Công nghệ cô đặc Nacl

Công nghệ cô đặc Nacl

MỤC LỤC

Chương I: Giới thiệu tổng quan

Chương II : Thiết kế thiết bị chính

B Tính thiết kế thiết bị chính

Chương III :Tính chi tiết thiết bị phụ

Lời nói đầu

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là Natri Clorua (NaCl) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.NaCl tinh khiết được sử dụng nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều trong ngành y tế dưới dạng dịch truyền.đ

Nhiệm vu cụ thể của đồ án môn học là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chùm

Đồ án gồm 4 chương :

• Chương II :Thiết kế thiết bị chính

• Chương III :Thiết kế các chi tiết phụ

• Chương IV: Tính toán giá thành thiết bị

Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại toàn bộ các kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học Ngoài ra đây còn là dịp mà sinh viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chi tiết của một thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế

Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn Nghệ , và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bị khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí trường Đại học Bách khoa thành phố Hố Chí Minh Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Nghệ và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

I NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN

Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 27%, năng suất 1200kg/mẻ, sử dụng ống chùm

II TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM:

1 Nguyên liệu :

- NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành ion

- Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày

- Khối lượng riêng dd 10% là 1073 (kg/m3)

- Độ nhớt là 1,07 *10-3 (Ns/m2) ở 200C (dung dịch 10%)

- Độ hòa tan ở 60oC là 27,1% ,ở 20oC là 26,3%

- Nguyên liệu đem đi cô đặc là dd NaCl 10% với dung môi là nước

2 Sản Phẩm:

• Khi kết thúc quá trình cô đặc ,dung dịch ở nhiệt độ từ 75-80oC ,khi đó độ hòa tan của dung dịch khoảng 27,5% Nhưng độ hòa tan cuả dung dịch ở nhiệt độ thường chừng 26,3%.Vì vậy ,quá trình cô đặc NaCl này là để tạo dung dịch bão hòa ,và khi làm nguội thì sẽ có NaCl tinh thể kết tinh Trong khi các muối tạp chất khác như MgCl2 hay CaCl2lại tan ở nhiệt độ thường ,vì vậy quá trình này có thể được sử dụng vừa thu dung dịch muối bão hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ Muối tinh khiết thường được sử dụng trong thực phẩm và y tế

3.Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:

Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi:

Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt

Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi

Yêu cầu chất lượng sản phẩm :

Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu

Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.

III CÔ ĐẶC:

1 Định nghĩa

Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi

2 Các phương pháp cô đặc:

Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh

3 Phân loại và ứng dụng

a Theo cấu tạo

• Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:

- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài

- Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc)

• Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồm:

- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

• Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:

- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ

- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt

và bọt dễ vỡ.

b Theo phương pháp thực hiện quá trình

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 là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao

Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục

Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế

Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy

4 Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn

• Ưu điểm

- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi

- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng

- Thao tác dễ dàng

- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau

- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch

- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

• Nhược điểm

- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian

- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác

- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị

IV QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 Thuyết minh quy trình công nghệ

- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,7 at

- Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 10% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc bằng bơm ly tâm Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 20 phút đến khi nhập đủ 3240

kg thì ngừng

- Khi đã nhập liệu đủ 3240 kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn Dung dịch chảy trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt) Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt Hơi thứ được dẫn qua thiết bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài

- Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 27% (sau thời gian cô đặc đã tính: 121,3 phút) thì ngưng cấp hơi Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu

2 Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ

a Bơm

Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không

dòng Bánh guồng được gắn trên trục truyền động Ống hút và ống đẩy

Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dịch NaCl từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc

+ Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc

b Thiết bị cô đặc

Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc và buồng đốt Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn

Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ Ống tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bị

c Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị ngưng tụ trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet) Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng thiết bị Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần máy bơm.

d Thiết bị tách lỏng

Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không

e Các thiết bị phụ trợ khác

- Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van

CHƯƠNG II THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

A CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

I CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Các số liệu ban đầu:

- Nhiệt độ đầu 25oC, nồng độ đầu 10%

• Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at

• Aùp suất ngưng tụ: Pck = 0,7 at

Cô đặc gián đoạn với năng suất 1200 kg/mẻ

1 Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ

Khối lượng riêng, kg/m 3 1073 1110 1150 1205

2 Cân bằng vật chất cho các giai đoạn

G đ= Gc + W

Gđ.xđ = Gc.xc

Trong đó

Gđ , Gc : lượng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (kg)

xđ , xc : nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn

Gđ.xđ, Gc.xc: khối lượng NaCl trong dung dịch (kg)

1,0

15,0

*2160

c

đ đ

x x

W = Gđ – Gc = 2160 – 1620 = 540 (kg)

c Giai đoạn 20% đến 27%

Gđ = 1620 (kg) ; xđ = 0,2 ; xc = 0,27

120027

,0

2,0

*1620

c x

x G

W = 1620 – 1200 = 420 (kg)

• Tổng lượng hơi thứ bốc hơi

• Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất

Thể tích dung dịch trong nồi, m 3 3,02 1,946 1,4 1

Khối lượng riêng dung dịch, kg/m 3 1073 1110 1150 1205

II CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Aùp suất làm việc trong buồng bốc thiết bị cô đặc P1 = 0,3 at

⇒Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t1 = 68,7oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dịch tsdm ( P 1 ) = 68,7 oC

Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ ∆''' =1K

⇒Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ : t0 = 68,7 - 1 = 67,7oC

1 Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch

a Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch NaCl theo nồng độ ở áp suất P 1 = 0,3 at ( ∆') :

Theo tài liệu [3] trang 149:

Nhiệt độ sôi dd , oC 70,2 71,3 72,6 75,2

b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh ∆'' Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất trung bình

Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4]

) P ( sdm ) P ( sdm ) P ( sdd ) P

(

sdd

''

1 tb

Trong đó ρdd: Khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ tsdd ( P1+∆P )

• Hop : Chiều cao lớp chất lỏng sôi

Trong thiết bị tuần hoàn tự nhiên

Hop =[0,26+0,0014( ρdd −ρdm) ].H o

Với Ho : Chiều cao ống truyền nhiệt

ρdm: Khối lượng riêng dung môi ở tsdm

* Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho = 1,5m

 Tính cho trường hợp dung dịch NaCl 10 %

Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số ρdd −ρdm thay đổi không đáng kể nên :

) / (

999 kg m3

dm =

ρ

) / (

1073 3

%) 25

P

P tb = 1 + ∆ = 0 , 3 + 0 , 015 = 0 , 315

⇒

Nhiệt độ sôi của H2O ở 0,315 at là 69,7 oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh

17,687,69) ( ) ( ''

sdd

2 Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn

Tính theo công thức 2.4 trang 104 Tài liệu [4]:

* Phương trình cân bằng nhiệt

cđ t w

c c c đ đ đ

i D

c

D θ+ −ϕ + = + + θ+ ±

''

Với

ϕ = 5 % : tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo

θ : nhiệt độ nước ngưng (oC)

cđ, cc : nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (J/kg độ)

tđ, tc : nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (oC)

Qt : nhiệt lượng tổn thất (J)

Qcđ : nhiệt lượng cô đặc (J)

* Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp ( do có 5% hơi nước ngưng cuốn theo )

QD = D.(1-ϕ).(i'' c.θ

D − ) = D.(1-ϕ).r =Gđ(cctc - c đ t đ ) +W (iw’’- cctc) ±Qcd

r = i'' c.θ

D − : nhiệt hóa hơi của nước ở áp PĐ

Tính theo công thức 2.11 trang 106 Tài liệu [4]

cdd = 4190.(1-x) + c1.x

Trong đó

x: nồng độ dung dịch

c1: nhiệt dung riêng NaCl khan (J/kg độ)

Theo công thức 2.12 trang 183 Tài liệu [4]

5 , 58

10

* 26 10

*

26 3 3

= +

(J/kg độ)Vậy nhiệt dung riêng dung dịch theo nồng độ

Nhiệt dung riêng dung dịch, J/kg độ 3771 3652 3370 3082,7

* Chọn hơi đốt có áp suất PD =3 at ⇒tD =132,9oC

* Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at

r = 2171*103 J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

* Entanpi của hơi thứ ở 73,05oC

w

i =2620*103 J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )

* Tổn thất nhiệt Qt = 0,05*QD

* Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể

a Giai đoạn đưa dung dịch 10% từ 25 o C đến 72,2 o C

* ) 05 , 0 1

(

10

* 07 , 6

10

* 14 , 25 95 ,

* ) 05 , 0 1

(

10

* 46 , 26

QD3 = 8 13 , 26 * 10 8

95 , 0

10

* 6 , 12

* ) 05 , 0 1 (

10

* 26 , 13

10

* 8 , 9

* ) 05 , 0 1 (

10

* 32 , 10

* Tóm tắt cân bằng năng lượng:

Nồng độ dung dịch % 10(25oC) 10(72,2oC) 15 20 27

Tổng nhiệt lượng cung cấp, J*10 -8 6,07 32,53 45,79 56,11

Lượng hơi đốt sử dụng, kg 294,3 1577,3 2220,0 2720,3

I HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT

1 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi

1.1 Các kí hiệu và công thức

1

α : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi( W/m2K)

q1 : nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (W/m2)

q2 : nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi(W/m2)

qv : nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt (W/m2)

t : nhiệt độ trung bình vách trong ống (oC)

tD : nhiệt độ hơi ngưng, tD = 132,9(oC)

tdd : nhiệt độ dung dịch sôi (oC)

1

v D

t = −

∆

dd v

Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2]

4 1

r

* A

* 04

ρ : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm (kg/m3)

λ: hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ tm (W/mK)

µ :độ nhớt của nước ở nhiệt độ tm (Pas)

r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tD

565 , 0

dd n

dd n

c

c

µ

µ ρ

ρ λ

λ α

Trong đó

n n

n

n ,ρ , c ,µ

(J/kg độ), độ nhớt (Pas) của nước

dd dd dd

* 56

,

n =

Với q : nhiệt tải riêng (W/m2)

p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m2)

* Các thông số của dung dịch:

• µdd tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40oC )

• λdd tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1]

3 dd

dd dd

*10

*58

1

x

• cdd và ρdd xác định theo nồng đo

1.1.3 Phía vách ống truyền nhiệt

Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]

v 1

1rr

10

* 389

5 17

10

* 2 10

* 464

1 r 1

1 K

4 Tính ∆ t vtheo công thức (6) với qv = q1⇒tv2,∆t2

5 Tính αntheo công thức (5) với q = q1

1.2 Tính K cho các giai đoạn

a Tímh ở nồng độ 10% :

Chọn

• t v 128 t1 4,9K

1 = ⇒∆ =

• Tính α1:

57 , 9083 5

, 1 9 , 4

10

* 2171

* 191

* 204

r A

• * 9083,57*4,9 44509,5( / 2)

1 1

3 3 2

565 , 0 2

10

* 71 , 0

10

* 4 , 0

* 4186

3771

* 5 , 978

1073 667

, 0

55 , 0

* 525 ,

13 , 44031 5

1 10

* 653 , 9 57

= +

1 10

* 653 , 9 18

= +

1 10

* 653 , 9 3

= +

1 10

* 653 , 9 99

= +

o Bảng tóm tắt

Nồng độ dung dịch,% 10 15 20 27

2.1 Các kí hiệu và công thức

Các kí hiệu α1,α2, q1,q2,qv, tv 1, tv 2 , tD, tdd, ∆ t 1 , ∆ t 2 , ∆ t v, tm như mục 1.1

2.1.1 Phía hơi ngưng:

1 1

q =α ∆

4 1 1

*

*

* 04

,

2

H t

r A

∑r v = 9 , 653 * 10 − 4 (W/m2K) − 1

2.1.3 Phía dung dịch:

2 2

q =α ∆

l

Nu l

dd

λα

dd

dd dd

1 Gr

Nu =

 Gr* Pr = 500 → 2 * 107thì Nu = 0 , 54(Gr Pr)0 , 25

 Gr*Pr> 2 * 10 7thì Nu = 0 , 135(Gr Pr)0 , 33

* l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1,5 m

* ρdd ,βdd ,λdd ,µdd , c dd : khối lượng riêng ( kg/m3 ), hệ số dãn nở thể tích ( K-1 ), hệ số dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dịch NaCl lấy

1 r 1

1 K

, tính cho đến sai số nhỏ (và phải nhỏ hơn 5% )

* 4 , 8

10

* 2171 13

, 190

* 04 ,

, 0

10

* 78 , 0

* 3771

c

λµ

10

* 583 , 3 10

* 78 , 0

81 , 9

* 67 , 11

* 49 , 0

* 1073

* 5

1 10

* 653 , 9 83 , 7921 1

4

K m W

+ +

=

−

II BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC

Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT

dQ= K*F(T-t)*dTGiả sử đến cuối quá trình dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt ⇒F không đổi, T không đổi

d F

⇒ T= K(T t)

dQ

−Lấy tích phân ta được

dQ

(1)

10

Q −

T2 : thời gian cô đặc ( không kể thời gian gia nhiệt cho dung dịch đầu đến 83.48oC ), s

Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J

* Ta tính tích phân (1) bằng đồ thị Cần xác định Q, K(T t)

1

− ở từng thời điểm

*Chọn thời gian cô đặc là 80 phút

⇒Bề mặt trao đổi nhiệt là

Q = ∆ T

T =K.Q∆t.F

Với Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J

K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m2K

25 9 , 132 ln

48 , 83 9 , 132 25

9 , 132

* 781

10

* 07 ,

≈

* Chọn thời gian nhập liệu 20 phút

Thời gian tháo sản phẩm 15 phút

* Tồng thời gian cô đặc 1 mẻ là

Tt = 20 + 6,3 + 80 + 15 = 121,3( phút)

III BUỒNG ĐỐT VÀ ĐÁY:

Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : dng = 38mm

: dtr = 34 mm

⇒ Số ống cần :

H d n

F = π tr

200 5 , 1 034 , 0

 Đường kính ống tuần hoàn

Chọn dtr (th) = 315 mm

dng(th) = 325 mmSố ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ

Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn

56

38

* 4 325

= +

−

Chọn m=7

⇒có 5 ống trên đường chéo ống tuần hoàn

⇒ a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )

Tổng số ống bị chiếm chỗ

37 1 ) 1 4 (

* 4

* 3 1 ) 1 (

3

• Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo Tài liệu [2] trang 48 )

Số ống truyền nhiệt còn lại

23437

271− =

=

Như vậy ta có thể chọn số ống an toàn là 234 ống

Dt = t.(b-1) + 4.dng= 56*(19-1) + 4*38 =1160 (mm)

Với b = 19 , số ống trên đuờng chéo lục giác

Chọn đường kính buồng đốt Dt (bđ) = 1200 (mm)

• Đáy :

Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60o

Tra bảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2]

Chiều cao gờ hgờ = 50 mm

Chiều cao phần nón hn = 1087 (mm)

Bề mặt trong :Ft= 2,608( m2)

Thể tích đáy nón Vđáy = 0,532 (m3)

Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hoàn

4

315 , 0

* 5 , 1 4

034 , 0

*

* 234

2 2

= +π

Cuối quá trình cô đặc Vdd = 1 > 0,532 +0,436

⇒dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt

IV BUỒNG BỐC VÀ NẮP

1 Đường kính

Lưu lượng hơi thứ

Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này là lớn nhất )

ρ= 0,1876 (kg/m3 ) ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

T1 : thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 10% đến 15% )

T1 = 2438 s

361 , 2 2438

* 1876 , 0

2 ) (

2 ) (

0065,3

361,2

*44

bb tr bb

tr bb

tr

h hơi

D D

ω

 Vận tốc lắng:

Xác định theo công thức 5.14 trang 157 Tài liệu [3]

h

l h l o

d g

ξρ

ρρω

ρ : khối lượng riêng hơi thứ, ρh= 0,1876 (kg/m3)

dl : đường kính giọt lỏng, dl = 0,3 mm = 3*10-4 m

ξ : hệ số trở lực

=

Re

Với µh=0,0106*10-3 Pa.s : độ nhớt động lực học của hơi thứ

2 ) ( 3

4 2

) (

963 , 15 10

* 0106 0

1876 , 0

* 10

* 3

*

361 , 2

* 4 Re

bb tr bb

, 1 ) (

4

)(

415,21876

,0

*

*509,3

*3

10

*3

*)1876,05,978(

*81,9

*4

bb tr bb

tr o

2 ) (

415 , 2

* 8 , 0

361 , 2

*

4

bb tr bb

963 , 15

2 Chiều cao

Tính theo trang 71,72 Tài liệu [2]

Thể tích không gian hơi

tt h

W V

*

ρ

= ( m3)

Với W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)

Utt : cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (m3/m2h)

Với Utt (1at) : cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất bằng 1 at

Chọn Utt (1at) = 1650 (m3/m3h) (lấy trung bình giữa 1600 và 1700)

⇒ f = 1,5 ( Đồ thị VI.3 trang 72 Tài liệu [2] )

⇒ Utt = 1,5*1650 =2475 (m3/m3h)

2 , 1 ) ( 6

, 0 2 ) (

6 ,

963 , 15

5 , 18 Re

5 , 18

bb tr

bb tr

D D