làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4

làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

I Đầu đề thiết kế:

Thiết kế và tính toán hệ thống cô đặc hai nồi, xuôi chiều, làm việc liên tục, dùng để

cô đặc dung dịch Na2SO 4

Thiết bị cô đặc kiểu: phòng đốt ngoài

II Các số liệu ban đầu:

Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều phòng đốt ngoài thẳng đứng cô đặc

Na 2 SO 4

Với năng suât 9000 kg/h

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 10%

Chiều cao ống gia nhiệt: 2m

Nồng độ cuối của dung dịch : 30%

áp suất hơi đốt nồi 1: 6 at

áp suất hơi ngưng tụ: 0,24at

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

V Cán bộ hướng dẫn: ThS Nguyễn Tuấn Anh

VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày 15 tháng 03 năm 2015

VII Ngày hoàn thành: ngày 18 tháng 07 năm 2015

Người hướng dẫnThS Nguyễn Tuấn Anh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

*********

Hà Nội, Ngày … Tháng … Năm 2015 Người nhận xét

Contents

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế mộtthiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viênkhoa công nghệ Hóa học trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội được nhận đồ ánmôn học: “Quá trình và thiết bị công nghệ hóa 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 “ Cở sở các quá trình vàthiết 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 thiết kế một thiết bị, hệthống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn trong quá trình côngnghệ Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tàiliệu trong việc tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong tính toán

và thiết kế, tự nâng cao kỹ năng trình bày bản thiết kế theo văn phong khoa học Trong đồ án môn học này nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệthống cô đặc 2 nồi xuôi chiều,ông tuần hoàn trung tâm với dung dịch Na2SO 4 ,năng suất đầu 9000 (k/h), nồng độ đầu vào là 10%, nồng độ sản phẩm là 30%

Áp suất hơi đốt nồi 1 là 6 (at), áp suất ngưng tụ là 0.24 (at)

Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinhnghiệm thực tế và nhiều mặt khác nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quátrình thiết kế Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêmcủa các thầy cô giáo để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Tuấn Anh đã hướng dẫn em hoàn

thành đồ án này

- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể.

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

Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suấtthường, áp suất dư), trong hệ thống thiết bị cô đặc (nồi), hay trong hệ thốngnhiều thiết bị cô đặc Quá trình có thể gián đoạn hay liên tục Hơi bay ra trongquá trình cô đặc thường là hơi nước, gọi là hơi thứ, thường có nhiệt độ cao, ẩnnhiệt hóa hơi lớn nên thường làm hơi đốt cho các nồi cô đặc Nếu hơi thứ được

sử dụng ngoài dây chuyền công nghệ cô đặc gọi là hơi phụ

Cô đặc chân không được dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dungdịch dễ bị phân hủy về nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt

và nhiệt độ trung bình của dung dịch (gọi là hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đếngiảm bề mặt truyền nhiệt Mặt khác, cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dungdịch thấp hơn có thể tận dụng nhiệt thừa của quá trình sản xuất khác (hoặc sửdụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịchkhông bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơithứ cho cô đặc và các quá trình đun nóng khác

Cô đặc nhiều nồi:

Khi cô đặc một nồi sẽ gây lãng phí nhiên liệu, làm cho quá trình sản xuất khôngđạt được hiệu quả cao Do đó để tận dụng hơi thứ thay cho hơi đốt , chúng ta sửdụng hệ thống cô đặc nhiều nồi

Nguyên tắc của hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều:

Nồi thứ nhất, dung dịch được đun bằng hơi đốt; hơi thứ của nồi này vào nồi thứhai Hơi thứ của nồi thứ hai được đưa vào nồi thứ 3,….hơi thứ của nồi cuối cùngđược đưa vào nồi ngưng tụ Dung dịch được đưa từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗinồi dung dịch được bốc hơi một phần, nồng độ của dung dịch tăng dần lên.Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt cho mỗi nồi là phải có sự chênh lệch nhiêt độgiữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói một cách khác là phải có sự chênh lệch

áp suất giữa hơi thứ và hơi đốt trong các nồi Nghĩa là áp suất làm việc trong cácnồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau Thông

thường thì nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối cùng làm việc ở áp suấtchân không.

