Đồ Án môn học thiết kế hệ thống cô Đặc hai nồi xuôi chiều loại Ống tuần hoàn trung tâm dùng Để cô Đặc dung dịch nacl

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌCNhóm chuyên môn Quá trình – Thiết bị Công nghệ Hóa và Thực phẩm ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều loại ống tuần hoàn

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

Nhóm chuyên môn Quá trình – Thiết bị Công nghệ Hóa và Thực phẩm

Hà Nội 2024

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

NHÓM CHUYÊN MÔN QUÁ

TRÌNH - THIẾT BỊ CÔNG

NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Hỗn hợp đầu vào thiết bị cô đặc ở nhiệt độ sôi

Thiết bị cô đặc loại: Ống tuần hoàn trung tâm

Ống truyền nhiệt dài: 3 m

II Các số liệu ban đầu:

- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: 4 [kg/s]

- Nồng độ đầu của dung dịch: xđ = 5 [% khối lượng]

- Nồng độ cuối của dung dịch: xc = 22 [% khối lượng]

- Áp suất của hơi đốt: p1 = 8 [at]

- Áp suất của hơi ngưng tụ: pnt = 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

3 Tính toán kỹ thuật thiết bị chính

V Cán bộ hướng dẫn: TS Đặng Thị Tuyết Ngân

VI Ngày giao nhiệm vụ: 26/02/2024

VII Ngày phải hoàn thành: 07/06/2024

Phê duyệt của Nhóm chuyên

môn

Ngày tháng năm

Người hướng dẫn

(Họ tên và chữ ký)

Nội dung

I Tổng quan 3

1 Tổng quan về dung dịch NaOH 3

2 Tổng quan về quá trình cô đặc 3

3 Sơ đồ công nghệ 3

II Tính thiết bị chính 5

1 Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: 5

2 Xác định lượng hơi thứ bốc ra mỗi nồi: 5

3 Nồng độ cuối trong dung dịch mỗi nồi: 5

4 Chênh lệch áp suất chung của hệ: 5

5 Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt giữa các nồi: 5

6 Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi 6

7 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi 6

a Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆ i ' ': 6

b Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆ i ': 7

c Tổng tổn thất nhiệt của hệ thống: 8

8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống: 8

a Nhiệt độ sôi dung dịch mỗi nồi: 8

b Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích: 8

9 Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt Di, lượng hơi thứ Wi ở từng nồi: 9

III Tài liệu tham khảo: 12

Thuyết minh sơ đồ:

2 Xác định lượng hơi thứ bốc ra mỗi nồi:

- Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi sau lớn hơn nồi trước → W2>W1

- Giả thiết: W¿, 1

W¿, 2=

11.10 (1)

3 Nồng độ cuối trong dung dịch mỗi nồi:

- Trích công thức từ sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóachất 2

- Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi 1 là:

x1=G đ x đ

G đ−W¿,1=14400

514400−5298.70=7.91, %khối lượng

- Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi 2 là:

5 Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt giữa các nồi:

- Ta có: ∆ p1 là chênh lệch áp suất trong nồi thứ nhất, at

∆ p2 là chênh lệch áp suất trong nồi thứ hai, at

- Giả thiết phân bố hiệu số áp suất hơi đốt giữa các nồi như sau

∆ p1:∆ p2=2.7 :1

Trong đó, T: Nhiệt độ hơi đốt

i: Nhiệt lượng riêngr: Nhiệt hóa hơi

6 Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi

6

2776

7 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi

a Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆ i '':

Trong đó: p i ': Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, at

h1: Chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ốngtruyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch Chọn

h1=0.5 m

H: Chiều cao ống truyền nhiệt, m

ρ dds: Khối lượng riêng của dung dịch sôi, kg

r i ': Ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suấtlàm việc, J/kg

Tra bảng VI.2 [2-67] và nội suy từ x, ta có:

∆=∆ '

+∆ ' '

+∆ ' ''

=6.33+11.22+2.2=19.75℃

8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:

a Nhiệt độ sôi dung dịch mỗi nồi:

Đối với nồi 1: t s ,1=t1'+∆1'+∆1' '=125.26+1.73+1.38=128.36℃

Đối với nồi 2: t s ,2=t2'+∆2'+∆2' '=60.8+4.60+9.84=75.24℃

b Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích:

T1: Nhiệt độ hơi đốt nồi 1, ℃

T ng: Nhiệt độ ngưng tụ tại thiết bị ngưng tụ, ℃

Trong đó, ∆ T i: hiệu số hữu ích từng nồi

Đối với nồi 1: ∆ T1=T1−t s ,1=169.60−128.38=41.24℃

Đối với nồi 2: ∆ T2=T2−t s ,2=124.16−75.24=48.92℃

Bảng tổng hợp số liệu 2:

b Tính nhiệt dung riêng của dung dịch NaOH:

 Đối với dung dịch loãng (nồng độ < 20%):

Trong đó: C ht là nhiệt dung riêng chất hòa tan không có nước,

c Các thông số của nước ngưng:

 Nhiệt độ nước ngưng đi ra khỏi thiết bị bằng nhiệt độ củahơi đốt đi vào:

−C1t s ,1)

0.95(i1−C nc1 θ1)

W2=W−W1

{W1=11127.27(2608596−3460.64 ×75.24 )+14400 (3460.64 ×75.24−3854.85× 128.36)

0.95(2715150−4243.98 ×124.16 )−3854.85 ×128.36+2608596

¿5427.01(kg

h )D= 12600 (3900.93 ×121.74−4018.56 ×118.2)+5198.77 (2709300−3900.93 ×121.74 )

 Kiểm tra sai số:

5198.02

5301.2

10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi

a Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi

Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ốngtruyền nhiệt:

Nồi 1 là: ∆ t1,1=3.86℃

Nồi 2 là: ∆ t1,2=3.76℃

Trong phòng đốt ngoài thẳng đứng (H < 6m) hơi ngưng bênngoài ống, màng nước ngưng chảy dòng nên hệ số cấp nhiệttính theo công thức:

α 1 ,i=2.04 × Ai ×( r i

∆ t 1 ,i × H)0.25m W2độ(10.1)

Trong đó:

H: Chiều cao ống truyền nhiệt, H = 5m

α 1 ,i: Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ở nồi thứ I, W

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

Nhiệt độ màng tính theo công thức: t m ,i=T i−∆ t 1 ,i

α1,2=2.04 × A2×( r2

∆ t1,2× H)0.25=2.04 ×185.49 ×(22170003.76 ×5 )0.25=7012.17 W

m2độ

b Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ

Gọi q 1 ,i: nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ i

 Dung dịch sôi ở chế độ sủi bọt, có đối lưu tự nhiên Hệ sốcấp nhiệt xác định theo công thức:

α 2 ,i=45.3 ×(p i '

)0.5× ∆ t 2 ,i2.33× Ψ i[ W

m2độ] (*) [Hóa công 2-44]

Trong đó: p i: Áp suất hơi thứ ở nồi thứ i

∆ t 2 ,i: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt

- C: Nhiệt dung riêng [kg độ J ]

- λ , ρ , μ ,C tra theo nhiệt độ sôi của dung dịch

 Các thông số của nước:

- Tra bảng I.249 [1-311] và nội suy, ta có:

 Các thông số của dung dịch:

- Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NaOH tính theo công thức[1-123]:

λ dd=A ×C dd × ρ dd√3 ρ dd

M [m độ W ]

+ A: Hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết, A=3.58× 10−8

+ C dd: Nhiệt dung riêng của dung dịch Theo tính toán ở b9, ta có:

C dd ,1=3900.93[kg độ J ];C dd ,2=3495.94[kg độ J ]+ ρ dd: Khối lượng riêngdung dịch NaOH Tra bảng I.23 [1-35] và nội suy ta có:

Nồi 1: t s ,1=121.74℃ và x1=6.81 %KL→ ρdd , 1=1016.58[kg m3]

Nồi 2: t s ,2=84.915℃ và x2=24 %KL → ρdd ,2=1222.58[m kg3]

+ M: Khối lượng mol của dung dịch NaOH và H2O

M=N NaOH × M NaOH+N H2O × M H2O=N NaOH × 40+(1−N NaOH)×18

N NaOH: Phần mol của NaOH trong dung dịch →

(1−0.0681)18

40 +

(1−0.24)18

11 Xác định hệ số truyền nhiệt của từng nồi

- Tính theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích điềukiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau và nhỏ nhất:

K1=q tb, 1

∆ T1=

27879.6029.36 =949.58[m W2độ]

- Lượng nhiệt tiêu tốn:

12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi

−∆ T2|

|31.32−31.385|

31.385 =0.21 %<5 %Vậy ta chấp nhận giả thiết: ∆ p1:∆ p2=2 :1

14 Tính bề mặt truyền nhiệt F

F tính theo phương thức các bề mặt truyền nhiệt các nồi bằngnhau

Theo công thức [2-319], ta có: F i= Q i

K i × ∆ T i¿[m2]Thay số vào công thức trên, ta có:

III Tài liệu tham khảo:

[1] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập

1, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội

[2] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập

2, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội