Bá lợido đồ án thiết bị trao đổi nhiệt

Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & MỤC LỤC Trang PHẦN 1: MỞ ĐẦU .03 1.1 Nhiệm vụ đồ án 03 1.2 Tổng quan thiết bị trao đổi nhiệt .03 1.2.1 Định nghĩa phân loại thiết bị trao đổi nhiệt 13 1.2.2 Sơ lược trình đun nóng 06 1.3 Tổng quan vật liệu .07 1.3.1 Tính chất nguyên liệu 08 1.3.2 Thông số thiết bị 08 PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 09 2.1 Sơ đồ công nghệ 09 2.2 Tính nhiệt lượng trao đổi Q .10 2.3 Nhiệt độ trung bình giứa hai lưu thể 10 2.4 Hệ số cấp nhiệt cho lưu thể 11 2.5 Tính bề mặt truyền nhiệt 21 2.6 Số ống truyền nhiệt 21 2.7 Đường kính thiết bị đun nóng .22 2.8 Tính lại vận tốc chia ngăn 22 PHẦN 3: TÍNH CƠ KHÍ .24 3.1 Tính buồng gia nhiệt 24 3.1.1 Các thông số tra chọn 24 3.2.1 Tính chọn bề dày – tính bền cho buồng gia nhiệt .24 3.2 Tính toán đáy – nắp thiết bị 25 3.3 Tính toán vỉ ống 25 PHẦN 4: LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 27 4.1 Tai treo 27 4.2 Chọn bích 27 4.3 Chọn bơm 27 Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & PHẦN 5: KẾT LUẬN 28 PHẦN : TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 *** NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 30 Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC PHẦN 1: Đồ án chuyên ngành Máy & MỞ ĐẦU 1.1 Nhiệm vụ đồ án Nhiệm vụ đồ án môn học là: “Tính toán, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch NaCl trình điều chế xút NaOH” với suất 1200 kg/h, nhiệt độ NaCl vào 20oC, nhiệt độ NaCl 84oC, gia nhiệt nước bão hòa Đồ án gồm phần chính: • Phần 1: Mở đầu • Phần 2:Tính toán công nghệ • Phần 3:Tính khí • Phần 4: Lựa chọn thiết bị phụ trợ • Phần 5: Kết luận Có thể nói thực Đồ án môn học hội tốt cho sinh viên ôn lại toàn kiến thức học trình công nghệ hóa học Ngoài dịp mà sinh viên tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán thiết kế chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể thực tế Trong trình thực đồ án em nhận nhiều giúp đỡ hướng dẫn trực tiếp giảng viên ThS Nguyễn Tiến Hưng, thầy cô môn Máy thiết bị hóa chất khoa Công nghệ Hóa học trường Đại học Công nghiệp Việt Trì Em xin chân thành cảm ơn giảng viên ThS Nguyễn Tiến Hưng thầy cô môn bạn đồng môn giúp đỡ em trình thực đồ án 1.2 Tổng quan thiết bị trao đổi nhiệt 1.2.1 Định nghĩa phân loại thiết bị trao đổi nhiệt a) Định nghĩa: Thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị thực trình truyền nhiệt chất mang nhiệt b) Phân loại: - Trao đổi nhiệt dạng vách ngăn - Trao đổi nhiệt dạng hồi nhiệt - Trao đổi nhiệt dạng hỗn hợp Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Trong kỹ thuật sản xuất đời sống thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp thông qua vách ngăn loại sử dụng phổ biến Các loại thiết bị thường gặp: *) Dạng ống lồng ống: Cấu tạo: Gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau, đoạn có ống lồng vào nhau.Chất tải nhiệt I ống từ lên Còn chất tải nhiệt II ống từ xuống Khi suất lớn đặt nhiều dãy làm việc song song Được dùng cho mục đích đun nóng làm nguội Ưu điểm: Hệ số truyền nhiệt lớn tạo tốc độ lớn cho chất tải nhiệt Nhược điểm: Cồng kềnh, giá thành cao, khó làm khoảng trống ống *) Dạng giàn tưới: Dùng để làm nguội ngưng tụ, chất lỏng phun đường ống nước lạnh Nước tưới ống chảy từ xuống đổ vào máng chứa CTN nóng ống Khi trao đổi nhiệt có phần nước bay bay lấy phần nhiệt từ CTN nóng ống lượng nước dùng để làm nguội đay so với thiết bị làm nguội khác Thiết bị cần đặt nơi thoáng gió, trời Ưu điểm: Hệ số truyền nhiệt lớn tạo vận tốc lớn phía, suất cao Nhược điểm: Cồng kềnh, giá thành cao, khó làm