Thiết kế hệ thống cô đặc xuôi chiều ba nồi loại ống tuần hoàn trung tâm , cô đặc dung dịch KOH làm việc liên tục năng suất 45000 kg trên giờ

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống cô đặc xuôi chiều ba nồi loại ống tuần hoàn trung tâm , cô đặc dung dịch KOH làm việc liên tục.. Tính nhiệt độ hơi đốt, hơi thứ và nhiệt độ sôi của

Trang 1

ÐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Văn Thông

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1 Họ và tên nhóm sinh viên: NHÓM 2- Lớp DH10H1

Phan Đình An

Đặng Phạm Việt Anh

Lê Nguyễn Tuấn Anh

Nghành: Công nghệ kĩ thuật hóa học chuyên nghành Hóa Dầu.

2 Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế hệ thống cô đặc xuôi chiều ba nồi loại ống tuần hoàn trung tâm , cô đặc dung dịch KOH làm việc liên tục

3 Các dữ liệu ban đầu.

- Dung dịch cô đặc: KOH

- Năng suất dung dịch đầu: 45000kg/h

- Nồng độ đầu: 6%

- Nồng độ cuối: 41%

- Áp suất hơi nồi 1: 11,01 at

- Áp suất còn lại trong thiết bị ngưng tụ: 0,15 at

- Loại ống tuần hoàn trung tâm

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán.

3.1 Lời nói đầu.

3.2 Tổng quan sơ đồ hệ thống công nghệ

3.3 Tình toán thông số làm việc của hệ thống

3.4 Tính toán thiết bị chính và chi tiết hình vẽ

3.5 Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ: Baromet và bơm chân không

3.6 Kết luận

Nhóm 2 - L p DH10H1 ớp DH10H1 Page 3

Trang 2

3.7 Phụ lục

3.8 Tài liệu tham khảo

4 Bản vẽ hoàn chỉnh.

4.1 Sơ đồ công nghệ của quá trình cô đặc

4.2 Thiết bị chính ( Tháp cô đặc KOH)

5 Ngày giao đồ án: 21/01/2013

Ngày nộp đồ án: 2/5/2013

Ngày báo cáo: 5/2013

6 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Thông.

Trang 3

Nhóm sinh viên thực hiện

Phan Đình An

Đặng Phạm Việt Anh

Lê Nguyễn Tuấn Anh

Xác nhận của người hướng dẫn.

Sinh viên đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ được giao

Xác nhận của trưởng khoa

cho phép bảo vệ.

1 - Bằng số:

2 - Bằng chữ:

3

4

5

Vũng Tàu, ngày tháng năm 2013

Trang 4

MỤC LỤC

Phần 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ: 10

1 Giới Thiệu Tổng Quan 10

1.1.Tổng quan về Kali hydroxit: 10

1.2 Lý thuyết về cô đặc: 11

2 Lựa chọn công nghệ- thuyết minh: 14

2.1 Lựa chọn công nghệ: 14

2.2 Thuyết minh: 14

Phần 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 16

1 Cân bằng vật liệu: 16

1.1 Lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống : 16

1.2 Sự phân bố hơi thứ trong các nồi: 17

1.3 Nồng độ dung dịch ở từng nồi : 17

2 Phân bố áp suất làm việc trong các nồi: 18

3 Tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi: 20

3.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (Δ'):): 20

3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’): 22

3.3 Tổn thất do trở lực của đường ống,(Δ”’): 25

3.4 Tổn thất cho toàn bộ hệ thống: 25

3.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn hệ thống và từng nồi: 26

