Đồ án môn học quá trình thiết bị thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức, cô đặc dung dịch KOH với năng suất 6570 kgh

LỜI MỞ ĐẦUĐể bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá chất là thiết kế mộtthiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viênkhoa Công nghệ Hoá học t

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên :

Lớp :

Khoa : Công Nghệ Hóa

GVHD :

NỘI DUNG ĐỀ BÀI:

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức, cô đặc dungdịch KOH với năng suất 6570 kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 12,4%

Nồng độ cuối của dung dịch: 35,3%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4atm = 4,133at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2atm = 0,207at

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN



………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2010

Người nhận xét

LỜI MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá chất là thiết kế mộtthiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viênkhoa Công nghệ Hoá học trường Đại học Công nghiệp Hà Nội được nhận đồ ánmôn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá học” Việc thực hiện đồ án làđiều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn saukhi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình vàthiết bị Công nghệ Hoá học” Trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức củamột 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 các quátrình 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 địnhtrong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo vănphong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống

Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệthống cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức với dung dịch KOH, năngsuất 6570 kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 12,4%, nồng độ sản phẩm 35,3%

Đồ án môn học trình bày gồm các phần sau:

Phần 1: Giới thiệu chung

Em xin chân thành cảm ơn thầy ???????????? 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 côngnghiệp khác nói chung thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứachất tan không bay hơi, để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làmbay 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 hóachất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thudung môi ở dạng nguyên chất dung dịch được chuyển đi không mất nhiều côngsức 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 phòngđốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuần hoàntrung tâm…

Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị côđặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm nhưmong 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 sôirất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi Tuynhiên, tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ( hay không bay hơi trong quátrình đó) mà ta có thể tách một phần dung môi (hay cấu tử khó bay hơi) bằngphương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh

- Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng) dung môichuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi dung dịch sôi Để cô đặc cácdung dịch không chịu được nhiệt độ ( như dung dịch đường) đòi hỏi cô đặc ởnhiệt 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 mộtcấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết – thường là kết tinhdung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất làkết 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 máylạnh.

1 Phân loại thiết bị cô đặc:

Các thiết bị cô đặc rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên ta có thể phânloại 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 làmviệc ở Pdư, Pck…

- Theo nguồn cấp nhiệt:

 Nguồn của phản ứng cháy nhiên liệu

 Nguồn hơi nước: Nay là nguồn cấp nhiệt thường gặp nhất

 Nguồn nước nóng, dầu nóng hoặc hỗn hợp điphenyl chothiết bị chu kỳ có công suất nhỏ

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 nhậnnhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoàicác 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 nênphải 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: Độnhớt 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 ýnghĩa 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 vàođun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,…hơi thứ ởnồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sangnồi 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 giữahơi đốt và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phảigiảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau Thông thường thì nồiđầu làm việc ở áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khíquyển (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 sẽtăng 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 nhưngkhông 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 bềmặt 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 tinhthể lập phương, nóng chảy ở 3340

C Không hút ẩm, tan trong nước và độ tantăng nhanh theo nhiệt độ nên rất dễ kết tinh lại Nó khó tan trong rượu và ete ở

4000

C, KNO3 phân huỷ thành kali nitrit và oxi:

KNO3 = KNO2+ ½O2

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

Hỗn hợp của KNO3 và các hợp chất hữu cơ sẽ cháy dễ dàng và mãnhliệt 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 dùngtrong công nghiệp thuỷ tinh Ở nước ta nhân dân thường khai thác diêm tiêu từphân dơi hay đúng hơn từ đất ở trong các hang có dơi ở Phân dơi trong cáchang đó lâu ngày bị phân huỷ giải phóng khí NH3 Dưới tác dụng của một số vikhuẩn, khí NH3 bị oxi hoá thành nitrơ và axit nitric Axit này tác dụng lên đávôi tạo thành Ca(NO3)2, muối này một phần bám vào thành hang, một phần tanchảy ngấm vào đất trong hang Người ta lấy đất hang này trộn kĩ với tro củi rồidùng nước sôi dội nhiều lần qua hỗn hợp đó để tách ra KNO3