khoảng cách ống *) Ống xoắn ruột gà: Cấu tạo: Gồm đoạn ống thẳng nối với ống khuỷu gọi xoắn gấp khúc, ống uốn cong theo hình ren ốc gọi ống xoắn ruột gà Khi làm việc chất tải nhiệt ống Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & chất tải nhiệt khác ống Hệ số cấp nhiệt ống xoắn thường lớn Ưu điểm: Thiết kế đơn giản vật liệu chống ăn mòn, dễ kiểm tra sửa chữa, chạy êm Nhược điểm: Cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ hệ số cấp nhiệt phía bé, khó làm phía ống, trở lực thủy lực lớn ống thẳng Chất lỏng cho vào từ lên để ống xoắn chứa đầy cho từ xuống để tránh va đập thủy lực *) Ống chùm: Thiết bị ống chùm dùng phổ biến công nghiệp hóa chất, có ưu điểm kết cấu gọn, chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn Thiết bị truyền nhiệt ống chùm loại đứng gồm: 1- Vỏ hình trụ 2- Lưới đỡ ống 3- Ống truyền nhiệt 4- Mặt bích có bu lông ghép Trên vỏ, nắp, đáy có cửa (ống nối) để dẫn chất tải nhiệt Thiết bị truyền nhiệt đặt chân đỡ tai treo hàn vào vỏ Chất tải nhiệt I (dung dịch NaCl) vào từ đáy qua ống lên khỏi thiết bị, chất tải nhiệt II (hơi nước bão hòa) từ cửa vỏ vào khoảng trống ống vỏ phía Trong thiết bị diễn trình truyền nhiệt bão hòa tới hỗn hợp Cấu tạo: Gồm vỏ hình trụ 1, hai đầu hàn hai lưới ống 2, ống truyền nhiệt lắp kín, vào lưới ống Trên vỏ, nắp đáy có cửa (ống nối) để dẫn chất tải nhiệt thiết bị cài đặt giá đỡ tai treo hàn vào vỏ Các ống lắp lưới ống cần phải kín cách nong hàn, người ta dùng đệm để lắp kín Ưu điểm: Kết cấu gọn, chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn Nhược điểm: Khó chế tạo vật liệu giòn, giá thành cao Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & 1.2.2 Sơ lược trình đun nóng Đun nóng việc sử dụng chất tải nhiệt để có nhiệt độ cao để làm tăng nhiệt độ chất tải nhiệt khác Đây trình phổ biến công nghiệp hóa chất thực phẩm, có tác dụng làm tăng vận tốc số trình phản ứng hóa học, phương tiện cần thiết để thực trình khác cô đặc, chưng cất, sấy khô Nhiệt lượng dụng cho trình đun nóng tạo nhiều phương pháp từ nhiều nguồn nhiệt khác Ví dụ khói lò, khí thải, chất lỏng thải nhiệt độ cao hay chất tải nhiệt trung gian nước, nước nhiệt, chất hữu có nhiệt độ sôi cao… Khi lựa chọn nguồn nhiệt ta cần quan tâm đến yếu tố quan trọng sau: - Nhiệt đun nóng khả điều chỉnh nhiệt độ - Áp suất bão hòa độ bền ảnh hưởng nhiệt độ - Độ độc tính hoạt động hóa học - Độ an toàn đun nóng (không gây cháy nổ) - Rẻ tiền, dễ kiếm Tùy thuộc vào nguồn nhiệt sử mà ta có phương pháp đun nóng khác nhau: - Đun nóng nước bão hòa - Đun nóng khói lò - Đun nóng dòng điện - Đun nóng chất tải nhiệt đặc biệt (hơi nước nhiệt, chất tải nhiệt hữu cơ, chất lỏng có nhiệt độ sôi cao…) - Đun nóng chất lỏng thải, khói thải Thiết bị sử dụng trình đun nóng đa dạng, tùy phương pháp trao đổi nhiệt (TĐN) gián tiếp hay trực tiếp mà ta sử dụng thiết bị đun nóng: - Thiết bị TĐN loại xoắn ốc - Thiết bị TĐN loại - Thiết bị TĐN loại ống chùm - Thiết bị TĐN loại ống lồng ống - Thiết bị đun nóng loại sục - Thiết bị đun nóng loại sủi bọt… Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Mỗi chất tải nhiệt sử dụng thiết bị TĐN phương pháp đun nóng có ưu nhược điểm định tùy trường hợp cụ thể mà ta đưa lựa chọn phù hợp để đạt hiệu cao Trong phạm vi đề tài ta xét đến trình gia nhiệt nước bão hòa sử dụng thiết bị TĐN loại ống chùm Đun nóng nước bão hòa Phương pháp đun nóng nước bão hòa sử dụng rộng rãi công nghiệp hóa học với nhiều ưu điểm như: - Hệ số cấp nhiệt lớn (α = 10000 ÷ 15000 W/m 2.