1.2 Cơ sỏ và phương pháp cô đặc: Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất rắn hoà tan trong dung dịch bằngcách tách một phần dung môi sang dạng hơi.. Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng
Trang 1MỤC LỤC
Chương 1 3
TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 3
1.1 Tổng quan về sản phẩm: 3
1.2 Cơ sỏ và phương pháp cô đặc: 4
1.3 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 5
Chương 2 6
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 6
2.1 Cân bằng vật liệu: 6
2.1.1 Lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống: 6
2.1.2 Sự phân bố hơi thứ trong các nồi : 6
2.1.3 Nồng độ dung dịch ở từng nồi: 7
2.2 Phân bố áp suất làm việc trong các nồi: 7
2.3 Tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi: 8
2.3.1 Tổn thất nhiệt độ đo nồng độ (Δ'):Δ'):): 8
2.3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ'):∆’’): 9
2.3.3 Tổn thất do trở lực của đường ống,(Δ'):Δ”’): 11
2.3.4 Tổn thất do toàn bộ hệ thống: 11
2.3.5 Hiệu số hữu ích trong toàn hệ thống và trong từng nồi: 11
2.4 Tính nhiệt lượng, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt ngưng tụ: 12
2.4.1 Tính nhiệt lượng riêng: 12
2.4.2 Tính nhiệt dung riêng C, J/kg.độ: 12
2.4.3 Tính nhiệt độ hơi đốt, hơi thứ và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi: 13
2.5 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết: 14
2.6 Các thông số kĩ thuật chính: 16
2.6.1 Độ nhớt: 16
2.6.2 Hệ dẫn nhiệt của dung dịch: 17
2.6.3 Hệ số cấp nhiệt: 19
2.6.4 Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi: 24
2.6.5 Tính toán bề mặt truyền nhiệt: 26
2.7 Tính toán các thiết bị chính: 26
2.7.1 Buồng đốt: 26
2.7.2 Buồng bốc: 30
2.7.3 Cửa làm vệ sinh: 33
2.8 Đường kính các ống dẫn: 33
2.8.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt: 33
2.8.2 Đường kính ống dẫn hơi thứ: 34
2.8.3 Dường kính ống dẫn dung dịch: 34
2.8.4 Đường kính ống tháo nước ngưng: 35
2.9 Bề dày lớp cách nhiệt của thiết bị: 36
2.9.1 Bề dày lớp cách nhiết cho các ống dẫn: 36
2.9.2 Bề dày lớp cách nhiệt cho thân thiết bị: 38
2.10 Mặt bích : 39
2.11 Tai treo : 40
Trang 2Chương 3 44
TÍNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 44
3.1 Thiết bị ngưng tụ Baromet 44
3.1.1 Lượng nước lạnh cần để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ: 44
3.1.2 Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị : 44
3.1.3 Đường kính thiết bị ngưng tụ: 45
3.1.4 Kích thước tấm chắn: 45
3.1.5 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 46
3.1.6 Kích thước ống baromet: 47
3.1.7 Chiều cao ống Baromet : 47
3.2 Tính toán và chọn bơm: 49
3.2.1 Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị Baromet: 49
3.2.2 Bơm dung dịch vào thùng cao vị: 51
Trang 3Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ,
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
1.1 Tổng quan về sản phẩm:
Hầu hết trong những ngành công nghiệp sản xuất hiện nay đều cần rất nhiềuhoá chất từ ngành Công nghệ sản xuất va chế biến hoá chất Một trong những hoá chấtcần thiết đó là: natricacbonat Na2CO3
– Nhiệt chuyển pha từ rắn sang lỏng: 7,000cal/mol
Na2CO3 thương phẩm thường chứa 99% Na2CO3 và 0,5% NaCl; 0,3%Na2SO4
và 0,4% ẩm Sô đa thường dùng sản xuất sút tại chỗ
Các ứng dụng của Na 2 CO 3
Na2CO3 là chất rất quan trọng được dùng rộng rãi trong công nghiệp xà bônggiấy xenlulozo, dệt, thủy tinh, luyện kim và nhiều nghành khác Có thể kể đến một sốứng dụng sau:
– Sản xuất sút tại chỗ
Na2CO3 + Ca(Δ'):OH)2 = 2NaOH + CaCO3
Trang 4– Na2CO3 (Δ'):xô đa) không có khả năng xà phòng hóa dầu mỡ nhưng có thể xàphòng hóa tùng hương và các axit béo tổng hợp do đó nó được sử dụng đểsản xuất xà phòng, bột giặt và chất tẩy rửa.
Sau đó nung trong lò quay cùng với than và Canxicacbonat ở 1000oC
Na2SO4 + 2C + CaCO3 = Na2CO3 + CaS + 2CO2
Phương pháp nay còn nhiều thiếu sót
1.2 Cơ sỏ và phương pháp cô đặc:
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất rắn hoà tan trong dung dịch bằngcách tách một phần dung môi sang dạng hơi Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng tháisôi nghĩa là áp suất riêng phần của dung môi cân bằng với áp suất chung trên bề mặtthoáng của chất lỏng Trong quá trình cô đặc nồng độ của chất tan tăng, ảnh hưởng đếnquá trình tính toán của thiết bị Khi đó hệ số dẫn nhiệt , nhiệt dung riêng C, hệ sốcấp nhiệt giảm, đồng thời khối lượng riêng , độ nhớt , tổn thất nhiệt’ tăng
Trong hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều, dung dịch di chuyển từ nồi này sangnồi khác nhờ sự chênh áp giữa các nồi Nhiệt độ nồi trước lớn hơn nồi sau Ở đây ta sửdụng hệ thống 3 nồi cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm
1.3 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Dung dịch từ thùng chứa (Δ'):1) được bơm (Δ'):2) đưa lên thùng cao vị (Δ'):3) rồi đưa đếnthiết bị gia nhiệt (Δ'):5) sau khi qua lưu kế (Δ'):4) Tại đây dung dịch được đun đến nhiệt độsôi rồi đưa đến hệ thống 3 nồi cô đặc (Δ'):6) Hệ thống sử dụng hơi nước để cấp nhiệt
Trang 5Dung dịch đi trong ống, hơi nước đi ngoài ống Hơi thứ nồi thứ nhất là hơi đốt nồi thứhai, tương tự với nồi thứ ba Hơi thứ ra khỏi nồi ba được đưa và baromet ngưng tụ (Δ'):7),
có tác dụng tạo độ chân không cho hệ thống cô đặc Dung dịch sau khi cô đặc đượcđưa vào bể chứa (Δ'):8)
Trang 6Áp suất hơi nồ 1: 3at
Áp suất còn lại trong thiết bị ngưng tụ: 0.2at
2.1.1 Lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống:
Gọi: Gđ, Gc là lượng dung dịch lúc đầu và cuối, kg/h
xđ, xc là nồng độ đầu và cuối, % khối lượng
W là lượng hơi thứ bốc hơi, kg/hPhương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:
W = 12000 (Δ'):1 – 8/20) = 7200 (Δ'):kg/h)
2.1.2 Sự phân bố hơi thứ trong các nồi :
Gọi W1, W2, W3 là lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2, nồi 3 kg/h
Chọn sự phân bố hơi thứ theo tỷ lệ :
Trang 7Gọi: x1, x2, x3, là nồng độ tương ứng trong nồi 1, nồi 2, nồi 3
Vậy: Nồng độ của nồi 1:
X1 = Gđ xđ /(Δ'):Gđ – W1) (Δ'):4) = 12000 8/(Δ'):12000 - 2400)
= 10 (Δ'):%khối lượng)Nồng độ của nồi 2:
X2 = Gđ xđ /(Δ'):Gđ – W1- W2 ) (Δ'):5) = 12000 8 / (Δ'):1200 – 2400 – 2400)
= 13.33 (Δ'):% khối lượng)Nồng độ của nồi 3:
X3 = Gđ xđ /(Δ'): Gđ – W1 – W2 – W3) (Δ'):6) = 12000 8 /(Δ'):12000 – 2400 - 2400 – 2400) = 20 (Δ'):%khối lượng)
2.2 Phân bố áp suất làm việc trong các nồi:
Gọi:P1, P2, P3, Pnt, là áp suất hơi đốt trong các nồi I, II, III và thiết bị ngưng tụ Giả dụ sự giảm áp suất xảy ra giữa các nồi là không bằng nhau và giảm theo tỷ
Vậy áp suất làm việc ở từng nồi là:
Ta có:P = P1-Pnt = 3 - 0,12 = 2,8at
P = P1+P2+P3 = 2,8at
Trang 8 P1=1,45at
P2=0,85at
P3=0,5atGọi thđ1, thđ2, thđ3, tnt là nhiệt độ của hơi đốt đi vào nồi 1, nồi 2, nồi 3 và thiết
bị ngưng tụ
tht1, tht2, tht3, là nhiệt độ của hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 2, nồi 3
