Môn học sẽ giúp sinh viên biết cách sử dụng tài liệutra cứu, kiến thức tính toán, và nâng cao kỹ năng trình bày bản vẽ thiết kế.Trong đồ án này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế
TỔNG QUAN
Tổng quan về sản phẩm
Tên khoa học : Ammonium nitrate
NH NO4 3 còn có các tên gọi khác nhau như Ammonium nitrate, Nitrat Amon, Amoni Nitrate,… Thường được dùng để điều chế trực tiếp thuốc nổ và đặc biệt nó còn là hóa chất cơ bản trong sản xuất phân bón và một số lĩnh vực công nghiệp khác có sử dụng hóa chất.
1.1.2 Tính chất vật lý của NH 4 NO 3
Ammonium nitrate có dạng rắn, màu trắng, hút ẩm mạnh và tan được trong nước. Khối lượng mol của NH4NO3 là 0.04336 g/mol
Số CAS của NH4NO3 là 6484-52-2.
Tỷ trọng của NH4NO3 là 1.73 g/cm³, rắn. Điểm nóng chảy của NH4NO3 là 169 °C. Điểm sôi của NH4NO3 là khoảng 210 °C. Độ hòa tan trong nước của NH4NO3 là: 119 g/100 ml (0 °C),
1.1.3 Tính chất hóa học của NH 4 NO 3
– Amoni nitrat có thể bị nhiệt phân dưới tác dụng của nhiệt độ từ 190 đến 245 C o làm xuất hiện bọt khí do Dinito Oxit (N O) được sinh ra:2
– Amoni nitrat có thể tác dụng được với Axit như HCl, H2SO4 theo phương trình dưới đây:
HCl + NH4NO3 ⟶ HNO + NH3 4Cl
H2SO4 + 2NH4NO3⟶ (NH4 2) SO4 + 2HNO3
– Amoni nitrat có thể tác dụng với các bazơ như
KOH + NH4NO3 ⟶ H O + KNO + NH 2 3 3
NaOH + NH4NO3⟶ NaNO + NH OH3 4
Ca(OH)2 + 2NH4NO3⟶ Ca(NO + 2H O + 2NH 3)2 2 3
– Amoni nitrat có thể với các muối như:
Na PO3 4 + NH4NO3 + Be(NO3 2) ⟶ 3NaNO + Be(NH3 4PO ).4
1.1.4 Điều chế và ứng dụng Điều chế:
Việc sản xuất nitrat amoni công nghiệp thì đơn giản về mặt hóa học dù về công nghệ thì đầy thách thức
Phản ứng trung hòa của ammoniac với acid nitric tạo ra một dung dịch nitrat amoni: HNO3 (aq) + NH (g) → NH3 4NO3 (aq) Để sản xuất quy mô công nghiệp, phản ứng này được thực hiện bằng cách sử dụng khí amonia khan và acid nitric đậm đặc Phản ứng này xảy ra mãnh liệt và tỏa nhhiệt.
Người không chuyên nghiệp và không có thiết bị chuẩn bị sẵn không nên thử nghiệm với khí khan và acid đặc như thế này, dù với sự pha loãng lớn bởi nước, không nên xem thí nghiệm kiểu này là dễ
Sau khi dung dịch muối được tạo ra, thường thì có nồng độ khoảng 83%, lượng nước dư được làm khô đến mức nitrat amoni có nồng độ 95 - 99,9% (nitrat amoni chảy), tùy theo mức độ. Ứng dụng :
– Làm nguyên liệu phân bón
Amoni nitrat dưới dạng phân bón sẽ bổ sung hàm lượng Nitơ cho cây thông qua nitrat và amoni.Đây là loại phân bón rất dễ được hấp thụ và giúp cây trồng đạt được hiệu quả kinh tế cao, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng và năng suất cây.
Ngoài ra phân bón Amoni nitrat sẽ không làm chua đất và một số cây trồng cần được bổ sung thêm nitrat như bông, đay, mía, ngô khoai, cà phê, cao su, cây ăn quả lưu niên.
Amoni nitrat hiện là chất được chính phủ quản lý vì nó là chất dễ nổ và đang được ứng dụng để sản xuất thuốc nổ vì các đặc tính như là chất oxy hóa mạnh và tính hút ẩm cao rất dễ gây cháy nổ.
Amoni nitrat còn được sử dụng trong sản xuất túi ướp lanh gồm 2 lớp – một lớp chứa amoni nitrat khô và lớp còn lại chứa nước.
Amoni nitrat được sử dụng cho ngành công nghiệp dệt may ngành công nghiệp mạ điện, khai khoáng, công nghiệp hàn, …
Amoni nitrat được sử dụng cho ngành hóa chất, làm cho oxydol, phèn amoni.
Tổng quan và quá trình cô đặc
Cô Quá trình cô đặc: Là quá trình làm tăng nồng độ của chất tan (không hoặc khó bay hơi) trong dung môi bay hơi Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tử trong hỗn hợp này cũng bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ ở mỗi nhiệt độ Hơi của dung môi tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hới thứ ở nhiệt độ cao có thể đun nóng 1 thiết bị khác
Cô đặc nhiều nồi: Cô đặc nhiêu nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó có ý nghĩa về sử dụng nhiệt hiệu quả 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 bốc lên để làm hơi đốt cho nồi thứ 2, hơi thứ của nồi thứ 2 được làm hơi đốt cho nồi thứ 3,…Hơi thứ ở nồi cuối 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 này được sử dụng khá phổ biến Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước ra nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi.
Phương pháp cô đặc hai nồi xuôi chiều: Là phương pháp được sử dụng khá phổ biến do có ưu điểm là dung dịch tự di chuyển từ nồi 1 sang nồi 2 nhờ chênh lệch áp suất giữa hai nồi Nhiệt độ hơi thứ nồi 1 lớn hơn nhiệt độ sôi nồi 2 nên hơi thứ nồi 1 được làm hơi đốt cho nồi 2 do đó có thể tiết kiệm năng lượng Nhược điểm của nó là nhiệt độ nồi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn nồi trước nên độ nhớt của dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối
1.2.2 Cấu tạo thiết bị cô đặc
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi nước phổ biến, loại này gồm 2 bộ phận chính:
Bộ phận đun sôi dung dịch ( phòng đốt)
Bộ phận bốc hơi ( buồng bốc) là 1 phòng trống
Khi cấu tạo thiết bị cần chú ý những yêu cầu sau:
Đơn giản, gọn chắc, dễ lắp đặt, sửa chữa và lắp ghép các chi tiết phải quy chuẩn hóa, giá thành rẻ.
Đáp úng yêu cầu kỹ thuật: chế độ làm việc ổn định ít bám cặn, dễ làm sạch, dễ điều chỉnh và kiểm tra.
Cường độ truyền nhiệt lớn.
VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều
Các thiết bị trong sơ đồ công nghệ
1 Thùng chứa dung dịch cần cô đặc
6 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu,
11 Thiết bị ngưng tụ baromet
13 Thiết bị làm nguội sản phẩm Bể chứa nước ngưng
Nguyên lý làm việc của hệ thống
Dung dịch đầu NaNO 5% từ thùng chứa dung dịch (1) được bơm (2) bơm lên thùng3 cao vị (3) có chảy tràn Lưu lượng kế (5) điều chỉnh lưu lượng cần thiết của dung dịch vào thiết bị trao đổi nhiệt (6) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào buồng đốt của nồi cô đặc (7) Ở nồi này dung dịch tiếp tục được đun 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 cửa tháo khí không ngưng Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng cốc tháo nước ngưng (8) và được đưa vào thùng chứa (10) Dung dịch sôi, dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở phòng đốt, hơi thứ sẽ bốc lên và dẫn sang buồng đốt của nồi sau 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 Hơi thứ ra khỏi nồi 1 làm hơi đốt cho nồi 2
Dung dịch từ nồi 1 tự di chuyển qua nồi 2 do có sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau nhỏ hơn nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau
Do đó dung dịch đi vào nồi 2 có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi.Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch, do đó cần phải tiêu tốn thêm 1 lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi đưa vào nồi đầu được đun nóng sơ bộ.