độ) bề mặt truyền nhiệt nhỏ tức thiết bị nhỏ gọn so với thiết bị đun nóng chất tải nhiệt khác suất tải nhiệt - Lượng nhiệt cung cấp lớn lượng nhiệt tỏa ngưng tụ - Đun nóng đồng ngưng tụ toàn bề mặt TĐN - Nhiệt độ nước bão hòa không thay đổi suốt trình TĐN - Dễ điều chỉnh nhiệt độ nước đun nóng cách điều chỉnh áp suất - Vận chuyển xa dễ dàng đường ống Tuy nhiên , sử dụng nước bão hòa để đun nóng nhiệt độ cao nhiệt độ tăng áp suất bão hòa tăng đồng thời ẩn nhiệt hóa giảm Do nhiệt độ cao thiết bị phức tạp hơn, hiệu suất sử dụng nhiệt giảm Phương pháp đun nóng nước bảo hòa sử dụng trường hợp đun nóng với nhiệt độ t < 1800C 1.3 Tổng quan vật liệu Ngành công nghiệp sản xuất NaOH ngành công nghiệp sản xuất hóa chất Nó đóng vai trò lớn phát triển ngành công nghiệp khác dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hóa dầu, sản xuất phèn NaoH bazơ mạnh, có tính ăn da, khả ăn mòn thiết bị cao Vì cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động trình sản xuất Trước công nghiệp NaOH thường sản xuất cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 loãng nóng Ngày người ta dùng phương pháp đại điện phân dung dịch NaCl bão hòa Trong công đoạn gia nhiệt cho dung dịch NaCl trình điều chế xút NaOH công đoạn quan trọng, giúp rút ngắn thời gian sản xuất nâng cao chất lượng sản phẩm Quá trình gia nhiệt sử thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, ống xoắn ruột gà, ống lồng ống Trong thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm loại thiết bị có kết Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & cấu đơn giản, gọn, bề mặt truyền nhiệt lớn, dễ vận hành, sửa chữa mà mang lại hiệu cao 1.3.1 Tính chất nguyên liệu - NaCl khối tinh thể màu trắng, tan nước phân ly thành ion - Là thành phần muối ăn ngày - Khối lượng riêng dung dịch 10% 1073 (kg/m3) - Độ nhớt 1,07.10-3 (Ns/m2) 20oC (dung dịch 10%) - Độ hòa tan 50oC 27,1% ,ở 20oC 26,3% - Nguyên liệu đem gia nhiệt dung dịch NaCl 10% với chất tải nhiệt nước bão hòa 1.3.2 Thông số thiết bị Các ống thiết bị bố trí theo hình sáu cạnh, cách lắp ống kiểu hàn Chọn thông số kỹ thuật: - Chọn vật liệu thép CT3 - Chiều cao hai mặt bích: H = m - Chuẩn số Reynolds: Re = 10500 - Đường kính ống: d = 30 × mm - Bề dày ống truyền nhiệt: δ = mm = 0,002 m - Nhiệt độ nước bão hòa có áp suất 4at là: 142,9 oC (I.251 – Tr314 – STQTTB 1) Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC PHẦN 2: Đồ án chuyên ngành Máy & TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.1 Sơ đồ công nghệ 10 11 12 Các chi tiết Lò Bơm gia nhiệt Thùng chứa nguyên liệu Bơm nhiên liệu Đáy thiết bị Thân thiết bị Nắp thiết bị Áp kế Nhiệt kế Trai treo Ống xả khí ngưng Thiết bị điện phân Thuyết minh sơ đồ dây chuyền: Bơm dung dịch ban đầu có nhiệt độ 20 oC từ bể chứa nguyên liệu vào thiết bị gia nhiệt bơm ly tâm Quá trình nhập liệu diễn vòng 15 phút đến nhập đủ 1200 kg ngừng Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang P T Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Khi nhập liệu đủ 1200 kg bắt đầu cấp đốt (là nước bão hòa áp suất at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) Dung dịch chảy ống gia nhiệt đốt ống Dung dịch ống gia nhiệt Dung môi nước bốc thoát qua ống dẫn thứ sau qua buồng bốc thiết bị tách giọt Hơi đốt ngưng tụ chảy ngòai qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy xả Quá trình tiếp tục đến đạt nhiệt độ 84 oC ngưng cấp Mở van thông áp, sau tháo sản phẩm cách mở van tháo liệu dung dịch gia nhiệt đưa sang thiết bị điện phân để tiến hành công đoạn 2.2 Tính nhiệt lượng trao đổi Q Q = Gđ.Cp.(tF –tf) (W) Trong đó: Gđ - Lưu lượng hỗn hợp đầu, Gđ = 1200 kg/h tF - Nhiệt độ hỗn hợp , tF = t = 84oC tf - Nhiệt độ thường (tf = 20oC) t1 - Nhiệt độ làm việc hỗn hợp P = 4at có t1 = 142,9oC (I.251 – Tr314 / ST QTTB 1) Cp - Nhiệt dung riêng hỗn hợp tF, ta có: Nồng độ NaCl 10% < 20%, áp dụng CT : C = 4186.(1 – x) = 4186.(1 – 0,1) = 3394,8 (J/kg.độ) Vậy nhiệt lượng trao đổi Q : Q= 1200.3394,8.(84 − 20) = 72422,4 (W) 3600 2.3 Hiệu số nhiệt độ trung bình hai lưu thể to o C t1đ t1c t2c t2đ Hiệu số nhiệt độ lớn: Ta chọn t1 = 142,9 oC, tf = 20 oC, tF = 84 oC Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 10 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC λt = 3,58.10−8.3928,969.877,743.3 Prt = Đồ án chuyên ngành Máy & 877,743 = 0,434 (W/m2.oC) 20,212 C pt µ hh 3928,969.0,257.10 −3 = = 2,327 λt 0,434  Pr  λ Vậy: α = 0,021 .ε k Re 0,8 Pr 0, 43   d  Prt  , 25 0,434  3,974  α = 0,021 .1.105000,8.3,9740, 43   0,026  2,327  , 25 α2 = 1191,955 (W/m2.độ) → q2 = α2.∆t2 = 1191,955 49,293 q2 = 58755,04 (W/m2) Ở ta thấy nhiệt tải riêng phía ngưng tụ q 1= 21426,9 W/m2 khác xa với nhiệt tải riêng phía hỗn hợp chảy xoáy q 2= 58755,04 W/m2 Mà toán ta xét truyền nhiệt ổn định nên q 1= q2= qtb, để tìm giá trị q tb ta phải tính lặp Tính lần 2: Giả sử chênh lệch nhiệt độ màng bão hòa 0,8 oC a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía nước ngưng tụ theo công thức: α1 = 2,04 A.4 ( r W / m o C ∆t1.H ) Giả sử chênh lệch nhiệt độ ∆t1 = 0,8 oC → tt1= t1tb- ∆t1= 142,9 - 0,8 = 142,1 (oC) Khi ta có nhiệt độ màng nước ngưng là: tm = t1tb + tt1 142,9 + 142,1 = = 142,5 (oC) 2 Từ tm = 142,5 oC tra bảng ta được: A = 194,375 Vậy : α1 = 2,04.194,375.4 ( 2135,5.103 = 13477,69 W / m o C 0,8.2 ) b) Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy α2 Chọn Re = 10500 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ: Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 17 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & q1 = α1.∆t1 = 13477,69 0,8 = 10782,152 (W/m2) Hiệu số nhiệt độ hai phía thành ống: ∆tt = tt1 – tt2 = q1.∑rt ∑rt = 1,667.10-3 , m2.độ/W Ta có: → ∆tt= 10782,152.1,667.10-3 = 17,974 (oC) tt2 = tt1 – ∆tt = 142,1 – 17,974 = 124,126 (oC) ∆t2 = tt2 – t2tb= 124,126 – 55,888 = 68,238 (oC) Tại tt2 = 124,126 oC ta có: CNaCl = 3085,359 J/kg.độ CN = 4273,158 J/kg.độ → Cpt = 0,25.3085,359 + 0,76.4273,158 Cpt = 3976,208 (J/kg.độ) Tại tt2 = 124,126 oC ta có: ρ NaCl = 792,544 kg/m3 ρN = 787,582 kg/m3 −1 0,75   0,25 +  = 861,442 kg / m3 → ρt =  686 , 160 954 , 623   ( ) Tại tt2 = 124,126 oC nội suy ta có: ΜNaCl = 0,15.10-3 Ns/m2 μN = 0,15.10-3 Ns/m2 → lg(μhh) = xF.lg(μM) + ( – xF ).lg(μN) lg(μhh) = 0,158.lg(0, 15.10-3) + (1 – 0,158).lg(0,15.10-3) → μhh = 0,15.10-3 (Ns/m2) λt = 3,58.10−8.3976,208.861,442.3 Prt = C pt µ hh λt ( 861,442 = 0,428 W / m.o C 20,212 ) 3976,208.1,5.10 −3 = = 1,394 0,428 0,428  3,974  1.105000,8.3,9740, 43   Vậy: α = 0,021 0,026  1,394  , 25 = 1339,425 (W/m2.độ) → q2 = α2.∆t2 = 1339,425.68,238 = 91399,683 ( W/m2) Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 18 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Dựa vào lần tính ta có đồ thị: q q2 q1 ∆t 0,8 3,5 Tính lần 3: Chênh lệch nhiệt độ màng bão hòa theo đồ thị 3,5 oC a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía nước ngưng tụ: Dựa vào đồ thị ta suy ∆t1 = 3,5 oC ta có: tt1 = t1tb- ∆t1= 142,9 – 3,5 = 139,4 (oC) tm = t1tb + tt1 142,9 + 139, = = 141, (oC) 2 Từ tm = 141,2 oC tra bảng ta được: A = 194,18 Vậy : α1 = 2,04.194,184 2135.103 = 9309,686 (W/m2.độ) 3,5.2 b) Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy α2 Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 19 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ: q1 = α1.