4 Nhiệt lượng, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt ngưng tụ: 26

4.1 Tính nhiêt lượng riêng: 26

4.2 Tính nhiệt dung riêng C, j/kg độ: 26

4.3 Tính nhiệt độ hơi đốt, hơi thứ và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi: 28

5.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết 29

6 Các thông số kĩ thuật chính: 32

6.1 Độ nhớt: 32

6.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch: 34

6.3 Hệ số cấp nhiệt: 35

6.4:Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi: 42

6.5 Tính toán bề mặt truyền nhiệt: 45

Phần 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 46

1 Buồng đốt: 46

1.1 Số ống trong buồng đốt: 46

1.2 Đường kính trong buồng đốt: 47

1.3 Chiều dày phòng đốt: 48

2 Buồng bốc hơi: 49

2.1 Đường kính phòng bốc: 49 Nhóm 2 - L p DH10H1 ớp DH10H1 Page 6

Trang 5

2.2 Thể tích phòng bốc hơi: 49

2.3 Chiều cao phòng bốc hơi: 50

2.4 Chiều dày phòng bốc: 51

2.5 Chiều dày nắp phòng bốc: 52

2.6 Chọn bích : 53

2.6.1 Bích nối thân và đỉnh 54

2.6.2 Bích nối thân và đáy 54

3 Tính toán một số chi tiết khác 55

3.1 Đường kính các ống dẫn 55

3.1.1 Ống dẫn hơi đốt: 55

3.1.2 Ống dẫn dung dịch vào: 55

3.1.3 Ống dẫn hơi đốt ra: 56

3.1.4 Ống dẫn dung dịch 1 ra 57

3.2 Bề dày lớp cách nhiệt: 57

3.3 Tai treo : 58

Phần 4: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 62

1 Baromet 62

1.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị Baromet-thuyết minh: 62

1.2 Các số liệu cần biết: 64

1.3 Nước lạnh cần thiết để ngưng tụ (Gn): 64

1.4 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ: 64

1.5 Kích thước tấm ngăn: 65

1.6 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 66

1.7 Đường kính trong của ống Baromet: 67

1.8 Chiều cao ống Baromet: 67

1.9 Lượng hơi và khí không ngưng: 68

2 Bơm chân không: 69

3 Bơm lên thùng cao vị: 70

Phần 5: KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THÁM KHẢO 75

Trang 6

Trang 7

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp hóa chất hiện nay đang có sự phát triện mạnh mẽ vàngày càng trở nên quan trọng Nó ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp khác

Kali hydroxit (KOH) nguyên liệu quan trọng để sản xuất nhiều hóa chấtchứa kali và được sử dụng để tổng hợp chất tẩy rửa dạng lỏng, mềm Trong sản xuấtKOH người ta thường sử dụng quá trình cô đặc để thu được dụng dịch có nồng độ theoyêu cầu sử dụng

Có nhiều thiết bị được dùng để cô đặc như: thiết bị cô đặc ống tuần hoàntrung tâm, tuần hoàn cưỡng bức, phòng đốt ngoài, Trong đó được dùng chủ yếu là thiết

bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm Cô đặc ống tuần hoàn trung tâm có cấu tạo đơn giản,

dể sửa chữa và làm sạch

Trong đồ án này chúng tôi “thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều dungdịch KOH bằng thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm”

Trang 8

Hiện nay ngành công nghiệp hóa chất ngày càng đòng vai trò quang trọng Nhiều hóa chất đã được sử dụng cho nhiều ngành công nghiệp Kali hydroxit (có công thức

là KOH) là hóa chất thông dụng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp Ngày nay nó đang được sản xuất với sảng lượng lớn

-KOH là tinh thể màu trắng, ưa ẩm, ăn da mạnh

-Nhiệt độ nóng chảy 304oC, nhiệt độ sôi 1327oC [1]

-Độ hòa tan ở 25oC là 121g/100ml, hòa tan trong nước tỏa nhiều nhiệt

-Có khả năng hút ẩm và CO2 trong không khí

-Sản xuất diesel sinh học.

-Sản xuất xà phòng mềm.

-Làm pin điện phân (dung dịch điện phân trong pin kiềm).

-Hóa chất trong sản xuất kem cạo râu và thuộc da.

-Dùng loại bỏ các axit hữu cơ và các hợp chất lưu huỳnh.

Trang 9

+ phản ứng: K2CO3 + Ca(OH)2 2KOH + CaCO3

- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước)

Cô đặc được tiến hành ở các áp suất khác nhau (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư)

- Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dể bị phân hủy vì nhiệt Cô đặc chân không có thể tận dụng nhiệt thừa của các quá trình sản xuất khác hoặc hơi thứ cho quá trình cô đặc

- Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao Hơi thứ được sử dụng cho cô đặc và các quá trình đung nóng khác

- Cô đặc ở áp suất khí quyển hơi thứ thải ra không khí

Hơi thứ là hơi thoát ra trong quá trình cô đặc Hơi thứ sử dụng ngoài dây

chuyền cô đặc gọi là hơi phụ.