Ca(NO3)2 + K2CO3 → 2KNO3 + CaCO3Phương pháp này cho phép chúng ta sản xuất được một lượng diêm tiêutuy ít ỏi nhưng đã thoã mãn kịp thời yêu cầu của quốc phòng trong cuộc khángchiến 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

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

Dung dich đầu Na2SO4 chứa trong thùng (1) được bơm (2) đưa vào thùngcao vị (3) từ thùng chứa thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn địnhmức chất lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị traođổi nhiệt (5) (thiết bị ống chùm) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đunnóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bảo hòa cung cấp từ ngoài vào, rồi đivào nồi (6) Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đunnóng 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 đượcđưa qua của tháo khí không ngưng.Nước nưng được đưa ra khỏi phòng đốtbằng của tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốcgọi là hơi thứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên vàđược dẫn sang buong đốt của thiết bị (7) Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển quanồi 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 đượclàm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình

tự bốc hơi Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm(9) qua thiết bị bơm (2) Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bịngưng tụ Baromet (10) Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đixuống, ở đây hời thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet vàothùng chứa còn khí không ngưng đi qua thiết bị tách bọt (11) hơi sẽ được bơmchân không (12) hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nướcngưng

Hệ thống cô đặc xuôi chiều ( hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau từnồi nọ sang nồi kia ) được dùng khá phổ biến trong công nghiệp hóa chất.Loạinày có ưu điểm là dung dịch tự chảy từ nồi trước sang nồi sau nhờ sự chênhlệch áp suất giữa các nồi Nhiệt độ sôi của nồi trước sang nồi sau , do đó , dungdịch đi vào mỗi nồi ( trừ nồi 1 ) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi , kết quả làdung dịch đi vào sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt sẽ bốc hơi thêm một lượnghơi 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 dịchtrước khi vào nồi nấu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưngtụ

PHẦN II 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 đặc dung dịch KOH với năng suất 6570kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 3m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 12,4%

Nồng độ cuối của dung dịch: 35,3%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4,133 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,207at

2 Tính cân bằng vật liệu :

2.1 Xác định lượng nước hơi thứ bố ra từ toàn bộ hệ thống và trong từng nồi:

2.1.1 Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống:

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 2Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:

W1 : W2 = 1 : 1

Mà ta có: W1 + W2 = 4262,1246 kg/h

⟹ W1 = 2131,0623 kg/h

W2 = 2131,0623 kg/h

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

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:

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 ΔP,,=1÷1,5 ,và khi đó nó sẽ trở thànhhơi đốt cho nồi 2:

đốt P1= 4,133 t1=143,9906 P2=1,397 t2=108,633

Png=0,207 tng=60,33Hơi

thứ P’1=1,444 t’1=109,633 P’2=0,217 t’2 =61,33

T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho, ° K

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

Po : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng (at)

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

(m)

h2 : chiều cao của ống truyền nhiệt (m)

ρdds : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3 ) Lấy gần đúng bằng

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

ΔPthi= ΔPtch− ∑ ΔP (CT VI.16/ST2 –T67)

ΔPtch - Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ

ngưng ở thiết bị ngưng tụ

D:Lượng hơi đốt vào kg/h

i,i1,i2 :hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ J/kg

θ1, θ2 : Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2

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

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

* 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

* Nhiệt lượng mang ra:

* Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

- Nồi 1 :

D i1+G d C d t s 0=W1.i1+(G d−W1)C1.t s 1+D Cn 1 θ1+Qm 1

D i1+G d C d t s 0=W1.i1+(G d−W1)C1.t s 1+D Cn 1 θ1+0 , 05 D (i−Cn1 θ1) (1)

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

- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 12,4%

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

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,124) = 3666,936 (J/kg độ)

- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 18,353 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

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

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

T2 T2

T1

T1

tT1

t0 tT2

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

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

α=2 , 04 A ( r i

ΔPt 1i H )

0 ,25

W/m2 độTrong đó:

α1i : hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i W/m2 độ

ΔP1i : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi

ngưng của nồi I ( o C )

t2 = 108,633 oC ⟹ tm2 = 108,633 – 0,5.1,87 = 107,698oCTra bảng giá trị A phụ thuộc vào tm : (ST2 – T 29 )

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 )

C: nhiệt dung riêng , J/kg độ

μ : độ nhớt , Cp

λ, ρ ,C ,μ : lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch.

ts1 = 121,006 oC

ts2 = 85,516 oC

4.3.1 Khối lượng riêng :

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

4.3.2 Nhiệt dung riêng :

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

λddi= A Cddi ρddi.3√ ρddi

M

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 = 13,0233 % khối lượng

Vậy giả thiết ΔP11, ΔP21 được chấp nhận.

