Thiết kế thiết bị cô Đặc dung dịch nano3 ba nồi có ống tuần hoàn trung tâm hoạt Động liên tục

Bùi Ngọc Pha Sô liệu ban dau: Năng suât nhập liệu: 1300 kg/h Nông độ nhập liệu: 10%kl Nong d6 san pham: 40%k1 Ap suat ngung ty 0,2 at Các thông sô khác tự chọn Nội dung thực hiện: Mở đầ

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH - THIẾT BỊ

HOAN TRUNG TAM HOAT DONG LIEN TUC

GVHD: TS Bui Ngoc Pha

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Huyền MSSV: 2013349

Thành phố Hà Chí Minh, tháng 8 năm 2023

TRUONG DAI HOC BACH KHOA CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM

KHOA: KY THUAT HOA HOC Đệc lập — Tự do — Hạnh phúc

DO AN THIET KE KTHH

MSMH: CH4007

Ho va tén sinh vién 1: Nguyén Thi Thanh Huyén MSSV: 2013349

Ho va tén sinh vién 2: Nguyén Huy Hoang MSSV: 2013228

Họ tên người hướng dẫn: TS Bùi Ngọc Pha

Sô liệu ban dau:

Năng suât nhập liệu: 1300 kg/h

Nông độ nhập liệu: 10%kl

Nong d6 san pham: 40%k1

Ap suat ngung ty 0,2 at

Các thông sô khác tự chọn

Nội dung thực hiện:

Mở đầu: tông quan vẻ sản phẩm và quá trình (làm chung)

Chọn và thuyết minh qui trình công nghệ (làm chung)

Chọn giải pháp điều khiển cho hệ thống (Nguyễn Huy Hoàng)

Tính cân bang vat chat va nang lượng (làm chung)

Tính toán công nghệ thiết bị chính (Nguyễn Thị Thanh Huyền)

Tinh toán kết câu thiết bị chính (Nguyễn Thị Thanh Huyền)

Tính và chọn thiết bị phụ có trong qui trình (Nguyễn Huy Hoàng)

Kết luận (làm chung)

Tài liệu tham khảo (làm chung)

Bản về: 3 bản A;: 1 bản vẽ Quy trình công nghệ có điều khiển (P&ID) (Nguyễn Huy Hoàng)

1 bản vẽ lắp I thiết bị phụ (Nguyễn Huy Hoàng)

1 bản vẽ lắp thiết bị chính (Nguyễn Thị Thanh Huyền)

1h HCM, ngày 20 tháng 8 năm 2023

MUC LUC CHUONG 1 GIGI THIEU TONG QUAN cccccccscsscscssesessessesesrecuesessvsueaeaveuessesveseeasavennane

1.1 Nhiệm vụ đồ án - 22c E1 ưag 1.2 Giới thiệu về nhiên liệu -:::-222tt2222 E22 run

1.2.1 Tính chất vật lý và tính chất hóa học của NaNO: 2 s2 s sec

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5s 2222 E1 errreerie

2.1 Sơ đỗ quy trình công nghệ - 5 S1 1 E121 211 1 2 1101012 n2 HH 2.2 Thuyết minh quy trình công ngÌhỆ - 5 2s S112 1 E1 1H HH tre

CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG -c:ccccccccevc 3.1 Dữ kiện ban đầu - tt nen

3.2 Cân bằng vật chát - c2 11 11 12111 HH nh 1tr ueg 3.2.1 Tổng lượng hơi thứ W bốc lên -: St s1 SH HE g2 Hy 3.2.2 Lượng hơi thử mỗi ni 5-55 St 1 EE21111E1121111 1171111 1.2111 1H Errryg

3.2.3 Xác định nồng độ cuối của dung dịch trong từng nủi s- 5c ri 3.3 Cân bằng năng lượng 2s n TỰ 1 E1E111 1 1 111 2n 1 11 re yu

3.3.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi ni - 5 S1 1 HE HE Hư

3.3.3 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích giữa các ni 5 c5 1 2 2112121 2ccke 12 3.3.4 Cân bằng nhiệt lượng - St tt 11121121111 112111121111 re 12 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TRUYÊN NHIỆTT 52-1 2S St 12212E1 1111 se 16

4.1 Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp c1 11222211 2H Hường 16

4.2 Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nỒi À 2 TS E211 51151151 HH Hee 16

4.2.1 Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (QI) - - - c2: 2222112111122 1 121115122 16

4.2.2 Nhiệt tải riêng phía tường truyền nhiỆt 5 5 SE E121 1E zterrxe 17

4.2.3 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q¿) 2 1 22 1221122112321 1111511 Hớy 18

4.3 Hé s6 phan b6 nhiệt hữu ích cho các nỒi 5 5c 1 1 E2 2121811212211 tre 21 4.4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F 5s + 1 1E EEE1EE1111 2112111 1.211 ket 21 CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 2-2222 2212221121122711211.21 211.6 23 5.1 Kích thước buồng đốỐt 5 SE 1 1211112112 111 2.2111 1 111tr grrye 23 5.1.1 Xác định số ông truyền nhiỆt - 55 c1 c1 E1 112111217211 12111 1 ray 23 5.1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm - 2 SE E112 tre si 23 5.1.3 Đường kính buồng đốt - S ST 1H 12122121 TH n HH He te gu 24 5.1.4 Kiém tra điện tích truyền nhiỆt - SE E1 E122 11 2211 tre 25

