đồ án cô đặc 2 nồi ngược chiều muối ăn

– Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch làm đậm đặc; – Tách các chất hòa tan ở dạng tinh thể kết tinh; – Tách dung môi ở dạng nguyên chất nước cất; – Lấy nhiệt từ môi trường

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 3

1.1 Tổng quan về sản phẩm 3

1.2 Phương pháp điều chế 4

1.3 Cô đặc 4

1.4 Lựa chọn phương pháp thiết kế - thuyết minh quy trình công nghệ 5

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT, NĂNG LƯỢNG 7

A TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 7

2.1 Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống 7

2.2 Xác định nồng độ cuối mỗi nồi 7

B CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 8

2.3.Xác định áp suất trong mỗi nồi 8

2.4 Xác định nhiệt độ trong các nồi 8

2.5 Xác định các loại tổn thất nhiệt trong các nồi 9

2.6.Cân bằng nhiệt lượng 13

C TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT 16

2.7 Độ nhớt () 16

2.8 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) 17

2.9 Hệ số cấp nhiệt ( ) 18

2.10 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi 21

CHƯƠNG III THIẾT KẾ CHÍNH 24

3.1 Buồng đốt 24

3.2 Buồng bốc 28

3.3 Đường kính các ống dẫn 32

CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ PHỤ 48

4.1 Cân bằng vật liệu 48

4.2.Kích thước thiết bị ngưng tụ 49

4.3.Chọn bơm 55

Chương 5 KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay công nghiệp hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng lớnđến nhiều ngành sản xuất khác Hiện nay, một trong những hóa chất được sản xuất, sử dụngdụng nhiều là NaCl vì khả năng ứng dụng của nó

Trong quy trình sản xuất NaCl, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng Nóđưa dung dịch lên nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sự dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vậnchuyển, tồn trữ, độ tinh khiết cao và tạo điều kiện cho quá trinh kết tinh nếu cần

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều buồngđốt trong ống tuần hoàn ngoài kiểu đứng, cô đặc dung dịch NaCl từ 10% lên 30%

Đối với sinh viên khối ngành công nghệ hóa chất và công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ

án thiết bị là hết sức quan trọng Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâusắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị, vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dầnvới việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của thiết bị với thông số kỹ thuật cụ thể

Tuy nhiên, quá trình thiết bị là môn học khó và kiến thức thực tế của sinh viên cònhạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu sót Vì vậy, em mong nhận được sự đónggóp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các anh chị năm trước để có thể hoàn thành tốt đồ

án này

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP

ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1 Tổng quan về sản phẩm

Một số tính chất hóa lý đặc trưng về sản phẩm:

- Natri clorua còn gọi là muối ăn, muối, muối, là hợp chất hóa học với công thức hóahọcNa Cl Natri clorua tan nhiều trong nước, dung dịch có vị mặn đắng Trong các dungdịch có nồng độ khác nhau thì nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc thay đổi

- Natri clorua (NaCl) tinh thể có cấu trúc lập phương tâm diện Trong các tinh thể củachúng các ion clo lớn hơn được sắp xếp trong khối khép kín lập phương, trong khi các ionnatri nhỏ hơn điền vào lỗ hổng bát diện giữa chúng Mỗi ion được bao bởi 6 ion khác loại

Bảng 1.1: Các tính chất của NaCl

- Khi điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp:

để truyền ven để ngăn sốc do mất máu

- Sản xuất bột giấy và giấy, cố định thuốc nhuộm trong công nghiệp dệt may và sảnxuất vải, trong sản xuất xà phòng và bột giặt

- Là nguyên liệu để sản xuất Clo, là chất cần thiết để sản xuất nhiều vật liệu ngày naynhư PVC và một số thuốc trừ sâu, sản xuất Javen và điều chế HCl trong công nghiệp

- NaCl là nguyên liệu để điều chế Na, Cl2, HCl, NaOH và hầu hết các hợp chất kháccủa natri.