Dung dịch sản phẩm ở nồi 2 đạt nồng độ x 0% được đưa vào thùng chứa sản c phẩm (10) Hơi thứ bốc ra khỏi buồng bốc của nồi 2, được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (11) Trong thiết bị ngưng tụ, nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ được ngưng tụ thành lỏng chảy qua ống baromet vào thùng chứa, còn khí không ngưng đi qua thiết bị tách bọt (12), hơi sẽ được bơm chân không (14) hút ra ngoài, còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Tính toán lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W)
Áp dụng công thức: [kg/h] [4 - 55]
Trong đó: W – Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (kg/h)
Tính toán lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi
Gọi : W – Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1: W [kg/h]1 1
W2 – Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 2: W [kg/h]2
Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi sau lớn hơn nồi trước Để đảm bảo việc dùng toàn bộ lượng hơi thứ nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau ta chọn:
Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở hai nồi là:
Từ (1) và (2) ta tính được: W = 4917,07 [kg/h]1
Tính nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi
Nồng độ cuối ra khỏi nồi 1 là:
Nồng độ cuối ra khỏi nồi 2 là:
Ta được x = x : phù hợp với số liệu ban đầu2 c
Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống (∆P)
Chênh lệnh áp suất chung của hệ thống (∆P) là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ p ng
Thay số, ta có: ∆P = 5 – 0,2 = 4,8 [at]
Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi
Hiệu số áp suất nồi trước lớn hơn nồi sau.
Giả thiết phân bố hiệu số áp suất hơi đốt giữa các nồi:
Áp suất hơi đốt từng nồi được tính: p = p -∆pi i-1 i-1
Nồi 2: p = p - ∆p = 5-3,52 = 1,48 [at]2 1 1 b Nhiệt độ hơi đốt T ( C), nhiệt lượng riêng I (J/kg), nhiệt hóa hơi r (J/kg) o
Tra bảng I.251 trong [3 – 314] và nội suy ta có:
+ Nồi 1: với p = 5 [at], ta có: - Nhiệt độ hơi đốt: T = 151,10 C1 1 o
+ Nồi 2: với p = 1,48 [at], ta có: - Nhiệt độ hơi đốt: T = 110,35 C2 2 o
+ Với p = 0,2 at, ta có: - T = 59,7 Cng ng o
Tính nhiệt độ t ( C), áp suất hơi thứ p (at) ra khỏi từng nồi .17 i ’ o ’i 3.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi
Gọi t : nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ i (i = 1,2)iꞌ
∆ : tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống ( chọn ∆iꞌꞌꞌ 1ꞌꞌꞌ = ∆2ꞌꞌꞌ =1 o C) Theo công thức: t = Tiꞌ i+1 + ∆ [iꞌꞌꞌ o C] ta có:
Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1 là: t = T1ꞌ 2 + ∆1ꞌꞌꞌ = 110,35 +1 = 111,35 o C Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ 2 là: t = T + ∆2ꞌ ng 2ꞌꞌꞌ Y,7 + 1 = 60,7 o C Tra bảng I.250 trong [3 – 312] và nội suy, ta có:
+ Nồi 1: với t ’ = 111,35 C, ta có:1 o Áp suất hơi thứ: p ’ = 1,531 [at]
+ Nồi 2: với t ’ = 60,7 C, ta có:2 o Áp suất hơi thứ: p ’ = 0,21 [at]2
Bảng tổng hợp số liệu 1:
Hơi đốt Hơi thứ p, x % at T, C o i, J/kg r, J/kg p’, at t’, o C i’, J/kg r’, J/kg
3.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi
Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ Tổng tổn thất nhiệt độ này là do nồng độ tăng cao (∆’), do áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆’’), do trở lực đường ống (∆’’’)
3.7.1 Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆ i ’’
Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ở trên mặt thoáng Thường tính toán ở khoảng giữa của ống truyền nhiêt.
Công thức tính: ∆i’’ = t – t ’, [tbi i oC]
Trong đó: t : nhiệt độ sôi ứng với ptbi tb, [ o C] ti’: nhiệt độ sôi ứng với p ’, [ C] i o ptbi là áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa ống truyền nhiệt
Tính theo công thức VI.12:
: khối lượng riêng của dung dịch tương ứng với t , tra theo nồng độ cuối và nhiệt si độ hơi thứ trong thiết bị cô đặc Khối lượng riêng tương ứng hỗn hợp lỏng hơi tuần hoàn trong ống truyền nhiệt đó, khối lượng riêng bằng rô của lỏng chia 2 do hỗn hợp vừa có lỏng vừa có hơi rất khó đoán định rằng ở độ cao nào thì thành phần hơi, lỏng là bao nhiêu nờn giả thiết rằng khối lượng riờng của hỗn hợp lỏng hơi bằng ẵ khối lượng riờng của lỏng. pi’: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch [at] h1: chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng, chọn h = 0,5 [m]1
H: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = 3 [m] g: gia tốc trọng trường g = 9,81 [m/s ] 2
Tra bảng I.29 trong [3 – 37] và nội suy với x = 9,84%, chọn tºC ( do chênh lệch1 nồng độ ở các khoảng nhiệt độ là không lớn )
Thay vào phương trình, ta có:
Tra bảng I.251 trong [3 – 314] và nội suy với p = 1,63[at], ta có: ttb1 tb1 3,28 C o
Tra bảng I.29 trong [3-37] và nội suy với x 0% , t`,7°C 2
Thay vào phương trình, ta có:
Tra bảng I.251 trong [3 – 314] và nội suy với p = 0,32 [at], ta có: t p,17 Ctb2 tb2 o
Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:
3.7.2 Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆i’
Phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của chất hòa tan và dung môi vào nồng độ và áp suất của chúng ∆ ’ ở áp suất bất kì được xác định theo phương pháp Tysenco: i
: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất thường (t > t )sdd sdm
, - nhiệt độ sôi ( K) và ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg) của dung môi nguyên chất (hơi thứ) ở o áp suất làm việc của thiết bị r nội suy theo bảng I.251 [3-314,3-145] ’ I
Tra bảng 2 trong [5-30] và nội suy với nồng độ dung dịch NH4NO3 là x = 9,84 % ta 1 được: ∆’ = 1,31 [01 oC]
Tra bảng 2 trong [5-30] và nội suy với nồng độ dung dịch NaNO là x = 30% ta 3 2 được ∆’ = 3,95 C02 o
Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao là:
3.7.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống ∆ ’’’ i
Trở lực ở đây chủ yếu là các đoạn ống nối giữa các thiết bị Đó là đoạn nối giữa nồi
1 với nồi 2, nồi 2 với thiết bị ngưng tụ Trong giả thiết mục 2.6 khi tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi ta đã chọn ∆ ’’’= 1 C; ∆ ’’’ = 1 (1 o
Vậy tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống bằng:
3.7.4 Tính tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống
Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống
3.8.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:
T1: nhiệt độ hơi đốt ở nồi 1
Tng: nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ
: tổng tổn thất nhiệt độ của 2 nồi
3.7.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi:
Là hệ số nhiệt độ hơi đốt T và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch cô đặc.i
Tính nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi theo công thức: tsi = t ’ + ∆ ’ + ∆i i i’’ [ o C]
Bảng tổng hợp số liệu 2:
Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt để tính lượng hơi đốt D và lượng hơi thứ W i ở từng nồi
3.9.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng
Gd: lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị
D: lượng hơi đốt vào nồi thứ nhất
W1, W : lượng hơi thứ đi ra khỏi nồi 1, nồi 22 i1, i : nhiệt lượng riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 22 i1’, i ’: nhiệt lượng riêng của hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 22
C0, C , C : nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu, dung dịch ra khỏi 1 2 nồi 1, nồi 2
Cnc1, C : nhiệt dung riêng của nước ngưng ra khỏi nồi 1, nồi 2nc2 ts0, t , t : nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2s1 s2
( lấy t = t )s0 s1 θ1, θ2 : nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2
Qm1, Qm2: nhiệt lượng mất mát ở nồi 1, nồi 2 (bằng 5% nhiệt lượng tiêu tốn để bốc hơi ở từng nồi)
3.9.2 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch NH 4 NO 3
Với dung dịch loãng (x < 20%) nhiệt dung riêng tính theo công thức:
+ Dung dịch ban đầu vào nồi 1 có x = 6% nên ta có:d
+ Dung dịch ra khỏi nồi 1 có x = 9,84% nên ta có:1
Với dung dịch đặc (x > 20%) nhiệt dung riêng tính theo công thức:
Trong đó: C : nhiệt dung riêng của chất hòa tan khan (không chứa nước), J/kg.độht x: nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng
Cht tính theo công thức I.41:
Với: M - khối lượng mol hơp chất c1, c , c ,… - nhiệt dung riêng của các nguyên tử nguyên tố tương ứng, J/kg 2 3 nguyên tử.độ n1, n , n ,… – số nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất2 3
Với NH4NO3 ta có M = 80; n =2 ; n =4 ; n =31 2 3
Tra bảng I.141 trong [3 – 152] ta có nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố: N: c = 26000 [J/kg nguyên tử.độ]1
+ Dung dịch ra khỏi nồi 2 có x = 30% nên ta có:2
3.9.3 Các thông số của nước ngưng
Nhiệt độ của nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt: θ1 = T = 151,10 C1 o θ2 = T = 110,35 C2 o
Nhiệt dung riêng của nước ngưng:
Tra bảng I.249 [3 – 311] và nội suy với: θ1 = 151,10 C C = 4292,84 [J/kg.độ] o nc1 θ2 = 110,35 C C = 4229,15 [J/kg.độ] o nc2
3.9.4 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng
Lượng nhiệt mang vào: Do dung dịch đầu: GdC0ts0
Lượng nhiệt mang ra: Do sản phẩm mang ra: (G – Wd 1)C t1 s1
Do tổn thất Q = 0,05.(Di – Cm1 1 nc1θ1)
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1:
Lượng nhiệt mang vào: Do hơi đốt: W1i2
Do dung dịch từ nồi 1: (G – Wd 1)C t1 s1
Lượng nhiệt mang ra: Do sản phẩm mang ra: (G – W – Wd 1 2)C t2 s2
Do tổn thất Q = 0,05.Wm2 1(i2 – Cnc2θ )2
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 2:
Kết hợp phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1 và nồi 2 với phương trình ta có hệ phương trình:
Giải hệ phương trình này ta được:
Thay các só liệu ta có:
Xác định lại tỉ lệ phân phối hơi thứ giữa 2 nồi: W1:W2 = 1:1,05
Kiểm tra sai số là phần trăm chênh lệch giữa Wgiả thiêt và Wtính toán ở mỗi nồi: Với nồi 1:
Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận được giả thiết.
3.9.5 Xác định lại tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa các nồi trong hệ
Bảng tổng hợp số liệu 3:
Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi
Gọi: q - tải nhiệt riêng được cấp từ hơi đốt đến ống truyền nhiệt1,i q2,i – tải nhiệt riêng được cấp từ ống truyền nhiệt tới dung dịch cần cô đặc
3.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α khi ngưng tụ hơi 1
Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt:
Nồi 2: ∆t = 4,06 [12 oC] Điều kiện làm việc: phòng đốt trung tâm (H < 6m), hơi ngưng bên ngoài ống, màng nước ngưng chảy dòng nên hệ số cấp nhiệt tính theo công thức:
H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 3m α1i: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ở nồi thứ i, W/m 2 độ
Nồi C, [J/kg.độ] C , [J/kg.độ]nc θ, [oC]
W, [kg/h] Sai số Giả thiết Tính %
: hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi đốt của nồi i, C o ri: ẩn nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt, J/kg.
Từ bảng tổng hợp số liệu 1 ta có: r = 2117000 (J/kg)1 r = 2221927,5 (J/kg)2
Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng t [4 – 29]m
Nhiệt độ màng tính theo công thức:
Ti: nhiệt độ hơi đốt tTi: nhiệt độ bề mặt tường
Tra bảng A – t trong [4 – 29] và nội suy ta có:
3.10.2 Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ
Gọi q : Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ i1i
Bảng tổng hợp số liệu 4:
3.10.3 Tính hệ số cấp nhiệt α từ trong của ống truyền nhiệt đến hỗn hợp 2 cô đặc (L-H) sôi
Hệ số cấp nhiệt α phụ thuộc vào cấu tạo thiết bị cô đặc, vào giá trị của nhiệt tải 2 riêng q, vào áp suất làm việc và chế độ sôi, vào điều kiện đối lưu của hỗn hợp cô đặc (lỏng – hơi) sôi.
Dung dịch khi sôi ở chế độ sủi bọt, có đối lưu tự nhiên hệ số cấp nhiệt xác định theo công thức:
Trong đó: ψ: hệ số hiệu chỉnh p ’ i: áp suất hơi thứ của thiết bị cô đặc thứ i, [at]
∆t2i: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch
Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt: ∆t = q Ti 1i
Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt: = r + r + , [m1 2 2.độ/W] r1, r : Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống2
Tra bảng II.V.1 [4 – 5] lấy: r1 = 0,387.10 [m độ/W] là nhiệt trở của cặn bẩn (NH -3 2 4NO )3 r2 = 0,232.10 [m độ/W] là nhiệt trở của chất tải nhiệt (hơi nước) -3 2 δ: bề dày ống truyền nhiệt, δ = 0,002(m)
Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không gỉ OX21H5T, hệ số dẫn nhiệt của nó là: λ = 16,7W/m.độ
Thay số vào ta có:
Từ đó ta có: ∆t = ∆T - ∆t21 1 11 - ∆tT1 = 36,39 – 4,17 – 24,93 = 7,29 [ o C]
∆t22 = ∆T - ∆t - ∆t = 36,95 – 4,06 – 23,17 = 9,72 [2 12 T2 oC] Tính hệ số hiệu chỉnh:
[4 – 71] Trong đó: λ: hệ số dẫn nhiệt [W/m.độ] (lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch)
C: nhiê £t dung riêng [J/kg.đô £] λ, ρ, C, μ: lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch.
Chỉ số dd: là dung dịch
Chỉ số nc: là nước
Các thông số của nước: Nồi 1: t = 114,71 Cs1 o
Tra bảng I.249 [3 – 311] và nội suy ta có: λ = 0,685 [W/m.độ]nc1 λnc2 = 0,670 [W/m.độ]
Tra bảng I.5 [3 – 12] và nội suy ta có: ρ = 947,47 [kg/m ]nc1 3 ρnc2 = 975,84[kg/m ] 3
Tra bảng I.148 [3-166] và nội suy ta có: C = 4233,18 [J/kg.độ]nc1
Tra bảng I.102 và I.104 [3−95,96] và nội suy ta có: μ =0,244.10 [Ns/m ]nc1 -3 2 μnc2 =0,388.10 -3 [Ns/m ] 2 Các thông số của dung dịch:
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NH4NO3 tính theo công thức:
[3 – 123] Trong đó: A: hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết A=3,58.10 -8
Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch
Theo tính toán ở bước 9 ta có: C = 4114,43 [J/kg.độ];dd1
Cdd2 = 3458,65 [J/kg.độ] ρ: Khối lượng riêng của dung dịch NH NO34
Tra bảng I.59 [1-16,7] và nội suy ta có:
M: Khối lượng mol của dung dịch tính theo công thức:
M = MNH4NO3.NNH4NO3 + MH2O.NH2O = 80.NNH4NO3 + 18(1-NNH4NO3)
NNH4NO3: phần mol của NH4NO3 trong dung dịch
Thay vào công thức ta có:
Như vậy ta có: Độ nhớt của dung dịch tính theo công thức Pavalov: [3−85] θ θμ1, μ2: Nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt bằng độ nhớt của dung dịch ở nhiệt độ t , t μ1 μ2
Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là H O tại t = 50 C và t = 60 C2 1 2
Tra bảng I.107 [3-100] và nội suy ta có: t = 50 C và x = 9,84% ta có μμ1 o
1 11 = 0,57×10 [Ns/m ] -3 2 t = 60 C và x = 9,84% ta có μ = 0,499×10 [ Ns/m ]μ2 o
Tra bảng I.102 [3-94] và nội suy ta có: μ11 = 0,571×10 => θ -3 11 = 47,9 o C μ21 = 0,499×10 => θ = 55,9 C -3 21 o
Tại t = 114,71 C dung dịch có độ nhớt là μ tương ứng với nhiệt độ θ của nước s1 o dd1 31 có cùng độ nhớt nên ta có: θ31,8ºC
Tra bảng I.104 [1-96] và nội suy với θ = 99,8 C ta được μ = 0,284×10 [Ns/m ]31 o dd1 -3 2
Với nồi 2: Chọn độ nhớt dung dịch NH4NO3 ở t = 50 C t = 60 C1 o
Tra bảng I.107 [3-100] và nội suy ta có: tμ1 = 50 C và x = 30% ta có μ = 0,640×10 [Ns/m ] o 2 21 -3 2 tμ2 = 60 C và x = 30% ta có μ = 0,570×10 [ Ns/m ] o 2 22 -3 2
Tra bảng I.102 [3-94] và nội suy ta có: μ = 0,640×10 => θ = 41,3 C21 -3
Tại t = 73,40 C dung dịch có độ nhớt là μ tương ứng với nhiệt độ θ của nước s2 o dd2 32 có cùng độ nhớt nên ta có: θ = 56,54 C32 o
Tra bảng I.102 [3-94] và nội suy với θ = 56,54 C ta được μ = 0,494×10 32 o dd2 -3
Thay các số liệu vào công thức tính hệ số hiệu chỉnh ta có:
Thay vào công thức ta có: α21 = 45,3.(p1ꞌ) 0,5 ∆t21 2,33.Ѱ1 = 45,3.(1,53) 0,5 7,29 2,33 0,79= 4554,36 [W/m độ] 2 α22 = 45,3.(p2ꞌ) 0,5 ∆t22 2,33.Ѱ2 = 45,3.(0,21) 0,5 9,72 2,33 0,78= 3225,76 [W/m 2 độ]
Bảng tổng hợp số liệu 5:
3.10.4 Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch
Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên ta chấp nhận giả thiết: ∆t11 = 4,17 o C ; ∆t = 4,06 12 o C
Bảng tổng hợp số liệu 6:
Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng thiêt bị cô đặc theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt của các thiết bị cô đặc bằn nhau
: hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi (xem bảng tổng hợp số liệu 2)
Theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau và nhỏ nhất thì áp dụng công thức:
Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi
Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi theo công thức:
So sánh ∆T và ∆T i *
Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giả thiết phân bố áp suất ∆p1:∆p =2,75:12
Bảng tổng hợp số liệu 7:
Nồi Ki, [W/m 2 độ] Qi, [W] ∆Ti, [ o C] ∆Ti *, o[C] Sai số, %
Tính bề mặt truyền nhiệt F
Theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích, điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau:
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
Buồng đốt nồi cô đặc
4.1.1 Xác định số ống trong buồng đốt
Trong đó: F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, [m2] l: chiều dài ống tham gia vào quá trình truyền nhiệt, [m] d: đường kính của ống truyền nhiệt, [m]
Tra bảng VI.6 [4-80], chọn d 8mm, do αng 1>α2 nên d=dtr8-2.24mm=0.034m Thay số liệu ta có:
Quy chuẩn theo bảng V.11 [4-48] ta được n67 ống, bố trí theo hình lục giác
Số ống trên đường ống xuyên tâm
Tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân
Số ống trong hình viên phấn Tổng số trong các hình viên phân
Tổng số ống của thiết bị
Bề mặt truyền nhiệt thực:
Xác định đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm:
Tổng thiết diện tất cả các ống truyền nhiệt:
Diện tích thiết diện ống tuần hoàn trung tâm lấy khoảng 15-20% tổng thiết diện tất cả các ống truyền nhiệt [4-75]: Đường kính ống tuần hoàn:
Tra bảng XIII.7 [4-360], chọn dth)9mm=0,299m
4.1.2 Xác định đường kính trong của buồng đốt Đối với thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, ống truyền nhiệt được bố trí theo hình lục giác đều Đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức VI.40 [4-74]
: thường lấy β=1,3÷1,5 Chọn β=1,21 t : bước ống, m dng: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m Ψ : Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, trong khoảng 0,7÷0.9 Chọn ψ= 0,9 l : Chiều dài ống truyền nhiệt, m dth : Đường kính ngoài của ống tuần hoàn, m dn : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m sin α = sin 60 do xếp theo hình lục giác đều, ba ống cạnh nhau ở hai o dãy sát nhau tạo thành 1 tam giác đều, có góc đỉnh α = 60 o
Xác định lại số ống truyền nhiệt sau khi lắp ống tuần hoàn trung tâm
Khi lắp ống tuần hoàn trung tâm vào cùng trong mạng ống truyền nhiệt, cần phải bỏ đi một số hình lục giác Vì khoảng cách bước ống t = 0,05m nên số ống trên đường xuyên tâm là:
Theo bảng V.11 [4-48], bỏ đi 4 hình lục giác tính từ vị trí trung tâm Số ống truyền nhiệt bỏ đi là 61 ống
Kiểm tra lại bề mặt truyền nhiệt
Tổng bề mặt truyền nhiệt sau khi lắp ống tuần hoàn trung tâm vào mạng lưới ống truyền nhiệt được xác định
F’th : bề mặt truyền nhiệt của ống tuần hoàn trung tâm sau khi quy chuẩn Chọn bề dày ống tuần hoàn trung tâm là 4mm
F’ống : bề mặt truyền nhiệt của các ống truyền nhiệt còn lại sau khi lắp ống tuần hoàn trung tâm
Vậy số ống truyền nhiệt cần lắp thêm là:
Do đó không cần lắp thêm ống truyền nhiệt
Thay số liệu vào công thức đường kính trong của buồng đốt
Tra bảng XIII.6 [4-359] Theo quy chuẩn thép không gỉ thì D = 1000mm = 1,0mtr
4.1.3 Xác định chiều dày buồng đốt
Chiều dày thân buồng đốt được xác định bởi công thức XIII.8 [4-360]
Dtr : Đường kính trong của buồng đốt, Dtr=1,0m φ : Hệ số bền của thân trụ theo phương dọc
C : Giá trị số bổ sung do ăn mòn, do bào mòn và dung sai về chiều dày pb : Áp suất làm việc trong thiết bị (N/m ) 2
Xác định - ứng suất cho phép
Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép không gỉ OX21H5T và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn giáp nối hai bên.
Tra bảng XII.4 [4-309] với thép không gỉ OX21H5T dày 4 – 25 mm ta được :
Giới hạn bền chảy: σ @0.10 (N/m )c 6 2 Ứng suất cho phép của thép của thép không gỉ OX21H5T theo
Giới hạn kéo là : (N/m 2 ) [4-355] nk, n : hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy Tra bảng XIII.3 [4-356] với c thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định được n = 2,6 và n = 1,5.k c η : hệ số điều chỉnh Tra bảng XIII.2 [4-356] ta xác định được η = 0,9
Vậy ứng suất cho phép của vật liệu là: σb = min{[δ ], [δ ]} = [δ ] = 225.10 (N/m )k c k 6 2
Hệ số bền hàn của thanh trụ theo phương dọc, ta chọn hàn bằng tay với D ≥ 700 tr mm, thép OX21H5T Tra bảng XIII.8 [4-362] ta có:
Cách hàn : hàn tay bằng hồ quang điện
Kiểu hàn : hàn giáp mối hai bên
Xác định C: Là tổng các hệ số: hệ số bổ sung do ăn mòn, bảo mòn và dung sai về chiều dày.
C1 : bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C = 1 (mm)1
C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyến động với tốc độ lớn ở trong thiết bị Chọn C = 0 (mm)2
C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu Tra bảng XIII.9 [4-364]
Xác định áp suất làm việc (áp suất trong thiết bị)
Môi trường trong buồng đốt là môi trường khí-lỏng nên áp suất làm việc bằng tổng áp suất hơi (khí) và áp suất thủy tĩnh P của chất lỏngl
Có: Pb = Pmt = Phơi đốt = 5 at = 5.9,81.10 = 490000 (N/m4 2)
Xác định chiều dày buồng đốt
Vì nên bỏ qua P ở mẫu b
Tra bảng XIII.9 [4-364], chọn C = 0,18 (mm) 3
Quy chuẩn theo bảng XIII.9 [4-364] ta đươc S = 3.10 (m) -3
Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử
Trong tất cả mọi trường hợp sau khi đã xác định được chiều dày thiết bị, ta cần kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 [4-365]
P0: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [4-366]
Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [4-358]
Vậy chiều dày của buồng đốt là S = 0,003 (m) = 3 (mm).
4.1.4 Tính chiều dày lưới đỡ ống:
Chiều dày lưới đỡ ống phải đảm bảo các yêu cầu sau:
1 Giữ chặt ống sau khi nung, bền.
3 Giữ nguyên hình dạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống.
4 Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất. a) Để đáp ứng yêu cầu 1: Giữ chặt ống sau khi nung, bền Để đáp ứng yêu cầu này chọn chiều dày tối thiểu của mạng ống là S’ = 21 (mm) b) Để đáp ứng yêu cầu 2: Chịu ăn mòn tốt Để đáp ứng yêu cầu này thì chiều dày mạng ống là S = S’ + C = 21 + 1,18 = 22,18 (mm)
Chọn S = 23 mm c) Để đáp ứng yêu cầu 3: Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống rong đó:
S: là chiều dày lưới đỡ ống, S = 23 mm dn: là đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, d = 38 mmn t: là bước ống, t = 46 mm
Thỏa mãn yêu cầu d) Để đáp ứng yêu cầu 4: Ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giới hạn bền uốn
Pb: áp suất làm việc, N/m P = 4900000 N/m 2 b 2 dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt d = 0,038 mn
Từ hình vẽ mô tả sự xếp ống có:
Thay số vào công thức ta có:
Vậy thỏa mãn điều kiện nên chọn chiều dày lưới đỡ ống là 15mm.
4.1.5 Tính chiều dày đáy lồi phòng đốt
Nắp và đáy thiết bị là những bộ phận quan trọng của thiết bị và thường được chế tạo cùng loại vật liệu với thân thiết bị. Đáy và nắp thiết bị có thể nối với thân bằng cách hàn, ghép bích hay hàn liền với thân
Chọn đáy là elip có gờ, làm bằng vật liệu thép OX21H5T.
Chiều dày đáy phòng đốt được tính theo công thức:
Trong đó: hb : chiều cao phần lồi của đáy
Tra bảng XIII.10 [4-382] h = 250 (mm)b φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm,
C : lượng dư, m k : hệ số bền của đáy được tính theo công thức XIII.48 [2-385]
Với: d: đường kính lỗ, tính theo đáy buồng đốt có cửa tháo dung dịch ω: tốc độ của dung dịch đi trong ống, m/s Chọn � = 1 (m/s) V: lưu lượng dung dịch ra khỏi nồi 1:
P : Áp suất làm việc ở phía dưới phần đáy của phòng đốt
P : Áp suất ở đỉnh, P = Pmt mt hơi thứ = P ’= 1,53.9,81.10 = 150093 (N/m )1 4 2
P : Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, N/ml 2
H + 0,05+ Hđáy elip : Chiềucao mực dung dịch
Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu, vậy chiều dày đáy nồi phòng đốt là:
=> S – C = 0,475mm < 10mm => Thêm 2mm vào công thức
Tra bảng XIII.9 [4-364], chọn C = 0,12 (mm) 3
Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [4-384] lấy S = 4 mm = 0,004 m
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: Theo công thức XIII.49 [2-387]
P0: áp suất thủy lực với thiết bị kiểu hàn
Pth : áp suất thử thủy lực
Pl: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng , N/m 2
4.1.6 Tra bích lắp đáy vào thân, số bulông cần thiết để lắp ghép bích đáy
Tra bảng XIII.27 Bích liền bằng thép để nối thiết bị [4-420]
Ta có bảng như sau:
Kích thước nối Kiểu bích
Nhiệm vụ buồng bốc là tạo không gian hơi và khả năng thu hồi bọt.
4.2.1 Thể tích phòng bốc hơi
W: là lượng hơi bốc lên trong thiết bị, W = W = 5001,449 (kg/h)1
: khối lượng riêng của hơi thứ tại áp suât , Tra bảng I.251[3-314] được (kg/m 3
Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích hơi bốc trên một đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong một đơn vị thời gian), m 3 /m h 3
Cường độ bốc hơi thứ phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch và áp suất hơi thứ. Ở điều kiện áp suất P = 1 at thì Utt(1at) = 1600÷1700 m3/m h 3
Chọn Utt(1at) = 1700 m3/m 3 h là cường độ bốc hơi ở P = 1 at
Khi P ≠ 1 at thì U = f.Utt tt(1at) m3/m 3 h Từ đồ thị hình VI.3 [4-72], ta có: f = 0,95
4.2.2 Chiều cao phòng bốc hơi:
Chiều cao phòng bốc hơi được xác định theo công thức VI.34 [2-72]
V: thể tích không gian hơi, m3
Dtrbb: đường kính trong buồng bốc
Quy chuẩn theo bảng XIII.6 [4-359], chọn Dtrbb=1,4(m)
Tính lại chiều cao buồng bốc:
Vậy chọn chiều cao phòng bốc hơi H=2,57 (m)
4.2.3 Chiều dày phòng bốc hơi
Chọn vật liệu làm thân buồng bốc là thép không gỉ OX21H5T và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn.
Do vật liệu chế tạo của buồng bốc tương tự với buồng đốt nên một số thông số khi tính toán ta lấy giống với buồng đốt.
Bề dày buồng bốc được tính theo công thức XIII.8 [4-360]:
Dtr : Đường kính trong của buồng đốt, Dtr=1,4m φ : Hệ số bền của thân trụ theo phương dọc
C : Giá trị số bổ sung do ăn mòn, do bào mòn và dung sai về chiều dày pb : Áp suất làm việc trong thiết bị (N/m ) 2
Xác định - ứng suất cho phép
Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép không gỉ OX21H5T và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn giáp nối hai bên.
Tra bảng XII.4 [4-309] với thép không gỉ OX21H5T dày 4 – 25 mm ta được :
Giới hạn bền chảy: σ @0.10 (N/m )c 6 2 Ứng suất cho phép của thép của thép không gỉ OX21H5T theo
Giới hạn kéo là : (N/m 2 ) [4-355] nk, n : hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy Tra bảng XIII.3 [4-356] với c thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định được n = 2,6 và n = 1,5.k c η : hệ số điều chỉnh Tra bảng XIII.2 [4-356] ta xác định được η = 0,9
Vậy ứng suất cho phép của vật liệu là: σb = min{[δ ], [δ ]} = [δ ] = 225.10 (N/m )k c k 6 2
Hệ số bền hàn của thanh trụ theo phương dọc, ta chọn hàn bằng tay với D ≥ 700 tr mm, thép OX21H5T Tra bảng XIII.8 [4-362] ta có:
Cách hàn : hàn tay bằng hồ quang điện
Kiểu hàn : hàn giáp mối hai bên
Xác định C: Là tổng các hệ số: hệ số bổ sung do ăn mòn, bảo mòn và dung sai về chiều dày.
C1 : bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C = 1 (mm)1
C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyến động với tốc độ lớn ở trong thiết bị Chọn C = 0 (mm)2
C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu Tra bảng XIII.9 [4-364]
Xác định áp suất làm việc (áp suất trong thiết bị)
Môi trường trong buồng đốt là môi trường khí-lỏng nên áp suất làm việc bằng tổng áp suất hơi (khí) và áp suất thủy tĩnh P của chất lỏngl
Xác định chiều dày buồng bốc
Vì nên bỏ qua P ở mẫu b
Tra bảng XIII.9 [4-364], chọn C = 0,12 (mm) 3
Quy chuẩn theo bảng XIII.9 [4-364] ta đươc S = 2.10 (m) -3
Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử
Trong tất cả mọi trường hợp sau khi đã xác định được chiều dày thiết bị, ta cần kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 [4-365]
P0: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [4-366]
Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [4-358]
Pl: áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [4-360] ρ: khối lượng riêng của dung dịch tại nhiệt độ sôi, kg/m 3
Vậy chiều dày của buồng bốc là S = 0,002 (m) = 2 (mm).
4.2.4 Chiều dày nắp buồng bốc
Cũng như đáy buồng đốt, ta chọn nắp elip có gờ và vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX21H5T.
Chiều dày nắp buồng bốc được xác định theo công thức XIII.47 [4-385]:
Tính một số chi tiết khác
4.3.1 Tính đường kính các ống nối dẫn hơi, dung dịch vào và ra Đường kính ống dẫn dung dịch vào được tính theo công thức VII.74 [4-74]: a Ống dẫn hơi đốt vào Đường kính ống dẫn hơi đốt vào được tính theo công thức: VII.74 [4-74]
Trong đó: ω : vận tốc thích hợp của hơi đốt trong ống ( hơi nước bão hòa) ω ÷40 m/s Chọn ω = 35(m/s)
V: Lưu lượng hơi đốt chảy trong ống,
D: lượng hơi đốt đi vào nồi 1, D = 5551,998 (kg/h)
: khối lượng riêng của hơi đốt tại P = 5 (at) Tra bảng I.251 [3-315], nội suy 1 ra = 2,614 (kg/m³)
Thay vào công thức ta được:
Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được d = 150 (mm)tr1
Kiểm tra lại ω = = = 33,403 (m/s) nằm trong khoảng chọn
Tra bảng XIII.32 [2-434] lấy chiều dài ống L = 120 mm b Ống dẫn dung dịch vào Đường kính ống dẫn dung dịch vào được tính theo công thức:
Trong đó: ω: Là vận tốc thích hợp dung dịch đầu trong ống
Chất lỏng ít nhớt có ω=1÷2 m/s Chọn ω = 2 (m/s)
V: Lưu lượng lỏng chảy trong ống,
G: Lượng dung dịch đầu vào nổi , G = 12600 (kg/h) ρ: Khối lượng riêng của dung dịch đầu ở nhiệt độ T = 118,53°C, x =6% Tra s0 d bảng I.59 [3-37], nội suy có ρ = 1021,450 (kg/)
Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [4-412] ta được d = 50 (mm)tr2
Ta có : ω = = = 1,746 (m/s) nằm trong khoảng chọn.
Tra bảng XIII.32 [2-434] lấy chiều dài ống L = 100 mm c Ống dẫn hơi thứ ra ở nắp buồng bốc Đã tính ở phần buồng bốc d = 0,254 m Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [4-414] ta tr3 được dtr3=0,3m ω = = = 25,031 (m/s) nằm trong khoảng chọn
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 300 mm d Ống dẫn dung dịch ra ở đáy buồng đốt tại d tr4 Đã tính ở phần buồng đốt d = 0,052 m Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [4-414] ta tr4 được d = 70 mmtr4 ω = = = 0,544 (m/s) nằm trong khoảng chọn
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 110 mm e Ống tháo nước ngưng Đường kính ống tháo nước ngưng được tính theo công thức:
Trong đó: ω: Là vận tốc thích hợp nước ngưng trong ống
Chất lỏng ít nhớt có ω=1÷2 m/s Chọn ω = 1,5 (m/s)
V: Lưu lượng lỏng chảy trong ống,
D: Lượng dung dịch đầu vào nổi , D = 5551,998 (kg/h) ρ: Khối lượng riêng của dung dịch đầu ở nhiệt độ T = 114,71°C Tra bảng I.5 s1
Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [4-412] ta được d = 40 (mm)tr5
Ta có : ω = = = 1,746 (m/s) nằm trong khoảng chọn.
Tra bảng XIII.32 [2-434] lấy chiều dài ống L = 100 mm
Tra bảng XIII.26 [4-411], từ đường kính trong và áp suất làm việc thực tế của các ống dẫn ta có các số liệu khác Ống P.10 6
P b 10 6 N/m 2 D tr mm Kích thước nối Kiểu bích
D n D b D 1 D 0 Bu-lông L mm mm mm mm D b mm z cái H mm Ống dẫn hơi đốt vào nồi
0.49 0.6 150 159 260 225 202 M16 8 20 130 Ống dẫn dung dịch vào nồi
0.16 0.3 50 57 140 110 90 M12 4 12 100 Ống dẫn dung dịch ra nồi (dtr3)
0.03 0.3 70 76 160 130 110 M12 4 14 110 Ống dẫn hơi thứ ra nồi
0.15 0.3 300 325 435 395 365 M20 12 22 140 Ống dẫn nước ngưng ra nồi (dtr5)
4.3.2 Tính tai treo và chân đỡ
Tính khối lượng mỗi nồi khi thử thủy lực:
Gnk: khối lượng nồi không, N
Gnd: khối lượng nước được đổ đầy trong nồi, N
Tính G nk Để tính trọng lượng nồi không, ta cần tính khối lượng của các bộ phận chủ yếu sau a Khối lượng đáy buồng đốt và nắp buồng bốc(m1, m2)
Tra bảng XIII.11 [4-384] chiều dày và khối lượng của đáy và nắp elip có gờ – Với đáy buồng đốt:
Dtr = 1000(mm) , S =4 (mm), ta được m = 36 kg1
Do khối lượng ở bảng tra tính với thép cacbon, với thép không gỉ cần nhân thêm hệ số 1,01 nên m = 36.1,01 = 36,36 (kg)1
Dtr = 1400 mm , S = 6 mm, ta được = 106 kg
Do khối lượng ở bảng tra tính với thép cacbon, với thép không gỉ cần nhân thêm hệ số 1,01 nên m = 106.1,01 = 107,062 (kg) b Khối lượng thân thiết bị
Khối lượng thân thiết bị được xác định theo công thức:
Trong đó: ρ: khối lượng riêng của vật liệu Tra bảng XII.7 [4-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ OX21H5T là = 7800 kg/m³
V: thể tích thân buồng đốt, m 3
Dtr: đường kính trong buồng đốt, m
Dn: đường kính ngoài buồng đốt, m
Vậy m = 7800×0,023 = 176,497kg4 c Khối lượng bích ghép lắp nắp, đáy vào thân thiết bị
Trong đó: ρ: khối lượng riêng của vật liệu Tra bảng XII.7 [4-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ OX21H5T là = 7800 kg/m³
V: thể tích thân buồng đốt, m 3 h: chiều cao bích, m
D0: đường kính ngoài thân thiết bị, m db:đường kính bulong, m z: số bulong, cái
– Với bích ghép nối đáy, nắp và thân buồng đốt ( 4 cái ) h = 0,025 m, D = 1,140 m, D = 1,013 m, d = 0,020 m, z = 24 cái0 b
– Với bích ghép nối đáy, nắp và thân buồng bốc ( 2 cái ) h = 0,025 m, D = 1,413 m, D = 1,140 m, d = 0,020 m, z = 320 b
Vậy m = 2.7800.0,007 = 110,90 kg6 d Khối lượng 2 lưới đỡ ống( vỉ ống)
Trong đó: ρ: khối lượng riêng của vật liệu Tra bảng XII.7 [4-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ OX21H5T là = 7800 kg/m³
V: Thể tích của lưới đỡ ống, m 3
S: chiều dày lưới đỡ ống, S = 0,015 m
D: đường kính trong buồng đốt, D = 1 m n: số ống truyền nhiệt, n = 367 ống dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, d = 0,038 m n
Vậy m = 2.0,008.7800 = 132,394 kg7 e Khối lượng các ống truyền nhiệt
Trong đó: ρ: khối lượng riêng của vật liệu Tra bảng XII.7 [4-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ OX21H5T là = 7800 kg/m³ n: số ống truyền nhiệt, n = 367-61 = 306 ống
V: Thể tích của các ống truyền nhiệt, m 3 h: chiều cao ống truyền nhiệt, h = 3 m dtr: đường kính trong của ống truyền nhiệt, d = 0,034mtr dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, d = 0,038 m n
Vậy m = 0,249.7800 = 1618,82 kg8 f Khối lượng ống tuần hoàn
Trong đó: ρ: khối lượng riêng của vật liệu Tra bảng XII.7 [4-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ OX21H5T là = 7800 kg/m³
V: Thể tích của các ống tuần hoàn, m 3 h: chiều cao ống truyền nhiệt, h = 3 m dtr: đường kính trong của ống truyền nhiệt, d = 0,291 mtr dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, d = 0,299 m n
Vậy m = 0,011.7800 = 86,702 kg9 g Khối lượng của phần nón cụt nối buồng đốt và buống bốc
Trong đó: ρ: khối lượng riêng của vật liệu Tra bảng XII.7 [4-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ OX21H5T là = 7800 kg/m³
V: thể tích hình nón cụt, m 3
Dbd: đường kính buồng bốc,
Dn: đường kính buồng đốt h: chiều cao phần nón cụt, chọn h = 0,3(m)
Vng: thể thích ngoài của nón cụt
Vtr: thể tích trong của nón cụt
Vậy tổng khối lượng nồi không:
Thay số vào ta có: G = 26197,465 kgnk
Tính G nd a Thể tích không gian buồng đốt và buồng bốc
Trong đó: hb: chiều cao buồng bốc, h = 2,57 mb hđ: chiều cao buồng đốt, h = 3 mđ hnc: chiều cao nón cụt, h = 0,3 mnc
Dtrbb: đường kính trong buồng bốc, D = 1,4 mtrbb
Dtrbđ: đường kính trong buồng đốt, D = 1 mtrbđ
Dtrnc: đường kính trong trung bình hình nón cụt,
Thay số vào công thức ta có: b Khối lượng nước chứa đầy nồi
Vậy khối lượng nồi khi thử thủy lực:
Chọn tai treo và chân đỡ
Ta chọn số tai treo là 4, khi đó tải trọng 1 tai phải chịu là:
Quy chuẩn theo bảng XIII.36 [4-438] tai treo cho thiết bị đứng ta có G = 1,0.10 N -4 Tải trọng cho phép trên 1 tai treo,
Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10 - 6 (N/m ) 2
L B B1 H S L a d Khối lượn g 1 tai treo, (kg) (mm)
4.3.3 Chọn kính quan sát Ở thiết bị cô đặc ta cần quan sát sự sôi của dung dịch do vậy ta đặt kính quan sát tại buồng bốc với áp suất làm việc là 5 at, vật liệu là thủy tinh dày 15 mm, đường kính ϕ200. Tra bảng XIII.27 [2-414] chọn bích lắp đặt và số bulong:
Kích thước nối Kiểu bích
Bu lông 1 db Z (cái) h (mm)
4.3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt
VI.66 [4-92] Trong đó: an : hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí an=9,3+0,058.tT2 W/m 2 độ tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí vào khoảng 40÷50 o C Chọn t = 45 CT2 o tT1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp thiết bị, có thể lấy tT1=t 1,10 C1 o tkk : nhiệt độ không khí C Tra bảng VII.2 [4-97], chọn địa điểm Hà Nội o ta có t = 23,4 Ckk o λc : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu lớp cách nhiệt là bông thủy tinh, λ = 0,0372 W/m.độ (tra bảng I.126 [3-128])c
Chọn giá trị bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị là 16 mm Các nồi còn lại có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng đốt của nồi 1,nên chiều dày này sẽ đảm bảo sự cách nhiệt cần thiết.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
Tính thiết bị ngưng tụ Baromet
Chọn thiết bị ngưng tụ Baromet (thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao).
Sơ đồ thiết bị ngưng tụ Baromet:
Hơi thứ sau khi đi ra khỏi nồi cô đặc cuối cùng được dẫn vào thiết bị ngưng tụ baromet để thu hồi lượng nước trong hơi, đồng thời tách khí không ngưng dung dịch mang vào hoặc do khe hở của thiết bị Hơi vào thiết bị ngưng tụ đi từ dưới lên, nước lạnh, nước ngưng tụ chảy xuống ống baromet.
Nguyên lí làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là phun nước lạnh vào trong hơi, hơi tỏa nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại Do đó thiết bị ngưng 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 lí 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 tử trên xuống, chảy tràn 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 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 > 11 m [4 – 106] 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 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 ở áp suất chân không.
Các số liệu cần biết:
Lượng hơi thứ ra từ nồi cuối trong hệ thống cô đặc:
W2= 5078,55 (kg/h) Áp suất ở thiết bị ngưng tụ là:
Png= 0,2 (at) Nhiệt độ ngưng tụ:
Tng= 59,7 ( o C) Các thông số vật lý của hơi thứ ra khỏi nồi 2:
5.1.1 Tính lượng nước lạnh G cần thiết để ngưng tụ n
Gn : Lượng nước lạnh cần để ngưng tụ , (kg/h)
Wn : Lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, (kg/h) i : Nhiệt lượng riêng của hơi ngưng tụ, (tra theo P ) Tại P = 0,2 at ,ng ng tra bảng I.251 [3-314] và nội suy ta có: i = 2607000 (J/kg.độ)ng tđ , t : Nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của nước lạnh, Cc o
Cn : Nhiệt dung riêng trung bình của nước (J/kg.độ)
Tra bảng I.147 [1 – 165] và nội suy ta có:
Thay số vào công thức, ta có:
5.1.2 Tính đường kính trong D của thiết bị ngưng tụ tr
Dtr: Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (m) ρh: Khối lượng riêng của hơi ngưng tụ,
Ta bảng [3-314] P = 0,2 (at) => = 0,13 (kg/m )ng h 3 wh: Tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ, chọn W = 35 (m/s)h