5.2 Kích thước buồng bốc - 5 SE 1121211211212 121121121111 HH gHyk 26

5.2.1 Đường kính buồng bốc - - S1 2 1E11111121121111 22111 121111 26

5.2.2 Chiều cao buồng ĐỐc s1 1E11211112112111211 21111121 nn rêu 27

5.2.3 Tính kích thước các ống của thiết bị cô đặc ST ng ng nen rrey 28

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 5 ss2sz 32 6.1 Tính bền cho thân thiết bị 22 S3 3 31392151 51535151515511111151111111151511111 1E E tr ese 32

6.1.1 Thân buồng đốt - 1 S1 1E 1110212111101 111011112 H rêu 32 6.1.2 Thân buồng bốc s5 s91 1 1211E111111121121111 1212121 111gr rn 38 6.2 Tính bền cho nắp và đáy thiết bị - 5 Sàn HE HH t1 HH re 46 6.2.1 Nắp thiết bị St T2 T11 12211 2H ng ngưng 46 6.2.2 Đáy thiết bị St HH1 HH1 n1 ng gu yg 51 6.3 Tính vỉ ONG ecceccccsccsscscessesessessesessesecsesscsscsreevsessecevsensecsvsevsecevsevsevsvssesevareateeesevevevees 59 6.4 Tinh mat Dich c.cccccccssssesssessssessssessseesssesssvessssessressssssseessseesssvessuesssesseesseseveseeen 61

6.4.1 Mặt bích giữa buồng đốt và buồng bốc - c2 2122 trời 61

6.4.2 Mặt bích giữa buồng đốt và đáy TT HH He Hee 61

6.5 Tính tai treo chân ổỡ - LQ TQ Q1 HH HS 2n SH 2112111111111 kk ng kg TK 2x ket 62

6.5.1 Khối lượng thiết bị - S1 1 111111 1121111 1.2111 1 111g ng 63 6.5.2 Khối lượng dung dịch - - - 211 1112715111111 1212211 E11 re 66 6.5.3 Tổng tải trọng thiết bị 1 E1 1121121211212 11 12111 1 ng eg 67

6.5.4 Tính toán fa1 fT€O - c1 1211111211111 1105111111111 1K KH k kg 15 kh 67

CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ -2s s2 E222 E12 crrtre 68

7.1 Thiết bị ngưng fụ DarOIMGI 2 0 222121211221 111 115 111181110111 1111111111111 111kg 68 7.1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị 01500 8 68

7.1.2 Thê tích không khí và khí không ngưng cân hút ra khỏi thiết bị 68

7.1.3 Các kích thước của thiết bị ngưng tụ Baromet -¿- 2c + c2 s+2 69

7.2 Thiết bị gia nhiệt c1 n1 1121212112111 1211121 11H He HH rung 72 7.2.1 Lượng hơi đốt cần dùng 5 SE 1 EtE 1121211121 1 1t g ng ngu 73 7.2.2 Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị gia nhiỆt S5 1 tr rrxrrez 73

7.2.4 Phần đầu và phần sau - - 5 St T112 1121121211212 1111 ng gen 78 7.2.5 Đường kính các Ống - 5c S 1 E1 1111111110112 2111 2121 111tr rêy 78 7.2.5 Bích 2s 2122122112112 1011121211211 ereu 79

7.3 Tính và chọn bơim - - - c cc c1 0153015011111 kg 11001 1k KT nu 79

7.3.1 Bơm chân không - 2-22 222 921122112711211121112211211221127211 21a 79 7.3.2 Bơm nhập liỆu 2225 221122112211221122112111211121112211211.21122E re 79 KẾT LUẬN 2-22 22222112212211221122112211211121122112111122211212222 1e ru 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 2:25:22: 2222222112221121112112211211121122112111211 e6 83

CHUONG 1 GIOI THIEU TONG QUAN

1.1 Nhiệm vụ đồ án

Thiết kế thiết bị cô đặc dung dich NaNO; co éng tuần hoàn trung tâm

1.2 Giới thiệu về nhiên liệu

1.2.1 Tính chất vật lý và tính chất hóa học của NaNO;

Natri nitrat (NaNO3) là một chất răn trắng hoặc trong suốt với tính chat vật lý và hóa học đặc trưng Tỉnh thé cua NaNO; co cau trúc rắn và có điểm nóng chảy ở khoảng 308 °C Đặc biệt, nó có khả năng hòa tan cao trong nước, với độ hòa tan là 73g/100 ml nude & nhiệt độ 25°C

NaNO; là một chất oxy hóa mạnh Nó có khả năng tác động lên các chất khác để tăng cường quá trình cháy và nó có thê tham gia vào các phản ứng với các chất khác, ví

dụ như phản ứng với axit sulfuric (H2SO,) dé tạo ra axit nitric (HNO:) và muối natri

sulfate (NazSOu) Tuy vậy, nó là một chất ôn định ở điều kiện bình thường và không đễ bị

phân hủy hay phản ứng Ngoài ra, NaNO; cũng có khả năng tương tác với một số kim loại, mặc dù không phản ứng mạnh với chúng