Hệ thống cô đặc nhiều nồi được dùng khá phổ biến trong sản xuất

II. DUNG DỊCH Natrisunfat- Na 2 SO 4

Natri sunfat là muốinatri của acid sulfuric Khi ở dạng khan, nó là một

tinh thể rắn màu trắng có công thức Na2SO4 được biết đến dưới tên khoángvật thenardite; Na2SO4·10H2O được tìm thấy ngoài tự nhiên dưới dạng khoángvật mirabilite, và trong sản xuất nó còn được gọi là muối Glauber hay mang tínhlich sử hơn là sal mirabilis từ thế kỉ 17 Một dạng khác là tinh thể heptahiđratđược tách ra từ mirabilite khi làm lạnh Với sản lượng sản xuất hàng năm lênđến 6 triệu tấn, nó là một sản phẩm toàn cầu quan trọng về hóa chất

a. Tính axit- bazơ:

Natri sunfat là muối trung hòa, khi tan trong nước tạo thành dung dịch có

pH = 7 Tính trung hòa chứng tỏ gốc sunfat bắt nguồn từ một axit mạnh acidsulfuric Hơn nữa, ion Na+, với chỉ một điện tích dương, có khả năng phân cựccác phối tử nước của nó rất yếu miễn là có ion kim loại trong dung dịch Natrisunfat phản ứng với axit sunfuric tạo muối axit natri bisunfat:

Na2SO4 + H2SO4 ⇌ 2 NaHSO4

Hằng số cân bằng của quá trình trên phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ

Độ tan và trao đổi ion:

Natri sunfat có tính tan rất bất thường trong nước Độ tan của nó trong nướctăng gấp hơn mười lần trong khoảng 0 °C đến 32.384 °C, điểm mà độ tan đạt giátrị cực đại 497 g/L Tại điểm này đường biểu diễn độ tan uốn cong hướngxuống, và độ tan trở nên không phụ thuộc vào nhệt độ Nhiệt độ 32.384 °C,tương ứng với nhiệt độ làm giải phóng nước ra khỏi tinh thể và tan chảy muốingậm nước, cung cấp giá trị nhiệt độ tham khảo chính xác cho việc địnhchuẩn nhiệt kế

Natri sunfat là muối ion điển hình, chứa các ion Na+ và SO42− Sự có mặtcủa sunfat trong dung dịch được nhận biết dễ dàng bằng cách tạo ra các sunfatkhông tan khi xử lý các dung dịch này với muối Ba2+ hay Pb2+:

Na2SO4 + BaCl2 → 2 NaCl + BaSO4

Natri sunfat còn biểu hiện xu hướng tạo muối kép ở mức vừa phải Các loạiphèn duy nhất được tạo ra với các kim loại hóa trị ba thông thường làNaAl(SO4)2 (không bền ở trên 39 °C) và NaCr(SO4)2, đối nghịch với kalisulfat và amoni sunfat tạo được nhiều loại phèn bền Những muối kép với mộtvài kim loại kiềm khác được biết gồm Na2SO4·3K2SO4, muối này có trong tựnhiên dưới dạng khoáng vậtglaserit Sự hình thành glaserit bằng phản ứng giữa

natri sunfat và kali clorua được dùng làm cơ sở của một phương pháp sảnxuất kali sulfat, một loại phân bón Các muối kép khác bao gồm3Na2SO4·CaSO4, 3Na2SO4·MgSO4 (vanthoffite) và NaF.Na2SO4

b. Cấu trúc tinh thể:

Các tinh thể chứa ion [Na(OH2)6]+ dạng bát diện, được tìm thấy trong nhiềumuối sunfat kim loại Những cation này được liên kết với gốc sunfat thôngqua liên kết hiđrô Độ dài liên kết Na-O là 240 pm Hai phân tử nước của mỗiđơn vị công thức phân tử không tạo phối trí với Na+ Tinh thể natri sunfatđecahiđrat còn bất thường so với các loại muối ngậm nước khác khi có giátrị entropy dư thừa (entropy ở nhiệt độ không tuyệt đối) là 6.32 J·K−1·mol−1.Điều này được cho là do khả năng phân bố nước nhanh hơn rất nhiều so với hầuhết các muối khác

PHẦN 2 : SƠ ĐỒ - MÔ TẢ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

I. Nguyên lý làm việc của hệ thống.

Dung dịch đầu chứa trong thùng (1) qua bơm (2) được bơm lên thùng cao

vị (3) Từ đây nó được điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu qua lưu lượng kế (4)trước khi vào thiết bị gia nhiệt (5) Tại thiết bị (5), dung dịch được đun nóng đếnnhiệt độ sôi bằng tác nhân hơi nước bão hòa và được cấp vào nồi cô đặc thứ nhất(6), thực hiện quá trình bốc hơi Dung dịch ra khỏi nồi 1 được đưa vào nồi thứhai (7) Tại đây cũng xảy ra quá trình bốc hơi tương tự như ở nồi 1 với tác nhânđun nóng chính là hơi thứ của nồi thứ nhất (đây chính là ý nghĩa về mặt sử dụngnhiệt trong cô đặc nhiều nồi ) Hơi thứ của nồi 2 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ (8)

Ở đây, hơi thứ sẽ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy vào thùng chứa ở ngoài;còn khí không ngưng đi vào thiết bị thu hồi bọt ( 9 ) rồi vào bơm hút chân không Dung dịch sau khi ra khỏi nồi 2 được bơm ra ở phía dưới thiết bị cô đặc đi vàothùng chứa sản phẩm Nước ngưng tạo ra trong hệ thống được chứa trong cáccốc và theo đường nước thải đi xử lý trước khi thải ra môi trường

Hệ thống cô đặc xuôi chiều (hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau

từ nồi này 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 lớn hơn nồi sau, do đó,dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kếtquả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêmmột lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi Nhưng khi dung dịch vào nồi đầu cónhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch, thì cần phải đun nóng dung dịch

do đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt Vì vậy, khi cô đặc xuôi chiều, dung dịchtrước khi vào nồi nấu đầu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nướcngưng tụ

Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sauthấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịchtăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối

Ghi chú:

1- Thùng chứa dung dịch đầu

2- Bơm chân không

Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/s;

xđ , xc - nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, % khối lượng

Chọn tỉ lệ phân bố hơi thứ cho các nồi như sau:

W1:W2=1:1,09

Ta có: W1= 2

6000

= 2870,8134 (kg/h) W2=3129,1866

3.1.2 Nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi:

Được tính theo công thức VI.2.[2-57]:

Ta có nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi:

Nồi 1:= 14,68 ( % khối lượng)

Nồi 2: 30 (% khối lượng)

3.2 TÍNH CHÊNH LỆCH ÁP SUẤT CHUNG CỦA HỆ THỐNG,

∆P:

Chênh lệch áp suất chung của hệ thống ∆P là hiệu số giữa áp suất

hơi đốt sơ cấp p1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ png

Do đó ta có:

∆P= p1 – png = 6 – 0,24 = 5,76 (at)

3.3 XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT, NHIỆT ĐỘ HƠI ĐỐT CHO MỖI NỒI:

- Giả thiết phân bố hiệu số áp suất hơi đốt giữa 2 nồi là:

Ti+1: nhiệt độ hơi đốt trong nồi thứ i+1, 0C

- Áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi ( từ đó suy ra nhiệt lượng

riêng ( và nhiệt hóa hơi () của hơi thứ theo phương pháp nội suy đồ thị

r.103,J/kg p', at t', 0C i'.103, J/kg r'.103, J/kg

2212,95

1.5. TÍNH TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ CHO TỪNG NỒI:

Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ Tổng tổn thất

nhiệt độ này là do nồng đọ tăng cao (∆’), do áp suất thủy tĩnh tăng cao

(∆’’), do trở lực đường ống (∆’’’)

Phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của chất hòa tan và dung môi vàonồng độ và áp suất của chúng ∆’ ở áp suất bất kì được xác định theophương pháp Tysenco:

Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơnnhiệt độ sôi của dung dịch ở trên mặt thoáng Thường tính toán ởkhoảng giữa của ống truyền nhiệt Áp dụng công thức VI.12, [2-60]:

Ptbi= Pi’+, N/m2

Để thuận tiện cho tính toán ta chuyển sang đơn vị at Lúc đó côngthức trên trở thành:

Ptbi= Pi’+ ,at

Trong đó:

Pi’: Áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng, at

h1: Chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyềnnhiệt đến mặt thoáng của dung dịch, m

Chọn h1= 0,5 mH: Chiều cao của ống truyền nhiệt, m

H = 2 m: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3 Lấy gầnđúng bằng 2

1

khối lượng riêng của dung dịch ở 20ºC:

: Khối lượng riêng của dung dịch, kg/m3

Vậy tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống bằng:

∑∆”’= ∆1”’ + ∆2”’ = 1,2 + 1,2 = 2,4 (0C)

∑∆ = ∑∆’ + ∑∆” + ∑∆”’

= 3,79 + 8,467 + 2,4 = 14,67 (0C)

1.6. TÍNH HIỆU SỐ NHIỆT ĐỘ HỮU ÍCH CỦA HỆ THỐNG.

= Ti – Tng - ,0C (VI.17 và VI.18, [2-67])

Trong đó:

Ti: nhiệt độ hơi đốt ở nồi 1, 0C

Tng: nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ, 0C

: tổng tổn thất nhiệt độ của 2 nồi, 0C

Ta có: T1 = 158,1 0C

Tng= 64,2 0C

= 28,2029 0C

Vậy = 158,1 – 64,2 – 14,67 = 79,23 (0C)

Là hệ số nhiệt độ hơi đốt Ti và nhiệt độ sôi trung bình của dungdịch cô đặc

1.7. THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

LƯỢNG ĐỂ TÍNH LƯỢNG HƠI ĐỐT D i , LƯỢNG HƠI THỨ W i Ở TỪNG NỒI.

D.i1 W1i1’ W1i2t2 W2i2’

Qm1 Qm2

GdCotso Dθ1

Cnc1 (Gd-W1)C1ts1 W1Cnc2

2

θ (Gd-W1-W2 )C2.ts2

Trong đó:

Gd: Lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị, kg/h

D: Lượng hơi đốt vào nồi thứ nhất, kg/h

i1, i2: Nhiệt lượng riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2,

: Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2, 0C

Co, C1, C2: Nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1, nồi 2 và ra khỏinồi 2, J/kg.độ

Cnc1, Cnc2: Nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, nồi 2, J/kg.độ

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

W1 , W2: Lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2, kg/h

tso, ts1, ts2: Nhiệt độ sôi của dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2,

0C

Được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

- Nồi 1:

1 1

1 1

1 1 1

1 0

2 1 2 2 2 1 2

2 1 1 1 2

Wi + G d −W C t s =W i + G d −W −W C t s +W C nc θ +Qm

(2)

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

- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 10 % Áp dụng công thức I.43,[1-152]

Đối với dung dịch loãng (x<0,2):

16800

4 22600 26000

2

= +

•Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh 2 nồi:

Nhiệt mất mát này thường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn để bốchơi ở từng nồi Nghĩa là:

1 1 2 2 2

2 2 1

')(

95,0

)(

)'

(

s nc

s s

d s

t C i C

i

t C t

C G t

C i W

W

−+

−

−+

−

=

θ

)(

95,0

)(

)'

(

1 1 1

0 1 1 1

1 1 1

θ

nc

so s

d s

C i

t C t

C G t

C i W

D

−

−+

−

=

Thay các số liệu vào ta được:

) 1434 , 116 8945 , 3842 10

956 , 2609 ( ) 034 , 110 0578 , 4233 10

335 , 2696 ( 95 , 0

) 121,59 3571,33443 07

, 75 77745 , 3229 ( 9000 )

07 , 75 77745 , 3229 10

204 , 2618 ( 6000

3 3

3 1

− +

−

− +

2744 ( 95 , 0

1434 , 116 7 , 3976 1434 , 116 8945 , 3842 ( 5400 )

1434 , 116 8945 , 3842 10

9744 , 2697 ( 4955 , 2114

3

3

−

− +

Tỉ lệ phân phối hơi thứ giữa 2 nồi:

W1 : W2 = 1 : 1,17Sai số giữa Wi tính toán và giả thiết nằm trong sai số kĩ thật chophép (<5%)

1.8. TÍNH HỆ SỐ CẤP NHIỆT, NHIỆT LƯỢNG TRUNG

BÌNH TỪNG NỒI.

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt

nồi 1 là ∆t1i

- Với điều kiện làm việc ở phòng đốt ngoài thẳng đứng H = 6m, hơi

ngưng bên ngoài ống, máng nước ngưng chảy dòng, hệ số cấp nhiệt

được tính theo công thức:

25 , 0

1

(

.04,2

H t

r A

i

i i

∆

=

α

W/m2.độ (V.101, [2–28])Trong đó:

H: Chiều cao ống truyền nhiệt, H = 6m

i

1

α: Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ở nồi thứ i, W/m2.độ

tm1 = 155,995 0C → A1 = 196,4

tm2= 115,11 oC → A2 = 185,7795

Vậy ta có:

)./(21,807936

,5

32709,45.10

185,7795

04,2

)./(28,894821

,4

2768.103

196,4.04,2

2 25

, 0

12

2 25

, 0

11

đô m W

đô m W

- Thông thường có thể tính theo theo công thức:

i i

i

t2

∆: hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dungdịch sôi

Ti i i ddi T

δ

: bề dày ống truyền nhiệt,ta chọn δ

= 2mm = 0,002 m λ

: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt (chọn théphợp kim Crom-niken-titan) → λ

=46,4 (W/m.độ) Thay vào ta có:

∑r=

0,387.10-3 +0,232.10-3 + = 0,0006621 (m2.độ/W)

= q11 ∑r =

37672,26 0,0006621 = 24,94 (0C) = q12 ∑r =

43304,57 0,0006621 = 28,67 (0C)Vậy: ∆t21 = ∆T1 - ∆t11 - = 36,51 – 4,21 – 24,94= 7,36 (0C)

565 , 0

dd nc

dd nc

ρ λ

λ

ψ

(VI.27, [2–71]) (dd: dung dịch, nc: nước )

λ , , C ,

: lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch

ts1 = 121,59 0C

ts2 = 75,07 0C

• Khối lượng riêng:

- Với nước: tra bảng I.249, [1–310]:

(Khối lượng riêng của dung dịch Na2SO4 tra theo nồng độ và nhiệt độ)

• Nhiệt dung riêng:

- Của nước: tra bảng I.249, [1–311]:

1 =

nc

λ

W/m.độ55

,0

2 =

nc

λ

W/m.độ

- Của dung dịch Na2SO4 tra theo bảng: I.130, [1–135]:

Theo I.32, [1-123] ta có công thức:

3

.

M C

dd dd dd

ρ ρ

λ =

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, ở đây là hỗn hợp của

65 , 20

103 1,0771617

103 1,0771617.

3571,3344

10 58 ,

39 , 24

103 1,2585271

103 1,2585271.