Quy chuẩn theo bảng VI.8 [4 - 88] lấy D = 1000(mm)tr
5.1.3 Tính kích thước tấm 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.
Chiều rộng tấm ngăn tính theo công thức:
Với D là đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, D = 1000(mm)tr tr
Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ, ta chọn :
+ Đường kính lỗ là d = 5 mm (nước làm nguội là nước bẩn),lỗ
+ Chiều dày tấm ngăn là δ 4 mm =
+ Chiều cao gờ cạnh tấm ngăn 40mm
5.1.4 Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ bề mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ
Gn: lưu lượng nước, m /s G = 97166,69 (kg/h) 3 n wc là tốc độ của tia nước, lấy w = 0,5442 m/s khi chiều cao của gờ tấmc ngăn là 40 mm
Thay số vào ta có
Lỗ xếp theo hình lục giác đều, bước lỗ được tính theo công thức:
Trong đó: dlỗ: đường kính của lỗ (mm), d = 5 (mm)lỗ
: tỉ số giữa tổng diện tích thiết diện các lỗ với diện tích thiết diện của thiết bị ngưng tụ Chọn = 0,025
5.1.6 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ
Mức độ đun nóng thiết bị ngưng tụ được xác định theo công thức sau:
` Trong đó t là nhiệt độ của hơi bão hòa ngưng tụ t = t = 59,70 (bh bh ng oC)
Quy chuẩn theo bảng VI.7 [4 - 86] lấy = 0,774
Theo bảng VI.7 [4 - 86] ta có:
Khoảng cách giữa các ngăn (mm)
Thời gian rơi qua một bậc (s)
Mức độ đun nóng Đường kính của tia nước
Ta có chiều cao của thiết bị ngưng tụ: H = 8.400 = 3200 (m)
Thực tế, khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó sẽ giảm dần, do đó khoảng cách hợp lý giữa các ngăn cũng nên giảm dần từ dưới lên trên khoảng 50mm cho mỗi ngăn Khi đó chiều cao thực tế của thiết bị ngưng tụ là H’.
Khoảng cách trung bình giữa các ngăn là 400mm.
5.1.7 Tính kích thước đường kính ống Baromet Đường kính ống Baromet được xác định theo công thức VI.57 [2 – 86]:
: tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống Baromet, m/s Lấy = 0,5 m/s
Thay vào công thức ta có
5.1.8 Xác định chiều cao ống Baromet
Chiều cao ống Baromet được xác định theo công thức:
Trong đó: h1: chiều cao cột nước trong ống Baromet, Độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, h2 : chiều cao cột nước trong ống barômet để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống λ: hệ số ma sát khi nước chảy trong ống, được tính theo công thức của Braziut
Cần có chiều cao dự trữ 0,5m để ngăn ngừa nước dâng lên trong ống và chảy tràn vào đường ống dẫn hơi khi áp suất khí quyển tăng.
Thay số vào ta có:
Ta lấy chiều cao của ống Baromet là H = 9 (m).
5.1.9 Tính lượng hơi và khí không ngưng
Theo công thức VI.47 [4-84], lượng không khí cần hút là:
Theo công thức VI.49 [4-84], thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ là:
Với t tính theo công thức cho thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô:kk
Ph: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp lấy theo t kk
Tra bảng I.250 [3-314] và nội suy ta được P = 0,036 (at)h
Tính toán và chọn bơm chân không
Xác định công suất của bơm:
: Chỉ số đa biến; , chọn m= 1,5
: Hiệu suất của bơm ; họn ; c
Tra bảng II.58 [3-513] Chọn bơm PMK - 1, quy chuẩn theo công suất trên trục bơm:
Công suất yêu cầu trên trục bơm Nb, kW
Số vòng quay, vòng/phút
Công suất động cơ điện, kW
Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nóng loại ống chùm ngược chiều dùng hơi nước bão hòa ở 5,00 at, hơi nước đi ngoài ống từ trên xuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên. Ở áp suất 5 (at) t 1,10 ( C) (Tra bảng I.251 [3 – 314]).1 o
Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng (25 C) đi ra ở nhiệt độ sôi o của hỗn hợp đầu (tso = 114,71 oC).
Chọn loại ống thép OX21H5T đường kính trong d = 21 mm, chiều dày S=2mm, tr
L=3 m với khả năng chịu ăn mòn của dung dịch NH4NO 3
F: Lưu lượng hỗn hợp đầu F = 3,50 (kg/s)
Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp C = C = 3934,84 (J/kg.độ) p 0 tF: Nhiệt độ cuối của dung dịch, t = t = 114,71 ( C) F so o tf: Nhiệt độ đầu của dung dịch, lấy bằng nhiệt độ môi trường, t = 25 Cf o
Thay số vào ta có nthiệt lượng trao đổi của dung dịch là:
5.3.2.Hiệu số nhiệt độ hữu ích
Nhiệt độ trung bình giữa 2 lưu thể là:
Nhiệt độ trung bình hơi đốt t 1,10 (1ttb oC)
Nhiệt độ trung bình hỗn hợp t 1,10- 72,18 = 78,92 (2tb oC)
5.3.3 Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ
Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ:
Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa r = 2117.10 (J/kg) 3
: chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt, C o
H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 3m
A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng
5.3.4 Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ q1 = (W/m ) 2
5.3.5 Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy
: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L và đường kính d của ống Đường kính d = 21 mm = 0,021 m và L=3 m
Chuẩn số Pr được xác định theo công thức V.35[2-12]
Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu, C = C 934,84 (J/kg.độ)p 0
: Độ nhớt của dung dịch, xác định theo phương pháp Pavalov. Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là nước
Tra bảng I.107 [3 – 100] ta có: t1 = 10°C và x = 6% ta có 1 �11 = 1,232.10 ( -3 ��/� 2 ) t2 = 20°C và x = 6% ta có μ = 0,968 10 (1 21 −3 �� �/ 2 )
Tại t = 78,92( C) dung dịch có độ nhớt tương ứng với nhiệt độ của nước có cùng 2tb o độ nhớt nên ta có:
Tra bảng I.102 & I.104 [3–94] với θ ,2 31 ℃được = 0,347.10 (Ns/m ) -3 2
Tra bảng I.59 [3–46] và nội suy: x = 6%, t = 82,2 °C ta có = 1021,45 (kg/m ) 3 Nồi 1 x= 6%:
Thay số vào công thức ta được:
Khi chênh lệch nhiệt độ giữa tường và dòng nhỏ thì
5.3.6 Nhiệt tải riêng về phía dung dịch
Sai số nhỏ hơn 6% ta chấp nhận giả thiết
Q: nhiệt lượng trao đổi qtb: nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dịch
Quy chuẩn theo bảng VI.11 [4 – 48]: n 7
Sắp xếp ống theo hình 6 cạnh
Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh
Tổng số ống không kể các ống trong các hình viên phân
Số ống trong các hình viên phân
Tổng số ống trong tất cả các hình viên phân
Tổng số ống thiết Dãy bị
5.3.10 Đường kính trong của thiết bị đun nóng Áp dụng công thức V.50 [4 – 49]:
Trong đó: dn: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn=d+2.δ=0,021+2.0,002=0,025 (m) t: Bước ống Lấy t =1,4.d = 1,4 25 5 (mm)n d: Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh, d = 15
Quy chuẩn theo bảng XIII.6 [2 – 359]: D = 600 (mm)
5.3.11 Tính vận tốc và chia ngăn
G : Lượng dung dịch đầu, G = 3,50 (kg/h)đ đ d: Đường kính của ống truyền nhiệt, d = 0,021 (m) n: Số ống truyền nhiệt, n = 187 (ống) ρ: Khối lượng riêng của dung dịch, ρ = 1021,45 (kg/m³) Thay số ta có:
Vì > 6% nên chia ngăn ở chế độ chảy xoáy
Số ngăn được xác định như sau:
Vậy chọn số ngăn: m= 4 ngăn