® Phương pháp khử nitrat: NaNOa có thê được điều chế thông qua quá trình khử mitrat từ nước có chứa mitrat Quá trình này thường sử dụng các phương pháp khử

hoá học hoặc vi sinh vật để chuyên đối nitrat thanh dang nito khi, sau đó thu gom

và xu ly nito dé tao ra NaNOs

¢ Phuong phap phản ứng hóa học: Một phương pháp điều chế NaNOa khác là thông qua các phản ứng hóa học, chẳng hạn như phản ứng giữa HNO2: và muối natri hoặc phản ứng giữa muối nitrat và muối natri Quá trình này liên quan đến việc tạo ra phản ứng chuyên hóa để tạo ra NaNO

123 Ứng dụng

NaNO; có nhiều ứng dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau Trong nông nghiệp, NaNO; được sử dụng làm phân bón đề cung cấp nitơ cho cây trồng đến công nghiệp hóa chất và y học Trong công nghiệp thực phẩm, NaNO; được sử dụng làm chất bảo quản trong thực phẩm đề ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn và mốc

để tăng cường tuổi thọ và đồng thời giữ màu sắc tự nhiên của sản phẩm Trong công nghiệp hóa chất, NaNO; cũng được sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất nhiều hợp chất hóa học khác nhau, chăng hạn như HNO¿, thuốc nhuộm, phân tích hóa học và sản xuất sắt thép Ngoài ra, NaNO; là nguyên liệu chính trong công nghiệp chất liệu nô

1.3 Giới thiệu về cô đặc

1.3.1 Định nghĩa

Cô đặc là quá trình loại bỏ một phần dung dịch hoặc chất lỏng không mong muốn từ một hỗn hợp, đề tăng nồng độ của cấu tử nào đó trong dung dịch hai hay nhiều cầu Quá

trỉnh cô đặc thường được thực hiện bằng cách loại bỏ một phân dung dịch hoặc chất lỏng

thông qua việc hơi hoá, sục khi, lọc hoặc các phương pháp khác

1.3.2 Các phương pháp cô đặc

Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng nhiệt, dung môi chuyên từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng dung dịch

Phuong phap lanh: Khi ha thap nhiét d6 dén mire d6 yéu cau nao do thì một cầu tử được tách ra dưới dạng tinh thé don chat tinh khiết, thường là kết tính dung môi để tang

Hiéu suat c6 dac cao Hiệu suat cô đặc thâp

1.3.3 Ứng dụng của cô đặc

Trong ngành thực phẩm, cô đặc được áp dụng đề tạo ra các sản phâm có hàm lượng

chất dinh dưỡng cao hơn, ví dụ như sữa đặc có đường hay sữa đặc có hàm lượng béo cao

hơn; các loại nước trái cây; đường Cô đặc còn được sử dụng trong công nghiệp hóa chất, có thể kẻ đến như cô đặc NaOH, NaNO;, CHC1;, KCIL Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong các lĩnh vực khác như trong công nghiệp môi trường, công nghiệp được phẩm,

ngành hóa học

1.4 Lựa chọn thiết bị cô đặc

Quá trình cô đặc là quá trình giảm thể tích và tăng nồng độ của dung dịch, và nó có

thể được thực hiện trong một hoặc nhiều nồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn Áp suất

trong quá trình cô đặc có thẻ thay đôi tùy theo yêu cầu kỹ thuật, và việc cô đặc có thể

được thực hiện ở áp suất thấp trong thiết bị cô đặc chân không dé tận dụng ưu điểm về sử dụng nhiệt

Quá trình cô đặc nhiều nồi là một phương pháp tiến hành cô đặc dung dich bang cách sử dụng hơi thứ đến từ các nôi trước đó Quá trình này thường diễn ra trong một loạt

các nồi liên tiếp Ở nồi thir nhat, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, sau đó hơi thứ từ

hơi thứ được chuyên hóa thành hơi đốt trong một thiết bị ngưng tụ

Trong quá trình này, dung địch được đưa vào từng nồi theo trình tự từ nồi này sang nồi khác, và qua mỗi nồi, dung địch bốc hơi một phần Nhờ quá trình này, nồng độ của dung địch dan tang lên từ nồi này sang nồi khác

Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nỗi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi Nói cách khác, áp suất trong mỗi nồi phải giảm dần khi tiến đến nồi tiếp theo, bởi vì hơi thứ của nồi trước đó là hơi đốt của nồi sau Thông thường, nồi đầu tiên làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối cùng làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyên

Trong các loại hệ thông cô đặc nhiều nồi thì hệ thông cô đặc nhiều nồi ngược chiều được sử dụng nhiều

Uu điểm

- _ Hiệu quả cô đặc cao: Do dung dịch chảy từ nỗi đầu tiên đến nồi cuối cùng và hơi đốt hoặc hơi thứ đi theo chiều ngược lại, quá trình cô đặc có thê được thực hiện một cách hiệu quả và nhanh chóng