∆t1 = 9309,686.3,5= 32583,901 (W/m2) Hiệu số nhiệt độ hai phía thành ống: ∆tt = tt1 – tt2 = q1.∑rt= 32583,901.1,667.10-3 ∆tt = 54,317 (oC) tt2 = tt1 – ∆tt = 139,4 – 54,317 = 85,083 (oC) ∆t2 = tt2 – t2tb = 85,083 – 55,888 = 29,195 (oC) Tại tt2 = 85,083 oC nội suy ta có: CNaCl = 2886,686 J/kg.độ CN = 4200,166 J/kg.độ → Cpt = 0,25.2886,686 + 0,75.4200,166 Cpt = 3871,796 (J/kg.độ) Tại tt2 = 85,083 oC nội suy ta có: ρ ΡNaCl = 730,4087 kg/m3 ρN = 968,4419 kg/m3 −1 ( → ρt =  0,25 + 0,75  = 895,484 kg / m3  730,4087 968,4419  ) Tại tt2 = 85,083 oC nội suy ta có: ΜNaCl = 0,25.10-3 Ns/m2 μN = 0,338.10-3 Ns/m2 → lg(μhh) = xF.lg(μM) + ( – xF ).lg(μN) lg(μhh) = 0,158.lg(0, 25.10-3) + (1 – 0,158).lg(0,338.10-3) → μhh = 0,313.10-3 (Ns/m2) Ta được: λt = 3,58.10−8.3871,796.895,484.3 Ta có: Prt = C pt µ hh λt = 895,494 = 0,439 (W/m.độ) 20,212 3871,796.0,313.10−3 = 2,761 0,439 0,439  3,974  1.105000,8.3,9740, 43   Vậy: α = 0,021 0,026  2,761  Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi , 25 = 1158,095 (W/m2.độ) Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 20 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & → q2 = α2.∆t2 = 1158,095.29,195 = 33810,584 (W/m2) Dựa số liệu tính toán ta có bảng số liệu: Số Nhiệt trở hiệu số Phía nước ngưng tụ lần t1tb 142,9 142,9 142,9 tính tt1 140,9 142,1 139,4 ∆t1 0,8 3,5 tm 141,9 142,5 142,2 Số α1 10713,45 13477,690 9309,686 q1 21426,9 10782,152 32583,901 nhiệt độ ∑rt ∆tt -3 1,667.10 35,719 -3 1,667.10 17,974 1,667.10-3 54,317 Phía hỗn hợp chảy xoáy lần tính tt2 105,181 124,126 85,083 t2tb 55,888 55,888 55,888 ∆t2 49,293 68,238 29, 195 Prt 2,327 1,394 2,761 (Pr/Prt)0,25 1,14 1,299 1,095 α2 1191,955 1339,425 1158,095 q2 58755,04 91399,683 33810,584 Từ ta có: qtb = q1 + q2 32583,901 + 33810,584 = = 33197,243 (W/m2) 2 Kiểm tra sai số: q2 − q1 33810,584 − 32583,901 100% = 100% = 3,63% q2 33810,584 ε= Vì ε = 3,63% < 10% (chấp nhận) 2.5 Tính bề mặt truyền nhiệt F= ( ) Q 231125,584 = = 6,92 m qtb 33197,243 2.6 Số ống truyền nhiệt d td = d t + d n 0,026 + 0,03 = = 0,028 ( m ) 2 Số ống truyền nhiệt: n= F 6,962 = = 39,59 π d H 3,14.0,28.2 Trong đó: n: số ống truyền nhiệt Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 21 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Dựa bảng quy chuẩn chọn tổng số ống với cách xếp theo hình lục giác là: n = 61 ống Số ống cạnh hình cạnh là: ống Số ống đường xuyên tâm hình cạnh là: ống - Tổng số ống không kể ống hình viên phân là: 61 ống - Số ống hình viên phân là: 18 ống 2.7 Đường kính thiết bị đun nóng D = t.(b – ) + 4.dn (m) Trong đó: t – bước ống, thường lấy t = 1,2 ÷ 1,5 dn ; dn – đường kính ống truyền nhiệt, m; b – số ống đường xuyên tâm sáu cạnh Vậy: D = 1,5.0,03.(9 – 1) + 4.0,03 D = 0,48 (m) Làm tròn: D = 0,5 m = 500 mm 2.8 Tính chiều cao thiết bị Với D = 500 mm chọn nắp thiết bị hình elip có gờ, tra bảng số liệu ta chọn: Chiều cao nắp thiết bị: hl = ht + h Trong đó: ht = 125 mm h = 25 mm Vậy chiều cao thiết bị là: L = H + 2.hl = 2.1000 + 2.(125 + 25) = 2300 (mm) 2.9Tính lại vận tốc chia ngăn: Xác định vận tốc thực: ωt = 4.G π d n.