Thiết kế hệ thống cô đặc NaOH hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc dung dịch NaOH từ 5% lên 35%

ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác. Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaOH, vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó. Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu cầu sử dụng đa dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần. Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc NaOH hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc dung dịch NaOH từ 5% lên 35%. 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 sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹ thuật cụ thể. Tuy nhiên, đồ án thiết bị là các môn học rất khó và kiến thức thực tế của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các bạn để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaOH, vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó

Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sứcquan trọng Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu cầu sử dụng đa dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc NaOH hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằm

cô đặc dung dịch NaOH từ 5% lên 35%

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 hộicho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹ thuật cụ thể

Tuy nhiên, đồ án thiết bị là các môn học rất khó và kiến thức thực tế của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót

Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn của quý thầy côgiáo và các bạn để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao

Phần 1:

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

I- Giới thiệu về natri hydroxit.

1- Tình hình sử dụng natri hydroxit

Trên thế giới, hằng năm có khoảng 45 - 50 triệu tấn natri hydroxit được sản xuất Trong đó, 16% (7 - 8 triệu tấn) được buôn bán trên thị trường, chủ yếu là xút sản xuất ở Mỹ và châu Âu (chiếm 80% thị trường) Khoảng 94% xút được buôn bán ở dạng lỏng (thường là 50% natri hydroxit), trong đó gần 2 triệu tấn được vận chuển bằng đường bộ Giá xút rắn thường cao hơn giá xút lỏng (tính theo dạng khô) 100 – 200 USD/tấn

Thị trường đối với xút rắn chủ yếu là ở các nước đang phát triển do

cơ sở hạ tầng không thích hợp cho việc vận chuyển và sử dụng xút lỏng Nhưng với cơ sở hạ tầng đang ngày càng được phát triển, những thị trườnglớn như Trung Quốc đang giảm tiêu thụ xút rắn và chuyển sang nhập xút lỏng Ngày nay các nước Cuba, Angiêri và châu Phi vẫn là những thị

trường tiêu thụ chính đối với xút rắn Ở châu Á, Inđônêxia là nước duy nhấtcòn nhập xút rắn với khối lượng lớn Do giá xút rắn cao nên khối lượng buôn bán sản phẩm này trên thế giới chỉ đạt 400.000 tấn/năm và đang giảm với tốc độ 8% năm Xút lỏng được buôn bán trên thế giới chủ yếu phục vụ nhu cầu sản xuất nhôm oxit (alumin) tại các nước như Ôxtrâylia, Braxin, Vênêzuêla, Surinam, Giamaica và Ghinê, trong đó đáng kể nhất là

Ôxtrâylia

Ở Việt Nam, sản xuất natri hydroxit là một trong những ngành công nghiệp hóa chất quan trọng bậc nhất Nó góp phần to lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như sản xuất xà phòng, công nghệ giấy; công nghiệp lọc dầu; công nghệ dệt nhuộm, thực phẩm; xử lý nước; sản xuất các loại hóa chất đi từ xút như silicat natri, chất trợ lắng PAC,

2- Tính chất hóa lý của natri hydroxit

Natri hydroxyt là khối tinh thể không màu, không mùi Dễ tan trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete

Natri hydroxit có trọng lượng riêng 2,02 Độ pH là 13,5 Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ± 0,9oC Nhiệt độ sôi 1388oC Hấp thụ nhanh CO2 và nướccủa không khí, chảy rữa và biến thành Na2CO3

Natri hydroxit là một bazơ mạnh; có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao; trong quá trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động.Ngoài ra, natri hydroxit có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan natri hydroxit cần phải dùng nước lạnh

Các phương pháp điều chế natri hydroxit:

2NaCl(dd) + 2H2O(l) 2NaOH(dd) + H2(k)↑+ Cl2(k)↑Sản phẩm thu được trong các phương pháp trên tuy đạt chất lượng cao, hàm lượng tạp chất thấp nhưng nồng độ loãng rất cao, khó khăn cho việc vận chuyển, sử dụng Do đó, để khắc phục nhược điểm trên ta cần phảitiến hành sản xuất natri hydroxit bằng phương pháp cô đặc

II- Tổng quan về quá trình cô đặc.

1- Sơ lượt về lý thuyết cô đặc.

1.1- Định nghĩa:

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan

- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất

Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết

bị cô đặc hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc Trong đó:

Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ

bị phân hủy vì nhiệt

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác

Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế

1.2- Cấu tạo thiết bị cô đặc:

Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, loại này gồm 2 phần chính:

a) Bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đó bố trí bề mặt truyền nhiệt để đun sôi dung dịch

b) Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi) là một phòng trống, ở đây hơi thứ được tách khỏi hỗn hợp lỏng – hơi của dung dịch sôi (khác với các thiết

bị chỉ có phòng đốt) Tùy theo mức độ cần thiết người ta có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi – lỏng ở trong phòng bốc hơi hoặc trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồi các hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo

Về phân loại có thể phân loại thiết bị theo 2 cách:

- Theo sự phân bố bề mặt truyền nhiệt có loại nằm ngang, thẳng đứng, loại nghiêng

- Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt có loại vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm

- Theo chất tải nhiệt có loại đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi nước, bằng chất tải nhiệt đặc biệt

- Theo tính tuần hoàn dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức,

Tuy nhiên, tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp, vận tốc tuần hoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng

2- Thuyết minh quy trình công nghệ.

* Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của nồi cô đặc.

Nồi cô đặc xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm cấu tạo gồm buồng bốc, buồng đốt và bộ phận thu hồi cấu tử Trong đó:

- Buồng đốt ở dưới bao gồm các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt ngoài ống Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm là: do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn đường kính ống truyền nhiệt nên hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch

sẽ sôi ít hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt Khi sôi dung dịch sẽ

có khối lượng riêng giảm do đó tạo ra áp lực đẩy dung dịch từ trong ống

tuần hoàn sang ống truyền nhiệt Kết quả, tạo nên dòng chuyển động tuần hoàn đối lưu tự nhiên giữa ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn.

- Phía trên thiết bị là buồng bốc Đây là một phòng trống, ở đây hơi thứ được tách ra khỏi hỗn hợp lỏng - hơi của dung dịch sôi Bên trong buồng bốc còn có bộ phận thu hồi cấu tử để tách những giọt chất lỏng còn lại do hơi thứ mang theo

* Thuyết minh quy trình:

Hình 1 : Sơ đồ cô đặc 2 nồi xuôi chiều:

1- thiết bị gia nhiệt nguyên liệu đầu; 2,3- nồi cô đặc;

4- thiết bị ngưng tụ; 5- thiết bị tách bọt.

Nguyên liệu đầu tiên là dung dịch natri hydroxit có nồng độ đầu 5% được bơm lên thiết bị gia nhiệt 1 và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Thiết

bị gia nhiệt 1 là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ; các đầu ống được giữ chặt trên vĩ ống

và vĩ ống được hàn dính vào thân Dung dịch được bơm vào thiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên còn hơi đốt đi bên ngoài ống Hơi đốt sau khi cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi sẽ ngưng tụ lại Dung dịch sau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào thiết bị cô đặcthực hiện quá trình bốc hơi

Dung dịch được cô đặc ở nồi 2 tiếp tục chuyển sang nồi 3 Hơi đốt được đưa vào phòng đốt của nồi 2 để đốt nóng dung dịch trong nồi 2 Sau khi cô đặc lượng hơi thứ thoát ra ở nồi 2 sẽ dùng làm hơi đốt cho nồi 3, hơi thứ của nồi 3 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ 4 Dung dịch sau khi cô đặc đến nồng độ yêu cầu 35% sẽ tháo ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm.

Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra phía trên của thiết bị cô đặc được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet và được bơm chân không hút ra ngoài Khí không ngưng còn lại tiếp tục đi qua thiết bị tách bọt 5

Trong quá trình cô đặc lượng hơi đốt sẽ cấp nhiệt cho dung dịch nên ngưng tụ lại và được thu hồi ở cửa nước ngưng tụ

 kg/h

2- Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W):

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:

GD= GC +W (1)

Trong đó:

GD, GC: lưu lượng đi vào, đi ra khỏi thiết bị kg/h

W: lượng hơi thứ của toàn hệ thống kg/h

Viết cho cấu tử phân bố:

3- Xác định nồng độ cuối của dung dịch ở từng nồi :

Ta có: W= W1+ W2

Với W1, W2 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2 kg/h

Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp

3 , 1 1 , 1

Giả sử chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và 2 là : 1

2

1



W W

W1 + W2 = WGiải hệ trên có kết quả :

W1 = 4200 kg/h

W2 = 4200 kg/hNồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1:

4200 12000

3 12000

4200 4200

12000

3 12000

2 1

%

II- Cân bằng nhiệt lượng:

1- Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồi:

Gọi P1, P2, Pnt là áp suất ở 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

Pt: hiệu số áp suất của cả hệ thống

Giả sử chọn:

Áp suất của hơi đốt vào nồi 1 là P1=3,2 at

Áp suất hơi của thiết bị ngưng tụ là Pnt= 0,3 at.

Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là :

Kết hợp với phương trình: P1 + P2 = Pt = 2,9 at

Suy ra: P1 = 1,86 at

P2 = 1,04 atGọi: tht1, thd2, tnt là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ

tht1, tht2 là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2

tht1= thd2+ 1

tht2= tnt+ 1Tra bảng : I 250, STQTTB, T1/ Trang 312

Áp suất(at)

Nhiệt độ(oC)

Áp suất(at)

Nhiệt độ (oC)

,   16 , 2



Trong đó ’o : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường gây ra.

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

r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất làm việc (J/kg)

Bảng 2.2: Tra bảng VI.2, STQTTB, T2/Trang 63

Nhiệt hóa hơi r (J/kg) 2238,45.103 2333,.103

1

2 1

, ,

1

273

2 , 16

273 41 , 108 2 , 16 4234 ,

273 7 , 69 2 , 16 9 ,

2.2- Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (  ’’ ):

Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh ’’

(tổn thất nhiệt độ do âp suất thủy tĩnh tăng cao):

Âp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:

g

h h P

P tb     ) dds

2

(

Trong đó P0 – áp suất hơi thứ trín mặt thoáng dung dịch, N/m2; h

-chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt

thoáng của dung dịch, m; h - chiều cao ống truyền nhiệt, m; dds - khốilượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3; g – gia tốc trọng trường, m/s2.Vậy ta có: ’’ = ttb – t0 , độ;

Ở đây ttb - nhiệt độ sôi dung dịch ứng với âp suất ptb, 0C; t0 - nhiệt độ sôi

của dung môi ứng với áp suất p0, 0C

t0 nhiệt độ si của dung môi ứng với áp suất p0, 0C tra được ở bảng I.22,STQTTB1/42

) 2

( h h g Po

81 , 9 8 , 489 ) 2

4 5 , 0 ( 39 ,

) 2

( h h g Po

81 , 9 519 ) 2

4 5 , 0 (

Ps áp suất hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất thường

Tra STQTTB1 /236 & 311

Nồng độ của dung dịch = 4,62 % nhiệt độ sôi to

s = 100,2 oC cũng ởnhiệt độ đó áp suất hơi bão hoà của nước là 1,04 at

Nồi 1:

 Ps P = 1,104  Ps = 1,04 P-P = Ptb  Ps1 = 1,04.1,51 = 1,569 at

 to

tb1 = 112,1 oC

- P =Po  Po

s1 =1,04.1,39 =1,44 at

 to s1 = 109,5 oC  ’’

1 = to tb1 - to s1 = 112,1 -109,5 = 2,6 oCTra STQTTB1 /236 & 311

Nồng độ của dung dịch = 10 % nhiệt độ sôi to

s = 100,7 oC cũng ở nhiệt độ đó áp suất hơi bão hoà của nước là 1,06 at

Nồi 2:

 Ps P = 1,106  Ps =1,06 P

-P = Ptb2  Ps2 = 1,06.0,44 = 0,467 at

 to

tb2 = 79.1 oC

- P =Po  Po

s2 = 1,06.0,31 = 0,33 at  to

s2 = 70,7 oC

 ’’

2 = to

tb2 - to s2 =89,1 - 70,7 = 8,4 oCTổng tổn thất do áp suất thuỷ tỉnh:

’’ =’’

1 + ’’

2 = 2,6 + 8,4 = 11 oC

2.3- Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (  ”’) :

Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1oC

Do đó:

”’1=1,0 oC

”’2 =1,0 oC

,, 2

, 1 ,,

2.5- Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:

Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:

3- Cân bằng nhiệt lượng:

3.1- Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi :

- Nhiệt dung của dung dịch ban đầu:

3.2- Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL):

Lập bảng nhiệt lượng riêng của hơi đốt, hơi thứ và nước ngưng tụ, nhiệt

độ sôi của dung dịch

Bảng 1.4 :Tra bảng I248 và I249,STQTTB,T1/Trang 310 và 312

Sơ đồ cân bằng nhiệt của quá trình cô đặc

d C d td

Trong đó D : lượng hơi đốt (kg/h)

I, i : nhiệt hàm hơi đốt và hơi thứ (J/Kg)

tđ , tc : nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch (oC)

t1, t2 : nhiệt độ của nước ngưng nồi 1,2 lấy bằng nhiệt độ hơi đốt(oC)

Qxq : nhiệt tổn thất ra môi trường ngoài

Cn : nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ( J/kgđộ)

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

Phương trình cân bằng nhiệt lượng :  nhiệt vào =  nhiệt ra

- Nhiệt vào bao gồm

Nồi 1: + Nhiệt do hơi đốt mang vào D1I1

+ Nhiệt do dung dịch đầu mang vào Gđ.tđ.Cđ (Cđ=Co)

Nồi 2: + Nhiệt do lượng hơi thứ mang vào D2I2 = W1i1

+ Nhiệt do dung dịch nồi 1 mang vào (Gđ-W1)C1ts1

Nồi 2 : + do hơi thứ mang ra W2i2

+ do lượng dung dịch mang ra (Gđ-W)C2ts2

+ do nước ngưng tụ mang ra : D2Cn2t 2= W1Cn2t2

+ do tổn thất chung Qxq2

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Nồi 1: D1I1+ Gđ.tđ.Cđ = W1.i1+ (Gđ-W1) C1ts1+D1.C1.t 1+Qxq1

( )

(



n S

S S

đ S

C i

t

t C t

C G

t C i

, 111 8 , 3992 2732860

, 78 4 , 3767 (

12000 )

854 , 78 4 , 3767 2626000

Vậy giả thiết phân phối hơi ban đầu(W1/W2=1) đã phù hợp

Nên lượng hơi đốt tiêu tốn chung là: D= . ( 0.95( ). .. ) . .

1 1

1 1 1 1

1



n

đ đ đ đ

C I

t C G t C W G i W

9 , 134 42 , 4060 12000 46

, 111 8 , 3992 ).

12 , 8256 12000

( 2693138

III- Tính bề mặt truyền nhiệt:

1- Các thông số cơ bản của dung dịch:

2 1



Với t1, t2 là nhiệt độ chất lỏng có độ nhớt μ1, μ2.

t

s s

/ ( 10 56 , 0 )

/ ( 10 66 , 0 )

,

48

40 50

40 46 , 111

2 2

/ ( 10 49 , 0 )

/ ( 10 56 , 0 )

57

50 60

Từ đó ta có: 48 , 87 72 , 33 ( )

23 , 1

50 854 , 78

2 2

1.2- Hệ số truyền nhiệt của dung dịch:

Áp dụng công thức I.32 ST QTTB T1/ Trang 123

3

.

.

M Cp

 :khối lượng riêng (kg/m3)

M:là khối lượng mol của chất lỏng

Chọn A=3,58.10-8

O H i dd

i d

i

d i

i

M

x M

x

M

x m

2 2

0457 , 0 1 101

0457

,

0457 , 0

0085 , 0 1 ( 101 0085

3 , 977 3 , 977 8 , 3992 10

0194 , 0 18

1 , 0 1

0194 , 0 1 ( 101 0194

4 , 1032 4

, 1032 3767 10

.

r A





Với r: ẩn nhiệt ngưng (J/kg)

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

2165,28.10

08 , 192 04 ,

3 1



C → A2 = 181,57

Tra bảng I.250 STQTTB, T1 / Trang 312

→ r1,n2 = 2241,8.103 J/kg

4 , 3 4

2241,8.10

57 , 181 04

,

3 2

 là hệ số cấp nhiệt của nước

Mà theo CT VI.27, STQTTB, T2/Trang 71

Ta có:

435 , 0 2

565 , 0

2

2 2

2

.

d n

d n

2

Trong đó r1: nhiệt trở của lớp hơi nước

r2  : nhiệt trở của tường

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

 : bề dày ống truyền nhiệt ( =2mm)

Nồi 1: Tại ts1= t2= 111,46 oC

Ta có : ∆t = q1.∑ r1= 21762,35.0,659.10-3= 14,34 oC

→ tT2= tT1- ∆t = 132,3 – 14,34 = 117,96 oC

Hệ số cấp nhiệt của nước :

3 3 2

565 , 0 1

10 2957 , 0

10 249 , 0 6 4240

8 , 3992 5

, 947

3 , 977 685

35 , 21762 65

, 21768

, 21768 2

1 , 2 1 , 1

µn2= 3,6.10-4 N.s/m2

λn2= 0,674 W/m2.độ

ρn2 = 972,49 kg/m3

435 , 0

3 3 2

565 , 0 2

10 3935 , 0

10 36 , 0 1 , 4194

3767 49

, 972

4 , 1032

68 , 25375 07

, 25697

Vậy nhiệt tải trung bình:

37 , 25536 2

68 , 25375 07

, 25697 2

2 , 2 2 , 1

2 q n q n   

1.3.3- Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi:

Xem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi như nhau: F1= F2 nên nhiệt

độ hữu ích phân bố trong các nồi là:

hi n

i i i

Q k

 là nhiệt độ hữu ích trong các nồi (oC )

Qi: lượng nhiệt cung cấp (J/s )

r D

Q 

Trong đó:

Di là lượng hơi đốt mỗi nồi

ri: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi

2 1

1 1

7 2782342 3600

2165280

93 , 4625 3600

, 3347

1 10

659 , 0 14

10 8 , 2241 66 , 4347 3600

, 3046

1 10

659 , 0 43

,

891

5 , 2707348

Q K

13 , 2797 52

47 , 3035 52

% 100 84 , 25

44 , 23 84 , 25



% 1 , 9

% 100 17 , 26

56 , 28 17 , 26



Tính bề mặt truyền nhiệt F:

) (

2 ,

m t K

Q F

i hi i

7 ,

2782342 2

Nồi 2: 116 ( )

17 , 26 91 , 891

5 ,

, 3 4 053 , 0

125





h d

F n

Theo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt V.11, STQTTB T2/Trang 48Chọn n= 241 ống

Chọn cách xếp ống theo hình lục giác đều

Số ống trên đường truyền xuyên tâm là 17

Số ống trong tất cả các viên phân là 24

2- Đường ống tuần hoàn trung tâm:

4

241 053 0 14 ,

= 0,159 m2.Vậy :



t th

f

D  4. = 4.30,14,169 = 0,45 m

Chọn Dth= 500 mm

3- Đường kính thiết bị buồng đốt:

Đối với thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác đều thì đường kính trong của buồng đốt có thể tính theo công thức :

Dt=

l

d F d

n th

.