- Điều chính nồng độ đễ dàng: Hệ thống ngược chiều cho phép điều chỉnh nồng độ của dung dịch ở từng nồi riêng biệt, giúp kiểm soát quá trình cô đặc một cách linh

CHUONG 2 QUY TRINH CONG NGHE

2.2 Thuyét minh quy trinh céng nghé

Bat dau voi dung dich NaNO; ban đầu, có nồng độ 10%, được hút từ thùng chứa (12) bởi áp suất âm (trong nỗi cô đặc IIT) vao thiết bị gia nhiệt (9) và diễn ra quá trình đun

sơ bộ, nâng nhiệt độ lên gần nhiệt độ sôi bằng cách sử dụng hơi nước bão hoà

Dung dịch nóng sau đó chuyên vào nồi cô đặc III Trong nồi cô đặc này, một phần của dung dịch NaNO; bốc hơi tại buồng bốc Hơi này được chuyền đến thiết bị ngưng tụ baromet (2) Trong thiết bị ngưng tụ, hơi được ngưng lại từ đưới lên, còn nước làm lạnh

từ trên xuống Khi đó, hơi chuyên thành dạng lỏng và chảy ra theo nước, trong khi một phân hơi và khí không bị ngưng đi tiếp qua thiết bị tách giọt (3), sau đó vào bơm hút chân không (4)

Nước ngưng tụ chảy thành màng mỏng theo chiều từ trên xuống bề mặt ngoài của chùm ống, sau đó được dẫn ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng Sản phâm từ nồi cô đặc III

được đưa vào nồi cô đặc II để tiếp tục giai đoạn cô đặc, sau đó sản phâm từ nồi cô đặc thứ

II được sử dụng như nguyên liệu cô đặc cho nội cô đặc I Quá trình cô đặc tiếp tục cho đến khi nồng độ sản phâm đạt 40% Khi đã đạt được nồng độ này, sản phâm được chuyên

ra ngoài và đồ vào bê chứa (12)

Ở nỗi L, hơi đốt được cung cấp từ bên ngoài, trong khi ở nồi cô đặc II, hơi đốt chính

là hơi thứ từ nồi L Hơi đốt từ nôi cô đặc III là hơi thứ từ nồi cô đặc II Cuối cùng, hơi thứ

từ nồi cô đặc III được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet (2)

CHUONG 3 CAN BANG VAT CHAT VA NANG LUQNG

3.1 Dữ kiện ban đầu

Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều có ông tuần hoản trung tâm với:

© Dung dich NaNO; co noéng độ đầu xạ = 10% và nồng d6 cudi x = 40% (% theo

khối lượng)

© _ Năng suất tinh theo dung dich dau la: Ga= 1300 (kg/h)

e Ap suat ở thiết bị ngưng tụ la: pu = 0,2 (at)

3.2 Cân băng vật chất

3.2.1 Tổng lượng hơi thứ W bốc lên

Theo công thức VLI/55 [2]:

w=G,|1—*“|=1300|1—10 |~e7s(#g › x 40% h

3.2.2 Lượng hơi thứ mỗi nỗi

Theo công thức 5.29/297 [3], giả sử tỉ lệ hơi thứ giữa các nồi W¡, Wova Ws la

3.2.3 Xác định nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi

Theo công thức VI.2a, VI.2b, VI.2c/57 [2] ta có:

- Nông độ dung dịch ra khỏi nôi l:

Như vậy, x.= x¡ phù hợp với đề bài

3.3 Cân bằng năng lượng

3.3.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nỗi

Gọi: T¡, Ta, T› và T„ là nhiệt độ hơi đốt đi vào nôi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ

T7, T¿' và T; là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2 và 3

Py, Po, P3 va Pa la ap suất hơi đốt nôi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ

P,', P¿ và P¿' là áp suất hơi thứ ra khỏi nỗi 1, 2 và 3

Áp suất ở thiết bị ngưng tụ là: P„ = 0,2 (at) Ứng với áp suất này, nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ là T„ = 59,7°C (Bảng I.251 trang 314 [T])

Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối bằng nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ cộng thêm l°C:

T;’= 59,7 + 1 = 60,7 (°C) Tại nhiệt độ trên, áp suất hơi thứ trong nồi 3 là P;' = 0,21 (at) (Bảng L250/312[1])

Áp suất tuyệt đối hơi đốt bão hòa vào nồi 1 là: Pị = 3,5 (at)

Hiệu số áp suất của hệ thống cô đặc là: A P=P,— P„ =3,5— 0,21=3,3 at)

APISP OP, P,=1,4(at)

Ta có | AP,=P,—P, với Pi=3,5|at);P„=0,2(at) — p ha 56 ( Q

Áp | Nhiệt | Áp | Nhiệđội Áp Nhiệt | Áp | Nhiệt

3.3.2 Xác định tôn thất nhiệt trong các noi

3.3.2.1 Tôn thất nhiệt do nông độ (A)

Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch bao giờ cũng lớn hơn độ sôi của

dung môi nguyên chất

Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là ton

thất nhiệt độ sôi do nồng độ:

TS?

