đồ án môn học thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều buồng đốt ngoài làm việc liên tục cô đặc dung dịch natri hydroxitnaoh

VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌCBỘ MÔN QUÁ TRÌNH –THIẾT BỊ CÔNGNGHỆ HOÁ VÀ THỰC PHẨMCỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúcI.Đầu đề thiết kế: Tính toán, thiết kế hệ thống cô đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quỳnh Anh

Giáo viên hướng dẫn : TS Cao Thị Mai Duyên

Hà Nội, 10/2021

VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH –THIẾT BỊ CÔNG

I. Đầu đề thiết kế:

Tính toán, thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, dùng để cô đặc dungdịch NaOH, năng suất F= 3.5 kg/s, chiều cao ống truyền nhiệt H= 6m

II. Các số liệu ban đầu:

Nồng độ đầu của dung dịch : 9% khối lượng

Nồng độ cuối của dung dịch: 24% khối lượng

Áp suất hơi đốt nồi 1 : 5 at

Áp suất thiết bị ngưng tụ : 0,2 at

III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1 Phần mở đầu

2 Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4)

3 Tính toán kỹ thuật thiết bị chính

4 Tính và chọn thiết bị phụ

5 Tính toán cơ khí

6 Kết luận

7 Tài liệu tham khảo

V Cán bộ hướng dẫn: Ts Cao Thị Mai Duyên

VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng 10 năm 2021

VII Ngày phải hoàn thành: ngày tháng năm 2021

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

MỤC LỤC

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa học là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên Kỹ thuậtHóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội được nhận đồ án môn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thứccủa môn học Trên cơ sở kiến thức đó và một số môn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật

có giới hạn trong các quá trình công nghệ Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức,quy trình trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kỹ năng trình bày bản thiết kế theo văn phòng khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống

Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ phải hoàn thành là thiết kế hệ thống cô đặchai nồi xuôi chiều, buồng đốt ngoài làm việc liên tục với dung dịch NaOH, năng suất 3.5 kg/s, nồng độ dung dịch ban đầu 9%, nồng độ sản phẩm 24%

Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiệm thực tế và nhiều mặt khác nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêm của cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

thành đồ án này!

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quỳnh Anh

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

1.1 Giới thiệu chung về quá trình cô đặc

1.1.1 Cô đặc

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

- Làm tăng nồng độ chất tan

- Tách chất rắn hoà tan ở dạng tinh thể

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất

Hơi bay ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hoá hơi lớn nên được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc Nếu hơi thứ sử dụng ngoài dây truyền cô đặc gọi là hơi phụ

Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể trực tiếp hoặc gián tiếp, khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hoà để đốt nóng

1.1.2 Các phương pháp cô đặc

Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất, trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi Quá trình có thể gián đoạn hay liên tục Trong hệ thống nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc

ở áp suất chân không

Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đốiđến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần sau đó cho dung dịch mới để tiếp tục cô đặc

Cô đặc liên tục trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi dung dịch và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suấtkhí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở áp suất khác thì dùng thiết bị kín

cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa

là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt

Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bịphân huỷ bởi nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch, dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch không bị phân huỷ ở nhiệt dộ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác

Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoàikhông khí Phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế

1.1.3 Cô đặc nhiều nồi xuôi chiều

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó, có ý nghĩa vềmặt sử dụng nhiệt Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi là: nồi đầu dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi bốc lên ở nồi này được đưa vào nồi thứ 2 để làm hơi đốt, hơi thứ của nồi thứ 2 lại làm hơi đốt cho nồi thứ 3, … Hơi thứ ở cuối nồi được đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi đầu đến nồi cuối, qua mỗi nồi nồng

độ của dung dịch tăng dần lên do một phần dung môi bốc hơi Hệ thống cô đặc xuôi chiều được sử dụng khá phổ biến

Ưu điểm: dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó, dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch được làm

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi

Nhược điểm: nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng dộ của dung dịch lại tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyềnnhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối

1.2 Giới thiệu chung về chất cần cô đặc

1.2.1 Thông tin chung

Natri hydroxit hay còn gọi là xút hoặc xút ăn da, có dạng tinh thể màu trắng, hút

ẩm mạnh Tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt tạo thành dung dịch kiềm (bazơ) mạnh, không màu NaOH rắn mất ổn định khi tiếp xúc với các chất không tương thích, hơi nước, không khí ẩm