ρ G = 0,944 (kg/s) n = 61 ống d = 0,026 m Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 22 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & ρ = 916,915 kg/m3 → ωt = 4.0,944 = 0,0318 ( m / s ) 3,14.0,262.61.916,915 Xác định vận tốc giả thiết: ω gt = Vì: Re µ 10500.0,4726.10−3 = = 0,2082 ( m / s ) d ρ 0,026.916,915 ω gt − ωt 0,2082 − 0,0318 100% = = 84,73% > 10% ω gt 0,2082 Nên ta cần phải chia ngăn để trình cấp nhiệt chế độ xoáy Xác định số ngăn: Số ngăn cần thiết: m= ω gt 0,2082 = = 6,55 (ngăn) ωt 0,0318 Quy chuẩn m = (ngăn) Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 23 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC PHẦN 3: Đồ án chuyên ngành Máy & TÍNH CƠ KHÍ Chọn vật liệu Do NaCl có tính ăn mòn nên ta chọn vật liệu thép không gỉ X18H10T → Ứng suất cho phép tiêu chuẩn 153oC [σ ] *BD = 115 (N/mm2) (hình 1.2 trang 22 Tài liệu [7]) Ứng suất cho phép: [σ ] BD = [σ ] *BD η = 115.0,95 = 109,25 (N/mm2) Với η = 0,95 hệ số hiệu chỉnh Hệ số bền mối hàn ϕ h = 0,95 (bảng 1-7 trang 24 Tài liệu [7]) 3.1 Tính toán buồng gia nhiệt Đường kính trong: Dt = 500 (mm) Chiều cao : Hđ = 2300 (mm) 3.1.1Các thông số tra chọn 3.1.1.1 Áp suất tính toán Buồng đốt chịu áp suất PBĐ = Phơi đốt –Pa = – = at = 0,3 (N/mm2) 3.1.1.2 Chọn vật liệu Vật liệu chọn thép không gỉ X18H10T NaCl có tính ăn mòn → Ứng suất cho phép tiêu chuẩn 163oC [σ ] *BD = 115 (N/mm2) (hình 1.2 trang 22 Tài liệu [7]) Ứng suất cho phép: [σ ] BD = [σ ] *BD η = 115 * 0,95 = 109,25 (N/mm2) Với η = 0,95 hệ số hiệu chỉnh Hệ số bền mối hàn ϕ h = 0,95 (bảng 1-7 trang 24 Tài liệu [7]) Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 24 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & 3.1.2 Tính chọn bề dày – tính bền cho buồng gia nhiệt ϕ h 109,25.0,95 = = 519 > 25 Ta có: [σ ] BD PBD 0,2 ⇒ Bề dày tối thiểu thân buồng đốt tính theo công thức: ' S BD = Dtr ( BD ) PBD 2.[σ ] BD ϕ h = 500.0,3 = 0,723 (mm) 2.109,25.0,95 Bề dày nhỏ Tra bảng 5-1 trang 128 Tài liệu [7] Smin = 3-4 mm Dung dịch ăn mòn (NaCl) nên Ca = Vậy chọn bề dày buồng SBĐ = mm Kiểm tra áp suất tính toán S BD − Ca − = = 0,006 < 0.1 Dtr ( BD ) 500 Cho nên áp suất tính toán cho phép xác định theo công thức: 2.[σ ] BD ϕ h ( S BD − Ca ) 2.109,25.0,95.(4 − 1) [ P] BD = Dtr ( BD ) + S BD − Ca = 500 + − = 1,22 (N/mm2) → PBĐ = 0,3 N/mm2 < [P]BĐ = 1,22 N/mm2 (thoả mãn) Vậy bề dày buồng đốt SBĐ = mm 3.2 Tính toán đáy – nắp thiết bị Chiều dày đáy nắp chịu áp suất tính theo công thức: S= Dt p Dt +C 3,8[σ k ]ϕ h − b 2hb (m) (XIII.47 –Tr385- QTTB 2) Trong : hb : chiều cao phần lồi đáy với h = 0,4 m ϕ h : hệ số bền mối hàn hướng tâm Với vật liệu X8H10T ta chọn 0,85 k : hệ số không thứ nguyên xác định sau : k = 1- d/Dt thường lấy k =1 p: 1at = 9.81.10 N/m Dt: 500 mm Để tính σ ta dựa vào công thức (XIII tr386 - QTTB 2) σ= [ Dt + 2hb ( s − c)] po 7,6.kϕ h hb ( s − c) Thay số: ⇒ σ = 150.10 N/m Trong đại lượng bổ xung C S-C = 8,2< 10 mm ta tăng thêm 2mm so với giá trị C Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 25 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & C =(1,8+2).10 −3 =3,8.10 −3 m Do đó: S = (8,2+3,8.10-3) = 12.10 −3 m Theo bảng XIII.11 ta chọn chiều dày S =12 mm → Sn = 0,5.1.10 5.0,5 + C = 3,4.10 −3 + C m 3,8.150.10 2.0,40 Vậy ta chọn S n mm 3.3 Tính toán vỉ ống Chọn vỉ tròn phẳng, vật liệu X18H10T Nhiệt độ tính toán Ttt = 142,9(oC) Ứng suất cho phép tiêu chuẩn [ σ ]* = 120 (N/mm2) Hệ số an toàn nB = 2,6 (bảng 1-6 trang 20 Tài liệu [7]) Giới hạn bền uốn [ σ ]u = 120*2.6 = 312 N/mm2 Áp suất làm việc Po : Po = PĐ + PCK = 4+(1-0.3) = 4,7 at = 0,47 (N/mm2) Chiều dày tính toán tối thiểu vỉ ống : h’= KDt Po (công thức 8.19 trang 212 Tài liệu [7]) [σ ]u K : hệ số, K = 0,28 ÷ 0,36 Chọn K= 0,3 Dt : đường kính thân buồng đốt, mm ⇒ h ' = 0,3.1200 0,47 = 12,4 mm 312 Chọn h’ = 13 (mm) Tính sơ chiều dày vỉ: h' = dn 38 +5= + = 9,75 (mm) (dn đường kính ngồi ống truyền nhiệt) 8 Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 26 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC PHẦN 4: Đồ án chuyên ngành Máy & LỰA CHON THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 4.1 Tai treo Ta