Theo công thức VL 10 và VI.11/59 [2|]: A =ƒ x A, với ƒ=16,2 x a

Trong do:

Team: nhiét d6 s6i của dung môi nguyên chất (K)

r: nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (J/kg) (Bảng I.251/314 [T])

A; tổn thất nhiệt độ theo nồng độ ở áp suất thường (°C) (Bảng VL2/61 [2]).

Chọn chiều cao ống truyền nhiệt h, = 1,5 (m)

Chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng h, theo công thức 2.20/118 [4]

H„=[0,26+0,0014 (pa¡— pa„) |h„(m)

Áp suất ở lớp chất lỏng trung bình P„ theo công thức 2.19/118 [4]

0,5.g A, Pan (at) P,=P+

oe 9/81.10

VớI aa: Khối lượng riêng của dung dịch không ké bot hơi, tra bang

1.59/45 [1] theo nong d6 6 20°C (kg/m’)

Pun: Khéi lượng riêng của dung dịch sôi (0„= 0.5 06 (kg/m))

Đàm : Khối lượng riêng của dung môi tại nhiệt độ sôi, tra bảng I.5/11 [1]

theo nhiệt độ hơi thứ (kg/m))

Po: Áp suất ở mặt thoáng cua dung dich (at)

g=9,81: Gia tốc trọng trường (m⁄3?)

Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh được tính bằng công thức: A''=T»~ T tu

Bang 2 Ton thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh giữa các nỗi

Dung dịch Noi 1 (40%) Nồi 2 (18,67%) Nồi 3 (12,75%)

3.3.2.3 Tôn thất nhiệt do trở lực trên đường Ống (A``)

Chọn tôn thất nhiệt độ trên đường ống của mỗi nồi là 1°C

® Nồil:A ;,=1°C

*® Nồi2:A ”,=1°C

© N6i3: A ;=1°C

Vay tong ton that do toàn bộ đường ống là: XA”=A ,+A ”,+A”›=3°C

3.3.2.4 Tôn thất nhiệt cho toàn hệ thống

Tổng tôn thất nhiệt cả hệ thong: >) A=) A+) A+ A =16,63'C

Tổn thất nhiệt độ trên từng thiết bị:

e© Nội 1: >) A,=7,22+0,76+ 1=8,98°C

© Noi 1: >) A,=2,16+0,93+1=4,09°C

© Noi l: > Aj=1,16+1,441=3,56°C

3.3.3 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích giữa các noi

3.3.3.1 Hiéu sé nhiét độ hữu ích

Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn hệ thống tính theo céng thtre VI.17/67 [2]:

2À; Ati=tau— 3) A=T,—T„— È) A=137,9—59,7—16,63= 61,57 (SC) 3.3.3.2 Nhiệt độ sôi dung dịch từng nỗi

t,=T,—Ät,/=137,9—20,523=117,377 | °C) t,=T,—At,,=108,7 —20,523=88,177| °C) t;=T;,—ÃÄï†,;=83,6—20,523= 63,077|°C,

Nhiệt độ sôi của dung dịch trước khi nào nồi cô đặc thứ 3

tạ=Tw„a+As=T;+A; =60,7+1,16=61,86(°C) Chênh lệch nhiệt độ hữu ích giữa các nồi

Nhiệt sôi của dung dịch mỗi nội:

tuy sap)=,+A +A +A “Ty +Ä +Á_

Bảng 3 Nhiệt độ sôi dụng dịch từng noi

Nhiệt độ sôi dung địch thực tế, fsaap,+a) (°C) 117,68 87,7 63,26

3.3.4 Cân bằng nhiệt lượng

3.3.4.1 Nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nỗi

Tính nhiệt dung riêng của NaNO; theo công thức [.41/152[1]:

M.C,,=Nygq: Cyg ty Cytny- Cy

Với M: Khối lượng phân tử NaNO;

Cru: Nhiệt dung riéng cua NaNO;

Dna, Dn, No: Số nguyên tử Na, N, O trong hợp chất NaNO;

Cnạ, Cx, Co: — Nhiệt dung riêng của các nguyên tổ Na, N, O

Tra bảng L 141/152 [T] ta có:

© Cya= 26000 (J/kg °C):

J o%- C=4186 x {1—

> 20%: = —x\(—#

x 6 C=C,,* X+4186 x (1 xế K)

Bảng 4 Nhiệt dung riêng của dung dich nhập liệu và đầu ra các nồi

Nhập liệu | Đầu ra nồi | Đầu ra nồi | Dau ra noi

Gia sử độ âm của hơi đốt ø=0, bỏ qua nhiệt cô đặc của quá trình (Q.a= 0) và chọn nhiệt tồn thất ra môi trường xung quanh là 5%

Nồi I: Di¿|1—g+|Gạ~ W¿~W;|C„t,=W,i¡*|Gạ— W |C,t,+DC„„¡8,+Q„ (1)

Nồi 2: W,i,+(Gg—W,| Cs t,=W i, +|Gy—W)— Wa} Catt W C98) + Quy (2)

Với | Ga Lưu lượng dung dịch nhập liệu ban dau (kg/h)

