Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hĩa Học ĐƠ AN MON HOC QUA TRINH THIET BI
Ho va tén : Vũ Thế Dương
Lớp :ETCBDH
Khoa : Cơng Nghệ Hĩa
Giáo viên hướng dẫn : Th.s Phan Thị Quyên
NOI DUNG DE BAI:
Thiết kế hệ thống 2 nồi cơ đặc xuơi chiều tuần hồn Trung Tâm cơ đặc dung
dịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s Chiều cao ống gia nhiệt: 2,0 m
Nơng độ đầu vào của đung địch: 5%
Nơng độ cuối của dung địch: 30% Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at
Áp suất hơi ngưng tụ: 0,3 at
Trang 2Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học
LOI MO DAU
Dê bước đầu làm quen với cơng việc của một kĩ sư hố chất là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên khoa Cơng nghệ Hố học trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội được nhận đồ án
án là
mơn học: “Quá trình và thiết bị Cơng nghệ Hố học” Việc thực hiện
điều rất cĩ ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hồn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Cơng nghệ Hố học” Trên cơ sở lượng kiến thức đĩ và kiến thức của
một số mơn khoa học khác cĩ liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết
bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật cĩ giới hạn trong các quá trình cơng nghệ Qua việc làm đồ án mơn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy định
trong tính tốn và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn
phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách cĩ hệ thống
Trong đồ án mơn học này nhiệm vụ cần phải hồn thành là thiết kế hệ thống cơ đặc hai nồi xuơi chiều, ống tuần hồn trung tâm làm việc liên tục với dung dich NaOll, nang suất 3 kg/s, nồng độ dung dịch ban đầu 5%, nồng độ
san phim 30%
Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tải liệu, kinh
nghiêm thực tế và nhiều mặt khác nên khơng tránh khỏi những thiếu sĩt trong
quá trình thiết kế Em rất mong nhận được sự đĩng gĩp ý kiến, xem xét và chỉ
dẫn thêm của các thầy cơ giáo để đồ án được hồn thiện hơn
Trang 3Trường: ĐHCN Hà Nội Đỗ Án Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học
Phần I Giới Thiệu Chung
Để bước đầu làm quen với cơng việc của một kĩ sư hố chất là thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị phục vụ một nhiệm vụ kỹ thuật trong sản xuất, sinh viên khoa cơng Nghệ Hố học được nhận đỗ án mơn học“
Qúa trình & Thiết bị cơng Nghệ Hố học“ Việc làm đồ án là một cơng việc tốt giúp cho mỗi sinh viên trong bước tiếp cận tốt với thực
tiễn sau khi đã hồn thành khối lượng kiến thức của giáo trình“' Cơ sở
các quá trinh & thiết bị Cơng Nghệ Hố học” Trên cơ sở lượng kiến
thức đĩ và lượng kiến thức của mơn học khác, mỗi sinh viên biết
dùng tài liệu tham khảo trong tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong thiết kế, tự nâng cao kỹ năng vận dụng, tính tốn, trình bày nội dung thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách cĩ hệ thống
Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hồn thành là thiết kế hệ thống cơ
đặc 2 nổi xuơi chiều ống tuần hồn trung tâm làm việc liên tục với
dung dịch NaOH, năng suất 12960kg/h, nồng độ đầu 5%, nồng độ
sản phẩm 30%
1 Tổng quan về dung dịch NaOH
1.1 tính chất hĩa lý