- Dung dịch NaCl còn được sử dụng để sát trùng khi cần thiết

1.2 Phương pháp điều chế

NaCl là hợp chất phổ biến nhất của natri có trong thiên nhiên Nó có trong nước biển(khoảng 3% về khối lượng), nước của các hồ nước mặn và trong khoáng vật halit (muối mỏ).Những mỏ muối lớn có thể có lớp muối dày đến hàng trăm, hàng nghìn mét Vì vậy, người

ta thường khai thác muối ăn từ mỏ bằng phương pháp ngầm, nghĩa là qua các lỗ khoan dùngnước hòa tan muối ngầm dưới đất rồi bơm dung dịch lên để kết tinh muối ăn Người ta còn

cô đặc nước biển bằng cách đun nóng hoặc bằng cách phơi nắng tự nhiên để kết tinh đượcmuối ăn

– Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch (làm đậm đặc);

– Tách các chất hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh);

– Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất);

– Lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái của tác nhân làm lạnh

1.3.2 Đặc điểm của quá trình cô đặc

Từ thể lỏng chuyển thành hơi có thể có hai trạng thái: bay hơi hoặc sôi Khi bay hơinhiệt độ của dung dịch thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất của dung môi trên mặt dung dịch lớnhơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống trên mặt thoáng của dung dịch, nhưng nhỏ hơn

áp suất chung Trạng thái bay hơi có thể xảy ra ở các nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càngtăng khi tốc độ bay hơi càng lớn, còn sự bốc hơi ở trạng thái sôi xảy ra ở cả trong dung dịch(tạo thành bọt) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thoáng, trạng tháisôi chỉ có ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và nồng độ của dung dịch đã cho

sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dungdịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ củadung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tửtrong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp

độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đun nóng một thiết bịngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ Truyền nhiệt trong quá trình cô dặc có thểtrực tiếp hoặc gián tiếp, khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dungdịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để đốt nóng

1.3.3 Các phương pháp cô đặc

- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng

cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian

cô đặc ngắn nhất Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không thực tế

- Cô đặc ở áp suất chân không: dùng cho dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dễ bị phânhủy nhiệt Cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệtthừa của các quá trình khác (hoặc sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc

- Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng yêu cầu,hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nồng

độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới đểcô

liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục Có thể áp dụng điều khển tự động

- Cô đặc nhiều nồi: Nhằm tiết kiệm hơi đốt, có thể cô đặc chân không, cô đặ áp lực hay phốihợp cả hai phương pháp Có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích nâng cao hiệu quả kinh tế

Trên thực tế, trong hệ thống cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở ápsuất lớn hươn áp suất khi quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không

1.3.4 Các thiết bị cô đặc

Người ta thường tiến hành phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:

- Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng

- Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi ( hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói

lò, chất tải nhiệt ở nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất cao…), bằng dòng điện

- Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức…

độ nhớt thấp để quá trình tuần hoàn qua bề mặt truyền nhiệt được dễ dàng Gồm: buồng đốttrong (đồng trục buồng bốc) và buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)

tại bề mặt truyền nhiệt, dùng để cô đặc các dung dịch sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn bề mặttruyền nhiệt Gồm: có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài và có buồng đốt ngoài, ống tuầnhoàn ngoài

- Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm, kiểu màng…

1.4 Lựa chọn phương pháp thiết kế - thuyết minh quy trình công nghệ

1.4.1 Lựa chọn phương án thiết kế

Theo tính chất của nguyên liệu và ưu nhược điểm của các dạng thiết bị nói trên ta chọnloại thiết bị cô đặc hai nồi ngược chiều, phòng đốt trong ống tuần hoàn ngoài

Ưu điểm:

- Dung dịch có nhiệt độ cao nhất sẽ đi vào nồi đầu, ở đây nhiệt độ lớn hơn nên độ nhớtkhông tăng mấy

- Lượng nước bốc hơi ở nồi cuối sẽ nhỏ hơn khi cô đặc xuôi chiều nên lượng nước dùnglàm nước ngưng tụ sẽ nhỏ hơn.

- Dùng được cho các dung dịch với độ nhớt cao, có tính ăn mòn

Nhược điểm:

- Do dung dịch đi từ nơi có áp suất thấp đến nơi có áp suất cao nên không tự chuyểnđược mà phải dùng bơm để vận chuyển dung dịch, làm tăng chi phí

1.4.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Quá trình cô đặc 2 nồi ngược chiều ống tuần hoàn ngoài ở trên là quá trình sử dụng hơithứ thay cho hơi đốt

Dung dịch ban đầu trong thùng chứa được bơm bơm lên thùng cao vị qua van tiết lưuđiều chỉnh lưu lượng dung dịch NaCl qua lưu lượng kế sau đó vào thiết bị đun nóng Tạithiết bị gia nhiệt dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của nồi 2, sau đó được đưa vàobuồng đốt của nồi 2 Tại nồi 2, dung dịch sôi tạo hỗn hợp lỏng hơi và được bốc hơi một phầntại buồng bốc, hơi thứ thoát lên qua thiết bị ngưng tụ được ngưng tụ còn lượng khí khôngngưng còn lại được bơm chân không hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt Sản phẩm

từ nồi 2 được bơm bơm vào nồi 1 để tiếp tục quá trình cô đặc, khi đến nồng độ yêu cầu thìđược đưa ra ngoài vào bể chứa sản phẩm

Ngoài ra, ở các thiết bị gia nhiệt có các hệ thống đưa hơi đốt vào và tháo nước ngưng

ra Hơi nước đi ngoài thành ống cấp nhiệt cho dung dịch NaCl chạy trong ống, hơi đốt vàothiết bị gia nhiệt ở phía trên còn nước ngưng được lấy ra ở phía dưới Trong thiết bị gia nhiệtcòn có đường ống tháo khí không ngưng

Ở nồi 1 hơi đốt được cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt chính là hơi thứ của nồi 1

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT, NĂNG

LƯỢNG

A TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1 Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống

- Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn bộ hệ thống:

Gđ = Gc + W (1) Trong đó: + Gđ , Gc là lượng dung dịch đầu và lượng dung dịch cuối (kg/h)

+ W lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h)

- Viết cho cấu tử phân bố:

10

 ) = 15 %

B CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

2.3.Xác định áp suất trong mỗi nồi

Gọi P1,P2,Pnt: là áp suất của nồi 1,2 và thiết bị ngưng tụ

P1: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2

P2: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ

P: hiệu số áp suất của toàn hệ thống

Giả sử rằng sử dụng hơi đốt để dùng bốc hơi và đun nóng là hơi nước bão hoà

2.4 Xác định nhiệt độ trong các nồi

Gọi: thđ1, thđ2, tnt: là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ (oC)

tht1, tht2: là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1,2 (oC)

Giả sử tổn thất nhiệt độ trên đường ống từ nồi 1 sang nồi 2 là 10C

2.5 Xác định các loại tổn thất nhiệt trong các nồi

2.5.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra (')

Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môinguyên chất Hiệu số của nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thấtnhiệt độ do nồng độ gây ra

Ta có: ' = to

sdd - to sdmnc (ở cùng áp suất)



(CT 3.16, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 3/145)

Trong đó:

Ts: là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất , oK

 'o: tổn thất nhiệt độ do áp suất thường (áp suất khí quyển) gây ra

r : nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất làm việc, J/kg

Tra bảng I.250,STQTTB, T1/312 xác định được nhiệt hóa hơi, ta có bảng sau:

Bảng 2.3

Nồi 1:

 1

2 1

1 1

273

2 , 16 ' '

10 113 , 2220

273 122 , 115 2 , 16 5 , 9

2 2

273

2 , 16 ' '

2.5.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh ( '')

Theo CT VI.12, STQTTB, T2/Trang 60 ta có :

Áp suất thủy tĩnh ở độ sôi trung bình của chất lỏng :

ttb: nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với áp suất ptb, oC

to: nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với áp suất Po, oC

Po: áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch, N/m2

h1: chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt đến

mặt thoáng của dung dịch, m(chọn h1=0,5m cho cả 2 nồi)

h2 : chiều cao ống truyền nhiệt, m Chọn h2=4m cho cả 2 nồi

dds: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3

/ (



(Bảng I.57, STQTTB, T1/45 và sử dụng phương pháp ngoại suy)

= 1,878 atNồi 2: Ứng với x2=15%

ts2=103,11 oC (Bảng I.204, STQTTB, T1/236)

2

1062 )

/ (

=0,911 at

 Để tính to

s của dung dịch NaCl ứng với Ptb ta dùng công thức Baboo:

K P

P t s

Ps: áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất (at)

506 , 1 506

, 1

1

1 1







- Khi: P=Ptb Ps1= 1,878 1,506 = 2,828 at  ts1’= ttb1=131,177 oC(Bảng I.251, STQTTB, T1/ 314)

2.6.Cân bằng nhiệt lượng

2.6.1 Tính nhiệt dung riêng C (J/kg.độ)

- Nếu như x < 20% ta tính C theo công thức I.43, STQTTB, T1/152

C = 4186 (1- x)

- Nếu như x >20% thì C được tính theo công thức I.44, STQTTB, T1/152

C = Cht x + 4186 (1-x)Trong đó Cht : Nhiệt dung riêng của chất hoà tan khan (J/kg độ)

x : Nồng độ chất hòa tan, phần khối lượngTheo I.41, STQTTB, T1/152, có:

Cht M =  Ci ni

Với M : Khối lượng phân tử chất tiến hành cô đặc,

Ci : Nhiệt dung riêng của các đơn chất

ni : Số nguyên tử trong phân tử

- Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu :

2.6.2 Tính nhiệt lượng riêng

I: nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)

i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)

ts(0C)

2.6.3 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

Gọi : D1, D2 :là lượng hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2 (trong đó D1 cần phải tìm) (kg/h) + Gđ, Gc :lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h)

+ W1,W2 :lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1 và nồi 2 (kg/h)

+ Cđ, Cc : nhiệt dung riêng của dung dịch đầu, cuối (J/kg độ)

+ tđ, tc : nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch (0C)

+ I1, I2 : Hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg)

+ i1, i2 : hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg)

+ Cn1,Cn2 :nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg độ)

+ 1 ,  2 : Nhiệt độ của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 (0C)

+ Qtt1, Qtt2 : nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2 (W)

Nhiệt lượng vào:

Nồi 1:

+ Do hơi đốt mang vào : D1.I1

+ Do dung dịch mang vào : (Gđ -W2).C2.ts2

Nồi 2:

+ Do hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi1) : D2.I2=W1.i1

+ Do dung dịch ở nồi 1 mang vào : Gđ.Cđ.tđ

Nhiệt lượng ra:

D2I2+GđCđtđ=W2i2+(Gđ-W2)C2ts2+D2Cn2  2+0,05D2(I2-Cn2  2) (2)

Với: D2=W1 , W=W1+W2

869 , 2665 95 , 0

506 , 99 4 , 3767 10000 506

, 99 1 , 3558 ).

667 , 6666 10000

( 10 896 , 2665 667 , 6666

3

3 1

, 2744 (

95 , 0

067 , 129 1 , 3558 ).

702 , 3226 10000

( 067 , 129 867 , 3196 ).

667 , 6666 10000

( 17110 , 2704 965 ,

% 100 965

, 3439

965 , 3439 334

, 3333

% 100

max

1 1

% 100 334

, 3333

702 , 3226 334

, 3333

% 100

max

2 2

Nồi 1: x1 = Gđ

) W

10



= 30 % Nồi 2 : x2 = Gđ







2 1

2 1



Trong đó :t1, t2 là nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt là  1 ,  2  1 ,  2 nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt là 1 ,  2Nồi 1:

Lấy nước làm chất lỏng tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ là X1= 30%

Chọn t1= 60oC, ta có  1= 0,94 10-3 N.s/m2  1 = 22,923 oC

t2= 80oC, ta có  2= 0,71 10-3 N.s/m2   2= 35,893 oC

Tra 1, 2 dựa vào bảng I.107, STQTTB, T1/100

Tra1, 2 dựa vào bảng I.102, STQTTB, T1/94

893 , 35 923 , 22

80 60

2 1

2 1

542,1

80-129,067

2 2 1

Nồi 2: (tương tự như nồi 1)

Lấy nước làm chất lỏng tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ X2= 14,764 %

Chọn t1=30oC, ta có 1= 1,062.10-3 N.s/m2   1=18,167 oC

t2=40oC, ta có  2= 0,883.10-3 N.s/m2   2=25,522 oC

522 , 25 167 , 18

40 30

2 1

2 1

36,1

80-99,506

2 2

M C

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

Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg.độ)

 : khối lượng riêng (kg/m3)

M: khối lượng mol của chất lỏng

i đ

i dd i

i

M M

M m

2

x1x

3 , 0

5 , 58

3 , 0

147 , 0

5 , 58

147 , 0

Thiết bị cô đặc có khu vực sôi bố trí bên trong ống, phía ngoài ống có một lớp nướcngưng tụ Màng nước ngưng này có ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt Đồng thời sátthành ống phía bên trong có một lớp cặn dung dịch bám vào, lớp cặn này cũng ảnh hưởngđến quá trình truyền nhiệt.

Quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch trong ống dẫn gồm 3 giai đoạn:

- Truyền nhiệt từ hơi đốt đền bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấp nhiệt  1

và nhiệt tải riêng q1(w/m2)

- Dẫn nhiệt qua ống truyền nhiệt có bề dày 

- Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt  2 và nhiệt tảiriêng q2 (w/m2)

Sơ đồ mô tả quá trình truyền nhiệt qua thành ống

2.9.1 Về phía hơi ngưng tụ ( 1)

4

1 1

04 , 2

t H

r A





Với r : ẩn nhiệt ngưng (J/kg)

H : chiều cao ống truyền nhiệt (chọn H=4m)

, 0 401 , 11648

) / ( 401 , 11648 717

, 0 4

10 2135,5.

194,382

04 , 2

2 11

11 11

2 4

3 11

m W t

q

đô m W

) / ( 734 , 8510 7755

, 0 512 , 10974

) / ( 512 , 10974 7755

, 0 4

10 2209,458 185,18.

04 , 2

2 12

12 12

2 4

12

m W t

q

đô m W

565 , 0

2

2 2 2

d n

d n

dd  C 

nhớt của dung dịch

n n n

Trong đó : r1 : nhiệt trở do lớp nước ngưng

r2 : nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống

δ : bề dày ống truyền nhiệt (δ =2mm)

λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiêt

r3 : nhiệt trở qua lớp vật liệu

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 có λ = 50 W/m.độ ( Tra bảng XII.7, STQTTB,T2/313)

Chọn: r1 = 0,375.10-3 m2.độ/W; r3 = 0,39.10-3 m2.độ/W

50

2 10 375 ,

565 , 0 1

10 419 , 0

19710 , 0 049 , 4264

867 , 3196 017

, 936

1173

686

,

0

5 , 0

406 , 7940 904

, 8351

% 100

= 4,927% < 5%Vậy nhiệt tải trung bình là:

155 , 8146 2

406 , 7940 904

, 8351 2

21 11

3 3 2

565 , 0 2

10 508 , 0

10 285 , 0 359 , 4219

1 , 3558 744

, 958

1062

682 ,

0

508 ,

165 , 8953 734

, 8510

% 100

= 4,942% <5%

Vậy nhiệt tải trung bình là:

95 , 8731 2

165 , 8953 734

, 8510 2

22 12

2.10 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi

Xem hệ số truyền nhiệt trong các nồi là như nhau: F1=F2 , khi đó nhiệt độ hữu íchtrong các nồi được tính:

i

Ki Qi Ki

Qi i

t ( ) 2

1

(VI.20,STQTTB,T2/ 68)

Trong đó: thi : nhiệt độ hữu ích trong các nồi

Qi : lượng nhiệt cung cấp

Qi =

3600

. i

i r D

(W/m2)

Di : lượng hơi đốt mỗi nồi

ri : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi

Ki : hệ số truyền nhiệt

2 1

1 1

633 , 589 1242,047

1 10

805 , 0 11656.538 1

1 1

1

1

3 21

Suy ra: 4115 , 599

633 , 589

221 , 2426693

376 , 596 1280,945

1 10

805 , 0 10974,512 1

1 1

1

1

3 22

6 2111238,38

Q K

538 , 4115

Nồi 2:

712 , 7655

133 , 3540

Sai số nhiệt độ hữu ích là:

max 1

1 1

t

t t

.100% =9,553% < 10%

max 2

2 2

t

t t

.100% = 9,996% < 10%

Vậy thực tế bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là:

- Bề mặt truyền nhiệt của nồi 1:

1 , 269 294

, 15 633 , 589

1 2426693,22

Q

- Bề mặt truyền nhiệt của nồi 2:

1 , 269 ,115 596,376.13

6 2111238,38

Như vậy dựa vào F1,F2 ta có thể thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi có diện tích truyền nhiệtbằng nhau và bằng 269,1 m2.

CHƯƠNG III THIẾT KẾ CHÍNH

3.1 Buồng đốt

3.1.1 Tính số ống truyền nhiệt

F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2

f= dnH : Diện tích của một ống truyền nhiệt, m2

dn: Đường kính ngoài của ống đốt, m

Chọn chiều cao của ống truyền nhiệt là h = 4 m

Số ống truyền nhiệt tính theo công thức n = F f =0,057269.3,,114.4 =375,879 ống

Theo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt V.11, STQTTB, T2/48

Chọn n = 397 ống

Chọn cách xếp ống theo hình sáu cạnh

Số hình sáu cạnh là 11

Số ống trong tất cả các viên phân là: b= 23 ống

3.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt

3.1.3 Tính bề dày của thân buồng đốt

Vật liệu dùng để chế tạo buồng đốt thường sử dụng thép chịu nhiệt CT3

Dựa vào công thức XIII.8, STQTTB, T2/360 ta tính được bề dày của thân buồng đốt hìnhtrụ:

  p C

p D

+ Trong trường hợp này ta chọn hệ số bền của thành hình trụ bằng hệ số bền

Chọn φh= 0,95  φ= 0,95+ []: bao gồm ứng suất khi kéo [k] và ứng suất cho phép giới hạn chảy [c]

* Ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền:

   .

b

k k

n

Với:

: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 (Bảng XIII.2,STQTTB,T2/356)

nb: hệ số an toàn theo giới hạn bền, nb= 2,6 (Bảng XIII.3,STQTTB,T2/356)

k: giới hạn bền khi kéo,k = 380.106 (N/m2) (Bảng XII.4,STQTTB,T2/309)

6 , 2

10 380

n

Với:

: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 (Bảng XIII.2,STQTTB,T2/356)

nc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, nc=1,5 (Bảng XIII.3,STQTTB,T2/356)

c: giới hạn chảy,c = 240.106 N/m2 (Bảng XII.4,STQTTB,T2/309)

5 , 1

10 240

C1: đại lượng bổ sung do ăn mòn, C1= 1 mm

C2: đại lượng bổ sung do hao mòn, C2= 0

C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, C3 phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu, C3= 0,8 mm, bảng XIII.9/STQTTB,T2/364

 C= 1 + 0 + 0,8= 1,8 mm = 1,8.10-3 m

Nồi 1:

Áp suất tính toán trong thiết bị là:

P=Phđ1=4.9,81.104 = 392400 N/m2

Vì:  

P

k

.=

392400

10 54 ,

1

95 , 0 10 54 , 131 2

1,8.392400 2

(2

.)

t

C S

P C S

10.8,110.5.(

2

634628,52

)10.8,110.5(8,1)

(2

)(

3 3

3 3

1

1 1

P C S

số của công thức (1)



 

3 6

2

95 , 0 10 54 , 131 2

176383,8

8 , 1 2

10.8,110.4,3.(

2

264575,7

)10.8,110.4,3(8,1)

(2

)(

3 3

3 3

2

2 2

P C S

D t

= 139,842.106 < 200.106 N/m2

Vậy ta có thể chọn bề dày thân buồng đốt của cả 2 nồi là S=5 mm

3.1.4 Tính bề dày đáy buồng đốt

Được tính theo nón có gờ, vật liệu là thép CT3, góc ở đáy 900  =450 và R D / t= 0,15

2

m C y P D S

h u

'.