Coi sự tổn thất nhiệt độ do mất mát khi vận chuyển hơi từ thiết bị này sang thiết
Bảng 1.1
P1(Δ'):at) t 0C P2(Δ'):at) t 0C P3(Δ'):at) t 0C Pnt(Δ'):at) t 0CHơi đốt
59,7
F = 16,2 T2/r (Δ'):VI.11/59 – [2])Trong đó T- nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho, 0K;
r- là ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làmviệc,J.kg
Trang 9Dựa vào bảng (Δ'):VI.2/65 – [2]) ta biết được tổn thất nhiệt độ Δ’0 theo nồng độ a(Δ'):% khối lượng)
2.3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ'):∆’’):
Trong lòng dung dịch, càng xuống sâu nhiệt độ sôi của dung dịch càng tăng do
áp lực của cột chất lỏng Hiệu số của dung dịch ở giữa ống truyền nhiệt và trên mặtthoáng gọi là tổn thất nhiệt dộ do áp suất thuỷ tĩnh
'):
= t(Δ'):P+P) - tP
Với
– t(Δ'):P+P) là nhiệt độ sôi ứng với Ptb
– tp là nhiệt độ sôi tại mặt thoáng của dung dịch
Tính áp suất thủy tĩnh ở độ sâu trung bình của chất lỏng:
Theo CT VI.12, STQTTB, T2/Trang 55;ta có:
Trang 10g h
h P
– Po là áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch
– h là chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đếnmặt thoáng dung dịch, chọn h=0,5 cho cả 3 nồi
– H là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 2,5m cho cả 3 nồi
– ddsoi là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3
Trang 11Nồi 3: ứng với x1= 20%
ts1 =102,43 oC Theo bảng I.204/236 –[1]
Áp suất hơi nước bão hoà là 1,130at Theo bảng I.250/312 –[1]
885 , 0 130 , 1
t
dh hd thi1 1 2 1 132,9 111,75 (Δ'):0,513,611)16,03
– Nồi 2:
C t
t
hd hd thi2 2 3 2 111,75 89,33 (Δ'):0,655,481)15,29
– Nồi 3:
C t
t
nt hd thi 89,33 59,7 (Δ'):1 11,44 1) 16,19
3 3
ht 1 132 , 9 59 , 7 25 , 69 47 , 51
2.4 Tính nhiệt lượng, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt ngưng tụ:
2.4.1 Tính nhiệt lượng riêng:
– I: nhiệt lượng riêng của hơi đốt, J/kg
– i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ, J/kg
Trang 12Các giá trị trên được tra trong bảng: I.250/312 –[1]
2.4.2 Tính nhiệt dung riêng C, J/kg.độ:
o Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc:
Vì xđ=8%<20% nên áp dụng CT I.43/152 –[1]
12 , 3851 )
8 , 0 1 (Δ'):
4186 )
1 (Δ'):
10 1 (Δ'):
1333 , 0 1 (Δ'):
4186 )
1 (Δ'):
Trong đó:
nNa, nC, nO: là số nguyên tử Na, C, O trong hợp chất
CNa,CC, CO: là nhiệt dung riêng của các nguyên tố Na, C, O
2 26000 1 7500 3 16800 1036 , 792 106
o Nhiệt dung riêng của dung dịch ở nồi 3
Vì x3 = 20 % = 20% nên ta áp dụng công thức I.44/152 – [1]
C3 = Chtx3 + 4186(Δ'):1 – x3)Tính Cht theo công thức I.41/153 – [1]
O O C C Na Na ht
Trong đó:
nNa, nC, nO: là số nguyên tử Na, C, O trong hợp chất
CNa,CC, CO: là nhiệt dung riêng của các nguyên tố Na, C, O
Trang 132 26000 1 7500 3 16800 1036 , 792 106
Trang 142.5 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết:
Gọi:
D1, D2, D3 là lượng hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h
Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối, kg/h
W1, W2, W3 là lượng hơi thứ bốc ra rừ nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h
Cđ, Cc là nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối, j/kg.độ