Natri hydroxit tỉnh khiết là chất rắn cĩ màu trắng ở dạng viên, vay hoặc hạt hoặc ở dạng dung địch bão hịa 50% Natri hydroxit rất dễ hấp thụ CO; trong khơng khí vì vậy nĩ thường được bảo quản ở
trong bình cĩ nắp kín Nĩ phản ứng mãnh liệt với nước và giải phĩng một lượng nhiệt lớn, hịa tan trong etannol và metannol Nĩ cũng hịa
Trang 4
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học
tan trong ete và các dung mơi khơng phân cực, và để lại màu vàng trên giấy và sợi
1.2 Điều chế, sản xuất
Tồn bộ đây chuyển sản xuất xút ăn đa (NaOl]) là dựa trên phản ứng điện phân nước muối (nước cái) Trong quá trình này dung dịch muối (NaCD được điện phân thành clo nguyên tố (trong buồng anĩt), dung dich natri hyđroxit, và hìdro nguyên tổ (trong buồng catơt) Nhà máy cĩ thiết bị để sản xuất đồng thời xút và clo thường được gọi là nhà máy xút-clo Phản ứng
tổng thể để sản xuất xút và clo bằng điện phân là:
2 Na! ~ 2 HạO + 2e —› Hạ + NaOH
Phản ứng điện phân dung dịch muối ăn trong bình điện phân cĩ màng
ngăn:
NaCl + 2 HO — 2 NaOH + H; + Cl; Các kiểu buồng điện phân
Điểm phân biệt giữa các cơng nghệ này là ở phương pháp ngăn cản khơng cho natri hyđroxit và khí clo lẫn lộn với nhau, nhằm tạo ra các sản phẩm tỉnh khiết
-_ Buồng điện phân kiểu thủy ngân
Trong buồng điện phân kiếu thuỷ ngân thì khơng sử đụng màng hoặc màn chăn mà sử đụng thuỷ ngân như một phương tiện chia tach
» Budng dién phân kiểu màng chắn
Trong buồng điện phân kiểu màng chắn, nước muối từ khoang anơt chảy qua màng chia tách dé đên khoang catơI; vật liệu làm mảng chia tach là amian phủ trên catét cĩ nhiên lơ
- Buồng điện phân kiểu màng ngăn
Cịn trong buồng điện phân kiếu màng ngăn thì mang chia tách là một mảng trao đối iơn
13 Ung dung
Natri hidroxit hay hyđroxit natri (cơng thức hĩa học NaOH)! hay thuéng
được gọi là xút hoặc xút ăn da Natri hydroxit tạo thành dung dich kiềm mạnh
khi hịa tan trong dung mơi như nước Nĩ được sử đụng nhiều trong các ngành cơng nghiệp như giấy, dệt nhuộm, xà phịng và chất tây rửa Sản lượng trên thé
Trang 5Trường: ĐHCN Hà Nội ĐỀ Ấn Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học
giới năm 1998 vào khoảng 45 triệu tấn Natri hydroxit cũng được sử dụng chủ yếu trong các phịng thí nghiệm
2.Tống quan về quá trình cơ đặc 2.1 Khái nệm
Quá trình cơ đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hồ tan( khơng hoặc khĩ bay hơi) trong dung mơi bay hơi Đặc điểm của quá trình cơ đặc là dung mơi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, cịn dung chất hồ tan trong dung dịch khơng bay hơi, do đĩ nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tử trong hỗn hợp nay cùng bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ ở mỗi nhiệt độ Hơi của dung mơi tách ra trong quá trình cơ đặc gợi là hơi thứ, hơi
thứ ở nhiệt độ cao cĩ thé ding dé dun néng Í thiết bị khác
Cơ dặc nhiều nồi
Cơ đặc nhiều nỗi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đĩ cĩ ý nghĩa về sử dụng nhiệt Nguyên tắc của cơ đặc nhiều nồi là: ndi đầu dung địch được đun nĩng bằng hơi đốt, hơi bốc lên ở nồi này
được đưa vào nỗi thứ 2 dé làm hơi đốt, hơi thứ của nồi thứ 2 lại làm
hơi đốt cho nồi thứ 3 Hơi thứ ở nồi cuối được đưa vào thiết bị
ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi đầu đến nồi cuối, qua mỗi nổi nồng độ của dung địch tăng dần lên do một phần dung mơi bốc