W, Wi, Wo, W3 Hơi thứ của cả hệ thông và của các noi (kg/h)

D Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống (kg/h)

la, i1, lo, 13 Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ các nôi (J/kg) (Bảng

250/312 [1])

I.147/165 và I.148/166 [T])

81, O2, 03 Nhiệt độ nước ngưng tại buông đôt của các nôi (°C)

Chọn nước ngưng ở trạng thái lỏng, ta có:

Tạ, Tì, T2, T3 An nhiệt hoa hoi (J/kg), (1.250/312 [1] theo nhiệt độ hơi

dot dau vao và hơi thứ các nối)

Nhiệt dung riéng C; (J/kg°C) 3767,4 2993.48 3404,474 3652,285

Nhiệt dụng riêng của nước

Ham nhiét i;* 10° (J/kg) 2609,588 2737,06 2695,2 2651,65

Ấn nhiệt hóa hoi 1;* 10? (J/kg) 2156,3 2234,84 2298,04 2355,26

Hot thir W; theo CBNL (kg/h) 389,97 316,47 268,55

7oW = 100 268,55 %<5% (thoa man)

Vậy lượng hơi thứ thực tế ở các nồi là: W¡ = 389,9743 (kg/h), W2 = 316,4729 (kg/h)

va W; = 268,5526 (kg/h)

Lượng hơi đốt tiêu ton chung cua ca hệ thong 1a D = 504,88 (kg/h)

CHUONG 4 TINH TOAN TRUYEN NHIET

4.1 Nhiệt lượng do bơi đốt cung cấp

Nồi 2: Q,=W¡.r,= a -2237640= 242392,4(W)

Với rạ, rụ, r; là ân nhiệt hóa hơi (ngưng tụ) của hơi đốt ở nỗi l, 2, 3 (1/kg) (bang 1.250/312 [1])

4.2 Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi

4.2.1 Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (4i)

Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng được tính theo công thức V.101/28 [2]:

y= 2,04 ad AT,,,.HW/™ C) Trong đó,

r: ân nhiệt ngưng tụ (J/kg), tra bảng I.250/312 [1] theo nhiệt độ hơi đốt

H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 1,5 (m)

A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng (t„), tra bảng trang 29 [2] theo tm,

t„=0,5

t„ +T,,) AT,¿=T,—t, hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt vách tiếp xúc với

hoi ngung (°C)

Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng: q,¡=ứ,,AT,¡(W 0m?)

Tra bảng và tính toán, ta được bảng sau

Bảng 6 Các thông số tính toán nhiệt tải phía hơi ngưng tụ (qi)

Nhiệt độ hơi đốt T: (°C) 137,9 108,7 83,6

Nhiét d6 vach ngoai éngty,, (°C) 136,545 107,26 82,26

Nhiệt độ màng nước ngưng t„ (°C) 137,2225 107,98 82,93

Hệ số cấp nhiệt ứ,,(W /mỶ ®C) 12646,845 | 11883,4803 | 11374,4012 Nhiệt tải riêng q,;(W/m.°C) 17136475 | 17112,2116 | 15241,6976

r¡: nhiệt trở do lớp nước ngưng (m”.°C/W)

ra: nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống (m?.°C/W)

õ: bề đày ống truyền nhiệt (ỗ = 2mm)

+: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt (W/m.°C)

r;: nhiệt trở qua lớp vật liệu (m”.°C/W)

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là XI8HI0T có 2A = 16,3 (W/m.°C) (tra bảng XII.7/313 [2])

Chọn: r¡ = 0,2320.103(m7.°C/W):r:= 0,3870.107(m.°C/W) (tra bảng V.1/4 [2])

-3, 2.107

=0,232.10 7

5_r=0,232.10 + 63

3 +0,387.10 °=7,424.10°*(m* °C/W)

Do quá trình cô đặc liên tục, sự truyền nhiệt diễn ra ổn định nên qi=q=dq

At w=: » r(°C) Tra bang và tính toán, ta được bảng sau

Bảng 7 Chênh lệch nhiệt độ

Noi 1 Nồi 2 Nồi 3

Chênh lệch nhiệt độ 2 vách A†,¡;;(°C) 12,7101 12,6921 11,3048 Nhiệt độ vách trong ông tu = Đụ Â tii(°C) 123,8349 94,5679 70,9552 Nhiét d6 sd1 Ty CC) 117,6804 | 87,6935 63,2642

at, tal’ co giữa vách và dòng lỏng sôi 6.1545 6.8743 7.691

4.2.3 Nhiệt tái riêng phía dung dịch (q›)

Hệ số cấp nhiệt của dung dich được tính theo công thức VIL27/71 [2]:

0,435 (W/m °C) 0,565 2

Cadi

C Hai | Haa| ¡ Padli)

p: áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng, (N/m?)

Àaa›Ðaa›Caa› Hạ¿: lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng

và độ nhớt của dung dịch

À„›Ða› Cạ, Hạ: lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối long riéng, nhiét dung riéng va

độ nhớt của nước, tra bảng L.149/31T [H]

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được tính theo công thức [.32/123 [1]:

Au=A.C,.p-| E(w In?)