3229,7775

10 58 ,

- Của nước: Tra bảng I.104, [1–96] nếu nhiệt độ lớn hơn 1000C

Tra bảng I.102, [1–95] nếu nhiệt độ nhỏ hơn 1000C

- Của dung dịch Na2SO4:

Áp dụng công thức Paplov:

= K = const (*) (I.17, [1-85])

Trong đó:

t1, t2: Nhiệt độ mà tại đó chất lỏng A có độ nhớt tương ứng là 1 và 2

1, 2: nhiệt độ mà tại đó chất lỏng chuẩn có cùng độ nhớt là 1 và 2

Nồi 1: Tra bảng I.107, [1-101] ta có độ nhớt của dung dịch Na2SO4

14,68% khối lượng tương ứng với nhiệt độ:

C dd (J/kg.độ)

Cnc (J/kg.độ) (cP)

1 0,51 0,64 1077,1617 941,7803 20,65 3571,3344 4252,54 0,0002737 0,0002288

2 0,46 0,55 1258,5271 974,758 24,39 3229,7775 4191,06 0,0002377 0,0003796

Vậy ta có:

3507,10003796

,0

0002288,

0.4191,06

3229,7775

974,758

1258,5271

0,0002288

4252,54

3571,3344

941,7803

1077,1617

565 , 0

2

435 , 0 2

565 , 0

2 45,3 .ψ

Nồi 1: α21

= 45,3 1,958 0,5.7,36 2,33.0,8252 = 5189,55 (W/m2.độ)Nồi 2: = 45,3 0,260,5 8,692,33 1,3507 = 4805,27 (W/m2.độ)

1= ││= ││= 3,60%

Vậy giả thiết ∆t11, ∆t12 ban đầu có thể chấp nhận được

1.9. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CHO TỪNG NỒI

1.11. SO SÁNH ∆T i * VÀ TÍNH ĐƯỢC BAN ĐẦU THEO GIẢ

THIẾT PHÂN BỐ ÁP SUẤT.

PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ.

4.1. TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET.

Nguyên lý làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếploại khô ngược chiều chân cao là phun nước lạnh vào trong hơi, hơi tỏa

ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại Do đó thiết bị ngưng tụ trựctiếp chỉ để ngưng tụ hơi nước hoặc hơi của các chất lỏng không có giátrị hoặc không tan trong nước vì chất lỏng sẽ trộn lẫn với nước làmnguội

Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ Baromet ngượcchiều loại khô được mô tả như hình vẽ Thiết bị gồm thân hình trụ (1)

có gắn những tấm ngăn hình bán nguyệt (4) có lỗ nhỏ và ống Baromet(3) để tháo nước và chất lỏng đã ngưng tụ ra ngoài

Hơi thứ vào thiết bị đi từ dưới lên, nước chảy từ trên xuống, chảytràn qua cạnh tấm ngăn, đồng thời một phần chui qua các lỗ của tấmngăn Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng tụ chảy xuốngống Baromet, khí không ngưng đi lên qua ống (4) sang thiết bị thu hồibọt (2) và tập trung chảy xuống ống Baromet Khí không ngưng đượchút ra qua phía trên bằng bơm chân không (5)

Ống Baromet thường cao H > 10,5m để khi độ chân không trongthiết bị có tăng thì nước cũng không dâng lên ngập thiết bị

Loại này có ưu điểm là nước tự chảy ra được không cần bơm nêntốn ít năng lượng, năng suất lớn

Trong công nghiệp hóa chất, thiết bị ngưng tụ Baromet chân caongược chiều loại khô thường được sử dụng trong hệ thống cô đặc nhiềunồi, đặt ở vị trí cuối hệ thống vì nồi cuối thường làm việc ở áp suấtchân không

4.1.2. Tính toán hệ thiết bị ngưng tụ.

Các số liệu cần biết:

- Hơi thứ ở nồi cuối trong hệ thống cô đặc: W2 = 3229,27 (kg/h)

- Áp suất ở thiết bị ngưng tụ: png = 0,25 at

( )

( 2c d)

n

2c n n

t t

C

t C i

Gn: lượng nước lạnh cần thiềt để ngưng tụ, kg/sW: lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/si: nhiệt lượng riêng (hàm nhiệt) của hơi ngưng, J/kg

4.1.2.2. Tính đường kính trong D tr của thiết bị ngưng tụ:

Theo công thức VI.52, [2-84]

Dtr= 0,02305 ,m

Trong đó:

Dtr: đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, m

W2: lượng hơi ngưng đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/h

nước Khi tính toán với áp suất làm việc là png = 0,2 at ta có thểchọn = 35 m/s.

Do đó ta có:

Dtr= 0,02305 = 0,5603 (m)Qui chuẩn thành Dtr =560 mm

- Chiều dày tấm ngăn chọn = 4mm

- Chiều cao gờ cạnh tấm ngăn = 40mm

- Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ bề mặt cắt ngang củathiết bị ngưng tụ:

f= ,m (VI.54, [2-85])

Trong đó:

Gn: lưu lượng nước, kg/h Gn = 74083,1477 (kg/h)

c: tốc độ của tia nước, m/s

c = 0,62 m/s khi chiều cao của gờ tấm ngăn = 40mm

dlỗ: đường kính của lỗ đĩa đã chọn, dlỗ = 2mm

: tỉ số giữa tổng số diện tích tiết diện của các lỗ với diện tíchtiết diện của thiết bị ngưng tụ, thường lấy ≈ 0,025 ÷ 0,1 Ở đây tachọn = 0,03

t = 0,866 2 (0,03)0,5 = 0,3 (mm)

4.1.2.4. Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ.

Chiều cao thiết bị ngưng tụ phụ thuộc mức độ đun nóng.

Mức độ đun nóng được xác định theo công thức:

= (VI.56, [2-85])

Trong đó:

t2d, t2c: nhiệt độ đầu và cuối của nước tưới bị ngưng tụ, 0C

tbh: nhiệt độ của hơi nước bão hòa ngưng tụ, 0C

tbh= tng= 64,2 0C

= = 0,6378

Dựa vào mức độ đun nóng với điều kiện lỗ dlỗ = 2mm, tra bảng

VI.7, [2-86] Qui chuẩn = 0,678

(mm)

Thời gian rơiqua một bậc(s)

Mức độ đunnóng

Đường kính

nước

- Thực tế khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó

sẽ giảm dần, do đó khoảng cách hợp lí nhất giữa các ngăn cũng nên

giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng chừng 100mm cho mỗi ngăn

Theo bảng trên ta có 6 ngăn, khoảng cách trung bình giữa các ngăn là

400mm, ta chọn khoảng cách giữa 2 ngăn dưới cùng là 400mm

- Chiều cao hữu ích của thiết bị ngưng tụ sẽ là:

- Xác định chiều cao ống Baromet

Theo công thức VI.58, [2-86]:

H = h1 + h2 +0,5 (m)

Trong đó:

h1: chiều cao cột nước trong ống Baromet cân bằng với hiệu

số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ

h2: chiều cao cột nước trong ống Baromet để khôi phục toàn

bộ trở lực khi nước chảy trong ống Theo công thức VI.61, 87]:

2

3164 , 0

= λ

(công thức Baziut)µ

8173 , 138046

(

3164 , 0

25

0 =

=

λ

4.1.2.6. Tính lượng hơi và khí không ngưng.

Gn: lượng nước làm nguội tưới vào thiết bị ngưng tụ, kg/h

W2: lượng hơi vào thiết bị ngưng tụ, kg/h

→ Gkk= (0,000025 + 0,01) 3229,27 + 0,000025.74083,1477

= 34,2255 (kg/h)

- Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:

Theo công thức VI.49, [2-84]:

ph: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ

tkk, N/m2 Tra bảng I.250, [1-312]:

tkk= 31,5 0C → ph = 0,0475 9,81 104 (N/m2)

Vậy Vkk= = 0,04197 (m3/s)

4.2. TÍNH TOÁN BƠM CHÂN KHÔNG.

- Công suất của bơm chân không tính theo công thức:

1000

1

k b

p

p V

P m

m L

N

η η

=

η

là hiệu suất

) ( 0491 , 2 1 25

, 0

1 65

, 0 1000

10 81 , 9 0,04197

0,2025

1 25 , 1

25 ,

1 25 , 1 4

+ Số vòng quay: 1450 (vòng/phút)

+ Công suất yêu cầu trên trục bơm: 3,75 kW

+ Công suất động cơ điện:4,5 kW

+ Lưu lượng nước:0,01 m3/h