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi

Áp dụng công thức:

ΔPTi N/m2 độTrong đó:

qtbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi (W/m2 )

ΔPTi :Hiệu số nhiệt độ hữu ích của từng nồi ( oC ) (xem bảng 2)

6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích

NX: Sai số này nhỏ hơn 5% ,vậy phân phối áp suất như trên là hợp lý

PHẦN IV

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

1 Gia nhiệt hỗn hợp đầu :

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nóng loại ống chùmngược chiều dùng hơi nước bão hòa ở 3at, hơi nước đi ngoài ống từ trên xuống,hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên Ở áp suất 3at t1=132,9 oC ( trabảng I.251-ST1/315)

Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng(25oC) đi ra ở nhiệt

độ sôi của hỗn hợp đầu(tso = 103,151oC)

1.1 Nhiệt lượng trao đổi :( Q)

Q = F.Cp.(tF – tf) WTrong đó : + F: lưu lượng hỗn hợp đầu ,F = 6570(kg/h)

+ tF : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = ts1 = 121,006 oC

+ Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu

Cp= Co=3666,936 J/kg.độ

+ tf: Nhiệt độ môi trường: tf=25 oC

Thay số :

107,9 11,894 =9,072 > 2

Nên nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là:

+Hơi đốt: t1tb = 132,9 (0C)

+Phía hỗn hợp: t2tb = thđ− ΔPttb= 132,9 – 43,586 = 89,314(0C)

a) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể

+Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :

α1 = 2,04.A.(

r ΔPt1.H )0,25Trong đó : +r : ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa

tra bảng I.250-ST1/312: t1=132,9 oC r = 2171.103 (J/Kg)

+Δt1 :Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độthành ống truyền nhiệt

+ H : Chiều cao ống truyền nhiệt H = 3(m)+A : Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng.

Giả sử : Δt1 = 4,2 (0C)

Ta có : tm =132,9

-4,2

2 = 130,06 (0 C) Tra bảng (ST2/29)=> A = 191,24

+ Tra bảng (I 107- ST1/101)ta có độ nhớt dung dịch: µ = 0,89.10-3Ns/m2

+ Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp λ=A.Cp ρ

3

√ M ρ

- Tra bảng I.21-ST1/32 ρ : khối lượng riêng của hỗn hợp ở ttb

ρ =1172,53 kg/m3

- M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng ( hỗn hợp của chúng ta là KOH và

H2O ) nên : M = 56.a +(1- a)18

x = 18,353 % khối lượng nên:

Trong đó : tt 2 : Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp

∑rt : Tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt

Ống dẫn nhiệt làm bằng làm thép CT3 có chiều dày δ = 2 (mm) nên: λ = 46,4(W/m độ)  ∑rt =0,662.10-3 m2 độ/W (đã tính ở trên)

+ Cpt : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở tt 2

Cpt =C1= 3417,743 J/kg.độ

+ µt : Độ nhớt của hỗn hợp tra bảng I.107-ST1/101:

µt = 0,89.10-3Ns/m2 + λt : hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp ở tt2

Trong đó : Nhiệt lượng trao đổi : Q = (W)

q tb :Nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dịch

Trong đó : F : Bề mặt truyền nhiệt

d : đường kính ống truyền nhiệt d = 0,034 m

H : Chiều cao ống truyền nhiệt H = 3 (m)

Thay số : n=

19,03 3,14.0,034.3 =59,417

Qui chuẩn n = 61 ống Theo bảng V.11-ST2/48 ta có :

Tổng ốngtrong tất cảcác hình viênphân

Tổngốngtrongthiết bị

Dãy1

Dãy2

Dãy3

Quy chẩn 4 ngăn

2 Chiều cao thùng cao vị:

Áp suất toàn phần cần để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống khi dòng chảy đẳng nhiệt: