồi 1 và nồi 2 :

+ Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x1 = 17,1124 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

+ Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ xc = 34,3 % Đối với dung dịch ( x > 0,2 ) ta áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:

Với Chtlà nhiệt dung riêng của KOH được xác định theo công thức(I.41/ST1 – T152) :

M1.Cht = n1.C1 + n2.C2 + n3C3 trong đó : M1 KLPT của KOH : M1 = 56 n1 Sốnguyên tử K : n1 = 1 n2 Sốnguyên tử O : n2 = 1 n3 Số nguyên tử H : n3= 1

C1 , C2 , C3 Nhiệt dung riêng của nguyên tử K, O , H Tra từ bảng ( I.141 /ST1 – T152) ta có :

Từ đó ta sẽ tính được nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 2 :

- Hệ số dẫn nhiệt của nước: tra bảng (I.129/ST1 – T133 )

- Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được xác định theo công thức

A:hệ số tỉ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng :ta chọn A = 3,58.10 -8

M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng (hỗn hợp của chúng ta là

KOH và H2O ) nên : M = 56.a +(1- a)18 nồi 1 : x1 = 17,1125 % khối lượng

Vậy hệ số dẫn nhiệt của dung dịch trong mỗi nồi:

- Độ nhớt của nước tra bảng (I.104/ST1 – 96)

- Độ nhớt của KOH tra bảng (I.107/ST1– T101)

Tổng hợp các kết quảta được bảng sau :

Bảng 6: Tổng hợp số liệu

Bảng 7: Tổng hợp số liệu

Vậy thay vào PT (5) ta có hệ số hiệu chỉnh của từng nồi là :

Vậy hệ số cấp nhiệt  2 i từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi hoàn toàn xác định như sau:

2.5.4- Nhiệt tải riêng về phía dung dịch

Vậy giả thiết  11 , 21 là chấp nhận được

2.6- Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi : Áp dụng công thức: i tbi

Trong đó: qtbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi (W/m 2 )

 :Hi ệ u s ố nhi ệt độ h ữu ích củ a t ừ ng n ồ i ( o C ) (xem bảng 2)

- Lượng nhiệt tiêu tốn được tính theo công thức

W1 77,3968 kg/h ri : nhiệt hoá hơi được xác định ở :

2.7- So sánh  t hữu ích và  t giả thiết :

2.7.1- Xác định tỷ số sau

2.7.2- Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi

2.7.3- So sánh T i , ,T i tính được theo giả thiết phân phối áp suất

Nhận xét : Sai số này nhỏ hơn 5% ,vậy phân phối áp suất như trên là hợp lý

Bảng 8: Tổng hợp số liệu nồi  2 i o C  i  2 i W/m 2 độ q 2 i W/m 2

2.8- Tính bề mặt truyền nhiệt : (F)

Tính bề mặt truyền nhiệt theo phương thức bề mặt truyền nhiệt giữa các nồi bằng nhau:

Ta sẽ qui chuẩn và lấy : F1 = F2 = 32 m 2

TÍNH TOÁN THIẾ T B Ị PH Ụ

Thi ế t b ị gia nhi ệ t h ỗ n h ợp đầ u

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nống loại ống chùm ngược chiều dung hơi nước bão hòa ở 4at, hơi nước đi ngoài ống từ trên xuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từdưới lên Ởáp suất 4at  t12,9 o C ( Tra bảng I.251- ST1/315)

Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng(25 o C) đi ra ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (tso = 114,4068 o C)

Chọn loại ống bằng thép CT3 đường kính d = 382 mm ; L = 2(m)

λ = 46,4W/m.độ (Tra bảng PL4 – ST1)

Q = F.Cp.(tF– tf) ,W Trong đó :

- F: lưu lượng hỗn hợp đầu , F = 3250(kg/h)

- tF : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = tso = 118,7449 o C

- Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp tại: Cp= Co= 3708,796J/kg.độ

- tf: Nhiệt độ môi trường: tf = 25 o C Thay số :

3.1.2- Hiệu số nhiệt độ hữu ích:

24,1551 =4,8809 > 2 nên nhiệt độtrung bình giữa hai lưu thể là:

- Phía hỗn hợp: t2tb =t h đ −t tb = 142,9 – 59,1987 = 83,7013 ( 0 C)

3.1.2.1- Tính hệ s ố c ấ p nhi ệ t cho t ừng lưu thể :

- Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ : α1 = 2,04.A.(

- r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa r = 2218,835,2.10 3 (J/Kg)

- Δt1: Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt

- H: Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 2(m)

- A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng.