NaOH là chất rắn tinh thể, bề ngoài màu trắng dạng viên, vảy hoặc hạt ở dạng dung dịch bão hòa 50% (hút ẩm mạnh, dễ chảy rữa) NaOH dung dịch có mùi hăng, có

vị đắng, không màu Dung dịch natri hydroxit có tính nhờn và có thể ăn mòn da NaOH có tính ăn mòn chất hữu cơ Khi tiếp xúc với da có thể gây ăn mòn da, gây kích thích bỏng, và thấm qua da Triệu chứng ngứa, mọc vảy, tấy đỏ, bỏng Cần có phương pháp, biện pháp sử dụng hợp lý

Natri hydroxit rất dễ hấp thụ CO2 trong không khí vì vậy nó thường được bảo quản ở trong bình có nắp kín Xút phản ứng mãnh liệt với nước và giải phóng một lượng nhiệt lớn, hòa tan trong etanol và metanol Xút cũng hòa tan trong ete và các dung môi không phân cực, và để lại màu vàng trên giấy và sợi

Xút có khả năng phản ứng với một số kim loại như Al, Zn, Be, Sb, Pb, Cr hoặc

đó nếu như các thiết bị sử dụng được làm từ các vật liệu kim loại trên thì có thể bị ăn mòn và không an toàn trong quá trình sản xuất

1.2.2 Tính chất vật lý

Khối lượng mol: 39,9971 g/mol

Khối lượng riêng: 2,1 g/cm³, rắn

Dung dịch NaOH làm quỳ tím chuyển thành màu xanh

Dung dịch NaOH làm phenolphthalein không màu chuyển sang màu đỏ, đổi màu methyl da cam thành màu vàng

- Natri hydroxit tác dụng với oxit axit

Khi tác dụng với axit và oxit axit trung bình, yếu thì tùy theo tỉ lệ mol các chất tham gia mà muối thu được có thể là muối axit, muối trung hòa hay cả hai

- Natri hydroxit tác dụng với axit

Là một bazơ mạnh nên tính chất đặc trưng của NaOH là tác dụng với axit tạo

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

thành muối tan và nước Phản ứng này còn gọi là phản ứng trung hòa

- Natri hydroxit tác dụng với muối

Natri hydroxit tác dụng với dung dịch muối tạo thành muối mới và bazơ mới Điều kiện để có phản ứng xảy ra: Muối tạo thành phải là muối không tan hoặc bazơ tạo thành phải là bazơ không tan

1.2.4 Sản xuất dung dịch NaOH trong thực tế

NaOH hiện nay được sản xuất bằng một số phương pháp:

- Điện phân bằng điện cực thuỷ ngân: Phương pháp này cho phép sản xuất dungdịch NaOH với nồng độ 50-52% mà chưa thông qua cô đặc

- Điện phân màng ngăn: Phương pháp này chỉ cho phép sản xuất dung dịch NaOH rất loãng, nồng độ khoảng 12-14% khối lượng và thông qua nhiều lần côđặc để nâng nồng độ lên 49-52%

- Điện phân với màng trao đổi ion: Phương pháp này cho phép sản xuất dungdịch NaOH có nồng độ 33-35% khối lượng và tiếp tục được cô đặc lên 50% để thuận tiện cho vận chuyển

1.2.5 Ứng dụng

- Trong ngành hóa mỹ phẩm:

Xút được dùng làm phụ gia và chất độn trong ngành hóa mỹ phẩm nhờ khả

năng kết tủa và khả năng hút các phân tử nước từ môi trường xung quanh Nó được dùng như dung môi trung hòa các hoạt chất khác nhau đồng thời làm chất cân bằng độ

pH và hút nước cho mỹ phẩm

Xút cũng được dùng để chế tạo hoạt chất tẩy rửa và tạo bọt trong sữa tắm, dầu gội, kem tẩy lông Xút NaOH được dùng sản xuất các sản phẩm chăm sóc cá nhân với các nồng độ khác nhau như nồng độ 5% dùng tẩy da chết ở móng tay, nồng độ 2% dùng để duỗi tóc thông thường, nồng độ 4.5% dùng duỗi tóc chuyên nghiệp

- Sản xuất tơ sợi nhân tạo:

Sản xuất sợi Rayon vosco từ xơ tre: Ngâm xơ tre trong dung dịch xút NaOH 15-20% sẽ tạo thành cellulose kiềm, sau đó cho sulfur hóa tạo thành cellulose natri xanthate rồi cho vào bình chứa dung dịch NaOH loãng để tạo dung dịch visco Dung dịch visco được đưa vào hệt thống bình chứa có khí nén để ép phun ra khỏi vòi phun

có nhiều lỗ nhỏ thành dạng sợi Dung dịch visco được phun vào bình chứa axit sulfuricloãng để thủy phân tạo thành sợi cellulose tái sinh Cuối cùng sấy khô ta thu được sợi visco

- Xút sản xuất hóa chất tẩy giặt:

Xà phòng được sản xuất từ phản ứng xà phòng hóa bằng cách đun sôi chất béo với dung dịch xút NaOH, các chất béo được xút thủy phân thành muối natri và glyxerol Dung dịch muối natri thu được chính là xà phòng Sau khi tách glyxerol khỏi

xà phòng, người ta tiến hành tách xà phòng triệt để bằng cách pha dung dịch xà phòng với xút pha loãng, khi đó dung dịch sẽ tách ra hai lớp, lớp trên là xà phòng mịn, lớp dưới là hỗn hợp nước, muối và tạp chất Sử dụng xút dạng vảy với nồng độ 99% hoặc xút lỏng 45%, 35%

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

- Tẩy rửa công nghiệp:

NaOH 98.5% thường sẽ được sử dụng nhiều ở việc tẩy rửa các thiết bị, vật liệu, đặc biệt là tẩy bề mặt của thép không gỉ và các món đồ dùng bằng thủy tinh vì hóa chất Natri hydroxit có tính tẩy mạnh

Ngoài ra dung dịch NaOH còn được sử dụng trong công nghệ dược phẩm, thực phẩm, xử lý đường ống nước và chất lượng nước, điều chỉnh pH của dung dịch khoan trong công nghiệp dầu mỏ, …

1.3 Giới thiệu nội dung chính của đồ án

Đồ án tiến hành tính toán, thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch NaOH, năng suất F= 3.5 kg/s, chiều cao ống truyền nhiệt H= 6m với các số liệu ban đầu:

Nồng độ đầu của dung dịch : 9% khối lượng

Nồng độ cuối của dung dịch: 24% khối lượng

Áp suất hơi đốt nồi 1 : 5 at

Áp suất thiết bị ngưng tụ : 0,2 at

Đồ án bao gồm các nội dung chính sau:

1 Phần mở đầu

2 Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4)

3 Tính toán kỹ thuật thiết bị chính

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

PHẦN II: SƠ ĐỒ - MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ A4 đính kèm

2.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị

Dung dịch đầu được chứa trong thùng chứa (1) được bơm (3) đưa lên thùng cao vị(2) có ống chảy tràn để ổn định lưu lượng Lưu lượng kế (4) điều chỉnh lưu lượng cần thiết của dung dịch vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (5), gia nhiệt tới nhiệt độ sôi của dung dịch Sau đó dung dịch được đưa vào buồng đốt nồi cô đặc 1 (6) Hỗn hợp lỏng hơi trong buồng đốt đi sang buồng bốc (7) Trong buồng bốc hơi đi lên, dung dịch đi xuống dưới, qua ống tuần hoàn quay trở lại buồng đốt (6) Dung dịch sau nồi 1 đạt

hơi đốt nồi 2 Sau nồi 2 dung dịch đạt nồng độ cuối x được bơm (3 ) đẩy vào thùng 2 ’

chứa sản phẩm cuối (12) Hơi thứ nồi 2 đi vào thiết bị ngưng tụ Baromet nhờ chênh lệch áp suất Hơi được ngưng tụ thành lỏng và tự chảy xuống thùng chứa nước ngưng (11) Khí không ngưng có lẫn bọt qua cơ cấu tách bọt (10), bọt sẽ đi xuống thùng chứa, còn khí không ngưng đi ra ngoài nhờ bơm hút chân không (13)

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

PHẦN III TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Các số liệu ban đầu:

Dung dịch cô đặc: NaOH

Nồng độ đầu của dung dịch: x = 9% khối lượngđ

Nồng độ cuối của dung dịch: x = 24% khối lượngc

Áp suất hơi đốt nồi 1: P = P = 5 athđ 1

Áp suất thiết bị ngưng tụ: P = P = 0,2 atnt ng

Chiều cao ống truyền nhiệt: H = 6m

3.1 Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống, W:

Áp dụng công thức VI.1, [2-55]:

Trongđó:

W: tổng lượng hơi thứ bốc ra (kg/h)

xđ, x : c Nồng độ đầu và cuối của dung dịch (% khối lượng)

Ta có:

𝑥đ = 9% khối lượng

𝑥 = 24% 𝑐 khối lượng

3.2.Tính sơ bộ lượng hơi thứ bốc ra khỏi mỗi nồi:

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1: W , (kg/h)1

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2: W , (kg/h)2

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi trước nhỏ hơn nồi sau Để đảm bảo việc dùng toàn bộ lượng hơi thứ nồi trước làm hơi đốt nồi sau ta chọn:

W1: W = 1:1,052

Ta có hệ:

3.3.Tính nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi:

Theo công thức VI.2c, [2-57]:

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

Ta có nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi:

Nồi 1:

3.4.Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống, ∆𝑷:

P1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Png

Do đó ta có:

∆𝑃 = 𝑃1 − P = 5 – 0,2 = 4,8 (at)ng

3.5.Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi:

Giả thiết phân số hiệu số áp suất giữa 2 nồi là ∆𝑃1: ∆𝑃2 = 2,15: 1

Áp suất hơi đốt trong từng nồi 𝑃𝑖 được xác định theo công thức:

- Nhiệt lượng riêng: i1 = 2754.103 (J/kg)

- Nhiệt hóa hơi: r1 = 2117.103 (J/kg)

Nồi 2, với P = 1,724 (at) ta có:2

- Nhiệt lượng riêng: i2 = 2706,72.103 (J/kg)

- Nhiệt hóa hơi: r2 = 2220,8.10 3(J/kg)

𝑃𝑛𝑔= 0,2 (at) ta có:

- Nhiệt lượng riêng: ing = 2607.103 (J/kg)

- Nhiệt hóa hơi: rng = 2358.103 (J/kg)

3.6.Tính nhiệt độ ( ) và áp suất hơi thứ ( ) ra khỏi từng nồi

Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi được tính theo công thức:

Trong đó: T : Nhiệt độ hơi đốt nồi thứ i+1 (i+1 oC)

: Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống Chọn

Nồi 1:

Nồi 2:

Từ Bảng I.250 [1-312]:

𝑖

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

- Áp suất hơi thứ: = 1,81 (at)

Nồi 2, với = 61.2 ( C) ta có:o

- Nhiệt lượng riêng: = 2610,508.10 (J/kg)3

- Nhiệt hóa hơi: r2′ = 2354,092.103 (J/kg)

3.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi:

Tổng tổn thất nhiệt độ này gây ra bởi nồng độ dung dịch tăng cao (∆ )′, do áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆′′) và do trở lực đường ống (∆"′)

3.7.1.Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆ )′′:

Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ở trên bề mặt thoáng Thường tính toán ở khoảng cách giữa của ống truyền nhiệt theo công thức VI.12 [2-60]:

Để tiện trong quá trình tính toán ta chuyển sang đơn vị (at) Công thức trên trở thành:

Trong đó: : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng (at)𝑃′

: chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến bề mặt ℎ1

𝐻: chiều cao ống truyền nhiệt H= 6m

𝜌𝑠: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m )3

𝜌𝑑𝑑: khối lượng riêng của dung dịch (kg/𝑚3)

g = 9,81 (m/𝑠2): gia tốc trọng trường

Tra bảng I.22 [1-34], nội suy tuyến tính, tính theo nhiệt độ hơi thứ ta được:

Nồi 1: x = 12,947% 1

Nồi 2: x = 24%2

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

Thay vào công thức ta được:

Tra bảng I.251 [1-314], nội suy tuyến tính:

3.7.2.Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao

Phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất hoà tan và dung môi, vào nồng độ và áp suất

Theo công thức VI.10 [2-59]:

: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho (K)

: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (J/kg) : Tổn thất nhiệt do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của

dung môi ở nhiệt độ nhất định và áp suất khí quyển

Từ bảng VI.2 [2-67] và nội suy tuyến tính ta có:

Vậy tổn thất nhiệt do trở lực đường ống là:

3.7.4.Tổng tổn thất nhiệt

3.8.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống

3.8.1.Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống nồi cô đặc

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

Theo công thức VI.17, VI.18 [2-67]:

Trong đó: T : Nhiệt độ hơi đốt ở nồi 1 (1 oC)

T : Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ (ng oC)

: Tổng tổn thất nhiệt ở 2 nồi ( C) o

3.8.2.Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi

Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi là hiệu số nhiệt độ hơi đốt T và nhiệt độ sôi i

trung bình của dung dịch cô đặc

Chênh lệch nhiệt độ hữu ích mỗi nồi là:

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

Trong đó:

𝐺đ: Lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị, kg/h

𝐷: Lượng hơi đốt đi vào nồi thứ nhất, kg/h

𝑖1, 𝑖2: Nhiệt lượng riêng của hơi đốt đi vào nồi 1, nồi 2, J/kg.độ

: Nhiệt lượng riêng của hơi thứ đi ra khỏi nồi 1, nồi 2, J/kg.độ

𝜃1, 𝜃2: nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2, ℃

𝐶0, 𝐶 , 𝐶1 2: nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2, j/kg.độ

𝐶𝑛𝑐1, 𝐶𝑛𝑐2: nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, nồi 2, j/kg.độ

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

𝑤1, 𝑤2: lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2, kg/h

𝑡𝑠0, 𝑡 , 𝑡𝑠1 𝑠2: nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2, ℃

3.9.2.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng.

Được thành lập dựa trên nguyên tắc: tổng nhiệt vào = tổng nhiệt ra

Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt:

Nhiệt độ 𝑡𝑠𝑜 của dung dịch: t = t = 124,582 ( C)so s1 o

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

Áp dụng công thức I.43, [1-152]

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

Nồi (j/kg.độ) C (j/kg.độ)𝐶𝑛𝑐 𝜃, (℃) W (kg/h) So sánh

Giả thiết Tính

3.10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi.

3.10.1.Tính hệ số cấp nhiệt 𝜶𝟏𝒊 khi ngưng tụ

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi i là ∆𝑡1𝑖 Nồi 1:

Nồi 2:

- Với điều kiện làm việc ở phòng đốt ngoài thẳng đứng H=6m, hơi ngưng bên ngoài thành ống, màng nước ngưng chảy dòng, hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức:

(W/m độ) V.101 [2-28]2Trong đó: : chiều cao ống truyền nhiệt, H= 6m𝐻

𝛼1𝑖: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ở nồi thứ i, (W/𝑚2)

∆𝑡1𝑖: hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ phía mặt

tường tiếp xúc với hơi đốt của nồi i, C o

r: ẩn nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt, /kg𝑗

Từ bảng số liệu 1, ta có:

Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ t [2-29] m

Nhiệt độ t tính theo công thức: m

Trong đó:

Ti: nhiệt độ hơi đốt

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

tTi: nhiệt độ bề mặt tường

Tùy thuộc vào cấu tạo thiết bị, giá trị nhiệt tải riêng q, áp suất làm việc,

chế độ sôi và điều kiện tối ưu của chất lỏng mà ta chọn công thức tính

𝛼2𝑖cho thích hợp:

Thông thường tính 𝛼2𝑖 theo công thức:

[3-332]

: áp suất hơi thứ nồi i (at)

∆𝑡2𝑖: hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch sôi

∆t2i = tT2i − tddi = ∆T − ∆t − ∆ti 1i Ti

Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt: ∆tTi = q 1i ∑r, ℃

Đồ án Quá trình Thiết bị GVHD: TS Cao Thị Mai Duyên

Trong đó:

r1, r : 2 nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường [𝑚 độ2 /w]

Tra bảng V.I, [2-4] ta lấy:

r1 = 0,232.10 [m−3 2độ/w]: nhiệt trở về phía hơi bão hoà

r2 =0,387.10−3 [m2độ/w]: nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch

λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt chọn thép không gỉ Crom

σ: bề dày ống truyền nhiệt, chọn 𝜎=2mm =0,002m với đường kính ống 38mmThay vào ta có:

(m2.độ/W)

ρ: khối lượng riêng, kg/m3

C: nhiệt dung riêng, j/kg độ