hơi Hệ thống cơ đặc xuơi chiều được sử dụng khá phơ biến Ưu điểm
của loại này là dung địch tự di chuyển từ nồi trước ra nồi sau nhờ
chênh lệch áp suất giữa các nội Nhược điểm của nĩ là nhiệt độ
Trang 6
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học
nổi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn nồi trước nên độ nhớt của dung dịch ting dan din đến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm
từ nơi đầu đến nỗi cuối
2.2 Cơ đặc nhiều nồi xuơi chiều
Hệ thống cơ đặc xuơi chiều làm việc liên tục :
e_ Sơ đồ dây chuyển sản xuất: (sơ đồ đi kèm)
Trang 7Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB_CN Húa Học Nước làm lạnh Bơm chân khơng Dung dịch muối 10 ) 12 | Ne ^ Ệ 2 N ig “3 2 | ` Py
Trong dây chuyển gồm cĩ các thiết bị sau:
Trang 8Trường: ĐHCN Hà Nội Đỗ Ấn Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học 1 - Bề chứa đung dịch đầu 2 Bom 3 - Thing cao vi 4 - Lưu lượng kế 5 - Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6,7 - Nỗi cơ đặc 1, 2 8 - Baromet 9 — Hút chân khơng 10 -Thùng chứa sản phẩm 11 - Bơm chân khơng 12- Thùng chứa nước ngưng
Hệ thống cơ đặc xuơi chiều (hơi đốt và dung địch đi cùng chiều với nhau tử nồi
no sang nồi kia) được dùng khá phổ biến trong cơng nghiệp hĩa chất Loại này
cĩ ưu điểm là dung địch tự chảy từ nồi trước sang nỗi sau nhờ chênh lệch áp
suất giữa các nổi Nhiệt độ sơi của nỗi trước lớn hơn nỗi sau, do đĩ, dung địch
đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều cĩ nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sơi, kết quả là dung
dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng
nước gọi là quá trình tự bốc hơi Nhưng khi dung dịch vào nổi đầu cĩ nhiệt độ
thấp hơn nhiệt độ sơi của dung địch, thì cần phải đun nĩng đung địch do đĩ tiêu
tốn thêm một lượng hơi đết Vì vậy, khi cơ đặc xuơi chiều, dung dịch trước khi vào nỗi nâu đầu cần được đun nĩng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ
Nhược điểm của cơ đặc xuơi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nổi sau
thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng đần làm cho độ nhớt của dung
dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối
Trang 9
‘Trudng: DHCN Ha Noi Đồ Án Mơn Học ỢTTB CN Hĩa Học
PHAN IT
TINH TOAN THIET BI CHINH Số liệu ban đầu :
Thiết kế hệ thống 2 nồi cơ đặc xuơi chiều tuần hồn trung tâm cơ đặc
dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s = 12960 kg/h Chiều cao ơng gia nhiệt: 2m
Nơng độ đầu vào của dung dich: 5%
Néng d6 cudi cua dung dich:30%
Áp suất hơi dét ndi 1: 5 at Ap suất hơi ngưng lụ: 0.3 at
1 Xác định lượng hơi thứ bốc ra trong tồn bộ hệ thơng: Áp dụng cơng thức (VI.1/2— 55)
xd W—~Ga-G,— Ga (T- —“
= W- 12960 x (1 -® ~10800 (kg/h) 2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nỗi :
W¡ : Lượng hơi thử bốc ra từ nồi 1
W¿ : Luong hoi thir bếc ra tir ndi 2
Chon ti lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:
W\:Wz=]1:l Mà ta cĩ: W¡ ! Wa = LO0R00
W¡=W;=5400(kg/h}
3 Xác định nơng độ cuối của dung dịch tại từng nồi x¡:nơng độ cuỗi của dung dich tại nỗi 1
x;:nồng độ cudi của dung dich tại nỗi 2
Ap dụng cơng thức :
Trang 10
Trường: DHCN Hà Nội Đỗ Án Mơn Học QTTB CÁ Hĩa Học Wi -Gá (1-32) => xị- Ges x G.-W, xy = 129600.0.05 49 _ 9.57% 12960-5400 x2= 30%
4 Tính chênh lệch áp xuất chung của hệ thắng
- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là:
AP=PB~P„=5~0,3= 4/7(af)
Trong đĩ Pạ là áp xuất hơi đốt Pag La ap xuất hơi ngưng
Trang 11Trường: ĐHCN Hà Nội Đỗ Án Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học
Nổi l: với PB =5[œ] ta được :
.1,=l51.IC
Nhiệt lượng riêng: i¡=2754.10”[J/kg] Nhiệt hố hơi: 11=2117.10°[J/kg] eNOi 2: véi P2=1,792 ta được :
T2=116,156 °C
Nhiét hrong riéng: i= 2708760 J/Kg Nhiét hoa hoi: r.=2217400)/Kg
P;z=0,3 ta được t„;—=68,7”C
6 Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi: Gọi:
z; : nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ ¡
A7: tơn thất nhiệt độ do trở lực đường ống
Chọn A7=A7=i°C
Tương ứng với các nhiệt độ tính tốn được ta xác định được áp suất hơi thứ của mỗi nồi
Ta tính nhiệt độ theo cơng thức:
t=T , ra +A | °€] Am
Nổi l: E= ty + Ay'"= 116,156+1= 117,156 (°C)
Nỗi 2: T; — + Az"h— 68.74 1 — 69,7 °C)
Dựa vào nhiệt hơi thử, theo bảng I251 —[L- 314] ta tra được áp
Trang 12Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB_CN Húa Học Nỗi Hơi đốt Toi thir i P T 1x10? |Tx10? pv # #x1O? | rx 107 x% [at] °C J] |[ø] | [z] | [ec] [7] | [7#] 1 5 151,1 2754 2117 | 1,982 | 117,156 | 2709.25 | 2214.656 | 8,57 2 | 1,792 | 116.156 | 2708,76 | 2217,4 | 0,25 | 69,7 2627 2340 30 7 Tính tơn thất nhiệt độ cho từng nỗi: 7.1 Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ a,:
-Nhiệt độ sơi của dung dịch phụ thuộc vào tỉnh chất của dung mơi chất
tan, đặc biệt là nồng độ của chất tan Nhiệt độ của dung dịch luơn lớn hơn nhiệt độ sơi của đung mơi nguyên chất ở cùng áp suất Khi nồng độ của chất tan tăng
thì nhiệt độ sơi của dung dịch càng tăng
-A` là tốn thất nhiệt độ của dung dịch so với dung mơi nguyên chất, trong cơ đặc thường gọi đĩ là tốn thất nồng độ, A' lả thơng số vật lý của dung
dịch nĩ phụ thuộc vào nồng độ chất tan, nằng độ càng tăng thì A càng tăng, nĩ cịn phụ thuộc vào bản chất chất tan và dung mơi đồng thoi a’ phụ thuộc vào áp suất -A’ duge tinh theo cong thire dan gan đúng cua Tensico A= A, f°C f= 16.2 Tr? (CT.VL10/2 - 591) ¿ s2
A, : tồn thất nhiệt độ đo nhiệt độ sơi của dung địch lớn hơn nhiệt độ sơi của dung mơi ở áp suất thường
T: nhiệt độ sơi của dụng mơi nguyên chất ở áp suất dã cho °K
r: ăn nhiệt hố hơi của dung mơi nguyên chất ở áp suất làm việc J/kg
* Tra báng (VL2/2 67])
Trang 13
Trường: ĐHCN Hà Nội xị =8,57% = A,, =2,285°C x, =30% — A,„ =17°C * Xác định nhiệt độ T: 7, =117.156 + 273 = 390.156°K Ty = 69.7 +273 =342.7°K Vay: 2 A, =16,2.2,285 GUO" _ 9 s4oc 2214656 Ay, =16,2.17 AED 13 g99¢ 2 2340000 => DA, = A, +A, = 2,54 + 13,82 = 16,36°C 7.2 Tén that do áp suất thuỷ tĩnh: A- - Áp dụng cơng thức VI.13 À' =1, Ty h ny Pads & 2 981.10! PL=P, +t P,: áp suất hơi thứ trên bề mặt thống (at) ø Đỗ Án Mơn Học QTTB CN Hĩa Học
b, :chiều cao cúa lớp dung dịch sơi kể từ miệng, trên của ống truyền nhiệt (m)
°„ : chiều cao của ơng truyền nhiệt (m)
Pas: khối lượng riêng của dung dịch khi sơi (kg/mẺ ) Lấy gần đúng bằng yy khối lượng riêng của dung dịch ở 20°C
Tọ¡/=nhiệt độ sơi ứng với áp suất P;
# : gia tốc trọng trường me”
- Khối lượng riêng của dung dịch 20°C ứng với mỗi nồng độ được xác định theo bang (1.23/ST1 — T34)
Trang 14Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB_CN Húa Học xị =§,57% > Py, = 1093,27 (kg/m?) xạ — 30% = Py — 1328 (kg/m?) Vậy khối lượng riêng của dung địch sơi là 1093,27 Pass — ~ 546.635(kg /m') 2 - chọn hị = 0,5 m va hy = 2 m ( đề ra ) 2, 546,635.9,81 Tạ, = 1982 + (0,5 ~ 5) 981.10" = 2,064 (at) 2, 664.981 Py — 0,25 + (0,5 + =), —“”~ _ 0,3496 (ar D ( 2) 981.10" (at) Tra bảng (125 [/STI- T314) ty) ~120,46°C Ly, = 712,02°C As = ty, — fy, =120,46- 117,156 =3,304°C Ay = byy — fay = 72,02 69,7 = 2,32°C => DIA’ =A; ~ Ay =3,3044-2,32 =5,62C
7.3 Tén that do đường ống (A”})
Trang 15Trường: ĐHCN Hà Nội Đỗ Án Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học
8 Tính hiệu số nhiệt độ hữn ích của hệ thống:
Nhiệt độ hữu ích của hệ thơng
Af, =A(„—A (CT VI.16/12 ~67])
Af„ =Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ
ngưng ở thiết bị ngưng tụ Af¿„ =f„¿ T~t„ =15U—6§87=824°C - (CT VL16/ST2-— Tố?) At,, =82,4—23,984=58,416C Xác định nhiệt độ sơi của từng nồi] t, = tA, +h t=, +4, +A, („¡„f, :nhiệt độ hơi thứ của từng nỗi tạ =117,156 + 2,54 +3,304 =123%C ty = 69,7 +13,82 + 2,32 = 85,84°C Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi AT, =1, ~f, =151,1-123 = 281°C AT, = 1, ~t, = 116,156 ~ 85,84 = 30316°C Bảng số liệu số 2 Nài | A“c] | a[c] | A*c] | aT[e] | s[€, 1 2,54 3,304 1 28,1 123 2 13,82 | 2,32 1 30,316 85,84
9, Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt để tính lượng hơi đốt D và lượng hoi thir W; ở từng nồi:
Sơ dé cân bằng nhiệt lượng của hệ thơng
Trang 16
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hĩa Học Di (Gg -W, -W2)C2.tyz Ga bọ Ca (Gá- Wị )C¡ chị Direc 4, Wi Cros & Trong đỏ :
D: Lượng hơi đốt vào (kg/h)
đ„Ÿ; : Hàm nhiệt của hơi đốt nỗi 1, nồi 2 (J/kg)
ï,i; : Hàm nhiệt của hơi thứ nồi !,nồi2 (J/kg)
Ø,, Ở, : Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2
Ca : Nhiệt dung riêng của dung địch đầu (J/kg độ)
C¡ei, Ca; : Nhiệt dụng riêng của nước ngưng ở ndi | ; nổi 2 (I/kg 46)
Ci, Cx: Nhiét dung riéng cita dung dich ra khdi ndi 1 ndi2 (J/kg dd)
Qm¡,Qm: : nhiệt lượng mắt mát ở nỗi 1 va ndi 2
Ga : lượng hẫn hợp đầu đi vào thiết bị (kg/h)
W¡, W;: lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2
9,1- Nhiệt lượng vào
- Nỗi I: Nhiệt do hơi đốt mang vào : — D.i
Nhiệt do dung dịch mang vào :Gạ Ca.tọ
- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào: W¡i;
Nhiệt do dung dịch từ nổi 1 chuyên sang : (GạT— WI)Citst
Trang 17Trường: ĐHCN Hà Nội Đỗ Án Mơn Học QTTB CN Hĩa Học
- Nước ngưng : D.Ø.Cai
- Dung dich mang ra : (Ga— Wi)Cit¡ - Nhiệt mat mát : Qm,=0,05D(¡ — Cer &) -Nồi2: - Hơi thứ : W2 ¿; - Nước ngưng : W¡ 6, C2 - Do dung dịch mang ra : (GaT— Wi — W2)C¿.ta - Nhiệt mắt mát: Qm;= 0,05W(z— Cạa) 6, 9,3- Hệ phương trình cân bằng nhiệt:
Các PT được thành lập dựa trên nguyên tắc :
Tổng nhiệt đi vào — Téng nhiệt đi ra
* Phương trình cân bằng nhiệt cho từng nồi: - Nồi 1: G,xCy xt, +Dxi, =(G, — xO, xt, +H, xl ~ Dx, nel «8 +O, qd) - Nồi 2: W, xi, +(G,-W)xC, xt, Wy xh +(G,-W, -W,)xC, x1, t+ XC, 4%, 40,, (2) 9.4 Tính tốn các thơng số:
e Nhiệt dung riêng:
Nhiệt dung riêng của dung dịch cĩ nồng độ nhĩ hơn 20% tinh theo cơng thức sau:
C=4I86,§.(1-x)(Jkgđộ) (CTL43—[1I- 152]) x : nơng độ chất hịa tan, phần khối lượng (%)
Trang 18Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hĩa Học Nhiệt dung riêng của dung địch cĩ nồng độ >20% được tính theo cơng thức sau: Theo cơng thức 1.144- [1-152] € =C„.x+418ĩ( 1-x) (1/kg.độ)
Cụ, nhiệt dung riêng của chất hịa tan khan( khơng cĩ nước) J/kg.độ
Cụ được tính theo cơng thức
Muon.Cu = ZC.N; (CT 141 = [1 -152) M :khỗi lượng phân tử của chất tan
C; :nhiệt dung riêng của các đơn chat(tra bang 1.141- ST)- Ty52}
Trang 19
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB_CN Húa Học
Trang 20Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hĩa Học Tý lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên nhự sau W¡ : W¿ = 1: I Sai số giữa Lượng hơi thứ các nồi được tỉnh từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân bằng vật chất < 5% ,vậy thộ mãn,
Trang 21Trường: ĐHCN Hà Nội Đỗ Án Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học
10.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi: 10.1.Tính hệ số cấp nhiệt # khi ngưng tụ hơi (JI Vl Tu, |] | tị! m | ữ Ty | LÌT a5, Tạ | LH Tuyếy halo! - Gia thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi 1 va ndi21a:A.,,A,,
- Với điều kiện lâm việc của phịng phịng đốt thẳng đứng H = 2m ,hơi ngưng bên ngồi ống ,máng nước ngưng chảy dịng như vậy hệ số cấp nhiệt được tính theo cơng thức r @ = 2,04.4(—+_)°5 G „ì W/m? độ 2 độ (V.1012—28) _ tr” Trong đỏ:
Øi,: hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thir i W/m’ do
Ay: hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi
ngưng của nỗi I (°€ )
Giá tiệt Ên T 222C
TAIN A = 198°C
r¡ ấn nhiệt nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi dét da ghi & bang sé liéu 1:
Trang 23Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB_CN Húa Học Nồi | Ai, °C Ay °C A |ay,Wlm?do | g,Wlm` 1 2,12 150,04 195,506 10601,785 22475,785 2 1,98 115,166 185,3747 10344,698 20482,5 10.3,Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lĩng sơi @,, W/m? dé: Ta xác định hệ số này theo cơng thức: a, =45,8.P° AL? W,— (W/m2đơ)(CT/[L 332) Py: ap suất hơi thứ at Xem bảng 1: P, =1,982 at P, =0,25
Af;;: hiệu số nhiệt độ giữa thành ơng với dung dịch sơi At, Eby big = AL; —Af, —Âf,
- Hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt
Aly, = Gud sc
- Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt
6
Mrantn+s A m’ 46/W
r¡,, rạ : nhiệt trở của cặn bân 2 phía tường ( bên ngồi cặn bẫn của nước ngựng
,bên trong cặn ban do dung dich
- Tra theo bảng V.I[2 _ 4 ]
rị =0,232.10” m độ/W
Trang 24
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học
12 = 0,387.10" m? da/w
- Tra bảng ( VI.6[2 — 80] ) ta chon bé day thành ống truyền nhiệt là & =2mm =0,002m
- Chọn vật liệu làm ống truyền nhiét 14 thép Crom Niken Titan( XI§H9T ), hệ
số dẫn nhiệt của nĩ là: A=1685 Wim d6 > Yr = 0,387,107 +0,232.10° tin =0,7376910” m2 độ/W Af,, =22475,785.0,73769.10”) = 16,58°Œ > Ath, = 20482 ,5.0,7369.,10ˆ” = 15,109°C Vay: At, = 28,1-2,12-16,58=9,4°C At, = 30,316-1,98—15,109=13,226°C * WY: hé s6 hiéu chinh ,xdc dinh theo céng thie(VI.27/ST2 — T71) 0,565 2 ve] (2) tala
Ane Prec Cy A Maa
(dd:dung dich , nc: nước }
0,435
Trong đĩ:
Ä : hệ số đẫn nhiệt , W/m độ
/Ø :khối lượng riêng , kg/mẺ
Trang 25Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học
tị = 123 °C t;; 85,84 °C * Khối lượng riêng :
- Khối lượng riêng của nước: tra
Pret = 940,61kg / m?
Pros = 968,045 kg /m?