tđ, tc nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của dung dịch, 0C
i1, i2, i3 là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h
i’1, i’2, i’3 là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3,J/kg
Cn1, Cn2, Cn3 là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3, J/kg.độ
θ1 θ2 θ3 nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1,2,3, 0C
Qtt1, Qtt2, Qtt3 nhiệt tổn thất ra môi trường sung quanh, J
Theo phương trình cân bằng nhiệt, lượng nhiệt vào bằng lượng nhiệt ra:
Nhiệt lượng vào:
Trang 15- Do dung dịch ở nồi 1 mang vào: (Δ'):Gđ – W1)C1t1
Nồi 3:
- Do hơi đốt mang vào : D3i3
- Do dung dịch nồi 2 mang vào: (Δ'):Gđ – W1)C1t1
Nhiệt lựợng ra:
Nồi 1:
- Do hơi đốt mang ra: W1i’1
- Do dung dịch mang ra: (Δ'):Gđ – W1)C1t1
- Do nước ngưng mang ra: D1Cn1 θ1
- Do tổn thất nhiệt chung: Qtt1 = 0.05D1(Δ'):i1- Cn1 θ1)
Nồi 2:
- Do hơi thứ mang ra: W2i’2
- Do dung dịch mang ra: (Δ'):Gđ –W1 –W2)C2t2
- Do nước ngưng mang ra: D2Cn2 θ2
- Do tổn thất nhiệt chung: Qtt2 = 0.05D2(Δ'):i2 – Cn2 θ2)
Nồi 3:
- Do hơi thứ mang ra: W3i’3
- Do dung dịch mang ra: (Δ'):Gđ –W1 –W2 –W3)C3t3
- Do nước ngưng mang ra: D3Cn3 θ3
- Do tổn thất nhiệt chung: Qtt3 = 0.05D3(Δ'):i3 – Cn3 θ3)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Trang 16Giả sử ban đầu,kg/h
Giải từ hệ phươngtrình, kg/h
2 1
2 1
là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt tương ứng
Nồi 1: x1= 10 %, chọn chất chuẩn là nước
t1 = 200C ta có 1= 1,7400 10-3 (Δ'):N.s/m2) 1 = 0,850C
t2 = 400C ta có 2= 1,1000 10-3 (Δ'):N.s/m2) 2= 16,390C
Nên ta có 0,8520 1640,39
2 1
2 1
Có được θs ta tra bảng I.110/108 – [1] ta biết được μ
Và: ts1 = 116,870C
C
s1 16 , 39 76 , 120
2870 , 1
40 87 , 116
2 1
40 46 , 96
Trang 172 1
40 14 73
2.6.2 Hệ dẫn nhiệt của dung dịch:
Tính theo công thức (Δ'):I.32/123- [1])
3
.
M C
Trong đó: Cp- nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng, J/kg.độ;
ρ- khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3;M- khối lượng mol của chất lỏng;
A- hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng;
Ở đây A = 3,58.10-8;Trong đó: M = mi Mct + (Δ'):1- mi) MH2O
Mà
O H
i ct
i ct i i
M
x M
x M
x m
10 100 106
Trang 183 8
3 1 1
033 , 20
33 , 1017
33 , 1017 4 , 3767 10 58 , 3
33 , 13 100 106
33 ,
13 106
33 , 13
3 2
2 2 2 2
88 , 21
67 , 1091
67 , 1091 87 , 3627 10 58 , 3
A P d
20 100 106
3 3
3 3 3 3
899 , 23
66 , 1160
66 , 1160 16 , 3556 10 58 , 3
A P d
Mô tả sự truyền nhiệt qua thành ống:
Ở đây ta dùng hơi nước bão hòa làm hơi đốt đi ngoài ống, còn dung dịch cô đặc
đi trong ống Do đó khu vực sôi bố trí bên trong ống còn phía ngoài ống là lớp nướcngưng tụ Màng nước ngưng này ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt Còn sát thànhống sẽ có một lớp cặn dung dịch bám vào,vì vận tốc khu vực này gần bằng không Lớpcặn này cũng ảnh hưởng đến qua trình truyền nhiệt
Qua trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch trong ống dẫn gồm ba giaiđoạn:
Trang 19- Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấpnhiệt là α1 với nhiệt tải là q1 (Δ'):W/m2).