Trong do:

A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng Đối với chất lỏng liên kết

(nước) thì A = 3,85.108

C;: nhiệt dung riêng đăng áp của chất lỏng, (J/kg.°C), (C; = Ca)

M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng, ở đây hỗn hợp là NaNO; va H,0

Tra bảng và tính toán, ta được bảng sau

Bảng 8 Các thông số tính toán nhiệt tải phía dung dịch sôi

Hệ số dẫn nhiệt dung địch À¿ (W/m.°C) 0.5206 0.5207 0.5386

Nhiệt dung riêng của nước Cụ (J/kg.°C) 4232.61 4202,36 4183,00

Khối lượng riêng của nướcØ„¡› (kg4m`) 951,222 968,856 982,822

Hệ số dẫn nhiệt của nướcÀ„¡;(W/m.°C) 0,68394 0,67776 0,65956

Hệ số cấp nhiệt của nước đ„;(W/m?.°C) 3772,52 3087,3932 | 2413,1372

Hé s6 cap nhiét phia d 5 Due Pages™ dich a "| -9805,247 | 25147605 | 2092,6685

(W/m°.°C)

Nhiệt tải riêng phía dung dịch q;(W/m)) | 17264,8918 | 17287,3359 | 16094,7602 Nhiệt tải riêng trung bình q„(W/m?) 17200,6834 | 17199,7738 | 15668,2289 4.2.4 Kiém tra lai giả thiét khi chon At,

Bảng 9 Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi

4.3 Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi

Xem hệ số truyền nhiệt trong các nội là như nhau: F¡ = F;= F¿, khi đó nhiệt độ hữu ích trong các nồi được tính theo công thức VI.20/68 [2]:

Trong do:

A ti); nhiét độ hữu ích của toàn hệ thông (°C)

Q¿: lượng nhiệt cung cấp (W/m?)

Vay két quả hiệu số nhiệt độ hữu ích các nộồi thỏa mãn

4.4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F

Như vậy dựa vào Fì, Fo, F3 ta co thể thiết kế hệ thông cô đặc 3 nồi có điện tích

truyền nhiệt bằng nhau và bằng 14,8957(m?)

Vậy ta chọn điện tích bề mặt truyền nhiệt của cả 3 nồi là 25 m)

5.1 Kich thuéc buồng đốt

CHUONG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

5.1.1 Xác định số Ống truyền nhiệt

Chọn loại ống truyền nhiệt có đường kính 29 x 2 (mm) (bảng VI.6/80 [2])

Đường kính trong của ống truyền nhiệt: d, = 25 (mm)

Chọn chiều cao của ống truyền nhiệt: h = 1,5 (m)

SO ong truyén nhiét: 2= dh.m ~ 0,025.1,5.3,14 25 =212,31 (ống)

Bang V.11/48 [2], ta chon số ống n = 241 ống và bố trí ông theo hình lục giác đều

Số Số ống Tổng Số ống trong các hình viên Tông số Tông số

sáu đường | không Dãy Dãy Dãy trong | thiết bị

5.1.2 Đường kính Ống tuần hoàn trung tâm

4.5

Dạ= “(m) Diện tích tiết điện ngang của ông tuần hoàn trung tâm:

m.d>.n _ 9 2 1.0,0257.241 S„=0,3 3 S,=0,3 0,3

4.5 + Dy= ¬ = | 40.0276, =0,213(m)

Đường kính ống tuần hoàn phải thoả điều kiện theo công thức 5.12/275 [4]:

=0,0355(mˆ)

Dir :

a 10=¿ D„>250 (mm) Chọn D„„;¿ = 0,325 (m) = 325 (mm) và bề dày ống 2 (mm) (trang 274/[4])

d,: duong kinh ngoai éng truyén nhiét, d, = 0,029 (m)

ơ: góc ở đỉnh của tam giác đều (do xếp hình lục giác đều), ơ = 60°

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, F = 25 (m?)

ự: hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ÿ=0,7—0,9 Chọn =0,8

L: chiều đài ống truyền nhiệt, L = 1,5 (m)

Dzyuy= 0,325+2.0,002=0,329 (m) đường kính ngoài ống tuần hoàn trung tâm

5.1.4 Kiém tra dién tich truyén nhiét

Phan bố éng truyén nhiét theo hinh luc giac déu theo bảng V.11/48 [2] như sau:

Số ống truyền nhiệt được thay thế là: 37 ống (V.139/48 [2])

Số ống truyền nhiệt còn lại là: n’ = 241 — 37 = 204 ong

Dién tich bé mat truyén nhiệt còn lại là:

W:: lượng hơi thứ nỗi thir i (kg/h)

puị: khối lượng riêng hơi thứ (kg/m))

Vv Kany sae À Ạ G/yj=—— E2 (m/s)

Tôc độ hơi thứ trong buông bôc: LÊN ĐI

4

Chuan so Reynold: ®;= “he

Trong đó:

đ: đường kính giọt lỏng, d = 0,0003 (m), trang 276 [4|

u: độ nhớt động lực của hơi thứ nồi thử ¡, tra bảng 58/48 [4] theo nhiệt độ hơi thứ

puo: khối lượng riêng hơi thứ nôi thir i, kg/m’, tra bang 1.251/314 [1] theo áp suất

hơi thứ

d: đường kính giọt lỏng, d = 0,0003 (m), trang 276 [4]

g: gia tốc trọng trường, ø = 9,81 (m/§?)