bảng L249[1 311]
- Khối lượng riêng của đung địch NaOH :tra bảng ( 1.22[1_34] Lay = 1/2 khối lượng riêng của đd 6 20°C
Đạa = 527kg (mì
Pair = 664kg !mẺ
* Nhiệt dung riêng :
Trang 26Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB_CN Húa Học
Theo 1.32, [1-123] ta c6 céng thtre:
A: Hệ số tỉ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng, ta chọn A = 3,58.10%
M: Khối lượng mol của hỗn hợp lỏng, ở đây là hỗn hợp của
NaOHvà HO, kg/mol
M~a.Mxzon + (L¬ a) — 11la+18(1T— a) a: là nồng độ phan mol ctia CaCl
Trang 27Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB_CN Húa Học re ¿„› = 3,58.105.3323,425.664 4Ï 664 21,555 = 0,247 (W/m.d6) * Độ nhớt ; - Độ nhớt của nước tra bảng ;(.104/5T1 — 96) Hye, = 0,2329 Haga =0,3406 (CP) Độ nhớt của NaOH ( bảng I.101/ ST1- 91) Hag = 0,36Cp Haga = 2,06Cp Lập bảng số liệu 5:
Pas Po C, Cay Aaa
kg im’ kgim’ | jikgdo | jlkg.do WI indo 4, Hy 10? | 4,10"
Trang 28Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học =453./I9829,42%02 =236085 (WimẺ độ) đạ =45,3/022.A15) 4; =453./0/25.13/2260,166 =154207 (Wim? dé) 10.4.Nhiét tai riéng vé phia dung dich ; Gn = Ay Ay = 2360,85.9,4 = 22192 (Wim?) In, = Am Ar =1542,07.13,226=20395,4(W/m”) 10.5.S0 sánh qz¡ va qu : - Chênh lệch giữa qat, qiị vả q22, qa ( 15>) _ 22475,785 - 22192| & 22475 ,785 .100% = 1,26% < 5% 20482 ,5 ~ 20395,,4| ST TS 1,100% =0,425% < 5% 20482 ,5
Vay gid thiét A,,,A,, được chấp nhận
Trang 30Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học
Trang 31Trường: DHCN Hà Nội Đỗ Án Mơn Học QTTB CÁ Hĩa Học
14 Tính bễ mặt truyền nhiệt (E)
Tính bề mặt truyền nhiệt theo phương thức bề mặt truyền nhiệt giữa các nồi bằng nhau: 9 F= 2, = 3280703 139 = 154,53(m7) K,AT," 194,8.26,71 “` K,AT," 674,2.31,71
PHÂN II Tính thiết bị phụ:
Trang 32Trường: ĐHCN Hà Nội Đỗ Án Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học
I Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị dun néng loại ống chùm
ngược chiều dung hơi nước bão hịa ở Sat Chọn tụạ =t¡ = 151,I (°C), hơi nước
đi ngồi ơng từ trên xuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ đưới lên Ở áp suất 5at => =151,1 °C ( Tra bang 1.251[1/315]
Iiễn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phịng(25°C) đi ra ở nhiệt độ sơi của hỗn hợp đầu (t¿„= I23°C)
Chọn loại ống bằng thép crom niken titan ( X18H9T )đường kính đ = 38+2 mm ; L= 2(m) =^ = 16,85W/m.độ (bảng I.125, [1-127]) 1- Nhiệt lượng trao đổi :( Q) Q=EC,(r—t) W Trong đĩ ;
- F: lưu lượng hỗn hop dau , F = 12960(kg/h)
- tp: Nhiệt độ sơi của hỗn hyp tp = ty = 123°C
- Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp tại: C„— C¿—3976,71/kg.độ
- tr Nhiệt độ mơi trường: Iy= 25°C Thay số : 12960 ———-3967.7(123-25)= 1399804,56(W Q- nn 3967.7023~25)= «W) 2- Hiệu số nhiệt độ hữu ích: Aty= 151,1 — 25 = 126,1 CC) At, =151,1 - 123= 28,1 CC) At, — 12641 “Doar = 2g, nh Atd — Ate 126,I— 28,1 Atg= 1261, =65.35ÉC) "” ety 23lg 28,1 - Toi dét: te = BÚ ceo
- Phía hỗn hop: toy =f — Aly = 151,1 — 65,35= 85,75°C) 2.1- Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưn thế :
- Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :
Trang 33
Trường: ĐHCN Hà Nội ĐỀ Ấn Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học r At ) 0,25 ay = 2,04.A.( Trong dé:
- r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hỏa r = 2117000 (1/Kg)
~ At;: Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền
nhiệt
- H: Chiều cao ơng truyền nhiệt : H = 2(m) - A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng
Trang 34Trường: ĐHCN Hà Nội ĐỀ Ấn Mơn Học QTTB_CN Hĩa Học
- e: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L và
đường kính d của ơng 1 2 †a CĨ : đ TT 0,034 = 58,824 >5m —> g&=1 (theo CT V.2- [2-15]) *Tính chuẩn số Pr : P,= = # (CT-V.35-[2-12]) - C;: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở ty = 65,35 °C tra theo bang (I [1- 20): C;=Cạ= 3976,7 (J/kg.độ) - Tra bang (I 107- [1-101]) ta cĩ độ nhớt dung dịch: ụ =0,498.10”(Nsm”) - Tra bảng I.23-[1-35]}- p : khối lượng riêng của hỗn hợp ở ty p= 1048, kg/m? - ni 1: x = 8,57 % khối lượng 8,57 40 J 8S7/) „ 00 = BS = 1, = 40.0,04 + (1— 0,04).18 = 18,88 =0,04 - Với A=3,58 10Ỷ p => ÀA=A.Cp ` T ' 1048 =3,58.10", 3976,7 1048 rg gg =0,569 (W/m.d6) 3976,7 0,569
Thay số vào CT ta được : Pr= 0,498.10 =3 479
~ Hiệu số nhiệt độ ở 2 phía thành ống :
Trang 35
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học
At =ti- t2:
Trong đĩ : t,, : Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp - Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt
ổ
3 ,r=n+r, 2 mỶ độ/W
rị „ rạ : nhiệt trở của cặn bắn 2 phía tường ( bên ngồi cặn bẩn của nước ngưng
,bên trong cặn ban do dung dich
Trang 36Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học ụ : Dộ nhớt của hỗn hợp tra bảng ( I.107-[1-100] ) : u:= 0,602.10 Ns/m? ^,: hệ số đẫn nhiệt của hỗn hợp ở tạ = Ta cĩ :À,= A.Cp ø Ve Với: A=3,85.10%
Ø: khối lượng riêng của hỗn hợp ở t= 110,39°C
Tra bang 1.23[1-35] tacéd: p=980 kg/m? Thay vào cơng thức fa cĩ ;
—
dy = 3,58.10°, 3876,7,980 of 8° = 0,5¢ wim?.d6) V18,88
3827,259.0,602.103 —
0,5
Thay số vào ta được : Pr, = 4,58
Trang 37Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Húa Học
Trong đĩ : Nhiệt lượng trao đổi : Q = 1399804,56 (W)
qø:Nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dich 34795,3 + 35270,8 de = 2 =35033,05 (W/m’) 1399804,56 _ 2 35033,05 97956 ứm) Thay số : F = 4 Số ống truyền nhiệt: F Cơng thức tinh : =H
Trong dé: E : Bề mặt truyền nhiệt F= 39,956(m”) d: đường kính ống truyền nhiệt d= 0,034 m
H: Chiều cao ống truyền nhiệt H-2(m) 39,956 Thay số : 1E 3142.0034 15713 Qui chuan n= 169 ống Theo bảng V.L1-[2-48] ta cĩ: Bang 7:
Số Sắp xếp ơng, theo hình sáu cạnh ( kiểu ban cờ )
hình Số ống trên| Tơng số Số ống trong các Tổng số Tổng sau đường ống khơng | Hình viên phân ống trong | Số cạnh * xuyên tâm | kê các ơng, an 44 Â sáo Á tât cả các Ất nã ng ong £
Trang 38
Trường: DHCX Hà Nội Đồ Án Mơn Hạc QTTB CN Hĩa Học
của hình trong cac Dayl] Day 2 | Day3 hình viên | thiết
Trang 39‘Trudng: DHCN Ha Noi Đồ Án Mơn Học ỢTTB CN Hĩa Học @„—9, — 0,1796— 0,0185 O, a 0,1796 = 89,67% Dy — O, Vi o lớn 5% nên ta cần chia ngăn để quá trình cấp nhiệt ở chế độ i et xốy Số ngăn được xác định như sau: ®, — 01796 —- ee o, 0,0185 - Số ngăn cần thiết: m = ;
Quy chân 10 ngăn
Vậy các kích thước của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là:
- Bề mặt truyền nhiệt; F = 39,956 (m2) - Số ống truyền nhiệt: n = 217(ống) - Dường kính của thiết bị: D = 1000 (mm) - Chiều cao giữa 2 mặt bích: H = 2 (m)
Trang 40
Trường: ĐIICN Hà Nội
II thiết bị ngưng tụ baromet
1 Hệ thống thiết bị ngưng tụ baromet: Ì I Ny i Khí tơng ngưng Đề Án Mơn Học QLTB CN Hĩa Học Nước Ế TH Ị ote | Am | «bee [13 "“ -L-À^ + l [oto | - | Hoi F-†- Ni l 3 a ra 4 | NI Z | tl 2 [ TP) im gli 2 Thiét bf thu hd bot 3| lý 3- Ống baromet < lly 4- Tắm ngắn 3 | 6- Ơng dẫn khí khơng ng ứng 3} ah | i Po EI THIET BING LNG TU BAROMET
2 Tinh tốn hệ thiết bi ngung tu baromet:
- Lượng hơi thứ ở nổi cuối trong hệ thống cơ đặc:
GVHD :Phan Thi Quyén 40