Xây dựng hệ thống 2 nồi cô đặc dung dịch KNO3 xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức với năng suất 12000 kg trên 1 giờ

Xây dựng hệ thống 2 nồi cô đặc dung dịch KNO3 xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức với năng suất 12000 kg trên 1 giờChiều cao ống gia nhiệt: 2 mNồng độ đầu vào của dung dịch: 10%Nồng độ cuối của dung dịch: 28%Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 atÁp suất hơi ngưng tụ: 0,35 atLỜI MỞ ĐẦU Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, em được nhận đồ án môn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” với đề bài là: “thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi tuần hoàn cưỡng bức ”.Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ .Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức,quy định trong tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trình bầy bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống. Đồ án của em trình bày về thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức . Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức có những ưu điểm như:Hệ số cấp nhiệt lớn hơn trong tuần hoàn tự nhiên tới 3 đến 4 lần và có thể làm việc được ở điều kiện hiệu số nhiệt độ hữu ích nhỏ (35ºC) vì cường độ tuần hoàn không phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ hữu ích mà phụ thuộc vào năng suất của bơm.Cô đặc tuần hoàn cưỡng bức cũng trách được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt và có thể cô đặc những dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện.Tuy nhiên khuyết điểm của thiết bị này là tốn năng lượng để bơm, thường ứng dụng khi cường độ bay hơi lớn.Trong đồ án môn học này của em được chia thành 5 nội dung chính:Phần 1: Giới thiệu chung Phần 2: Tính toán thiết bị chínhPhần 3: Tính toán cơ khíPhần 4: Tính toán thiết bị phụPhần 5: Kết luậnDo hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiêm thực tế và nhiều mặt khác nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêm của thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Xuân Huy đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.

NỘI DUNG ĐỀ BÀI:

cưỡng bức với năng suất 12000 kg trên 1 giờ

Chiều cao ống gia nhiệt: 2 m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 10%

Nồng độ cuối của dung dịch: 28%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,35 at

LỜI MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, em được nhận đồ án môn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” với

đề bài là: “thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi tuần hoàn cưỡng bức

”.Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác

có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức,quy định trong

tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trình bầy bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống

Đồ án của em trình bày về thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức Thiết bị

cô đặc tuần hoàn cưỡng bức có những ưu điểm như:

- Hệ số cấp nhiệt lớn hơn trong tuần hoàn tự nhiên tới 3 đến 4 lần và

có thể làm việc được ở điều kiện hiệu số nhiệt độ hữu ích nhỏ 5ºC) vì cường độ tuần hoàn không phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ hữu ích mà phụ thuộc vào năng suất của bơm

(3 Cô đặc tuần hoàn cưỡng bức cũng trách được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt và có thể cô đặc những dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện

Tuy nhiên khuyết điểm của thiết bị này là tốn năng lượng để bơm, thường ứng dụng khi cường độ bay hơi lớn

Trong đồ án môn học này của em được chia thành 5 nội dung chính:

Phần 1: Giới thiệu chung

sót trong quá trình thiết kế Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêm của thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Xuân Huy đã hướng dẫn

em hoàn thành đồ án này

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG

Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành công nghiệp khác nói chung thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứa chất tan không bay hơi, để làm tăng nồng độ của chất tan người

ta thường làm bay hơi một phần dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi, phương pháp này gọi là phương pháp cô đặc

Cô đặc là một phương pháp quan trọng trong công nghiệp sản xuất hóa chất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu dung môi ở dạng nguyên chất dung dịch được chuyển đi không mất nhiều công sức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu thiết bị dung để cô đặc gồm nhiều loại như: thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, thiết

bị cô đặc buồng đốt treo, thiết bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm…

Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết

bị cô đặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm như mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất

Quá trình cô đặc của dung dịch mà giữa các cấu tử có chênh lệch nhiệt

độ sôi rất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi Tuy nhiên, tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ( hay không

bay hơi trong quá trình đó) mà ta có thể tách một phần dung môi (hay cấu

tử khó bay hơi) bằng phương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh

- Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng) dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi dung dịch sôi Để cô đặc các dung dịch không chịu được nhiệt độ ( như dung dịch đường) đòi hỏi

cô đặc ở nhiệt độ thấp, thường là chân không Đó là phương pháp cô đặc chân không

- Phương pháp lạnh: Khi hạ nhiệt độ đến một mức độ yêu cầu nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết – thường

là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất là kết tinh dung môi, và điều kiện bên ngoài tác dụng lên dung dịch mà quá trình kết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp

và có khi phải dùng đến máy lạnh

1 Phân loại thiết bị cô đặc:

Các thiết bị cô đặc rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên ta có thể phân loại theo 1 số đặc điểm sau:

- Theo nguyên lý làm việc: Có 2 loại thiết bị cô đặc làm việc theo chu kỳ và làm việc liên tục

- Theo áp suất làm việc bên trong thiết bị: Chia ra 3 loại: Thiết bị làm việc ở Pdư, Pck…

- Theo nguồn cấp nhiệt:

 Nguồn của phản ứng cháy nhiên liệu

Cấu trúc của một thiết bị cô đặc thường có 3 bộ phận chính sau:

- Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bị đốt nóng bằng hơi nước, bộ phận nhận nhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài các ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong các ống

- Không gian để phân ly: Hơi dung môi tạo ra còn chứa cả dung dịch nên phải có không gian lớn để tách các dung dịch rơi trở lại bộ phận nhiệt

- Bộ phận phân ly: Để tác các giọt dung dịch còn lại trong hơi

Cấu tạo của một thiết bị cô đặc cần đạt các yêu cầu sau:

- Thích ứng được các tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như: Độ nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại

- Có hệ số truyền nhiệt lớn

- Tách ly hơi thứ tốt

- Bào đảm tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt

2 Cô đặc nhiều nồi:

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó

có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt

Ngưyên tắc cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau:

Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,

…hơi thứ ở nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên

Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau Thông thường thì nồi đầu làm việc ở áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở

áp suất thấp hơn áp suất khí quyển (chân không)

Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi Lượng hơi đốt dùng để bốc hơi 1 kg hơi thứ trong hệ thống cô đặc nhiều nồi sẽ tăng Dưới đây là số liệu về lượng tiêu hao hơi đốt theo 1

kg hơi thứ:

Trong hệ thống cô đặc 1 nồi: 1,1 kg/ kg

Trong hệ thống cô đặc 2 nồi: 0,57 kg/ kg

Trong hệ thống cô đặc 3 nồi: 0,40 kg/ kg

Trong hệ thống cô đặc 4 nồi: 0,30 kg/ kg

Trong hệ thống cô đặc 5 nồi: 0,27 kg/ kg

Qua số liệu này cho thấy, lượng hơi đốt giảm đi theo số nồi tăng nhưng không giảm theo tỉ lệ bậc 1 mà từ nồi 1 lên nồi 2 giảm 50%, còn từ nồi 4 lên nồi 5 giảm đi 10%, thực tế từ nồi 10 lên nồi 11 giảm đi không quá 1% nghĩa là xét về mặt hơi đốt hệ thống cô đặc nhiều nồi không thể quá 10 nồi

Mặt khác số nồi tăng thì hiệu số nhiệt độ có ích giảm đi rất nhanh do

đó bề mặt đun nóng của các nồi sẽ tăng

Vì vây, cần lựa chọn số nồi thích hợp cho hệ thống cô đặc nhiều nồi

3.Giới thiệu về dung dịch KNO 3 :

Kali nitrat hay còn gọi là diêm tiêu kali là chất lỏng ở dạng những

và độ tan tăng nhanh theo nhiệt độ nên rất dễ kết tinh lại Nó khó tan trong rượu và ete ở 4000C, KNO3 phân huỷ thành kali nitrit và oxi:

Do đó ở nhiệt độ nóng chảy KNO3 là chất oxi hoá mạnh, nâng số oxi hoá của Mn, Cr lên số oxi hoá cao hơn

Hỗn hợp của KNO3 và các hợp chất hữu cơ sẽ cháy dễ dàng và mãnh liệt Hỗn hợp gồm 75% KNO3, 10% S, 15% than là thuốc súng đen

Diêm tiêu kali còn dược dùng làm phân bón, chất bảo quản thịt và dùng trong công nghiệp thuỷ tinh Ở nước ta nhân dân thường khai thác diêm tiêu từ phân dơi hay đúng hơn từ đất ở trong các hang có dơi ở Phân dơi trong các hang đó lâu ngày bị phân huỷ giải phóng khí NH3 Dưới tác dụng của một số vi khuẩn, khí NH3 bị oxi hoá thành nitrơ và

một phần bám vào thành hang, một phần tan chảy ngấm vào đất trong hang Người ta lấy đất hang này trộn kĩ với tro củi rồi dùng nước sôi dội

Ca(NO3)2 + K2CO3 → 2KNO3 + CaCO3

Phương pháp này cho phép chúng ta sản xuất được một lượng diêm tiêu tuy ít ỏi nhưng đã thoã mãn kịp thời yêu cầu của quốc phòng trong cuộc kháng chiến chống Pháp trước đây

4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất :

4.1 Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức.