3.1.2.2- Nhi ệ t t ải riêng về phía hơi ngưng tụ : Áp dụng công thức : q1= α1.Δt1 [W/m 2 ]

3.1.2.3- H ệ s ố c ấ p nhi ệt phía hỗ n h ợ p ch ảy xoáy :

Theo công thức V.40-ST-2/14 ta có :

- εk: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L và đường kính d của ống ta có : d

*)Tính chuẩn số Pr : Pr = 

- Cp : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở ttb = 83,7013 0 C tra theo bảng (I.249/ST1 – T311) :

- Tra bảng (I 107- ST1/T101) ta có độ nhớt dung dịch: à = 0,629.10 -3 (Ns/m 2 )

- Tra bảng I.64-ST1/ T48- ρ : khối lượng riêng của hỗn hợp ở ttb ρ = 1180,45 kg/m 3

Thay số vào CT ta được : Pr= 4196,122 0,686.10 −3

0,686 = 4,196 + Hiệu số nhiệt độ ở2 phía thành ống : Δtt = tt 1 - tt 2 = q 1.∑rt

Trong đó : tt 2 : Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp

∑rt : Tổng nhiệt trở ở 2 thành ống truyền nhiệt : Ống dẫn nhiệt làm bằng làm thép CT3 có chiều dày δ = 2 (mm) nên: λ = 46,4 (W/m độ)

 r = r 1 + r 2 +   m 2 độ/W r1 , r2 : nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường ( bên ngoài cặn bẩn của nước ngưng ,bên trong cặn bẩn do dung dịch

- Tra theo bảng ( V.I/ST2 - T4) ta có : r1 = 0,387.10 -3 m 2 độ/W r2 = 0,2937.10 -3 m 2 độ/W

- Tra bảng ( VI.6/ST2 – T80 ) ta chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là m mm 0,002

- Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép CT3, hệ số dẫn nhiệt của nó là:

Thay vào CT ta được :

Cpt : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp

Cpt =C1= 3469,6719J/kg.độ àt: Độ nhớt của hỗn hợp tra bảng ( I.107-ST1/101 ) : àt = 0,340.10 -3 Ns/m 2 λ t : hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp ở tt2

 : khối lượng riêng của hỗn hợp ở tt 2 = 118,7449 0 C Tra bảng I.64-ST1/T33 ta có : ρ = 1150 kg/m 3

Thay vào công thức ta có :

Thay số vào ta được : Prt = 3469,6719 0,34.10 3

0,548 = 2,152 Thay sốta có hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy : αt = 0,021 0,686

3.1.3- Nhiệt tải riêng về phía dung dịch :

Sai số nhỏhơn 5% ta chấp nhận giả thiết

B ề m ặ t truy ề n nhi ệ t

Trong đó : Nhiệt lượng trao đổi : Q = 213378,4189 (W) q tb :Nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dịch qtb = 𝑞 1 +𝑞 2

S ố ố ng truy ề n nhi ệ t

 Trong đó : F : Bề mặt truyền nhiệt F= 6,528(m 2 ) d : đường kính ống truyền nhiệt d = 0,034 m

H : Chiều cao ống truyền nhiệt H = 2 (m)

3,14.0,034.2= 30,5732 Qui chuẩn n = 37 ống Theo bảng V.11-ST2/T48 ta có:

Bảng 9: Tổng sốống thiết bị

Sắp xếp theo hình sáu cạnh (kiểu bàn cờ)

Số ống trên đường xuyên tâm c ủa hình sáu cạnh

Tổng số ố ng không kể các ống trong các hình viên phân

Số ống trong các Hình viên phân

Tổng số ố ng trong tất cả các hình viên phân

3.3.1 Đường kính trong củ a thi ế t b ị đun nóng Áp dụng công thức (CT-V.50-ST-2/T49) ta có :

