bài tập lớn môn quá trình thiết bị truyền nhiệt

Lời mở đầu....1Mục lục ...........................................................................................................................2Nhận xét của giáo viên....3Câu 1 : Vẽ thiết bị ngưng tụ............................................................................................4Câu 2 : Nguyên tăc làm việc ............................................................................................5Câu 3 : Ưu nhược điểm ..................................................................................................6Câu 4 : Ứng dụng ............................................................................................................6Câu 5: Thiết bị là thiết bị chân không la do tại sao?.......................................................7Câu 6: Tính toán thiết bị baromet..................................................................................8

nghệ hóa chất ” là cơ hội tốt cho sinh viên ngành Kỹ Thuật Hoá Học nắm vững kiến thức đã học; tiếp cận với thực tế thông qua việc tính toán, lựa chọn quy trình & các thiết bị với số liệu cụ thể Đây là cơ sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nghệ và giải quyết những vấn đề kỹ thuật tổng hợp một cách nhanh chóng, phục vụ cho công việc sau này

Công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu về hóa chất ngày càng tăng Do đó ngành công nghiệp hóa chất cơ bản cũng phát triển không ngừng, nhu cầu về sản phẩm ngày càng phong phú Trên cơ sở đó, quy trình sản xuất luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn Vấn đề đặt ra là sử dụng quy trình công nghệ phù hợp xong phải tiên tiến và hiện đại Trong

đó các thiết bị được sử dụng trong quy trình cũng rất quan trọng

cụ thể là trong hệ thống cô đặc thiết bị baromet tuy chỉ là thiết bị phụ nhưng có vai trò rất quan trong trong cả quy trình cô đặc Sau đây chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu về thiết bị baromet

Em xin chân thành cảm ơn thầy ……… đã chỉ dẫn tận tình trong quá trình em thực hiện bài tập lớn, thầy đã giúp đỡ, cho em những ý kiến tư vấn bổ ích trong quá trình hoàn thành bài tập lớn này Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp nên trong bài tập lớn còn khá nhiều thiếu sót, chúng em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp chỉ dẫn của thầy !

Lời mở đầu

MỤC LỤC



Lời mở đầu 1

Mục lục 2

Nhận xét của giáo viên 3

Câu 1 : Vẽ thiết bị ngưng tụ 4

Câu 2 : Nguyên tăc làm việc 5

Câu 3 : Ưu nhược điểm 6

Câu 4 : Ứng dụng 6

Câu 5: Thiết bị là thiết bị chân không la do tại sao? 7

Câu 6: Tính toán thiết bị baromet 8

2

NHẬN XÉT CỦA GV:



Hải Dương, ngày… tháng… năm 2014 Giảng viên nhận xét

Câu 2: Nguyên tắc làm việc

Hơi vào thiết bị ngưng tụ đi từ dưới lên, nước chảy từ trên xuống chảy tràn qua cạnh tấm ngăn và đồng thời phần chui qua các lỗ của tấm ngăn Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng

đã ngưng tụ chảy xuống ống barômet, khí không ngưng đi lên qua ống 5 sang thiết bị thu hồi bọt 2 và tập trung chảy xuống ống barômet

Khí không ngưng ( hoặc không khí) được hút ra qua phía trên bằng bơm chân không

Các tấm ngăn trong thiết bị ngưng tụ barômet có thể là hình vành khan hoặc hình viên phân Nhưng thường là hình viên phân được dùng nhiều hơn vì lắp nó đơn giản hơn, không cần ống trung tâm

Cột chứa nước trong ống với độ cao H, giữ cho không khí lhông chui vào, đi ngược lên trong thiết bị còn gọi là van thủy lực Cột lỏng H cân bằng với mức độ chân không bên trong thiết

bị Khí không ngưng được hút ở trên qua hệ thống bơm chhân không ra ngoài

Câu 3: Ưu và nhược điểm của thiết bị này ?

• Ưu điểm:

+, Nước sẽ tự chảy không cần bơm nên sẽ tiêu tốn ít năng lượng +, Năng suất lớn

+, Tấm ngăn hình viên phân có ưu điểm là nắp đặt đơn giản hơn không cần ống trung tâm

• Nhược điểm:

+, Phải xây dựng trên cao

+, Phải làm việc trong môi trường có áp suất chân không

Câu 4 : Ứng dụng thiết bị này trong công nghệ thực phẩm (CNKTHH) ?

- Trong công nghiệp hóa chất thiết bị ngưng tụ baromet chân cao ngược chiều loại khô thường được dùng trong hệ thống cô đặc nhiều nồi đặt ở vị trí cuối hệ thống vì các nồi cuối thường làm việc ở áp suất chân không

- Ví dụ : trong sản xuất NaNO3 , KOH, … hơi thứ của thiết

bị cô đặc thứ III được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet, dùng nước để ngưng tụ, phần hơi không ngưng tụ sẽ được đưa qua thiết bị tách lỏng để ngưng tụ phần hơi còn lại, phần khí sẽ được hút ra ngoài bằng bơm chân không

6

Câu 5: Giải thích tại sao nói thiết bị baromet là thiết bị chân không?