m C P

P D

y : yếu tố hình dạng đáy, xác định theo đồ thị hình XIII.15, y = 0,98

h: là hệ số bền của mối hàn vòng trên nón, tra bảng XIII.8, STQTTB,T2/362

chọn h= 0,95

d : là đường kính lỗ tâm ở đáy d=0,07 m

D’: là đường kính, m Đối với đáy nón có gờ:

10 380

10 240

C= C1+ C2 +C3 (m)

Với:

C1: đại lượng bổ sung do ăn mòn, C1= 1 mm

C2: đại lượng bổ sung do hao mòn, C2= 0

C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, C3 phụ thuộc vào chiều dày tấmvật liệu, C3= 0,8 mm, bảng XIII.9/STQTTB, T2/364

 C= 1 + 0 + 0,8= 1,8 mm = 1,8.10-3 m

3

95 , 0 10 315 , 1 2

98 , 0 392400

8 ,

Hệ số bền của đáy nón theo phương dọc  = h= 0,95

Vì :  P =

394200

10 315

) 95 , 0 10 315 , 1 ( 45 cos 2

394200

06 , 1 cos

Đại lượng tính theo CT XIII.53 lớn hơn, ta chọn kết quả này

Đại lượng (Sd – C)=2,365 mm < 10 mm nên ta tăng thêm 2 mm so với giá trị C ( STQTTB,T2/386)

Do đó C = (1,8 + 2).10-3 = 3,8.10-3 m

 S = (4,165+ 3,8).10-3 = 7,965.10-3 m

Vậy chọn chiều dày đáy buồng đốt là 8mm (Bảng XIII.11,STQTTB,T2/384)

Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thủy lực bằng CT XIII.55

2 , 1

1 )

( cos 2

P1 tính theo CT XIII.10, STQTTB, T2/360

Với chiều cao đáy nón là 1,012 m (Bảng XIII.21, STQTTB2, T2/394)

Po = 1,5.394200+ 9,81.1173.1,012 = 6,029.105 N/m2

6 8

5 3

0

5

10 2 2 1

10 240 2

, 1 10 139 , 1 95 , 0

1 10 029 , 6 10 ).

8 , 3 8 ( 45

cos

2

10 029 , 6 06

3.2.2 Chiều cao buồng bốc

Thể tích không gian hơi được xác định:

Vkgh: là thể tích không gian hơi, m3

W: là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h

h

 : là khối lượng riêng của hơi thứ, kg/m3

Utt: là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi trong một đơn

vị thời gian, m3/m3 .h

Đại lượng Utt chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

+ Nồng độ dung dịch (d), chưa được xác lập chính xác do đó khi tính một cách gần đúng vớidung dịch đậm đặc, có thể lấy gần đúng: Utt=(1600-1700).f (m3/m3.h)

t

kgh kgh

D

V H

Hkgh=3 , 14 2 , 2 2

523 , 2 4

= 0,828 m

Chọn chiều cao của phần dịch sôi tràn lên phần buồng bốc là 0,44 m

Trong thức tế thường chọn chiều cao của không gian hơi Hkgh không nhỏ hơn 1,5m (STQTTB, T2/73) nên ta chọn chiều cao buồng bốc hai nồi là 1,5 m

3.2.3 Bề dày buồng bốc

2

.

m C P

P D

95 , 0 10 315 , 1 2

1 , 169811

2 ,





Chọn chiều dày buồng bốc là S= 5(mm)

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

Theo CT XIII.26 ST QTTB T2 / Trang 365, ta có:

2

c o t

C S

P C S

Với Po =1,5.Pht1+P1= 1,5.169811,1+0,44.9,81.1173=259779,787(N/m2)

5 1 , 810 0 , 95 85,578.10 200.10 ( / ).

2 , 2

787 , 259779 10

8 , 1 5 2 ,

3

3

m N

819 , 1636





Chọn chiều dày buồng bốc là S= 2(mm)

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

Theo CT XIII.26 ST QTTB T2 / Trang 365, ta có:

2

c o t

C S

P C S

2

7 , 114482

10 8 , 1 2

3

3

m N

m C h

D P k

P D S

b

t h

h: là hệ số bền của mối hàn hướng tâm,chọn h=0,95

k: là hệ số không thứ nguyên được xác định bởi công thức:

6



h k

P 



=735,894>50