Trong sơ đồ gồm những thiết bị chính sau (như hình vẽ)

1 2 nồi cô đặc thuộc loại thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức

2 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

3 Thiết bị ngưng tụ

4 Bơm hút chân không

4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống

thùng cao vị (3) từ thùng chứa thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn

để ổn định mức chất lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) (thiết bị ống chùm) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bảo hòa cung cấp từ ngoài vào, rồi đi vào nồi (6) Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí không ngưng được đưa qua của tháo khí không ngưng.Nước nưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên và được dẫn sang buong đốt của thiết bị (7) Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ (7) do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau

< áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (7) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một

được đưa vào thùng chứa sản phẩm (9) qua thiết bị bơm (2) Hơi thứ bốc

ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (10) Trong thiết

bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hời thứ được ngưng

tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet vào thùng chứa còn khí không ngưng đi qua thiết bị tách bọt (11) hơi sẽ được bơm chân không (12) hút

ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng

Hệ thống cô đặc xuôi chiều ( hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau từ nồi nọ sang nồi kia ) được dùng khá phổ biến trong công nghiệp hóa chất.Loại này có ưu điểm là dung dịch tự chảy từ nồi trước sang nồi sau nhờ sự chênh lệch áp suất giữa các nồi Nhiệt độ sôi của nồi trước sang nồi sau , do đó , dung dịch đi vào mỗi nồi ( trừ nồi 1 ) đều có nhiệt

độ cao hơn nhiệt độ sôi , kết quả là dung dịch đi vào sẽ được làm lạnh đi

và lượng nhiệt sẽ bốc hơi thêm một lượng hơi nước gọi là quá trình tự bốc hơi.Nhưng khi dung dịch vòa nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch , thì cần phải đun nongd dung dịch , do đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt Vì vậy , khi cô đặc xuôi chiều , dung dịch trước khi vào nồi nấu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

1 Số liệu ban đầu :

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô

Chiều cao ống gia nhiệt: 2 m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 10%

Nồng độ cuối của dung dịch: 28%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,35 at

2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi :

W1 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1

W2 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2

Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:

1

2

1 =

W W

Mà ta có: W1 + W2 = 7714,2857

1429 ,

3857

2

2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi

x1:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1

x2:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 2

1

−

1249,385712000

10.12000

=

−

x2 = 28%

3.Tính cân bằng nhiệt lượng :

3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi:

3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi

- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là:

∆P =P hd −P nt =4−0,35=3,65(at)

- Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:

P P

)(058,145.3

65,31

2

at P

at P

42

1

at P

at P

at P

C t

at P

C t

at P

, 0

844 , 108 408

, 1

9 , 142 4

2 2

1 1

3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.

NX: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết bị ngưng tụ thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là ∆ ,, = 1 ÷ 1 , 5,và khi đó nó sẽ trở thành hơi đốt cho nồi 2: chọn ∆ ,, = 1 °C

Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là:

, 2

, 1

, 2

,

t

Ta có:

C t

t

C t

=+

=

05.73105,721

844,1091

844,1081

, 2

2

, 1

Tra bảng (I.250/ST1-T312), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứcủa mỗi nồi sẽ cho áp hơi thứ tương ứng:

at P

at P

3636,

0

4539,

1

, 2

, 1

đốt

Png=0.35 tng=72,05Hơi

C f

o

2

, ,

.2,16

∆ ’ o : tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất thường

r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc J/kg

* Tra bảng (VI.2/ST2 – T63)

C x

C x

%28

374,1

%74.14

, 2 2

, 1 1

* Xác định nhiệt độ Ti

K T

K T

°

=+

=

°

=+

=

05,346273

05,73

844,382273

844,1092

1

* Xác định ri:

Tra bảng (I.250/ST1 – T312)

kg J r

kg J r

/10.68,2325

/10.4368,2234

3 2

3 1

C

4357,22325680

)05,346(92,2.2,16

5507,18,2234436

)844,382(.4539,1.2,16

, 2

, 1 ,

2 ,

2

2 ,

1

3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh:∆ ,,

- Áp dụng công thức VI.13

at g h

h P P

t t

dds o

tb

o tb

4

2 1

,,

10 81 , 9

).