Theo trang 276 [4]: @,/¡<[70— 80%] ø,¡;

Tra bảng và tính toán, ta được bảng sau

Bảng 11 Tính toán đường kính buồng bốc

Khối lượng riêng hơi thir P;, 5) (kg/m)) 0,7734 0.3477 0,1342

Chuan sé Reynold Re; 2.2652 2,0499 1,9333

Khối lượng riêng giọt lỏng Ø;„;(kg/m°) 951,222 968,856 982,822

Van toc lang ®{m/s) 0,6525 0,9533 1,5186

Vậy đường kính buồng bốc: Ð,= Ð, =D, =1,2(m)

5.2.2 Chiéu cao buong bắc

Ap dụng công thức VL33/72 [3]: U¿=f.U„¡„; (mÌmÌh)

Trong đó:

z(„;: Cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi p = | (at)

W¡ là lượng hơi thứ của ba nỗi (kg/s)

P,¡¡ là khối lượng riêng của hơi thứ trong buồng bốc các nỗi (kg/m’)

Bang 12 Các giá trị tính toán

Khối lượng riêng hơi thir P;,;| (kg/m*) 0,7734 0,3477 0,1342

Chọn chiều cao buồng bốc cho cả 3 nội: H,= 1,5 (m)

5.2.3 Tính kích thước các ống của thiết bị cô đặc

Đường kính các ông được tính một cách tổng quát theo công thức VIL41/24 [2]:

Tra bang XIII.32 trang 434 [3] suy ra chiều dài đoạn ông nối

Trong đó,

G là lưu lượng khối lượng lỏng hoặc hơi đi trong ống dẫn (kg/s)

œ là tốc độ lỏng hoặc hơi đi trong ông dẫn (m/s) (chọn theo trang 74 [2])

p là khôi lượng riêng của lỏng hoặc hơi đi trong ông dẫn (kg/m))

Bảng 13 Dường kính các ống

Dựa vào bảng XIII.26/409 [2] (cách lắp kiêu 1) Ta được:

Ong dan hoi thir

Ông tháo nước 06 | 20 |25 | 90 | 65 | 50 | MIO 14

ngưng

Ông dẫn khí 06 | 20 |25 | 90 | 65 | 50 | MIO 14

6.1 T

6.1.1

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ

ính bền cho thân thiết bi

Thân buông đốt

6.1.1.1 Xác định bê dày thân buông đốt

Buông đốt có đường kính trong D„ = 800 (mm), chiều cao Hụa = 1500 (mm) Chọn vật liệu thép không gi X1§HI0T có bọc lớp cách nhiệt làm thân buồng đốt =

Nhiệt độ hơi đốt: t = ạ= 137,9°C P,=P,+P=P,+pạ¿ g.H(1—1/10{6])

¬ P„=|3,5— 1].0,0980665+1317,50 9,81 1,5 10

¿0,261¿¿

T,=137,9+20 =159,7 °C (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 9 [6]) Các thông sô cân tra và chọn:

[6])

@n | Hệ sô bên môi hàn Chọn chê độ hàn tự động dưới lớp

thuộc, hàn giáp môi 2 phía, với D, = 800 (mm) > 700 (mm) — q„= 0,95

Ug _ 131,45

pooh 0,264 ˆ

Ta co: 0,95= 471,66>25 (trang 95 [6])

Bè dày tối thiêu của thân buồng đốt tính theo công thức 5-3/96 [6]:

Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán (mm)

C được tính theo công thức I-10/20 [6]:

C =Œ,+ Cy + C, + C¿ (mm) Chọn hệ số ăn mòn hoá học là C; = 1 (mm) (thời gian làm việc 10 năm) Vật liệu

được xem là bền cơ học nên Cụ = C, = 0

Chọn hệ số bố sung do dung sai cua chiéu day: Co = 0,12 (mm) (bang XIII.9/364

Nhiệt độ hơi đốt: t = ạ= 108,7°C Thông số tính toán: P„=P,+P„=P,+p„.g.H (1-1/10 [6])

¬ P„=|1,4—1).0,0980665+1132,56.9,81 1,5.10°

¿0,05589¿¿

Tụ = 108,7 + 20 = 128,7°C (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 9 [6]) Các thông sô cân tra và chọn:

@, _ | Hệ sô bên mỗi hàn Chọn chế độ hàn tự động dưới lớp

thuộc, hàn giáp môi 2 phía, với D, = 800mm > 700mm -› „= 0,95

Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán (mm)

C được tính theo công thức I-10/20 [6]:

C=C,+C,+C.+C, (mm) Chọn hé sé an mon hoa hoc la C, = 1 (mm) (thdi gian lam viée 10 nam) Vat liéu

duoc xem 1a bén co hoc nén C, = C, = 0

[2])

Chọn hệ số bố sung do dung sai cua chiéu day: Co = 0,12 (mm) (bang XIII.9/364