Thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án mà em được giao là thiết kế hệ thống cô đăchai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc NaNO3 từ 3,5% lên 17%.. Định ng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam

1 Tên đề tài: thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm.

2 Số liệu ban đầu:

- Năng suất: 24000 kg/h

- Dung dịch cô đặc: NaNO3

- Nồng độ nguyên liệu ban đầu: 3,5 %

- Nồng độ sản phẩm: 17 %

- Áp suất hơi đốt và áp suất hơi thiết bị:

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Đặc vấn đề

- Tổng quan các phương pháp và công nghệ thực hiện

- Tính cân bằng vật chất của quá trình

- Tính cân bằng năng lượng

- Bản vẽ chi tiết thiết bị (hay cụm thiết bị và mặt cắt): A1

5 Ngày giao nhiệm vụ:

6 Ngày hoàn thành:

Huế, ngày… tháng… năm 2012

Nguyễn Thị Thủy Tiên

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay ngành công nghệ sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệpquan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành công nghiệp khác một trong những hóachất được sản xuất và sử dụng là NaNO3 vì khả năng sản xuất và ứng dụng củanó

Trong quá trình sản xuất NaNO3 ở quy mô công nghiệp thì quá trình côđặc là cục kỳ quan trọng vì nhờ có quá trình này người ta sẽ đưa được nồng độcủa NaNO3 đến một nồng độ cao hơn, để đáp ứng được nhu cầu sử dụng đa dạngcủa nó, đồng thời nhờ đó để tiết kiệm được chi phí vận chuyển, vận chuyển vàtạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án mà em được giao là thiết kế hệ thống cô đăchai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằm

cô đặc NaNO3 từ 3,5% lên 17%

Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm như chúng em thì việcthực hiện một đò án thiết bị như thế này là cực kỳ quan trọng Nó vừa tạo cơ hộichi sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc kiến thức đã học về các quá trìnhthiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tínhtoán 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 củasinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót Vìvậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo vàcác để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

1 Tên gọi và công thức hóa học của Natri Nitorat

Tên khoa học: sodium Nitrate

Tên thường gọi: Natri Nitorat, sô đa Nito

Công thức hóa học: NaNO3

NaNO3 la một chất rắn màu trắng tan trong nước dạng khoáng có tên là nitratine, nitratite, sodaniter

Natri nitrat được dùng như một chất nguyên liệu trong phân bón, pháo hoa, bom khói, chất bảo quản

Ứng dụng:

 Được dùng trong phạm vi rộng như là một loại phân bón và nguyên liệukhô cho quá trình sản xuất thuốc sung

 Kết hợp với sắc hidroxid tạo nhựa thông

 Sản xuất axid nitric

 Điều chế nước cường toan trong quá trình khai that vàng

 Chất Oxy hóa thay thế trong pháo hoa

 Là thành phần cấu tạo túi lạnh trong sản xuất thuốc nổ đen

 Kết hợp với KNO3 ứng dụng trong bảo quản nhiệt, chuyển đổi nhiệt trong tháp năng lượng mặt trời

 Dùng trong công nghiệp nước thải

2 Tính chất hóa lý của Natri Nitrat

 Dạng tồn tại: tinh thể rắn hoặc hạt bột màu trắng

 Mùi: không mùi

Ở 1000C: 180 g/100ml

 Ít tan trong methanol (CH3OH): 1g/300 ml

 Rất ít tan trong acetone và glycerol

 Dễ tan trong amoni lỏng

 Độ ổn định:

 Phản ứng mạnh với các chất dễ cháy, hữu cơ

 Phản ứng với các chất khử, axid

 Tính độc hại: (khi hít hoạc nuốt nhầm)

 Gây nhiễm độc máu, làm mất khả năng vận chuyển Oxy của hồng cầu gây ra hiện tượng tím tái, hôn mê

 Có thể gây đột biến gen (ảnh hưởng tới các tế bào gốc)

 Coa thể gây hại cho sức khỏe sinh sản

 Có thể là nguyên nhân gây ung thư

1 Sơ lược 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 suấtchân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặchay 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 bịphân hủy vì nhiệt