Thiết bị ngưng tụ Baromet được gọi là thiết bị ổn định chân không là vì khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ giảm và thiết bị ngưng

tụ sẽ là thiết bị duy trì áp suất chân không trong hệ thống

Thiết bị này làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được lắp đặt ở độ cao H cần thiết ( thông thường là khoảng 11m)

để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần bơm

Thiết bị thu hồi bọt được đặt sau thiết bị ngưng tụ Baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không, chỉ cho chất lỏng đi vào bơm

(kg/s)

Câu 6 : Tính toán thiết bị baromet?

Cho biết: Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ là 2000 kg/h, nhiệt

độ hơi 1350C Nước làm mát có nhiệt độ vào : 270C; đi ra: 430C

Bài tính

A, Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ:

G = D(i−C t 2 c)

C(t 2 c−t 2 d)

Trong đó:

D : Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s

=> D = 2000 kg/h = 20003600 = 0,56 (kg/s)

i : Hàm nhiệt của hơi ngưng tụ, J/kg

=> i = 2725,5 kJ/kg

(tra phần mềm Wasp ở 135 độ C)

8

t2đ, t2c : Nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, 0C.

t2đ = 270C t2c = 43 0C Nhiệt độ trung bình của nước:

t tb=t 2 đ+t 2 c

27 +43

2 =3 5

0

C

Cn : Nhiệt dung riêng trung bình của nước ứng với ttb, (J/kgđộ)

Cn = 4188,7 j/kg.độ

G n= 0,56(2725,5.1000−43.4188,7)

4188,7.(43−27)

= 21,27 ( kg/s )

B, Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet:

Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:

G kk=25.10−6.(G n+D)+ 10−2D

= 25.10−6.(21,27 + 0,56) + 0,01.0,56

=6,15.10 −3 ( kg/s )

(tra sổ tay tập 2/84 – VI.47) Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:

10

v kk=288.G kk .(273+t kk)

P−P h

( sổ tay tập 2/84- VI 49) Trong đó :

P : Áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ (ở 135 độ)

P = 2347,9 mmHg = 312939 N/m2

Ph: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp (tra ở tkk )

 P h=36,881 mmHg = 4905 N/m2

Nhiệt độ của không khí được tính theo công thức sau (đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô):

t kk=t 2 đ+ 4+0,1 (t 2 c−t 2 đ) ❑0C (sổ tay tập 2/84- VI.50)

= 27+ 4+ 0,1 (43 - 27) = 35,60C

v kk= 288.6,15.1 0−3 (273+35,6 )

312939−4905 =1,77 10

−3

(m¿¿3 /s)¿

C, Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet :

 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Baromet :

d ba=1,383 √ρ h D ω h

¿

¿

¿ 1,383 √1,7192 400,56

12

¿0,125 (m)=125 mm

D: lượng hơi ngưng tụ, kg/s

ρ h=1,7192kg /m 3: khối lượng riêng của hơi ngưng, ở 135C

ω h=40 m/ s: tốc độ của hơi đi trong thiết bị ngưng tụ, m/s ;

Chọn ω htrong khoảng 55÷35 m/s

 Kích thước tấm ngăn:

Tấm ngăn có dạng hình viên phân với chiều rộng là:

b = d ba

2 + 50 ( mm)

= 1252 + 50 = 112,5 (mm)

* Đường kính ống được tính theo công thức sau:

d=√0,004(G+D) π ω Cho  = 0,5 m/s (tốc độ chảy trong ống )

=> d= √0,004(21,33+0,56)π 0,5 = 0,236 m

* Chiều cao cột chất lỏng được tính theo công thức:

- Chiếu cao cột lỏng trong ống baromet: độ chân không trong thiết bị trung bình là 456mmHg, tốc độ nước chảy trong ống 4,5m/s, hệ số ma sát: 0,5

Chiều cao lý thuyết : 11m

H = H1 + H2 + H3

Trong đó : H: Chiều cao toàn bộ ống barômet, m

H1: Chiều cao quy đổi tương ứng với độ chân không,

H1= 10,3.760b

( b: độ chân không trong thiết bị, mmHg ) = 10,3 456760 = 6,18 (m)

H2 = 2 g ω2 (2,5 + λH3

d )

14

H3 : Chiều cao dư an toàn, (0,5-1)m

λ : Hệ số ma sát nước chảy trong ống, λ= 0,5

d: Đường kính ống, m

ω: tốc độ chảy trong ống, m/s ω= 4,5 m/s

=> H2= 2.9,814,52 (2,5 + 0,5.0,2360,5 ) = 3,67 m