Trang 10

Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở hệ thống cô đặc một nồi hay hệ thống cô đặcnhiều nồi:

- Cô đặc một nồi năng suất thấp và không dùng hơi thứ lầm chất tải nhiệt đặc một nồi có thể là cô đặc gián doạn hay là liên tục

- Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt do đó có ý nghĩa cao về mặt sử dụng nhiệt Nguyên tắc hoạt động: Nồi thứ nhất, dung dịch được đung nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi thứ nhất được đưa vào nồi thứ ha Hơi thứ nồi hai đưa vào nồi thứ ba… Và hơi thứ của nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi từ nồi này qua nồi kia, qua môi nồi dung môi được bốc hơi một phần, nồng độ dung dịch tăng dần Điều kiện làm việc là áp suất các nồi giảm dần Thông thừng nồi đầu làm việc ở áp suất dư, nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển Hệ thống

cô dặc nhiều nồi có thể làm việc xuôi chiều, ngược chiều hoặc song song

1.2.3 Cấu tạo thiết bị cô đặc.

Gồm hai phần chính:

- Bộ phận đung sôi dung dịch (phòng đốt) –bề mặt truyền nhiệt

- Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi) tách hơi ra khỏi dung dịch

Phân loại thiết bị cô đặc:

- Theo sự bố trí bề mặt truyền nhiệt: loại nằm ngan, thẳng đứng, loại nghiêng

- Theo chất tải nhiệt: loại đung nóng bằng điện, bằng khói lò, bằng hơi nước

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

Một số thiết bị cô đặc:

+ Cấu tạo: phòng đốt, ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn

+ Cấu tạo đơn giản, dể sửa chửa và làm sạch Vận tốc tuần hoàn nhỏ (không quá 1.5m/s) vì ống chuyền nhiệt cũng bị đốt nóng

Trang 11

+ Cấu tạo: võ thiết bị, phòng đốt, ống truền nhiệt, ống dẫn hơi đốt, tai đở.+ Vận tốc tuần hoàn tốt hơn, có thể lấy phòng đốt ra khi cần sửa chửa cấu tạo thiết bị phức tạp, kích thước lớn

- Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài:

+ Thiết bị phòng đốt ngoài kiểu nằm ngang:

 Cấu tạo: phòng đốt, phòng bốc hơi

 Dể dàng tháo phòng đốt ra để sửa chửa và làm sạch Tốc độ tuần hoànlớn hơn loại tuần hoàn ở giữa phòng đốt treo

- Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức:

+ Cấu tạo: phòng đốt, phòng bốc hơi, ống tuần hoàn, bơm tuần hoàn

+ Hệ số cấp nhiệt lớn (lớn hơn tuần hoàn tự nhiên từ 3-4 lần), cô đặc được dung dịch có độ nhớt lớn, tránh được sự bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt Nhưng tốn năng lượng cho bơm hoạt động

- Thiết bị cô đặc loại màng:

+ Cấu tạo: phòng đốt, phòng bốc hơi, bộ phận tách bọt, ống dẫn

+ Hệ số truyền nhiệt lớn, tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tỉnh nhỏ Nhưng khó làm sạch, khó điều chỉnh khi mực chất lỏng và áp suất hơi đốt thay đổi.không thích hợp cho dung dịch nhớt và kết tinh

Trang 12

- Thiết bị cô đặc dạng Roto:

+ Cấu tạo: thân thiết bị, bao hơi, rôto, cánh

+ Cường độ truyền nhiệt lớn, dung dịch bị hơi thứ kéo theo nhỏ Nhưng cấutạo và gia công phức tạp, chi phí cao Dùng cho các dung dịch dạng keo, đặc sệt

2. Lựa chọn công nghệ- thuyết minh:

Ta lựa chọn hệ thống cô đặc 3 nồi, xuôi chiều, phòng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

 Ưu điểm: dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất

giữa các nồi Nhiệt đọ sôi của nồi trước cao hơn 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 sẽ được bay hơi thêm một lượng nước Hơi thứ nồi trước làm hơi đốt nồi sau

tăng dần làm độ nhớt dung dịch tăng, kết quả là hệ số truyền nhiệt giãm dần từ nồi đầu đến nồi cuối

12- Thiết bị thu hồi bọt13- Bơm chân không

Trang 13

Hệ thống cô đặc 3 nồi, làm việc xuôi chiều liên tục:

Dung dịch KOH 6% khối lượng từ thùng chứa (1) được bơm (2) bơm lên thùng cao vị(3), đi vào tiết bị gia nhiệt (4) Ở thiết bị gia nhiệt (4) dung dịch được đung nóng đến nhiệt

độ sôi, sau đó đi vào nồi cô đặc 1,2 và 3 Tai đây dung dịch được đung sôi nhờ bằng thiết

bị ống tuần hoàn ở tâm, có phòng đốt, trong đó có các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn tương đối lớn, dung dịch ở trong ống còn hơi đốt ở ngoài ống Khi làm việc dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị đảy từ dưới lên trên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn lượng hơi tạo ra ít hơn do đó khối lượng riêng hỗn hợp hơi-lỏng lớn hơn trong ống truyền nhiệt,sẽ bị đẩy xuống tại nồi

1 hơi đốt ngưng tụ, lượng nhiệt hơi đốt cung cấp làm bay hơi một lượng hoi thứ Hơi thứ

từ nồi 1làm hơi đốt cho nồi 2, và hơi thứ nồi 2 làm hơi đốt nồi 3 Hơi nước ngưng tụ của nồi 1,2,3 được xử lý nhờ hệ thống ngưng tụ (10), dung dich từ nồi cô đặc 3 được lấy ra thùng chứa sản phẩm (9) nhờ bơm ly tâm (8) Hơi thứ của nồi 3 được ngưng tụ nhờ

baromet (11), được hút chân không nhờ bơm chân không (13) Lượng khí không ngưng đi vào thiết bị tách bọt (12) ngưng tụ 1 phần, phần còn lại khí không ngưng được thải ra ngoài

Trang 14

Phần 2:TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH

Các số liệu ban ban đầu:

Dung dịch cô đặc: KOH

Năng suất dung dịch đầu: 45000 kg/h

Nồng độ đầu: 6%

Nồng độ cuối: 41%

Áp suất hơi nồi 1: 11.01at

Áp suất còn lại trong thiết bị ngưng tụ: 0.15at

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/h

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:

Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử phân bố:

Trang 15

W = 45000(1 – 6/41) = 38415 (kg/h)

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 : W1:W2:W3= 1:1.1:1.2

Từ cách chọn tỷ lệ này ta tính được lượng hơi thứ bốc ra từng nồi:

W=W1+W2+W3

Nồi 1: W1=11606 (kg/h)

Nồi 2: W2=12766 (kg/h)

Nồi 3: W3=14043 (kg/h)

Trang 16

- Nồng độ của nồi 2:

= 45000 6 / (45000 – 11606 – 12766) = 13.1 (% khối lượng)

- Nồng độ của nồi 3:

x3 = Gđ xđ /( Gđ – W1 – W2 – W3) (6) = 45000 6 /(45000 – 11606 - 12766 – 14043)

= 41(%khối lượng)

Trang 17

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 lệ sau: P1:P2:P3=6.25:2.5:1

Vậy áp suất làm việc ở từng nồi là:

Trang 18

Coi sự tổn thất nhiệt độ do mất mát khi vận chuyển hơi từ thiết bị này sang thiết bị khác là 10C

Bảng 1.1 Nhiệt độ, áp suất hơi đốt và hơi thứ của nồi 1, nồi 2, nồi 3 và Baromet

P1(at) t 0C P2(at) t 0C P3(at) t 0C Pnt(at) t 0C

Ta sử dụng công thức Tisencô:

Trong đó Δ’0 – tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt

độ sôi của dung môi ở áp suất thường

Trang 19

f = 16,2 T2/r [3-59]

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 làm việc,J.kg

Dựa vào bảng [4-33] ta biết được tổn thất nhiệt độ Δ’0 theo nồng độ a (% khối lượng)

Bảng 1.2 Nồng độ dung dịch và nhiệt độ sôi của nồi 1, nồi 2 và nồi 3

Dựa vào [3-312] ta xác định được nhiệt hóa hơi r:

Bảng 1.3 Nhiệt độ của hơi thứ, nhiệt hóa hơi của nồi 1, nồi 2 và nồi 3

nhiệt độ của hơi thứ tht (oC) 131.7 103.4 54,6

Nhiệt hóa hơi 10-3 r, J/kg 2174.2 2369,14 2369,14

Trang 20

Vậy: Δ’1 = Δ’0.16,2 (tht1 + 273)2/r1

= 1,9 16,2.( 131,7+ 273)2/2174,2*103

= 2,320CTương tự ta có

Δ’2 = 3,29oCΔ’3 = 18,49oCVậy tổn thất nhiệt cả ba nồi:

Δ’ = Δ’1 + Δ’2 +Δ’3

= 2,32+ 3,29+ 18,49= 24,1 0C

3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ'):∆’’):

Hiệu số của dung dịch ở giữa ống truyền nhiệt và trên mặt thoáng gọi là tổn thất nhiệt dộ do áp suất thuỷ tĩnh

'):

 = t(P+P) - tP

Với :

– t(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:

Trang 21

Polà áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch

– h1: là chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch, chọn h1=0,5 cho cả 3 nồi

– h: là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 4m cho cả 3 nồi

at g

h h P

P tb o ddsoi 429 8 10 10 3 01

2

4 5 0 9 2 2

01 , 3

Trang 22

at g

h h P

P tb o ddsoi 444 , 86 10 10 1 , 28

2

4 5 , 0 17 , 1 2

28 1

Trang 23

88 1061

at g

h h P

P tb o ddsoi 530 94 10 10 0 29

2

4 5 0 158 0 2

29 , 0

Trang 24

3.5 Hiệu số hữu ích trong toàn hệ thống và trong từng nồi:

– Nồi 1:

C t

t

dh hd thi1 1 2 1 164,2 130 (2,321,981)28,2

Nồi 2:

C t

t

hd hd thi2  2  3 2 130,7102,4 (3,290,011)24

– Nồi 3:

C t

t

nt hd thi3 3  3102,4 53 (18,4916,211)13,71

– Cho toàn hệ thống:

nt hd

ht  1    164 , 2  53 , 6  45,29  65 , 31

4 Tính nhiệt lượng, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt ngưng tụ:

4.1 Tính nhiệt lượng riêng:

– I: nhiệt lượng riêng của hơi đốt, J/kg

– i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ, J/kg

Các giá trị trên được tra trong bảng: [2-312]

4.2 Tính nhiệt dung riêng C, J/kg.độ:

o Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc:

Vì xđ=6%<20% nên áp dụng công thức [2-152]

Trang 25

84 , 3934 )

06 , 0 1 ( 4186 )

1 (

081 , 0 1 ( 4186

131 , 0 1 ( 4186 )

1 (

O O H H K K ht

Trang 26

4.3 Tính nhiệt độ hơi đốt, hơi thứ và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi:

Chọn tổn thất nhiệt độ khi hơi thứ nồi trước di chuyển trong hệ thống ống đi làm hơi đốt cho nồi sau là 1oC

Trang 27

Ta tính được các giá trị I, i, C tương ứng

Bảng 1.4 Nhiệt độ, nhiệt hóa hơi và nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi đốt, hơi thứ và dung dịch trong ba nồi

Trang 28

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, JTheo phương trình cân bằng nhiệt, lượng nhiệt vào bằng lượng nhiệt ra:

Nhiệt lượng vào:

Nồi 1:

- Do dung dịch đầu: GđCđtđ

- Do hơi đốt: D1i1

Nồi 2:

- Do hơi đốt mang vào: D2t2

- Do dung dịch ở nồi 1 mang vào: (Gđ – W1)C1t1

Nồi 3:

Trang 29

- Do hơi đốt mang vào : D3i3

- Do dung dịch nồi 2 mang vào: (Gđ – W1)C1t1

Nhiệt lựợng ra:

Nồi 1:

- Do hơi đốt mang ra: W1i’1

- Do dung dịch mang ra: (Gđ – W1)C1t1

- Do nước ngưng mang ra: D1Cn1 θ1

- Do tổn thất nhiệt chung: Qtt1 = 0.05D1(i1- Cn1 θ1)

Nồi 2:

- Do hơi thứ mang ra: W2i’2

- Do dung dịch mang ra: (Gđ –W1 –W2)C2t2

- Do tổn thất nhiệt chung: Qtt2 = 0.05D2(i2 – Cn2 θ2)

Nồi 3:

- Do hơi thứ mang ra: W3i’3

- Do dung dịch mang ra: (Gđ –W1 –W2 –W3)C3t3

- Do tổn thất nhiệt chung: Qtt3 = 0.05D3(i3 – Cn3 θ3)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

ΣQvào = ΣQra

Trang 30

Nồi 1:

GđCđtđ + D1i1 = W1i’1 + (Gđ – W1)C1t1 + D1Cn1 θ1 + 0.05D1(i1 – Cn1 θ1) (1)

Nồi 2:

D2i2 +(Gđ –W1) = W2i’2 +(Gđ – W1- W2)C2t2 +D2Cn2 θ2 + 0.05D2(i2 – Cn2 θ2) (2)Nồi 3:

D3i3+(Gđ –W1-W2)=W3i’3 +(Gđ–W1-W2-W3)C3t3 +D3Cn3θ3+ 0.05D3(i3–Cn3θ3) (3)Với: D2 = W1; D3 = W2; W= W1+W2+W3 ; θ =thđ;

Thay vào giả ra ta được:

Bảng 1.5 Sai số của lượng hơi thứ trong ba nồi

Giả sử ban đầu, kg/h

Giải từ hệ phương trình, kg/h

Trang 31

k t t





2 1



(4.1)Trong đó: t1, t2 nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt tương ứng  1 ,  2

2 1

= k=1,319

Và ts2 = 109,720C

Trang 32

s2 25 , 02 77 , 87820

319 , 1

40 72 , 109

2 1

40 04 , 77

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;

Trang 33

Ở đây A = 3,58.10-8;Vậy hệ số dẫn nhiệt của từng dung dịch trong nồi là:

374 , 0 56

5 , 1028

5 , 1028 93 , 3846 10 58 ,

375 , 0 56

3 , 1075

3 , 1075 63 , 3637 10 58 ,

379 , 0 56

9 , 1300

9 , 1300 6 , 2853 10 58 ,

6.3 Hệ số cấp nhiệt:

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 nước ngưng

tụ Màng nước ngưng này ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt Còn sát thành ống sẽ có một lớp cặn dung dịch bám vào,vì vận tốc khu vực này gần bằng không Lớp cặn này cũngảnh hưởng đến qua trình truyền nhiệt

Quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch trong ống dẫn gồm ba giai đoạn:

- Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấp nhiệt là α1 với nhiệt tải là q1 (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 với nhiệt lượng tải riêng là q2 (W/m2)

a Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành thiết bị:

Trang 34

Theo định luật Niutơn ta có:

04 , 2

H t

r A

i

hđ i





H- chiều cao của ống truyền nhiệt H= 4m;

Trong đó: A: giá trị phụ thuộc nhiệt độ màng

r là ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt Tra bảng [2-312] ta có:

Bảng 1.6 Nhiệt độ và nhiệt hóa hơi của ba nồi cô đặc

Nhiệt độ t,0C Nhiệt hóa hơi rhh.10-3J/kg

Trang 35

Bảng 1.7 Nhiệt độ hơi đốt, tổn thất nhiệt độ, giá trị phụ thuộc nhiệt độ màng của ba nồi

10 2 , 2075 (

215 , 197 04 , 2 )

.(

04 ,

r A

m2.độ)

1 1

10 9 , 2176 (

191 04 , 2 )

.(

04 ,





t H

r A

2 2

10 2254 (

1 , 180 04 , 2 )

.(

04 ,





t H

r A

3 3

3 t

q   = 6783,16.4,85 = 32898,32(W/m2)

b Giai đoạn cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch:

Ta có: q2   2 t 2 [4-16] (4.5)Trong đó: Δt2 là hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi

Trang 36

Δt2 = tT2 – t0

tt- nhiệt độ bề mặt thành ống phía dung dịch

t0- nhiệt độ của chất lỏng sôi

0 14 ,

n 

33 , 2 2 5 ,

0 3,

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:

435 , 0 2

565 ,

0 ( ) ( ).( ) )

d n

d  C 

 , , , - độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt tương ứng với độ sôi của dung dịch;

Trang 37

n n n

n  C 

 , , , - độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt tương ứng của nước;

Bảng 1.8 Các thông số vật lý dung dịch trong ba nồi cô đặc

Với nhiệt độ của nồi 1 là ts1 = 1360C, ts2 = 109,720C, ts3 = 77,040C;

Tra bảng [2-310] ta có bảng thông số của nước:

565 , 0 435

, 0

1

1 1

1 2 1

1 565

244,0).(

6,4278

93,3846.(

)58,929

5,1028(.)6848,0

374,0()

).(

.(

)(.)

d n

565 0 435

, 0

2

2 2

2 2 2

2 565 ,

3640 , 0 ).(

4233

63 , 3637 (

) 0 , 451

3 , 1075 ( ) 6840 , 0

375 , 0 ( )

).(

.(

) ( )

d n

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	2,83 MB