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bịphân 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 nóngbằng 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 truyềnnhiệt để đun sôi dung dịch

b) Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi) là một phòng trống, ở đây hơi thứđược 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 phậnphân ly hơi – lỏng ở trong phòng bốc hơi hoặc trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồicác 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, ốngchùm

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

- Theo tính tuần hoàn dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡngbức,

1.3 Lựa chọn thiết bị

Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 2 nồi, làm việc liên tục,

có ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên

Thiết bị cô đặc dạng có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chửa, làm sạch Đồngthời, có thể tận dụng triệt để nguồn hơi

Quá trình cô đặc được tiến hành ở áp suất chân không nhằm làm giảmnhiệt độ sôi của dung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế những biếnđổi của chất tan

Tuy nhiên, tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp, vận tốc tuầnhoàn 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 hoàntrung tâm Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt ngoài ống Nguyên tắc hoạt độngcủa ống tuần hoàn trung tâm là: do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn đườngkính ống truyền nhiệt nên hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch sẽ sôi ít hơn so vớidung 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 truyềnnhiệt và ống tuần hoàn

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

* Thuyết minh quy trình

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

Nguyên liệu đầu tiên là dung dịch natri hydroxit có nồng độ đầu 3,5%được bơm lên thùng cao vị 3 và nhờ sự ổn định dòng chảy theo phương trìnhliên tục mà nguyên liệu được đưa từ từ vào thiết bị gia nhiệt 4 mà không cầnbơm vẫn đảm bảo tốc độ không đổi và nhờ thiết bị này gia nhiệt đưa dung dịchđến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt 4 là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm cóthân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ; các đầu ống được giữchặt trên vĩ ống và vĩ ống được hàn dính vào thân Dung dịch được bơm vàothiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên còn hơi đốt đi bên ngoài ống Hơi đốt saukhi cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi sẽngưng tụ lại Dung dịch sau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào thiết bị cô đặc thựchiện quá trình bốc hơi.

Dung dịch được cô đặc ở nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2 Hơi đốt đượcđưa vào phòng đốt của nồi 1 để đốt nóng dung dịch trong nồi 1 Sau khi cô đặclượng hơi thứ thoát ra ở nồi 1 sẽ dùng làm hơi đốt cho nồi 2, hơi thứ của nồi 2

sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ 12 Dung dịch sau khi cô đặc đến nồng độ yêu cầu17% sẽ tháo ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ lực trọng trường

Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra phía trên của thiết bị cô đặc đượcđưa vào thiết bị ngưng tụ baromet và được bơm chân không hút ra ngoài Khíkhông ngưng còn lại tiếp tục đi qua thiết bị tách bọt 13

Trong quá trình cô đặc lượng hơi đốt sẽ cấp nhiệt cho dung dịch nênngưng tụ lại và được thu hồi ở cửa nước ngưng tụ 10

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:

GD.XD= GC.XC + W.XW

Trong đó: XD, XC: nồng độ đầu, cuối của dung dịch (% khối lượng)

Xem lượng hơi thứ không mất mát, ta có:

GD.XD= GC.XC (2)

Vậy lượng hơi thứ bốc ra toàn hệ thống được xác định:

) 1 (

C

D D

x

x G



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

2

W W

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

2

1



W W

Khi đó ta có hệ phương trình:

1 , 1

2

1



W W

W1 + W2 = WGiải hệ trên có kết quả :

W1 = 9983,3 kg/h

W2 = 9075,7 kg/hNồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1:

3 , 9983 24000

5 , 3 24000

x G

D

D D

%Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2 :

7 , 9075 3

, 9983 24000

5 , 3 24000

2 1

x G

D

D D

%

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 at

Gọi: 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

Áp suất

P2(at)

Nhiệt đột(0C)

,   16 , 2



Trong đó ’0 : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường gây ra

Ts : là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất (0K)

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

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

2 1

, ,

1

273

2 , 16

273 41 , 108 2 , 16 67 ,

273 7 , 69 2 , 16 15 ,

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 ’’ (tổnthất 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