- Dẫn nhiệt qua ống truyền nhiệt có bề dày là δ, m;
- Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt là α2 vớinhiệt lượng tải riêng là q2 (Δ'):W/m2)
a) Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành thiết bị:
Theo định luật Niutơn ta có:
.
04 , 2
H t
r A
, [W/m2.độ] [V.101/28 – 1] (Δ'):4.4)H- chiều cao của ống truyền nhiệt H= 3m;
Trong đó: A = (Δ'): 2 3) 0 , 25
, đối với nước giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng
tm, còn r là ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt Tra bảng [I.250/312 – 1] ta có:
Nhiệt độ t,0C Nhiệt hóa hơi rhh.10-3J/kg
Từ đó ta tra (trang 29- [2] ) ta lập bảng sau:
Trang 20Vậy Nồi 1: ) 10680 , 42
3 , 1 3
10 88 , 217 (Δ'):
68 , 191 04 , 2 )
.(Δ'):
04 ,
r A
m2.độ)
1 1
1010 , 2229 (Δ'):
98 189 04 , 2 )
.(Δ'):
04 ,
t H
r A
2 2
10 60 , 2286 (Δ'):
4 179 04 , 2 )
.(Δ'):
04 ,
t H
r A
3 3
tt- nhiệt độ bề mặt thành ống phía dung dịch
t0- nhiệt độ của chất lỏng sôi
0 14 ,
3 p q
n
33 , 2 2 5 ,
0 3,
(Δ'):4.8)
p- là áp suất làm việc , at;
q- nhiệt tải riêng, W/m2
ψ là hệ số điều chỉnh và đước xác định theo công thức sau:
Trang 21435 , 0 2
565 ,
0 (Δ'): ) (Δ'): ).(Δ'): ) )
d n
d n
d C
, , , - độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt tương
ứng với độ sôi của dung dịch;
n n n
n C
, , , - độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt tương
ứng của nước;
Bảng thông số của dung dịch:
Với nhiệt độ của nồi 1 là ts1 = 116,870C, ts2 = 96,460C, ts3 = 73,140C;
Tra bảng [I.249/310 – 1] ta có bảng thông số của nước:
565 , 0 435
, 0
1
1 1
1 2 1
1 565
3741,0).(Δ'):
68,4244
40,3767.(Δ'):
)78,945
33,1017(Δ'):
.)5897,0
5116,0(Δ'):
)).(Δ'):
.(Δ'):
)(Δ'):
.)
d n
d n
565 0 435
, 0
2
2 2
2 2 2
2 565 ,
5637 , 0 ).(Δ'):
76 , 4215
87 , 3627 (Δ'):
) 84 , 960
67 , 1091 (Δ'):
) 5863 , 0
5357 , 0 (Δ'):
) ).(Δ'):
.(Δ'):
) (Δ'):
)
d n
d n
Trang 22Nồi 3:
435 , 0 2
565 0 435
, 0
3
3 3
3 2 3
3 565
192 , 1 ).(Δ'):
26 , 4192
16 , 3556 (Δ'):
) 93 , 975
66 , 1160 (Δ'):
) 5759 , 0
5577 , 0 (Δ'):
) ).(Δ'):
.(Δ'):
) (Δ'):
)
d n
d n
Σr = r1 + r2 + r3
Trong đó :
Δt- hiệu số nhiệt độ hai bên thành thiết bị
r1- là nhiệt trở của nước ngưng
Với ống truyền nhiệt người ta thường dùng thép TC3 có bề dày δ =2(Δ'):mm)
Lớp vật liệu đó tra bảng I.125/127 – [1] ta có hệ số dẫn nhiệt là 50 W/m.độ
r r
r
,m2.độ/W
C R
q
15 , 9 10 659 , 0 55 ,
1 1
C R
q
07 , 8 10 659 , 0 23 ,
2 2
C R
q
t 11225 , 87 0 , 659 10 3 7 , 04o
3 3
Mặc khác ta có
2 2 2
2 5
, 0 33 , 2
145 , 0
t t t
C m W p t T
Thay số vào tính toán ta có bảng :
Trang 23Δt 9,15 8,07 7,40
C m
n
2 3
3 1
1
21 0 , 78 3 , 16 10 2 , 45 10 , /
C m
n
2 3
3 2
2
22 0 , 76 2 , 58 10 1 , 96 10 , /
C m
n
2 3
3 3
3
23 0 , 65 2 , 42 10 1 , 57 10 , /
2 3
21 21
21 t 2 , 45 10 5 , 58 13665 , 67 ,W/m
2 3
22 22
22 t 1 , 96 10 6 , 07 11907 , 18 ,W /m
2 3
23 23
2.6.4 Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi:
Ở đây phân bố theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau:
F1 = F2 = F3 = constTrong trường hợp này hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi tỉ lệ bậc nhất với
tỉ số Q/K của các nồi tương ứng:
i
Ki Qi Ki
Qi k
t (Δ'): ) 3
1
(Δ'):VI.20/68 – [2])
Trong đó: ΣΔthi – tổng hiệu số nhiệt độ có ích của các nồi;
Qi - nhiệt lượng cung cấp, J
Ki – hệ số truyền nhiệt,W/m2.độ;
Trang 24Ta có:
3600
. i
i r D
Qi
Trong đó: Di- lượng hơi đốt của mỗi nồi;
ri- ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi;
2 1
1 1
Nồi 1:
)(Δ'):
05,16640703600
24,2162299
5,27713600
1
Trang 25Suy ra :
61 , 1932 36
, 861
05 , 1664070
Nồi 2:
) (Δ'):
2 , 1386391 3600
60 , 2225434
71 , 2242 3600
2
K
Suy ra:
55 , 1750 97
, 791
2 , 1386391
Nồi 3:
) (Δ'):
66 , 1542766 3600
57 , 2284266
4 , 2431 3600
3
K
Suy ra:
42 , 2148 09
, 718
66 , 1542766
Nên ta có:
58 , 5831
3
3 2
2 1 1 3
Q K
Q Ki
61 , 1932 51 , 47
58 , 5831
55 , 1750 51 , 47
58 , 5831
42 , 2148 51 , 47
Trang 26Δthi Δthi (Δ'):tính toán) Sai số %
Như vậy các sai số so với giả thiết ban đầu đều nhỏ hơn 10%
2.6.5 Tính toán bề mặt truyền nhiệt:
Bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi:
Nồi 1 . 8611664670,36.15,,0574 122,75
1 1
Q F
Nồi 2: . 7911386391,97.14,17,26
2 2
Q
Nồi 3: . 7181542766,09.17,66,50
3 3
Chọn đường kính ống truyền nhiệt là:d0= 38 mm =38.10-3m
Chiều cao ống truyền nhiệt là: h=3 m;
Vì đây là thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm Nên diện tích thiết diện tuần hoànkhoảng 15%-20% thiết diện tất cả các ống truyền nhiệt
Vậy ta có:
16.37 = л.dtt.h + n.л.do.hЛ.d2/4 = 15%.n.л.d2/4Giải hệ ta có: dtt = 270 mm và n =335,8 ống
Quy chuẩn ta có dtt = 300, n = 397 Theo bảng V.11/48 – [2] số ống trong thiết
bị truyền nhiệt loại ống chùm sắp xếp theo hình sáu cạnh là n = 397 ống, số hình sáucạnh là 11, số ống trên đường xuyên tâm là 23 Tính toán lại khi có mặt ống trung tâm
ta có n = 397 – 61 =366 ống
2.7.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt.
Đường kính trong của buồng đốt tính theo công thức:
Dt = t(Δ'):b-1) + 4.d, m; (Δ'): V.140/49 – [2])
Trang 27Tuy nhiên dở đây do ống tuần hoàn nằm ở trung tâm buồng đốt nên ta phải tính toánlại Quy chuẩn chọn đường kính buồn đốt là D = 2m.
2.7.1.3 Chiều dày buồng đốt:
Thường dùng thép chịu nhiệt CT3
Chiều dày của thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong p được xác định theocông thức sau:
. (Δ'): ).
2
.
m C P
P D
: hệ số bền của thành hình trụ tính theo phương dọc,chon =0,95 (Δ'):Theo bảng XIII.8/362 – [2])
C: hệ số bổ sung ăn mòn
P: áp suất trong thiết bị(Δ'):at);
[σ] -ứng suất cho phép gồm ứng suất kéo [σk],và ứng suất theo giới hạnchảy [σch];
nk là hệ số an toàn theo giới hạn bền theo bảng XIII.3/356 – [2] ta chọn
10
(Δ'):N/m2) (Δ'):XIII.2/355 – [2])Tương tự ta chọn : η = 0.9; nc = 1.5; σc = 240.106 N/m2
5 , 1
10