Trong đó: d n : Đường kính ngoài củ a ố ng truy ề n nhi ệ t d n = d + 2.S = 0,034 + 2.0,002 = 0,038 (m) t : Bước ống Lấy t = 1,4 d n t = 1,4 0,038 = 0,0532 b: số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh b = 7

Qui chuẩn : D = 0,6m = 600(mm) (Bảng XIII.6 ST-2/Tr-359 )

3.3.2 Tính vậ n t ốc và chia ngăn

W − lớn 5% nên ta cần chia ngăn để quá trình cấp nhiệt ở chế độ xoáy Số ngăn được xác định như sau:

*Tính lại chuẩn số Re:Re = 4

Vậy các kích thước của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là:

- Số ống truyền nhiệt: n = 37 (ống)

- Đường kính của thiết bị: D = 600 (mm)

- Chiều cao giữa 2 mặt bích: H = 2 (m)

H ệ th ố ng thi ế t b ị ngưng tụ Baromet

Hơi thứ sau khi ra khỏi nồi cô đăc cuối cùng được dẫn vào thiết bịngưng tụ baromet để thu hồi lượng nước trong hơi, đồng thời tách khí không ngưng do dung dịch mang vào hoặc do khe hở của thiết bị.Hơi vào thiết bị ngưng tụ đi từ dưới lên,nước làm lạnh đi từ trên xuống,chui qua lỗ của các tấm ngăn,hỗn hợp nước làm lạnh,nước ngưng tụ chảy xuống ống barômet.

Chọn thiết bịngưng tụ Baromet – thiết bịngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao

2 Thiết bị thu hồi bọt

4 Ống dẫn khí không ngưng

Trong thân 1 gồm có những tấm ngăn hình bán nguyệt

Nguyên lý làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là phun nước lạnh vào trong hơi, hơi tỏa ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại Do đó thiết bịngưng tụ trực tiếp chỉ để ngưng tụ hơi nước hoặc hơi của các chất lỏng không có giá trị hoặc không tan trong nước vì chất lỏng sẽ trộn lẫn với nước làm nguội

Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ Baromet ngược chiều loại khô được mô tả như hình vẽ Thiết bị gồm thân hình trụ (1) có gắn những tấm ngăn hình bán nguyệt (4) có lỗ nhỏ và ống baromet (3) để tháo nước và chất lỏng đã ngưng tụ ra ngoài Hơi vào thiết bị đi từ dưới lên, nước chảy từ trên xuống, chảy trân qua cạnh tấm ngăn, đồng thời một phần chui qua các lỗ của tấm ngăn Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng tụ chảy xuống ống baromet, khí không ngưng đi lên qua ống (5) sang thiết bị thu hồi bọt (2) và tập trung chảy xuống ống baromet Khí không ngưng được hút ra qua phía trên bằng bơm chân không. Ống baromet thường cao H ≥ 10,5m để khi độ chân không trong thiết bị có tăng thì nước cũng không dâng lên ngập thiết bị

Loại này có ưu điểm là nước tự chảy ra được mà không cần bơm nên tốn ít năng lượng, năng suất lớn

Trong công nghiệp hóa chất, thiết bị ngưng tụ baromet chân cao ngược chiều loại khô thường được sử dụng trong hệ thống cô đặc nhiều nồi, đặt ở vị trí cuối hệ thống vì nồi cuối thường làm việc ởáp suất chân không.

3.4.2- Tính toán thiết bị ngưng tụ:

* Các số liệu cần biết:

- Lượng hơi thứ ở cuối nồi trong hệ thống cô đặc:W2 = 1084,9125(kg/h)

- Áp suất ở thiết bịngưng tụ:Pnt = 0,3 (at)

- Các thông số của hơi thứ ra khỏi nồi cuối của hê thống:

3.4.2.1- Lượng nướ c l ạ nh c ầ n thi ết để ngưng tụ :

Theo công thức: VI.51 – ST2/Tr.84

Trong đó: i: nhiệt lượng riêng của hơi ngưng i = 2625772(J/kg) t đ , tc: nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh ( o C)

Ta có: Nhiệt độ trung bình: ttb = (t đ – tc)/2 = 37,5 o C

Cn: Nhiệt dung riêng trung bình của nước, chọn ở 37,5 o C ( ST1-Tr.165)

3.4.2.2 T ính đườ ng k í nh trong c 甃ऀ a thi ế t b 椃⌀ ngưng tụ Áp dụng công thức (CT-VI.52 2/84) :

D tr : Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (m) ρ h : Khối lượng riêng của hơi nước (Kg/m 3 ) ở P n = 0,3 at ρ h = 0,1876 Kg/m 3 (Tra b ả ng I.251_ST1-T314)

W h : Tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ, W h = 15 ÷ 35 (m/s)

Chọn tốc độ hơi ngưng tụ là W h 0 m/s, do thiết bị ngưng tụ làm việc với áp suất thuộc khoảng 0,2 → 0.4 at

Thay số vào công thức trên ta có:

Quy chuẩn theo bảng VI.8_ST2-T88: Chọn D tr = 0,5 (m)

3.4.2.3 T í nh k ích thướ c t ấm ngăn

Tấm ngăn có dạng hình viên phân để đảm bảo làm việc tốt, chiều rộng tấm ngăn là b, có đường kính là d b = (D tr /2)+50 ,mm (CT-VI.53-STQT&TB-2/85)

- Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ, do dùng nước làm nguội là nước sạch vì vậy đường kính các lỗ là 2 mm

- Chi ều dày tấm ngăn chọ n 4 mm

- Chiều cao gờ tấm ngăn H gờ = 40 mm

- Tốc độ của tia nước ω nc = 0,62 (m/s) khi H gờ = 40 mm

T ổ ng di ện tích bề m ặ t c ủa các lỗ trong toàn bộ m ặ t c ắ t ngang c ủ a thi ế t b ị ngưng tụ , nghĩa là trên một mặt tấm ngăn là: f = c c w

𝜌 𝑛 : Khối lượng riêng của nước: 𝜌 𝑛 = 1000 Kg/m 3

Lỗ xếp theo hình lục giác đều bước lỗ được tính theo công thức:

𝑡𝑏 ) 0,5 , (mm) (CT-VI.55_ST2-T85) d: Đường kính của lỗ mm

𝑓 𝑡𝑏 ∈ (0,025 → 1) : tỉ số giữa tổng diện tích thiết diện các lỗ với diện tích thiết diện của thiết bị ngưng tụ Chọn 𝑓 𝑓 𝑐

3.4 2 4 T í nh chi ề u cao thi ế t b 椃⌀ ngưng tụ

M ức độ đun nó ng thi ế t b ị ngưng tụ đượ c x ác định theo công thứ c sau:

( CT-VI.56-STQT&TB-2/85) t bh : Nhiệt độ của hơi bão hòa ngưng tụ o C, t bh = 68,7 o C t 2d , t 2c : Nhi ệt độ đầu và cuố i c ủa nước tưới vào thiế t b ị

− = 0,5721 Quy chuẩn theo bảng VI.7_ST2-T86 lấy P = 0,580

Tra b ả ng s ố li ệ u (B ả ng VI.7_ST2-T86):

Số bậc Sốngăn Khoảng cách giữa các ngăn

Thời gian rơi qua 1 bậc

Ta có chiều cao của thiết bị ngưng tụ: H= 4.400= 1600(mm)

Thực tế khi hơi đốt đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên trên thì thể tích của nó sẽ gi ả m d ần, do đó khoảng cách hợp lý giữa các ngăn cũng nên giả m d ần theo hướ ng t ừ dưới lên trên khoảng 40 mm cho mỗi nồi ngăn Khi đó chiều cao thực tế của thiết bị ngưng tụ là H’ khoảng cách trung bình giữa các ngăn là 310mm

Khoảng cách trung bình giữa 2 ngăn cuối cùng là 390 mm

- Đường kính trong ống baromet là d (m) d = .

 : tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng, thường lấy  = 0,5 → 0,6

G n : lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/h

- Chiều cao của ống baromet (theo CT-VI.58-STQT&TB-2/86)

H = h 1 + h 2 + 0,5;m (*) h 1 : chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ h 1 = 10,33

P ck : độ chân không trong thiết bị ngưng tụ (mmHg): b = 1- 0,3 = 0,7 at

760 = 7,3305 m h 2 : chiều cao cột nước trong ống baromet cần khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống: h 2 = (2,5 )

:hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống

H: chi ề u cao c ủ a ố ng baromet Để tính được ta cần kiểm tra chế độ chảy của chất lỏng trong ống theo chuẩn độ

 n 3,1(kg/m 3 )(ở nhiệt độ trung bình 37,5 0 C)

Do Re > 10 4 => chế độ chảy trong baromet là chế độ chảy xoáy:

Theo công thức II.64-STQT&TB-1/380 :

Chiều cao dự trữ > 11m để ngăn ngừa nước dâng lên trong ống và chảy tràn vào đường ống dẫn khi áp suất khí quyển tăng Chọn H = 12m

3.4.2 6 Lượng không khí cần hút ra khỏ i thi ế t b 椃⌀ (kg/h)

- Lượng không khí cần hút được tính theo công thứ c VI.47/ST2-T84:

- Thể tích khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ (m 3 /h) Áp dụng CT VI.49/ST2-T84 ta có:

R kk = 288 J/kg.độ: Là hằng số khí đối với không khí t kk : Nhiệt độ của không khí, t kk = t đ + 4 + 0,1.(t c - t đ ) = 25 +4 + 0,1.(50-25) = 31,5 o C

P ng : Áp suất ngưng tụ c ủ a h ỗ n h ợ p trong thi ế t b ị ngưng tụ P ng = 0,3 at

P h : Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp (N/m 2 )

V ậ y th ể tích khí cần rút ra khỏ i thi ế t b ị ngưng tụ là:

3.4.3 Tính toán bơm chân không

Công suất của bơm chân không tính theo công thức

Trong đó: m: hệ số biến dạng: m=1,25

Dựa vào N b chọn bơm quy chuẩn theo bảng II.58-tr.513-T1.Chọn bơm chân không vòng nướ c PMK- 1có thông số :

- Số vòng quay :1450 (vòng/phút)

- Công suất yêu cầu trên trục bơm: 3,75 kw

- Công suất động cơ điện:4.5 kw

- Kích thước: dài: 575(m); rộng 410(m); cao: 390(m)

Bơm làm việc với áp suất trung bình và trong công nghiệp bơm li tâm được sử dụng rộng rãi với những ưu điểm là thiết bị đơn giản, lưu lượng cung cấp đều…

3.4.4.1 Xác đ椃⌀nh áp suất toàn phần do bơm t ạ o ra

- Áp suất toàn phần do bơm tạo ra theo công thức II.185-STQT&TB-1/438: h m g H

- H là áp suât toàn phần do bơm tạo ra, tính bằng chiều cao cột chất lỏng cần bơm(m)

- P 1 ,P 2 là áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian hút và đẩy (P 1 P 2 )

- H 0 là chiều cao nâng chất lỏng, chiều cao hình học chọn H 0 m

- H m là trở l ự c c ụ c b ộ trong đườ ng ống hút và đẩ y

*Xác đị nh tr ở l ực đườ ng ố ng t ừ thùng chứa đến thùng cao vị :

-Tốc độ chảy từ thùng chứa đến thùng cao vị: 3600. .

Trong đó: F: là năng suất hỗn hợp đầu: F = 3250kg/h

: khối lượng riêng dung dịch ở 25 o C:  = 1136,3kg/m³ d: là đường kính ố ng d ẫ n: d=0,05m

Thay số vào ta có:

Trở lực tiêu tốn để thắng lực trên đường ống đẩy và hút là: h m = g

P là áp suất toàn phần để thắng tất cả sức cản thủy lực trên đường ống khi dong chảy đẳng nhiệt: cb k t đ P m P P P

P = + + + + (Công thức II.53-STQT&TB-1/376)

-P đ : áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn:

Với:  : khối lượng riêng của chất lỏng w : vận tốc của lưu thể

-P m : áp suất khắc phục trở lực khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng

V ớ i: d td : đườ ng k ính tương dương củ a ố ng

-P cb : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ:

 Với: -  : hệ số trở lực cục bộ

-P t : áp suất cần thiết khắc phục trở lực trong thiết bị P t =0

-  P k : áp suất bổ sung ở cuối đường ống,  P k =0

*Áp suất để kh ắ c ph ụ c tr ở l ực ma sát: P m = w td 2

 : độ nhớt của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ sôi ( nhiệt độ cuối khi ra nhiệt)

=> Tính theo công thứ c : 11.64-STQT&TB-1/380:

- Á p su ấ t c ầ n thi ết để kh ắ c ph ụ c tr ở l ụ c c ụ c b ộ là: c w P đ

 là hệ số trở lực cục bộ toàn bộ đường ống được xác định :

 1 là hệ số trở lực do các van chọn van tiêu chuẩn có d=0,05m, 1 =0,5

2 là hệ số trở lực do đột thu chọn  2 =0,9

 3 là hệ số trở lực do đột mở chọn  3 =0,9

 4 là hệ s ố tr ở l ự c c ủ a tr ụ c khu ỷ u  4 =1,1

*Vậy tổn thất áp suất để khắc phục trở lực của hệ thống dẫn từ nguyên liệu đầu vào thùng cao vị: h m = 𝛥𝑃

Vậy chọn bơm có áp suất toàn phần có H ≥ 13m.Theo bảng II.36-STQT&TB-1/444: chọn bơm có O  B có năng suất (2-150).10 3 (m 3 /h), áp suất toàn phân tử từ 3 đến 20, số vòng quay từ 250 đến 960 vòng/phút, nhiệt độ bé hơn 35 o C, bánh guồng làm bằng thép 20X18H9T

3.4.4 2 Năng suất trên trục bơm

Công suất yêu cầu trên trục của bơm được xác định theo công thức :

N b = H ;kw (CT II.189-STQT&TB-1/439)

H: áp suất toàn phầ n c ủa bơm m

F: năng suất của bơm kg/h

 : hiệu suất toàn phần của bơm  = 0  tl  ck

Tra bảng II.32-STQT&TB-1/439

0 là hiệ u su ấ t th ể tích (do hao hụ t khi chuy ể n t ừ P cao → P thấp ),  0 =0,9

 tl là hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo dòng xoáy trong bơm

 ck là hiệu suất cơ khí , tính đén ma sát cơ khí ở ổ bi lót trục,  ck =0,94

=> Hiệu suất toàn phần của bơm là:

3.4.4 3 Công suất động cơ điệ n

Công suất đông cơ điện được tính theo công thức sau: dc tr b dc

= ;kw (CT II.190-STQT&TB-1/439)

 tr là hiệu suất truyền động trục  tr =0,95

 dc là hiệu suất truyền động cơ  dc =0,95

Thông thường để đảm bảo an toàn người ta chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toand lượng dự trữ dựa vào khả năng tái của bơm:

N dc c = .N dc với : là hệ số dự trữ công suất và trong trương hợp này ta chọn =2 (do năng suất động cơ điện bé hơn 1).Do đó:

Vậy ta chọn bơm có công suất 1 kw

Chi ều cao thùng cao vị

Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất cả sức cản thủy lực trong hệ thống (kể cả ống dẫn và thiết bị) khi dòng chảy đẳng nhiệt, công thức II.53/ST1 – T376

-P đ : áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn:

Với:  : khối lượng riêng của chất lỏng w : v ậ n t ố c c ủa lưu thể

-P m : áp suất khắc phục trở lực khi dòng chảy ổn định trong ống

Với: d tđ : đường kính tương đương của mẫu , m

- P cb : áp suấ t c ầ n thi ết để kh ắ c ph ụ c tr ở l ự c c ụ c b ộ : đ c P

Với:  : hệ số trở lực cục bộ

- P H : áp suất cần thiết để nâng cao chất lỏng lên cao và khắc phục áp suất thủy tĩnh ,N/m 2 , công thức II.57 /St1 – T377

- P t ,P k : là áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị và áp suất bổ xung ở cuối ống dẫn trong những trường hợp cần thiết Trong trường hợp này tính toán giá trị bỏ qua

3.5.1 Tr ở l ự c c 甃ऀa đoạ n ố ng t ừ thi ế t b 椃⌀ gia nhi ệ t h ỗ n h ợp đầu đế n n ồi cô đặ c

 - G đ : thể tích lưu thể của hỗn hợp kg/h

-  : khối lượng riêng của dung dịch KOH 11,4%

Tra bảng I.21 /ST1 – T33, ta có  = 1105 kg/m 3

- f : tiết diện bề mặt truyền nhiệt, m 2 n: số ống truyền nhiệt trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, n = 37 ống m: số ngăn m = 4 ngăn d: đường kính trong của ống truyền nhiệt, d = 0,034 m

*Áp suất để khắc phục trở lực ma sát:P m

- L tđ : chiều dài của ống dẫn , L tđ m

- d tđ : đường kính trong củ a ố ng , d = 0,034 m

Vậy chế độ chảy xoáy, khi đó hệ số ma sat được tính theo công thức II.65 /ST1 – T380 :

Chọn ống thép CT3 tráng kẽm mới bình thường, theo bảng II.15 /ST1 – T381 độ nhám tuyệt đối :  = 0,10,15 mm chọn  =0,1.10 − 3 m Độ nhám tương đối:

*Áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ trên đường ống: Vì dung dịch chảy trong thiết bị ống chum nên hướng dòng chảy khi vào và khi ra các ống truyền nhiệt cũng đa d ạng và tồ n t ạ i nhi ều đột thu, độ t m ở

- Tiết diện ống dẫn dung dịch ra và vào thiết bị (lấy đường kính ống dẫn bằng đường kính ống dẫn hốn hợp đầu vào thiết bị nồi cô đặc ): d = 0,05 m

- Tiết diện phần dưới thiết bị nơi có ống dẫn dung dịch vào và ra: với D = 0,6 m

= = - Tiết diện của 37 ống truyền nhiệt ở mỗi ngăn là:

= = Trở lực cục bộ được tính theo bảng PL.3/TTQTTB1 – Tr.338,339

- Ở cửa vào (đột mở): khi chất lỏng chảy vào thiết bị (khoảng trống một ngăn đột mở):

 = − f = − - Ở đầu ra của dung dịch khi chất lỏng chảy từ khoảng trống vào ngăn của ống truyền nhiệt (đột thu):

0, 071 f f = Vì Re > 10 4 nên tra theo bảng PL.3/TTQTTB1 – Tr.388 ta có: 2 =0, 4122

- Ở đầ u ra c ủ a dung d ị ch khi ch ấ t l ỏ ng ch ả y t ừ ngăn củ a ố ng truy ề n nhi ệ t ra kho ả ng trống phần trên của thiết bị (đột mở):

 = − f = − - Ở đầu ra của dung dịch khi chất lỏng chảy ra khỏi thiết bị (đột thu):

0, 071 f f = N ộ i suy theo b ả ng PL.3/TTQTTB1 – Tr.388 ta có: 4 =0, 494

- Khi chất lỏng chuyển từ ngăn này sang ngăn kia , dòng chảy chuyển dòng 2 lần với góc chuyển 90 o có trở lực cục bộ:  5 =2.1,1=2,2

V ậ y chi ề u cao c ộ t ch ấ t l ỏng tương ứ ng:

3.5.2 Tr ở l ự c d ẫ n t ừ thùng cao v椃⌀ đế n thi ế t b 椃⌀ gia nhi ệ t h ỗ n h ợ p

Trong đó:  : khối lượng riêng ở nhiệt độ đầu:

 = 1136,3 kg/m³(ở nhiệt độ 25 o C)-tra bảng I.23-STQT&TB-1/35

- Áp suất để khắc phục trở lực ma sát: P m =

 : độ nhớt của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ sôi (nhiệt độ cuối khi ra nhiệt)

Nhận thấy Re gh