60 sin 4 , 0 ) 2

(

0 2

l =4 m : Chiều dài của ống truyền nhiệt m

dth = 0,4 m : Đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm

F = 125 m2 : Diện tích bề mặt truyền nhiệt m2

Thay vào ta có :

4 8 , 0

057 , 0 125 60 sin 4 , 1 4 , 0 ) 057 , 0 4 , 1 2

5 , 0

3.1.4 Tính bề dày thân buồng đốt :

Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3

Bề dày buồng đốt hình trụ được tính theo công thức:

.+ C, (m) (CT XIII.8, STQTTB II/ Trang 360).Trong đó:

S: Bề dày của buồng đốt, (m)

Dt : Đường kính trong thiết bị, (m)

 : Hệ số bền của thân hình trụ theo phương dọc

  0 , 95, Bảng VIII.8/STQTTB II/ Trang 362

P: Áp suất trong của thiết bị (N/m2).

P= 3,2 (at) = 3,2 9,81.104 = 313920 (N/m2)C: Hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày (m)

: Ứng suất cho phép (N/m2)

Với: C= C1 + C2 + C3 ,(Bảng VIII.17/STQTTB II/ Trang 363)

C1 : bổ sung do ăn mòn, C1= 1mm/năm

m N

K 



) / ( 10

[C : ứng suất cho phép theo giới hạn chảy , C =

 : hệ số hiệu chỉnh,  = 0.9 ( Bảng VIII.2/STQTTB II/Trang 356)

nb, nc :hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy,(Bảng

10

10

240 6

.0,9 =144.106, (N/m2)

So sánh 2 giá trị K và C, ta chọn K = 131,54.106, (N/m2)

Vậy: 1 , 8 10 4 , 32 ( )

313920 95

, 0 10 54 , 131 2

313920

2 ].

p D

Áp suất cho phép bên trong thiết bị :

) 001 , 0 005 , 0 ( 2

) 001 , 0 005 , 0 (

95 , 0 10 54 , 131 2 ) (

) (

C S P

Vậy chiều dày buồng đốt là : S= 5 (mm)

Do trong buồng đốt nồi 2, áp suất hơi thứ nhỏ hơn nồi 1 nên chắc chắn điềukiện sẽ thoả mãn

●Khối lượng thân buồng đốt :

 2 2

4

Chiều cao buồng đốt H = 4 (m)

Khối lượng riêng của vật liệu CT3 :ρ = 7850 (kg/m3) (Bảng

Theo bảng XIII.22,STQTTB II/Trang 396:

H= 1124 (mm), chiều cao của đáy

h = 40 (mm), chiều cao gờ

Rt= 300 (mm)

10 36 , 0 95 , 0 10 54 , 131 (

45 cos 2

10 36 , 0 2 )

25 , 0 00043 , 0 2000

086 , 4 '

Áp suất cho phép tính toán:

0076 , 0 45 cos 2 2

0076 , 0 95 , 0 10 54 , 131 45 cos 2 ) (

cos 2

) (

1

C S D

C S P

Chọn Dt = 2,4 m

2- Chiều cao buồng bốc hơi:

Thể tích không gian hơi được xác định

tt h

W V

.





Trong đó:

Vkgh: là thể tích không gian hơi m3

W: là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị m3

ρh: là khối lượng riêng của hơi thứ kg/m

utt: là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơitrong một đơn vị thời gian m3/m3.h

Theo CT VI.33, STQTTB,T2/Trang 71

utt = f.utt(1at) khi P ≠ 1at

66 , 4347

1

1

tt ht kgh

u

W V

4 , 2

75 , 3 4