sử dụng tai đỡ cho thiết bị chính, số lượng tai đỡ Để phản lực phân bố lên diện tích lớn thân để tăng cứng cho thân chỗ hàn tai đỡ người ta lót đệm thép thân tai Dạng tai đỡ sử dụng cách gắn tai đỡ vào thiết bị: h s d s a 4.2 Chọn bích Trong thiết bị có hai bích để gắn đáy nắp thiết bị Ta chọn bích dựa theo đường kính thiết bị Ở ta sử dụng bích liền thép 4.3 Chọn bơm Chọn bơm theo bảng 1.7 trang 35 Tài liệu [4] Hiệu bơm : X20/18 Lưu lượng Q = 5,5.10-3 m3/s Cột áp H = 10,5 m Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 27 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Số vòng n = 48,3 v/ph Động điện : Loại A02-31-2 Công suất N = kW Hiệu suất η ñ = 0,83 PHẦN V: KẾT LUẬN Sau thời gian học tập trường Đại học công nghiệp Việt Trì giao đề tài: “Tính toán, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch NaCl trình điều chế xút NaOH” Em cố gắng tìm đọc, tra cứu thêm tài liệu, với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo môn, em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình làm em rút số nhận xét sau Việc thiết kế tính toán thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch NaCl trình điều chế xút NaOH việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu chuyên chuyên ngành Máy thiết bị hoá chất mà phải biết thêm lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị máy móc, quy định vẽ kỹ thuật Em xin chân thành cảm ơn giảng viên ThS Nguyễn Tiến Hưng thầy cô giáo bạn đồng môn hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Phú Thọ ngày 28 tháng 09 năm 2013 Sinh viên Trần Bá Lợi Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 28 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC PHẦN 6: Đồ án chuyên ngành Máy & TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các tác giả, Sổ tay Quá trình thiết bị Công nghệ hóa chất, Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1992 [2] Các tác giả, Sổ tay Quá trình thiết bị Công nghệ hóa chất, Tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1992 [3] Phạm Văn Bôn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ, Giáo trình QT & TB CNHH tập : Quá trình thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc gia TP HCM, 2002 [4] Giáo sư Nguyễn Bin Tính toán trình ,thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm, tập Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [5] Các tài liệu thư viện C.Ty CP hoá chất Việt Trì [6] Hồ Lệ Viên – Cơ sở tính toán thiết bị hoá chất & thực phẩm – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1997 [7] Hồ Lê Viên, Thiết kế tính toán chi tiết thiết bị hóa chất, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1978 Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 29 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 30 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 31 [...]... bộ môn, em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao Qua quá trình làm em đã rút ra một số nhận xét sau Việc thiết kế và tính toán một thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch NaCl trong quá trình điều chế xút NaOH là việc làm phức tạp, tỉ mỉ và lâu dài Nó không những yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sự sâu về chuyên về chuyên ngành Máy và thiết bị hoá chất mà còn phải biết thêm... Nguyễn Bin Tính toán quá trình ,thiết bị công nghệ hoá chất và thực phẩm, tập 1 Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật [5] Các tài liệu tại thư viện C.Ty CP hoá chất Việt Trì [6] Hồ Lệ Viên – Cơ sở tính toán các thiết bị hoá chất & thực phẩm – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1997 [7] Hồ Lê Viên, Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1978 Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12... số cấp nhiệt cho từng lưu thể Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ theo công thức: α1 = 2,04 A.4 ( ) r W / m 2 o C (V.101 – Tr28 – STQTTB 2) ∆t1.H Trong đó: r - Nhiệt ngưng tụ của hơi lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa, J/kg; ∆t1 - Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt, oC; H - chiều cao ống truyền nhiệt (m) ; chọn H = 2 (m) A - hằng số tra theo nhiệt độ... Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Số vòng n = 48,3 v/ph Động cơ điện : Loại A02-31-2 Công suất N = 3 kW Hiệu suất η ñ = 0,83 PHẦN V: KẾT LUẬN Sau thời gian học tập tại trường Đại học công nghiệp Việt Trì và được giao đề tài: “Tính toán, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch NaCl trong quá trình điều chế xút NaOH” Em đã cố... Dạng tai đỡ sử dụng và cách gắn tai đỡ vào thiết bị: h s d s a 4.2 Chọn bích Trong thiết bị chính có hai bích để gắn đáy và nắp thiết bị Ta chọn bích dựa theo đường kính thiết bị Ở đây ta sử dụng bích liền bằng thép 4.3 Chọn bơm Chọn bơm theo bảng 1.7 trang 35 Tài liệu [4] Hiệu bơm : X20/18 Lưu lượng Q = 5,5.10-3 m3/s Cột áp H = 10,5 m Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 27 Trường Đại... Học*** - @&? TBHC PHẦN 6: Đồ án chuyên ngành Máy & TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các tác giả, Sổ tay Quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, Tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1992 [2] Các tác giả, Sổ tay Quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, Tập 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1992 [3] Phạm Văn Bôn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ, Giáo trình QT & TB CNHH tập 5 : Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc gia... trong thiết bị đun nóng D = t.(b – 1 ) + 4.dn (m) Trong đó: t – bước ống, thường lấy t = 1,2 ÷ 1,5 dn ; dn – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m; b – số ống trên đường xuyên tâm sáu cạnh Vậy: D = 1,5.0,03.(9 – 1) + 4.0,03 D = 0,48 (m) Làm tròn: D = 0,5 m = 500 mm 2.8 Tính chiều cao của thiết bị Với D = 500 mm chọn nắp thiết bị hình elip có gờ, tra bảng số liệu ta chọn: Chiều cao của nắp thiết bị: ... phải biết thêm các lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị máy móc, các quy định trong bản vẽ kỹ thuật Em xin chân thành cảm ơn giảng viên ThS Nguyễn Tiến Hưng và các thầy cô giáo cùng các bạn đồng môn đã hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này Em xin chân thành cảm ơn ! Phú Thọ ngày 28 tháng 09 năm 2013 Sinh viên Trần Bá Lợi Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 28 Trường Đại học... sơ bộ chiều dày vỉ: h' = dn 38 +5= + 5 = 9,75 (mm) (dn đường kính ngồi ống truyền nhiệt) 8 8 Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 26 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC PHẦN 4: Đồ án chuyên ngành Máy & LỰA CHON THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 4.1 Tai treo Ta sử dụng tai đỡ cho thiết bị chính, số lượng tai đỡ là 4 cái Để phản lực phân bố lên trên diện tích lớn của... 91399,683 ( W/m2) Sinh viên thực hiện: Trần Bá Lợi Lớp CHLT1-2Đ12 Trang 18 Trường Đại học công nghiệp Việt Trì *** Khoa CN Hóa Học*** - @&? TBHC Đồ án chuyên ngành Máy & Dựa vào 2 lần tính ta có đồ thị: q q2 q1 ∆t 0 0,8 2 3,5 Tính lần 3: Chênh lệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa theo đồ thị trên là 3,5 oC a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ: Dựa vào đồ thị ta suy ra được ∆t1 = 3,5 oC vậy