được xác định theo bảng (I.46/ST1 – T42)

)/(05,1192

%28

)/(1882,1095

%74,14

3 2

3 1

m kg x

m kg x

Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là

05,1192

)/(5941,5472

1882,1095

3 2

3 1

m kg

m kg

.81,9

81,9.025,596)

2

25,0(3636,0

)(5414,110

.81,9

81,9.5941,547)

2

25,0(4539,1

4 2

4 1

at P

at P

tb

tb

=+

+

=

=+

+

=

Tra bảng (I.251/ST1- T314)

C t

C t

528,111

2 1

Vậy:

C t

t

C t

684,1844,109528

,11102 2

,, 2

01 1

,, 1

⇒ ,, 1,684 5,265 6,949 C

2

,, 1 ,,

⇒ tổng tổn thất nhiệt độ là:

°

=++

=

∆+

∆+

,, ,,

,

3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi

3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định :

độ ngưng ở thiết bị ngưng tụ

C t

3.3.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi

,, 2

, 2

, 2 2

,, 1

, 1

, 1 1

∆ +

∆ +

=

∆ +

∆ +

=

t t

t t

s s

C t

s

s

°

=+

+

=

°

=+

+

=

7507,80265,54357,205,73

0787,113684

,15507,1844,109

2

1

3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi;

C t

t T

C t

t T

8213,290787,1139

,142

2 2 2

1 1 1

3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:

D:Lượng hơi đốt vào kg/h

Cd, C1,Cn1,Cn2,C2: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ,cuối và nước ngưng

Qm1,Qm2 : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2

Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị

W1 , W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2

3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có:

- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D.i

Nhiệt do dung dịch mang vào : G

- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào : W1.i2

Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (Gd – W1)C1ts1

3.4.2 Nhiệt lượng mang ra:

- Nồi 1:

- Hơi thứ mang ra : W1i1

- Nước ngưng :D.θ 1.Cn1

- Dung dịch mang ra : (Gd – W1)C1ts1

3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

- Nồi 1 :

)(

05,0

.)(

)(

1 1 1

1 1

1 1 1

1 0 1

1 1

1 1

1 1 1

1 0 1

θθ

θ

Cn i D Cn

D t

C W G

i W t

D t

C W G

i W t

s d d

s d

s d d

−+

+

−+

=+

++

−+

=+

(1)

- Nồi 2 :

2 2 2 1 2

2 1 2 2 2 1 3

2 1 1 1 2

1

2 2

2 1 2 2 2 1 3

2 1 1 1 2

1

) (

05 , 0 )

( )

(

) (

) (

W

θ θ

θ

Cn i W Cn

W t C W W G i W t C W G

i

W

Qm Cn

W t C W W G i W t C W G

i

s d

s d

s d

s d

− +

+

−

− +

=

−

+

+ +

−

− +

1 1 3

2 2 2

1 1 2

2 2

2 3

1

)(

95,0

)(

)(

s

s s

d s

t C i Cn

i

t C t

C G t

C i

W W

−+

−

−+

−

=

)(

95,0

)(

)(

1 1

0 1

1 1

1 1

1

θ

Cn i

t C t

C G t

C i

W

−

−+

9,142

- Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1 ,nồi 2, ra khỏi nồi 2 :

Áp dụng công thức I.41 /ST1 – T152 ta có:

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,1) = 3767,4 (J/kg độ)

- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 14,74 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

8614 , 1013 101

3 16800 26000

C t

kg J i

C t

kg J i

C t

kg J i

C t

/263221705

,73

/2,2695719844

,109

/8,2691612844

,108

/27440609

,142

,

4387

) 9 , 142 4972 , 4231 2744060

( 95 , 0

) 6953 , 100 4 , 3767 0787 , 113 9836 , 3568 ( 12000 )

0787 , 113 9836 , 3568 2 , 2695719 (

698

,

3763

) / ( 5877 , 3950 698

, 3763 2857

, 7714 )

/ ( 698

,

3763

0787 , 113 9836 , 3568 2 , 2695719 )

844 , 108 4972 , 4231 8

, 2691612 (

95 , 0

) 0787 , 113 9836 , 3568 7507 , 80 8012 , 3297 ( 12000 )

7507 , 80 8012 , 3297 2632217

( 2857

,

7714

1 2

1

1

h kg D

D

h kg W

W W h kg W

W

=

−

− +

−

− +

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W1 : W2 = 1: 1,05

Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân bằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn

4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi:

4.1.Tính hệ số cấp nhiệt α khi ngưng tụ hơi.

- Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H = 2m ,hơi

nhiệt được tính theo công thức ( V.101/ST2 – T28 )

25 , 0 1

) (

.04,2

H t

r A

hơi ngưng của nồi I ( o C )

97 , 2

12 11

ri: ẩn nhiệt nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt:

Ti i i

t t t

t t t

mi t t

t = −0,5∆ 1

t2 = 108,844 oC tm2 = 108,844 – 0,5.2,63 = 107,474oC

Tra bảng giá trị A phụ thuộc vào tm : (ST2 – T 29 )

với: t1 = 141,55oC A1 = 194,2123

t2 = 107,474 oC A2 = 182,3633

Vậy:

)/

(7367,94032

.74,2

10.2368,2237

3633,182

(4172,97012

.97,2

10.5,2135

2123,194

, 0 3 12

2 25

, 0 3 11

đô m W

đô m W

r1 , r2 : nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường ( bên ngoài cặn bẩn của nước ngưng ,bên trong cặn bẩn do dung dịch.

- Tra theo bảng ( V.I/ ST2 – T4 )

002,010.232,010.387,0

độ/W

⇒

C t

C t

.6621,0.2386,25766

0772,1910

.6621,0.2091,28813

3 2

3 1

Vậy :

C t

C t

7741,70772,1997,28213,29

22

21

435 , 0 2

565 , 0

dd nc

ρ λ

λ ψ

( dd:dung dịch , nc: nước )

Trong đó:

C: nhiệt dung riêng , J/kg độ

µ : độ nhớt , Cp

µ ρ

ts1 = 113,0787 oC

ts2 = 80,7507 oC

4.3.1 Khối lượng riêng :

- Khối lượng riêng của nước: tra bảng (I.249/ST1 – T310)

3 2

1

/3196,971

/5678,948

m kg

m kg

3 1

/24,1153

/95,1038

m kg

m kg

dd

dd

=

=ρ

ρ

4.3.2 Nhiệt dung riêng :

- Nhiệt dung riêng của nước :tra bảng ( I.249 /ST1 – T 310 )

1 =

nc

6854,0

M C

ddi ddi ddi

ρ ρ

A:hệ số tỉ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng :ta chọn A = 3,58.10-8

M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng (hỗn hợp của chúng ta là KNO3 và H2O )

nên : M = 101.a +(1- a)18

nồi 1 :x = 14,74 % khối lượng

4817,2018)

0299,01(0299,0.101

0299,018

26,

85101

74,

74,14

1

1

=

−+

=

⇒

=+

0648,01(0648,0.101

0648,018

72101

=

⇒

=+

=

M a

Vậy :

4817,20

95,1038,

95,1038.9836,3568.10.58,

24 , 1153

24 , 1153 8012 , 3297 10 58 ,

2246,0

Cp

Cp dd

dd

874,0

5095,02

J/kg độ

ncC

Vậy:

5895,0874

,0

3532,0.2011,4196

8012,3297

3196,971

24,1153

.0

2246,0.2338,4238

9836,3568

3196,971

95,1038

565 , 0 2

435 , 0 2

565 , 0 1

5 , 0 , 1

779 , 3741

5761 , 0 7741 7 4539 , 1 3 ,

22 45,3.ρ ψ

363,2902

5895,0.2935,9.3636,0.3,

21 = α ∆

q

9641,29088

7741,7.779,3741

=

=

(W/m2)

22 22

22 = α ∆

q

1105 , 33673

2935 , 9 363 ,

%475,4

%100.1105

,26973

2386,257661105

,26973

%5

%957,0

%100.9641

,29088

2091,288139641

,29088

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi

Áp dụng công thức:

i

tbiT

q K

,288132

21 11

q tb

(W/m2)

577,263722

9153,269782386

,257662

22 12

9060933

,29

577,26372

8198,9708213

,29

0866,28951

2

2 2

1

1 1

T

q K

2110500698

,37631

- Nồi 2 có hiện tượng quá nhiệt của dung dịch gọi là hiện tượng tự

bay hơi nên lượng nhiệt cần thiết ở nồi 2 là:

)(026

,

2191142

3600

7507,800787,1139836

,3568)

698,376312000

(8,22372365877

,906

026,2191142

7884,22728198

,970

953,2206467

K Q K

Q T

oC

vậy:

Q T

K

Q T

=+

∆+

=+

∆+

,2272

183,2417

0933,298213,29

3549

,

28

183,24177884

,2272

7884,2272

0933,298213,29)

(

2

2 1 1

2 2 2

1 1 2

1

,

1