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;

81 , 9 7 , 494 2

4 5 , 0 39 , 1 10

81 , 9

.

h h P

P

dds tb

81 , 9 65 , 548 2

4 5 , 0 31 , 0 10

81 , 9

.

h h P

P

dds tb



= 0,447 at

Để tính nhiệt độ sôi của NaNO3 ứng với Ptb ta dùng công thức BaBo:

t =KVới : P áp suất hơi bảo hòa của dung môi trên bề mặt dung dịch

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

Tra STQTTB1 bảng I.204/236& bảng I.249/311

Nồng độ dung dịch bằng 6% nhiệt độ sôi ts= 100,50C cũng ở nhiệt độ đó áp suất hơi bảo hòa của nước là: 1,0515

h= 0,5

h=4m

Nồng độ dung dịch là 17% thì nhiệt độ sôi t0

s = 102,220C, tại đó áp suất hơi bão hòa của nước là: 1,12 at

” = ”1 + ”2 = 2,28 + 7,8 =10,080C

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 10C

Do đó:

”’1=1,0 0C

”’2 =1,0 0C

,, 2

, 1 ,,

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

Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi:

Nồi 1:

ti1 = T1 – (T2 +∑1) = 135,5 – (107,41+0,706+2,28+1)= 24,1040C

Nồi 2:

ti2= t1 –(tng+ ∑2) =107,41-(68,7+1,753+7,8+1)= 28,1480C

Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi:

Nồi 1: ti1 =t1-ts1 => ts1= t1- ti1 =135,5-24,136= 111,3960C

Nồi 2: ti2 =t2-ts2 => ts2= t2- ti2 = 107,41- 28,157 = 79,2520C

Cho toàn hệ thống: h1 = 135,5-69,7-14,538= 51,2620C

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

T(0C) I.103(K/kg) Cn(J/kg.độ) T(0c) i.103(K/kg) C(J/kg.độ) ts(0C)

1 135,5 2605,35 4277,55 108,41 2664,657 3934,84111111,364

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:

( )

(



n S

S S

đ S

C i

t

t C t

C G

t C i

, 111 84 , 3934 2605350

79 38 , 3474 (

24000 )

253 , 79 38 , 3474 2746510

Vậy giả thiết phân phối hơi ban đầu(W1/W2=1,1) 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

5 , 135 49 , 4039 24000 634

, 111 84 , 3934 ).

76 , 10188 24000

( 2664657

III Tính bề mặt truyền nhiệt

2 1



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

t

s s

/ ( 10 598 , 0 )

/ ( 10 672 , 0 )

,

44

40 50

40 364 , 111

2 2

/ ( 10 596 , 0 )

/ ( 10 69 , 0 )

,

45

50 60

50 252 , 79

2 2

2 Hệ số truyền nhiệt của dung dịch

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

.

.

M Cp

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

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

 :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

06 , 0 1 85

06

,

06 ,

0133 , 0 1 ( 85 0133

3 , 987 3 , 987 84 , 3934 10

17 , 0 1

0416 , 0 1 ( 85 0416

5 , 1083 5

, 1083 38 , 3474 10

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 2167,394.1

2435 , 192 04 ,

3 1



C → A2 = 181,61

Tra bảng I.250 STQTTB, T1 / Trang 312

→ r1,n2 = 2245,774.103 J/kg

23 , 3 4

0 2245,774.1

61 , 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

2 145 ,

r : nhiệt trở của tường

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

 : bề dày ống truyền nhiệt ( =2 mm)

3 3 2

565 , 0 1

10 332 , 0

10 256 , 0 3 , 4235

84 , 3934 9

, 949

3 , 987 684 , 0

52 , 0

8945 , 22473 9464

, 21773

Vậy nhiệt tải trung bình:

92 , 22123 2

8945 , 22473 9464

, 21773 2

1 , 2

3 3 2

565 , 0 2

10 609 , 0

10 358 , 0 4024 , 4194

38 , 3474 25

, 972

5 , 1083

674 , 0

5034 , 0

2071 , 24434 8981

, 24258

Vậy nhiệt tải trung bình:

5526 , 24346 2

2071 , 24434 8981

, 24258 2

2 , 2 2 , 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

2167408

276 , 10137 3600

1 10

659 , 0 95 , 8292 1

861 , 6103225

2245774

5 , 10185 3600

1 10

659 , 0 77 , 7564 1

, 865

855 , 6353980

Q K

Q

i i n i

Vậy:

) ( 274 , 24 04 , 13945

47 , 6603 262 , 51

57 , 7341 262 , 51

% 100 274 , 24

274 , 24 104 , 24



% 3 , 4

% 100 988 , 26

988 , 26 148 , 28



Tính bề mặt truyền nhiệt F:

) (

2 ,

m t K

Q F

i hi i

861 ,

528 ,

, 3 4 052 , 0

315





h d

F n

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

Chọn n= 517 ống

Chọn cách xếp ống theo hình lục giác đều

Số ống trên đường truyền xuyên tâm là 25

Số ống trong tất cả các viên phân là 48

2 Đường ống tuần hoàn trung tâm

4

439 052 , 0 14 ,

f

D  4. = 43.0,14,32 = 0,648 m

Chọn Dth= 700 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 =5 m : Chiều dài của ống truyền nhiệt m

dth = 0,6 m : Đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm

F = 315 m2 : Diện tích bề mặt truyền nhiệt m2

Thay vào ta có :

4 8 , 0

057 , 0 315 60 sin 2 , 1 4 , 0 ) 057 , 0 2 , 1 2 6 , 0 (

0 2

7 , 0

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:S =

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 T2/ 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 T2/ Trang 363)

C1 : bổ sung do ăn mòn, C1= 1mm/năm

380 6 N m2

K 



) / ( 10

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

 : hệ số hiệu chỉnh,  = 0,9 ( Bảng XIII.2/STQTTB II/Trang 356)

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

10

10

, 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

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

5. Khối lượng thân buồng đốt

 2 2.

Chiều cao buồng đốt H = 4 (m)

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

Theo bảng XIII.22,STQTTB T2/Trang 396:

H=1124 (mm), chiều cao của đáy

240

mm D

) ( 10

36 , 1 )

10 369 , 0 95 , 0 10 54 , 131 (

2

46 , 0 10 369 , 0 2 )

6

mm C C

C P

y P

10 369 , 0 95 , 0 10 54 , 131 (

45 cos 2

10 369 , 0 2 )

0

6 0

95 , 0

1 10 49 , 52 ) 0018 , 0 010 , 0 ( 45 cos 2

10 314 0 83 , 1 1

cos

Vì nồi 2 cũng làm việc trong điều kiện áp suất trong (P =1,39 at ) nên các

bước tính toán đều giống nồi 1, nhưng do áp suất nhỏ hơn áp suất nồi 1 (do dungdịch đã bị bốc hơi bớt một phần nên áp suất thủy tĩnh cũng bị giảm) nên chắc

chắn các điều kiện về độ bền sẽ thoả

Vậy nên ở nồi 2 cũng chọn S =10 (mm)

Do đó, chọn bề dày đáy chung cho cả 2 nồi là 6 (mm)

Khối lượng của đáy thiết bị:

Gđáy = 390 (kg), bảng XIII.21,STQTTB,T2/Trang 396

Bảng 7: tóm tắc kích thước buồng đốt:

Chiều cao (H m) Đường kính trong

(Dt m) Chiều dày (S mm) Khối lượng (m kg)

Bảng 8: tóm tắc kích thước đáy buồng đốt:

Chiều cao đáy (H mm) Chiều cao gờ (h mm) Rt (mm) Bề dày đáy (S mm)

2 Chiều cao buồng bốc hơi

Thể tích không gian hơi được xác định

tt h kgh

u

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 hơi trong một đơn vị thời gian (m3/m3.h)

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

utt = f.utt(1at) khi P ≠ 1at

t

kgh kgh

D

V H



