Đang tải... (xem toàn văn)
D_(b∶) đường kính buồng bốc = 2 m Bề dày buồng bốc = 12 mm Diện tiachs bề mặt truyền nhiệt = 25 m vuông Đường kính trong ống truyền nhiệt = 34 mm, đường kính ngoài ống truyền nhiệt = 38 mm Chiều dài ống truyền nhiệt = 1.5 m Chiều cao buồng bốc = 1.5 m Thể tích buồng bốc = 4 met khoi Chon 132 ong truyen nhiet ( đã trừ chỗ của ống tuần hoàn trung tâm ) Đường kính ống tuần hoàn trung tâm = 0.3 m, đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm = 0.325 m Đường kính buồng đốt = 1.5 m, đường kính ngoài buồng đôt = 1512 mm Chiều cao buồng đốt = 1,5 m Đường kính ống nhập liệu = 30 mm Đường kính ống tháo liệu = 30 mm Đường kính ống dẫn hơi đốt = 160 mm Đường kính ống dẫn hơi thứ = 400 mm Đương kính ống dẫn ngưng = 20 mm Bề dày buồng đốt = 6 mm Đường kính đáy thiết bị = 1500 mm, đáy là hình nón. Bề dày đáy thiết bị = 6 mm Đường kính nắp thiết bị = 2000 mm, đường kính lỗ = 400 mm, chọn nắp elip, có gờ và chiều cao gờ = 40 mm Bề dày nắp thiết bị = 10 mm Mặt bích : giữa buồng đốt và buồng bốc; giữa buồng bốc và nắp thiết bị. Đường kính vành ngoài bích D = 2160 mm. Đường kính cho đến tâm bulong D_b=2100 mm. Đường kính đến vành ngoài đệm D_l=2060 mm. Đường kính đến vành trong đệm D_0=2015 mm. Bolong : đường kính d_b=M27, số lượng Z = 48 cái Bề dày bích : h = 40 mm. Mặt bích : giữa buồng đốt và đáy Đường kính vành ngoài bích D = 1140 mm. Đường kính cho đến tâm bulong D_b=1090 mm. Đường kính đến vành ngoài đệm D_l=1060 mm. Đường kính đến vành trong đệm D_0=1013 mm. Bolong : đường kính d_b=M20, số lượng Z = 28 cái. Bề dày bích : h = 22 mm. Vỉ ống : Bề dày vỉ ống phía trên buồng đốt = 22 mm Bề dày vỉ ống phía dưới buồng đốt = 22 mm Thiết bị ngưng tụ : Đường kính trong = 500 mm Chiều rộng tấm ngăn = 300 mm, nhiều lỗ nhỏ được đục trên tấm ngăn nên đường kính lỗ được chọn = 5 mm Bề dày tấm ngăn = 4 mm Chiều cao gờ tấm ngăn = 40 mm KÍCH THƯỚC KÍ HIỆU GIÁ TRỊ (mm) Đường kính trong của thiết bị Dtr 500 Chiều dày của thành thiết bị S 5 Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a 1300 Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị P 1200 Bề rộng của tấm ngăn b 300 Khoảng cách giữa tâm của TBNT và TB thu hồi K1 675 Chiều cao của hệ thống thiết bị H 4300 Chiều rộng của hệ thống thiết bị T 1300 Đường kính của thiết bị thu hồi D1 400 Chiều cao của thiết bị thu hồi h1(h) 1440 Đường kính của thiết bị thu hồi D2 Khoảng cách giữa các ngăn a1 220 a2 260 a3 320 a4 360 a5 390 Đường kính các cửa ra và vào: Hơi vào d1 300 Nước vào d2 100 Hỗn hợp khí và hơi ra d3 80 Nối với ống baromet d4 125 Hỗn hợi khí và hơi vào thiết bị thu hồi d5 80 Hỗn hợi khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d6 50 Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 50 Ống thông khí d8 Thông số cơ bản của mặt bích: Dt – đường kính gọi; mm D – đường kính ngoài của mặt bích; mm Db – đường kính vòng bu lông; mm D1 – đường kính đến vành ngoài đệm; mm D0 – đường kính đến vành trong đệm; mm db – đường kính bu lông; mm Z – số lượng bu lông; cái h – chiều dày mặt bích; mm H: chiều cao tổng cộng ống baromet, m. : = 8 m đường kính trong ống (d): d=125 mm THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHẬP LIỆU Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống. Chiều cao ống truyền nhiệt = 1,5 m Số ống truyền nhiệt = 91 ống bố trí theo lục giác đều. Đường kính trong của thieetd bị trao đổi nhiệt = 0.58 mét BỒN CAO VỊ Chiều cao từ mặt thoáng nồi 1 xuống đất là: Z2=3,5 m Đường kính ống nhập liệu nồi 1 là: d=30mm Chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi 1 là: l=15 m. Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất Z1 = 3,5 mét BƠM CHÂN KHÔNG Công suất bơm = 14 Kw Tính bơm nước vào thiết bị ngưng tụ:công suất của bơm:=0.75 kw Tính bơm nhập liệu Bơm dung dịch từ bể chứa lên bồn cao vị : 1,1 Kw Tính bơm tháo liệu Công suất của bơm :0.021 Kw Bề dày lớp cách nhiệt = 60 mm NẮP THIẾT BỊ : Nắp elip tiêu chuẩn có : 〖D〗_t=2000 mm. S = 10 mm. h = 40 mm.
MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ PHẦN I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ Sơ lược lý thuyết cô đặc: 1.1 Định nghĩa: 1.2 Các phương pháp cô đặc: 1.3 Phân loại ứng dụng cô đặc: 1.4 Những yêu cầu thiết bị cô đặc: Nguyên liệu sản phẩm: 2.1 Đặc điểm nguyên liệu: 2.2 Đặc điểm sản phẩm: 2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm: Lựa chọn thiết bị cô đặc: Quy trình công nghệ: 4.1 Quy trình hoạt động hệ thống (bảng vẽ [1]) : 4.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet PHẦN II TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH I CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG II THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH CÔ ĐẶC 12 A TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 12 B TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 15 C TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 18 PHẦN III: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 28 I THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET : 28 II TÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHẬP LIỆU : 30 III TÍNH BỒN CAO VỊ 32 IV BƠM 33 V CHI TIẾT PHỤ 36 PHẦN IV: TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, ngành cơng nghiệp hóa chất thực phẩm trở thành ngành chủ lực nước ta Trong ngành cơng nghiệp đường mía có vai trị quan trọng kinh tế đáp ứng nhu cầu ngày cao người tiêu dùng Bên cạnh cung cấp nguồn dinh dưỡng cho người, đường có vai trị quan trọng nhiều ngành khác bánh kẹo, dược, hóa học… Với đóng góp quan trọng đó, cơng nghiệp mía đường ngày phát triển với việc mở rộng suất, cải tiến công nghệ đổi thiết bị Thiết bị sản xuất đóng vai trị quan trọng việc nâng cao chất lượng sản phẩm suất, việc sử dụng thiết bị phải phù hợp với tình hình thực tế để trình sản xuất đạt hiệu tốt Thiết bị cô đặc thiết bị ảnh hưởng quan trọng đến q trình sản xuất đường, việc tính tốn thơng số, kết cấu chọn loại thiết bị cô đặc cần phải xác, hợp lý, phù hợp với yêu cầu sản xuất Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, đồ án trình thiết bị đồ án có vai trị quan trọng, giúp hiểu đựơc cách thức thiết kế thiết bị theo yêu cầu, cung cấp nhìn thực tế dây chuyền sản xuất Bao gồm việc tính tốn lựa chọn thơng số làm việc thông số thiết bị, biết cách vận hành đưa chế độ làm việc, đảm bảo cho thiết bị làm việc ổn định đáp ứng yêu cầu đặt ra, nghiên cứu đề biện pháp khắc phục cố trình vận hành, hoạt động thiết bị Đồ án q trình thiết bị đặc cịn giúp hiểu cách tra sổ tay, bao gồm tra cứu số liệu liên quan đến q trình đặc mía đường nhiệt độ sơi, áp suất hơi, độ nhớt, khối lượng riêng vv cơng thức tính tốn Ngồi ra, qua việc thiết kế thiết bị, biết cách thiết lập vẽ kỹ thuật, biết cách đọc, phân tích hiểu vẽ Tóm lại, đồ án q trình thiết bị có vai trị thiết thực q trình học tập công việc sau Với yêu cầu trên, thực đề tài “Thiết kế hệ thống đặc dung dịch mía đường xi chiều liên tục, buồng đốt ống tuần hoàn ngoài” Trong trình thực đồ án, chưa có kinh nghiệm kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến thầy cô Tôi xin cảm ơn Thầy Nguyễn Hữu Quyền tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi trình làm đồ án PHẦN I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ Sơ lược lý thuyết cô đặc: 1.1 Định nghĩa: Cô đặc phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ cấu tử dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó) ta tách phần dung mơi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt hay phương pháp làm lạnh kết tinh Ở đề tài ta sử dụng phương pháp cô đặc nhiệt 1.2 Các phương pháp cô đặc: Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thống chất lỏng Bản chất đặc nhiệt: để tạo thành (trạng thái tự do) tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực trình Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh 1.3 Phân loại ứng dụng cô đặc: 1.3.1 Theo cấu tạo: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hồn tự nhiên dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm: Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), có ống tuần hồn ngồi Có buồng đốt ngồi ( khơng đồng trục buồng bốc) Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Gồm: Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho dung dịch thực phẩm dung dịch nước trái cây,hoa ép…Gồm: Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngồi: sử dụng cho dung dịch sơi tạo bọt khó vỡ Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi: sử dụng cho dung dịch sơi tạo bọt bọt dễ vỡ 1.3.2 Theo phương pháp thực q trình: Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sơi, áp suất khơng đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt không cao Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sơi 100oC, áp suất chân khơng Dung dịch tuần hồn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao, dễ bị phân hủy nhiệt Cơ đặc áp suất dư: dùng cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho cô đặc cho q trình đun nóng khác Cơ đặc nhiều nồi: Mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên lớn q làm giảm hiệu tiết kiệm Có thể chân khơng, áp lực hay phối hợp hai phương pháp Đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế Cô đặc liên tục: Cho kết tốt cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, chưa có cảm biến tin cậy 1.4 Những yêu cầu thiết bị cô đặc: Khoảng không gian nước mía cần nhỏ nhất, khơng có khoảng khơng chết Nước mía lưu lại nồi với thời gian nhỏ Có hệ số truyền nhiệt lớn Hơi đốt phải đảm bảo phân bố khơng gian bên ngồi ống dàn ống ( đảm bảo nhiệt phân bố cho ống dàn ống ) Tách ly thứ cấp tốt, đảm bảo thứ cấp ngưng tụ (không làm bẩn bể mặt ngưng )lấy nhiệt cấp cho nồi Đảm bảo khí khơng ngưng tốt Vì khí khơng ngưng phịng đốt cần bình thường Sự tồn khí khơng ngưng phòng đốt làm giảm hệ số cấp nhiệt giảm suất bốc Đảm bảo thoát nước ngưng dễ dàng Việc nứoc ngưng tụ có liên quan chặt chẽ đến tốc độ bốc Nếu có nồi nước ngưng khơng tốt, nước ngưng đọng lại nhiều phòng đốt, làm giảm lượng đốt vào phòng ảnh hưởng đến tốc độ bốc Thiết bị đơn giản, diện tích đốt dễ làm Thao tác khống chế đơn giản, tự động hóa dễ dàng Nguyên liệu sản phẩm: 2.1 Đặc điểm nguyên liệu: Nguyên liệu cho công đoạn cô đặc đường saccharoza nước mía làm sạch, loại bỏ tạp chất, tẩy màu, tẩy mùi Sau công đoạn làm nước mía có pH khoảng 6,5- 6,8 Thành phần nước mía đường saccharoza, phần nhỏ đường đơn (glucoza, fructoza ),celluloes,tinh bột số chất vô cơ, hữu khác (axit amin, HNO3, NH3, protein, chất màu, chất sáp…) Do có hàm lượng đường cao, nước mía mơi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển nên quy trình sản xuất đường, nước mía phải chứa đựng trong, vận chuyển, xử lý thiết bị kín, liên tục Đường saccharoza khơng bền nhiệt, nhiệt độ cao pH axít, dễ bị biến đổi thành đường đơn, hợp chất có màu làm giảm hiệu suất thu hồi đường giảm giá thành sản phẩm Vì trình sản xuất, người ta ln tìm cách giảm nhiệt độ bảo giảm thời gian dung dịch tiếp xúc với nhiệt độ cao 2.2 Đặc điểm sản phẩm: Sản phẩm dạng dung dịch, gồm: Dung môi: nước Các chất hồ tan : có nồng độ cao 2.3 Biến đổi ngun liệu sản phẩm: Trong q trình đặc, tính chất nguyên liệu sản phẩm biến đổi khơng ngừng 2.3.1 Biến đổi tính chất vật lý: Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt nồng độ, nhiệt độ sơi 2.3.2 Biển đổi tính chất hóa học: Thay đổi pH môi trường: thường giảm pH phản ứng phân hủy amit ( vd: asparagin ) cấu tử tạo thành acid Đóng cặn: dung dịch chứa số muối Ca2+ hòa tan nồng độ cao, phân hủy muối hữu tạo kết tủa Phân hủy số vitamin 2.3.3 Biển đổi sinh học: Tiêu diệt vi sinh vật ( nhiệt độ cao) Hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao 2.3.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa: Thực chế độ nghiêm ngặt để: Đảm bảo cấu tử quý sản phẩm có mùi, vị đặc trưng giữ nguyên Đạt nồng độ độ tinh khiết yêu cầu Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi Lựa chọn thiết bị cô đặc: Theo tính chất nguyên liệu, ưu nhược điểm dạng thiết bị nói ta chọn loại thiết bị cô đặc buồng đốt ống tuần hồn ngồi, sử dụng hai nồi xi chiều liên tục Ưu điểm hệ thống: Thiết bị có ống tuần hoàn nên nhiệt cấp cho dung dịch khơng cấp cho ống tuần, đối lưu mạnh so với trường hợp có ống tuần hoàn trung tâm Ưu điểm ống tuần hoàn tốc độ tuần hoàn dung dịch lớn, đạt 2-3 m/s nên dung dịch khơng bị đóng cặn hệ số truyền nhiệt không giảm Dùng hệ thống nồi xi chiều liên tục sử dụng hợp lý lượng cách dùng thứ nồi trước làm đốt nồi sau Hệ xuôi chiều thích hợp để đặc dung dịch mà chất tan dễ biến tính nhiệt độ cao dung dịch nước đường Vì hệ xi chiều, nhiệt độ áp suất dung dịch giảm dần từ nồi trước nối sau, nhiệt độ dung dịch nồi cuối thấp tức sản phẩm hình thành nồi có nhiệt độ thấp Đồng thời chênh lệch áp suất nồi trước nồi sau nên nguyên liệu tự chảy từ nồi trước nồi sau, giảm bớt chi phí cho thiết bị bơm Nhược điểm: Hệ cô đặc nồi xi chiều loại ống dài khơng có lợi phải đặc dung dịch có độ nhớt cao nồng độ cuối lớn, dung dịch lấy nhiệt độ thấp có độ nhớt lớn nên khó lấy Khơng thích hợp đặc dung dịch đến nồng độ cuối cao dung dịch dễ kết tinh dung dịch dính đường ống gây tắc ống Hệ đặc nhiều nồi địi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hơn, diện tích nhà xưởng lớn Buồng đốt nên trình tách bọt khơng hiệu buồng đốt ngồi, đồng thời chiều cao lớn nên khó khăn vận hành sửa chữa thiết kế chiều cao nhà xưởng Cô đặc chân không nên điều kiện an tồn khó khăn, tốn lượng chi phí vận hành thiết bị Quy trình cơng nghệ: 4.1 Quy trình hoạt động hệ thống (bảng vẽ [1]) : Nguyên liệu nước mía qua làm có nồng độ 15% bơm từ bồn chứa lên thùng cao vị sau vào thiết bị gia nhiệt với suất 3000kg/h để gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt sử dụng đốt lấy từ lò với áp suất tuyệt đối 2,2 at Trong thiết bị gia nhiệt có trao đổi nhiệt dòng lỏng dòng qua vách truyền nhiệt Dòng lỏng gia nhiệt để đạt đến nhiệt độ sôi trước vào thiết bị cô đặc Việc gia nhiệt lên nhiệt độ sôi có ý nghĩa lớn cho q trình diễn lúc sau thiết bị đặc ta khơng phải thêm lượng cho việc gia nhiệt đến nhiệt độ sơi, ngồi cịn đảm bảo q trình truyền nhiệt để bốc buồng đốt thật hiệu Còn dòng ngưng tụ thành lỏng sơi đựơc ngồi Ơ thiết bị gia nhiệt có ống khí khơng ngưng để đảm bảo an toàn áp suất thiết bị q trình truyền nhiệt có hiệu Từ thiết bị gia nhiệt, dung dịch đưa sang hệ thống đặc Đầu tiên dịng lỏng vào buồng đốt (thiết bị đặc 1) Dịng sử dụng từ lò với áp suất tuyệt đối 2,2 at, dùng lượng lấy từ ngưng tụ nước để cấp nhiệt cho dòng lỏng Ở xảy trình trao đổi nhiệt qua bề mặt ống truyền nhiệt, dung dịch ống nhận nhiệt sơi lên phía buồng bốc tạo thành hỗn hợp hơi-lỏng Ở buồng bốc 1, dung dịch thực trình bốc (sau nhận đủ nhiệt để chuyển trạng thái) Hơi nước bốc lên với áp suất P’1 at Trong trình bốc có tượng dịng lơi giọt lỏng theo điều làm ảnh hưởng đến thiết bị phía sau có tạo cặn lên ống truyền nhiệt làm giảm hiệu truyền nhiệt Để khắc phục điều buồng bốc có phận phân ly giọt lỏng Tuỳ vào loại thiết bị mà dựa vào lực trọng trường, dính ướt hay ly tâm Ở ta sử dụng thiết bị phân ly theo kiểu dính ướt dạng nón Khi dịng bốc lên gặp bề mặt nón, giọt lỏng bị giữ lại nón chảy xuống lại buồng đốt theo ống mao quản, thứ tràn qua phần nón ngồi theo ống dẫn để sang cung cấp cho buồng đốt Hơi sau cung cấp nhiệt ngưng tụ thành lỏng tháo ngồi, đồng thời khí khơng ngưng thải ngồi để đảm bảo cho q trình Cịn dung dịch bơm sang buồng đốt để tiếp tục thực q trình đặc Ở hệ thống nồi cô đặc tượng xảy tương tự nồi nhiên có số khác biệt đốt đầu dòng sau: Do có thay đổi đáng kể áp suất mặt thoáng dung dịch nên nhiệt độ sôi dung dịch giảm xuống ứng với nhiệt độ có dung dịch Vì dung dịch vào nồi trạng thái nhiệt nên xảy qua trình tự bay phần dung mơi để nhiệt độ giảm xuống xuống nhiệt độ sôi nồi 2, sau nhận nhiệt lượng đốt để tiếp tục bay Dung dịch ống truyền nhiệt sôi lên tạo thành hỗn hợp lỏng lên buồng bốc, sau cung cấp nhiệt ngưng tụ thành nước ngưng với khí khơng ngưng ngồi Tại buồng bốc 2, q trình bay thực Hơi thứ lúc có áp suất tuyệt đối nhỏ theo ống dẫn đến thiết bị ngưng tụ baromet Trong dung dịch mía đường sau q trình bốc đạt đến nồng độ 30 % đưa vào bồn chứa chuẩn bị cho cơng đoạn sau 4.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet Thiết bị ngưng tụ baromet chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô Lúc dòng thứ từ lên, tiếp xúc trực tiếp dòng lỏng cấp vào từ xuống có nhiệt độ thấp ngưng tụ thành lỏng theo dịng nước xuống bồn chứa Trong q trình có lượng lớn ngưng tụ nên áp suất giảm tạo áp suất chân khơng Chính nhờ điều mà áp suất thiết bị trì ổn định Sau qua thiết bị ngưng tụ, dòng khí khơng ngưng cịn lại chuyển qua thiết bị tách lỏng Tấm ngăn làm vật cản để dính ướt giọt lỏng cịn sót lại dịng khí sau cho qua thiết bị bơm chân khơng để tránh tượng xâm thực xảy làm hư bơm Do áp suất bên thiết bị thấp áp suất bên ngồi nên khí khơng ngưng khơng tự ngồi phải sử dụng bơm hút chân khơng giúp hút khí khơng ngưng để áp suất khơng bị thay đổi hệ thống PHẦN II TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH I CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Dữ liệu ban đầu : Dung dịch nước mía Nồng độ đầu dung dịch: xđ = 15%, Nồng độ cuối dung dịch: xc = 30% Năng suất tính theo dung dịch đầu:Gđ: = 3000 (kg/h) Áp suất đốt nồi 1: P1 = 1,2 ati = 2,2 at Áp suất thiết bị ngưng tụ baromet : Pck = 0,7 at Pnt = Pa- Pck= - 0,7 = 0,3 at Tính cân vật chất Tính lượng thứ bốc khỏi hệ thống (W): Phương trình cân vật liệu cho toàn hệ thống Gđ = G c + W Trong đó: Gd, Gc: lưu lượng vào , khỏi hệ thống (kg/h) W:lượng thứ khỏi hệ thống (kg/h) Viết cho cấu tử phân bố Gđ * xđ =Gc * xc Vậy lượng bốc toàn hệ thống xác định : x 0,15 W Gd (1 d ) = 3000*(1- ) = 1500 (kg/h) 0,3 xc Tính cân lượng Nhiệt vào: Do dung dịch đầu: GđCđt’1 Do đốt: Di’’D Nhiệt ra: Hơi thứ mang ra: Wi’’W Nước ngưng tụ: Dcθ Sản phẩm mang ra: GcCct’’1 Nhiệt cô đặc: Qcđ Nhiệt tổn thất: Qtt Thành lập phương trình cân nhiệt: ,, 𝐺𝑑 𝑐𝑑 𝑡1, + 𝐷𝑖𝑑,, = 𝑊𝑖𝑊 + 𝐷𝑐𝜃 + 𝐺𝑐 𝑐𝑐 𝑡1,, ± 𝑄𝑐𝑑 + 𝑄𝑡𝑡 Từ phương trình ta rút ra: ,, 𝑊 (𝑖𝑤 − 𝑐𝑐 𝑡1,, ) 𝐺𝑑 𝑐𝑑 (𝑡1,, − 𝑡1, ) ± 𝑄𝑐𝑑 𝑄𝑡𝑡 𝐷= + + ,, ,, ,, 𝑖𝑑 − 𝑐𝜃 𝑖𝑑 − 𝑐𝜃 𝑖𝑑 − 𝑐𝜃 , , 𝑖𝑤 − 𝑐𝑐 𝑡1 = 2336 𝐾𝐽/𝐾𝑔 ẩn nhiệt hóa hơi thứ áp suất 0,3 at Tra bảng 57, VD BT T10, trang 443 𝑖𝑑,, − 𝜃𝑐 = 2198 𝐾𝑗/𝐾𝑔 ẩn nhiệt ngưng tụ đốt áp suất 2,2 at Tra bảng 57, VD BT T10, trang 443 Q trình đặc mía đường có 𝑄𝑐𝑑 = Đây q trình đặc liên tục nên 𝑡1, = 𝑡1,, chọn tổn thất nhiệt 5% ta tính lượng đốt là: 𝐷= 1500 ∗ 2336 + 0.05𝐷 2198 D = 1678,1 Kg/h Lượng đốt tiêu tốn riêng: Theo công thức VI.7, STQTTB T2, trang 58: 𝐷 1678,1 𝑑= = = 1,12 (Kg đốt/ Kg thứ) 𝑊 1500 Trong : D : lượng đốt dùng cô đặc W : lượng thất đặc Tổn thất nhiệt độ : Ta có pnt = 0.3 at => nhiệt độ thứ thiết bị ngưng tụ tc= 68.7oC ( Tra bảng 57, VD BT T10, tr 443) Gọi ’’’ tổn thất nhiệt độ thứ đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ Chọn ’’’ = 1oC ( Theo QT TBTN tập 5, tr 296) Nhiệt độ sôi dung môi áp suất buông bốc : Tsdm (P0) – tc = ∆′′′ ( Theo VD BT T10, tr 443) tsdm (Po) = ∆′′′ + tc = + 68,7 = 69,7oC Áp suất thứ buồng bốc nhiệt độ 69,7oC Po = 0,32 at ( Tra bảng 57, VD Bt T10, tr 184) 3.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng (∆′) Theo công thức VI.10, Sổ tay QT TB tập 2, tr 59 ∆′= ∆′𝑜* 𝑓 Trong : ∆′𝑜: tổn thất nhiệt độ áp xuất khí (tra từ đồ thị VI.2, trang 60, Sổ tay trình thiết bị tập 2, tr 60) Dung dịch đặc tuần hồn nên a=xc=30% => ∆′𝑜 = 7,5oC f: hệ số hiệu chỉnh f = 16,2 * 𝑇𝑠𝑑𝑚2 𝑟 Trong đó: T : Nhiệt độ sơi dung môi nguyên chất áp suất cho r: ẩn nhiệt hóa dung mơi ngun chất T = 69,7 +273 = 342,70K r = 2333.103 (J/kg) ( Tra bảng I.250, Sổ tay QT TB tập tr 59) (342,7)2 f = 16,2* = 0,815 2333∗1000 ∆′= ∆′𝑜* 𝑓 = 0,815 * 0,75 = 0,6oC Tsdd(po) = Tsdm(po) + ∆′ = 69,7 + 0,6 = 70,3 oC 3.2 Tổn thất nhiệt thủy tĩnh (∆′’) ∆``= 𝑡 sdd(po+∆p) – t sdd( 𝒑𝟎 ) Trong đó: t sdd( P0) : nhiệt độ sôi dung dịch mặt thống 𝑡 sdd(po+∆p) : nhiệt độ sơi ứng với áp suất nhiệt độ trung bình cột chất lỏng ∆p : chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến ống (N/m2) Ta có : ∆p = 0,5.𝜌s 𝑔 𝐻𝑜𝑝 Trong đó: Với 1061 Kg/m3 : khối lượng riêng lớn dung dịch đạt Chiều dày vỉ ống phía : ℎ, = 𝐾 𝐷𝑡 √ 𝑃0 0,0324 = 0,6.1500 √ = 9,73 𝑚𝑚 𝜑0 [𝜎𝑢 ] 0,903 ∗ 307 Trong : 𝐾 = (0,45 ÷ 0,6), chọn K = 0,6 𝜑0 ∶ hệ số làm yếu vỉ ống 𝐷𝑡 − ∑ 𝑑 1500 − 597 𝜑0 = = = 0,903 𝐷𝑡 1000 ∑ 𝑑 ∶ tổng dường kính lỗ : ∑ 𝑑 = 𝑑𝑡ℎ + 𝑛 ∗ 𝑑𝑡−𝑜𝑛𝑔 = 325 + ∗ 34 = 597 𝑚𝑚 Chọn sơ ℎ, = 22 𝑚𝑚 ( bề dày bích ) Kiểm tra bền vỉ ống : Ứng suất uốn vỉ 𝑃0 0,0324 𝜎𝑢 = = 38 22 𝑑𝑛 ℎ , )( ) 3,6 (1 − 0,7 3,6 (1 − 0,7 ) ( ) 46,07 46,07 𝑙 𝑙 = 0,093 < [𝜎𝑢 ] = 307 𝑁/𝑚𝑚2 Trong : l= 46,07 mm : ống bố trí theo đỉnh tam giác 𝑑𝑛 ∶ đường kính ngồi ống, 𝑑𝑛 = 38 𝑚𝑚 Vậy vỉ ống phía dày 22 mm 6.2 Tính vỉ ống buồng đốt Với vỉ ống thép, theo 6-19, [13], trang 212, chiều dày tính tốn tối thiểu ngồi là: ℎ1, = 𝐾 𝐷𝑡 √ 𝑃0 0,048 = 0,36.1500 √ = 6,75 𝑚𝑚 [𝜎𝑢 ] 307 Trong : K = 0,36 ( chọn ) 𝐷𝑡 ∶ dường kính vỉ , 𝐷𝑡 = 1500 𝑚𝑚 𝑃0 = 0,32.9,81 10−2 + 1061.9,81 1,6.10−6 = 0.048 𝑁/𝑚𝑚2 Với 1061,4 Kg/m3 : khối lượng riêng lớn dung dịch ( dự phòng ) Chiều cao dung dịch đến vỉ 1,6 m : Chiều dày vỉ ống phía : ℎ, = 𝐾 𝐷𝑡 √ 𝑃0 0,048 = 0,36 ∗ 1500 √ = 7,1 𝑚𝑚 𝜑0 [𝜎𝑢 ] 0,903 ∗ 307 Trong : 𝜑0 ∶ hệ số làm yếu vỉ ống 𝐷𝑡 − ∑ 𝑑 1500 − 597 𝜑0 = = = 0,903 𝐷𝑡 1000 ∑ 𝑑 ∶ tổng đường kính lỗ Chọn sơ ℎ, = 22 𝑚𝑚 ( bề dày bích ) Kiểm tra bền vỉ ống : Ứng suất uốn vỉ 𝑃0 0,048 𝜎𝑢 = = 38 22 𝑑𝑛 ℎ , )( ) 3,6 (1 − 0,7 3,6 (1 − 0,7 ) ( ) 46,07 46,07 𝑙 𝑙 = 0,14 < [𝜎𝑢 ] = 307 𝑁/𝑚𝑚2 Trong : l= 46,07 mm : ống bố trí theo đỉnh tam giác 𝑑𝑛 ∶ đường kính ngồi ống, 𝑑𝑛 = 38 𝑚𝑚 Vậy vỉ ống phía dày 22 mm Tính tai treo chân đỡ Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ Làm thép CT3 Chọn tai đỡ 2, có gân tai đỡ Thể tích phận thiết bị 7.1 Thể tích thép làm ống truyền nhiệt ( Vvlo ) 𝜋 𝐻 )2 [𝑛(𝑑𝑛2 − 𝑑𝑛2 ) + (𝐷𝑡ℎ,𝑛 𝑉𝑣𝑙𝑜 = − 𝐷𝑡ℎ,𝑡 )] 𝜋 1,5 [132(0,0382 − 0,0342 ) + (0,3352 − 0,3252 )] = 0,0526𝑚3 = Trong : 𝑑𝑛 , 𝑑𝑡 ∶ đường kính ngồi ống truyền nhiệt 𝐷𝑡ℎ𝑛 , 𝐷𝑡ℎ𝑡 ∶ đường kính ống tuần hoàn H : chiều cao ống truyền nhiệt 7.2 Thể tích thép làm buồng đốt (𝑽𝒗𝒍𝒃đ ) 𝜋 𝐻 𝜋 1,5 (1,0122 − 12 ) = 0,0284 𝑚3 (𝐷𝑑,𝑛 − 𝐷𝑑,𝑡 )= 𝑉𝑣𝑙𝑏đ = 4 Trong : H : chiều cao buồng đốt ( chiều cao ống truyền nhiệt ) 𝐷𝑑,𝑛 , 𝐷𝑑,𝑡 ∶ đường kính ngồi buồng đốt 7.3 Khối lượng thép làm nón (𝑽𝒗𝒍đ ) Đây đáy nón có gờ, góc đáy 900 với 𝐷𝑡 = 1000 𝑚𝑚, 𝑆 = 𝑚𝑚, ℎ𝑔 = 40 𝑚𝑚 Tra bảng trang 396, STT2 ta khối lượng đáy nón : 𝑀đ𝑛 = 62,5.1,01 = 63,125 𝐾𝑔 7.4 Thể tích thép làm buồng bốc (𝑽𝒗𝒍𝒃𝒃 ) 𝜋 𝜋 𝑉 = 𝐻 (𝐷𝑛2 − 𝐷𝑡2 ) = 2,4 (2.0,242 − 22 ) = 0,182𝑚3 4 Nắp elip tiêu chuẩn có : 𝐷𝑡 = 2000 𝑚𝑚 S = 10 mm h = 40 mm Tra bảng XIII.11, Sổ tay tập 2, trang 384 : Khối lượng thép cần : 364.1,012 = 367,64 Kg 7.5 Thể tích thép làm vỉ ống bích Thể tích làm vỉ ống bao gồm bích : Tổng diện tích lỗ : 0,0382 0,022 132 ∗ 𝜋 ∗ + 32 ∗ 𝜋 ∗ = 0,16𝑚2 4 0,3252 Diện tích ống tuần hoàn trung tâm : 𝜋 = 0,083𝑚2 𝜋.1,142 Diện tích vỉ : = 1,021𝑚 Diện tích cịn lại : 1,021 – 1,16 – 0,083 = 0,778 m2 Thể tích vỉ : 𝑉𝑣𝑙𝑣 = 0,778 (0,022 + 0,022) = 0,0342 𝑚2 Thể tích thép bích 𝜋 𝜋 𝑉𝑏 = 0,022 ∗ (1,142 − 1,0122 ) + 0,032 ∗ (2,1412 − 2,0242 ) = 0,017 𝑚3 4 7.6 Khối lượng phận thiết bị Chọn vật liệu thép không gỉ, 𝜌 = 7900 𝐾𝑔/𝑚3 ( trang 313, STTBT2 ) Khối lượng ống : 𝐺ô = 𝐺𝑣𝑙𝑜 𝜌 = 0,0526.7900 = 415,54 𝐾𝑔 Khối lượng buồng đốt : 𝐺𝑏𝑑 = 𝐺𝑣𝑙𝑏𝑑 𝜌 = 0,0284.7900 = 224,36 𝐾𝑔 Khối lượng buồng bốc : 𝐺𝑏𝑏 = 𝐺𝑣𝑙𝑏𝑏 𝜌 = 0,182.7900 = 1437,8 𝐾𝑔 Khối lượng nắp : 𝐺𝑛 = 367,64 𝐾𝑔 Khối lượng đáy : 𝐺đ = 𝐺𝑣𝑙đ 𝜌 = 63,125 𝐾𝑔 Khối lượng vỉ ống : 𝐺𝑣 = 𝐺𝑣𝑙𝑣 𝜌 = 0,0342.7900 = 270,18 𝐾𝑔 Khối lương bích : 𝐺𝑏 = 𝐺𝑏 𝜌 = 0,017.7850 = 133,45 𝐾𝑔 Tổng khối lượng Khối lượng thiết bị : 𝐺𝑡𝑏 = 𝐺ô + 𝐺𝑏𝑑 + 𝐺𝑏𝑏 + 𝐺𝑛 + 𝐺đ + 𝐺𝑣 + 𝐺𝑏 = 2912,1 𝐾𝑔 Khối lương dung dịch nặng có nồi đặc : 𝐺𝑑𝑑 = 0,274 ∗ 0,5 ∗ 1061 = 145,36 𝐾𝑔 Tổng khối lượng : 𝐺 = 𝐺𝑡𝑏 + 𝐺𝑑𝑑 = 2912,1 + 145,36 = 3057,46 𝐾𝑔 Tải trọng cho tai đỡ ( P ) : 𝑃 = 𝐺 ∗ 9,81 = 3057,46 ∗ 9,81 = 104 𝑁 7.7 Chọn chân đỡ tai treo : Dự phòng chọn tải trọng 5.104 N Chọn vật liệu thép CT3 Chọn thiết bị gồm tai treo Tải trọng tai treo : 2,5.104 N Tra bảng XIII.36, STTTT2, trang 438 ta có kích thước tai treo, chân đỡ : Tên gọi G.10-4 F.104 q.10-6 L B S L a d Khối 𝐵1 H 2 N m N/m lượng tai treo, Kg Tai treo 2,5 173 1,45 150 120 130 215 60 20 30 3,48 Tai treo 2,5 173 1,45 150 120 130 215 60 20 30 3,48 PHẦN III: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET : Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ: 𝑊2 × (𝑖 − 𝐶𝑛 × 𝑡2𝑐 ) 𝐺𝑛 = 𝐶𝑛 × (𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑 ) Trong đó: W2: lượng vào thiết bị ngưng tụ, W=1500 kg/h = 0,4166 kg/s i: hàm nhiệt ngưng, i=2607 kj/kg t2c, t2d: nhiệt độ đầu cuối nước làm nguội, lấy t2d=32oC T2c=tng- = 68,7 – = 63,7oC Tng: nhiệt độ bão hịa ngưng tụ Cn: nhiệt dung riêng trung bình nước, Cn= 4,190 kj/kgK 0,4166×(2607−4,190×63,7) 𝐺𝑛 = = 7,34 (kg/s) I 4,190(63,7−32) Thể tích khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị Lượng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ: 𝐺𝑘𝑘 = 25 10−6 × (𝐺𝑛 + 𝑊 ) + 10−2 × 𝑊 =25.10-6 (7,34+0,4166)+0,4166.10-2 = 4,36.10-3 (kg/s) Thể tích khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị: 288 × 𝐺𝑘𝑘 (273 + 𝑡𝑘𝑘 ) 𝑉𝑘𝑘 = 𝑝𝑛𝑔 − 𝑝ℎ Với tkk=t2d+4+0,1(t2c-t2d) = 32+4+0,1(63,7 – 32) = 39,17oC png= 0,3 at = 29420 N/m2: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ ph=0,075 at = 7355 N/m2: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ tkk ( Tra giản đồ h-x khơng khí ẩm ) 𝑉𝑘𝑘 = 288×4,36.10−3 (273+39,17) 29420− 7355 = 0,018 (m3/s) Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ: Đường kính thiết bị (Dtr): theo cơng thức VI.52, trang 84, Sổ tay QTTB tập 𝐷𝑡𝑟 = 1,383√ 𝑊 𝜌ℎ×𝜔ℎ W: lượng ngưng tụ, W = 0,4166 kg/s h: tốc độ thiết bị ngưng tụ, chọn h=40 m/s 𝜌h: khối lượng riêng thứ, 0,3 at 𝜌h= 0,188 kg/m3 ( tra bảng I.251, trang 314, STQTTB ) 𝐷𝑡𝑟 = 1,383√ 0,4166 0,188×40 = 0,32 (m) Chọn Dtr = 0,5 (m) = 500 (mm) Kích thước ngăn: Thường có dạng viên phân để làm việc tốt chiều rộng ngăn định theo công thức VI.53 trang 85, STQTTB tập 𝐷 500 𝑏 = 𝑡𝑟 + 50 = + 50 = 300 (mm) 2 Có nhiều lỗ nhỏ đục ngăn, nước làm nguội nước nên đường kính lỗ chọn : d = mm bề dày ngăn: (𝜹) Theo sổ tay QTTB tập 2, trang 85 Chọn 𝛿 = mm Chiều cao gờ ngăn: chọn chiều cao gờ 40 mm Chọn tốc độ tia nước 0,62 m/s Chiều cao phận ngưng tụ kích thước khác: tra bảng VI.8, sổ tay tập 2, trang 88 Theo tiêu chuẩn hóa quy cách TBNT ta có kích thước: GIÁ TRỊ (mm) KÍCH THƯỚC KÍ HIỆU Đường kính thiết bị Dtr 500 Chiều dày thành thiết bị S Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết a 1300 bị Khoảng cách từ ngăn đến đáy P 1200 thiết bị Bề rộng ngăn b 300 Khoảng cách tâm TBNT TB thu K1 675 hồi Chiều cao hệ thống thiết bị H 4300 Chiều rộng hệ thống thiết bị T 1300 Đường kính thiết bị thu hồi D1 400 Chiều cao thiết bị thu hồi h1(h) 1440 Đường kính thiết bị thu hồi D2 Khoảng cách ngăn a1 220 a2 260 a3 320 a4 360 a5 390 Đường kính cửa vào: Hơi vào d1 300 Nước vào d2 100 Hỗn hợp khí d3 80 Nối với ống baromet d4 125 Hỗn hợi khí vào thiết bị thu hồi d5 80 Hỗn hợi khí khỏi thiết bị thu hồi d6 50 Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 50 Ống thông khí d8 Đường kính ống (d): d=125 mm Chiều cao ống (H): sổ tay tập 2, trang 86 H = h1+h2+0,5 Trong đó: h1: chiều cao cột nước tĩnh độ chân không h2: chiều cao để khắc phục trở lực nước chảy ống 525 h1 = 10,33.(P/760) = 10,33.( ) = 7,136 (m) 760 Với P: áp suất chân không thiết bị P = 760 – 0,32*735 = 525 mmHg 𝜔2 𝐻 (1 + × + 𝜉) ℎ2 = 𝑔 𝑑 Trong đó: d: đường kính ống baromet, d=125 mm H: chiều cao tổng cộng ống baromet, m g = 9,81 m/s2 Hệ số trở lực: 𝜉 = 𝜉1 + 𝜉2 = 0,5 + = 1,5 : tốc độ nước chảy ống: = 0,004(𝐺𝑛 +𝑊) 𝜋×𝑑2 = 0,004(7,34+0,4166) 𝜋×0,1252 = 0,633 (m/s) : hệ số trở lực ma sát chảy ống, = f(Re) 𝜌×𝜔×𝑑 991,33×0,633×0,125 𝑅𝑒 = = = 124902,8 > 105 −3 𝜇 0,628.10 Chọn độ nhám ống thép 𝜀 = 0,2 mm 0,221 0,221 = 0,0032 + 0,227 = 0,0032 + = 0,0186 (124902,8)0,227 𝑅𝑒 Chiều cao cần thiết: 𝐻 = 7,136 + II 0,6332 2×9,81 (1 + 0,0186 × 𝐻 0,125 TÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHẬP LIỆU : Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch ống, đốt ngồi ống Dịng nhập liệu ( dòng lạnh): td= 30 0C tC = 105 oC Dòng nóng: td = tc = 1150C Hiệu nhiệt độ đầu vào: tvào = 115 – 105 =10 oC tra = 115 – 30 = 850C Hiệu số nhiệt độ trung bình: 85−10 𝑡𝑡𝑏 = 85 = 35 0C 𝑙𝑛 Tm A + 1,5) + 0,5 = 7,7 (m) Chọn H = m 10 Chọn t1= 0,83oC → t1 = 115 – 0,83 = 114,17 0C tm = (114,17 + 115)/2 = 114,58 0C A: tra sổ tay tập 2,trang 28 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 104 120 139 155 169 179 188 194 197 199 199 Tra bảng: A = 183,1 r: ẩn nhiệt ngưng tụ nước áp suất đốt 2,2 at, tra bảng I.251, trang 315, Sổ tay QT TB tập 1, ta r = 2110.103 J/Kg chọn rc1 = 0,2.10-3 m2K/W rc2 = 0,387.10-3 m2k/W thép = 2mm r = 6, 32.10-4 m2K/W H = 1,5 m Thép khơng rỉ 40 XH có = 44 W/moK 𝛼1 = 2,04 × 𝐴 × ( 𝑟 𝐻×∆𝑡1 ) 0,25 = 13477,1 (Kcal/m2.h.K) q1 = 1.t1 = 13477,1*0,83 = 11185,993 Kcal/m2.h = 13009,3 W/m2 t = q1.r = 13009,3*6,32*10-4 = 8,222 oC t2 = t1 - t – ttb = 115 – 8,222 – 67,5 = 39,3oC C .103 (j/kg.độ) (W/m.độ) (Kg/m ) (N.s/m2) ttb = 67,50C 0,5735 1133,67 3785,75 1,018 t2 =105,4 C 0,5855 1082,55 3800 0,810 hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng, Cnhiệt dung riêng độ nhớt động lực học Chuẩn số Pr: 𝜇×𝐶 𝑃𝑟 = = 6,72 𝜇×𝐶 𝑃𝑟𝑤 = = 5,257 Chọn vận tốc dung dịch ống truyền nhiệt: v=0,01 m/s Đường kính ống truyền nhiệt: d=34/38 mm 𝜌××𝑑 𝑅𝑒 = = 378,63 𝜇 Tra bảng = 0,554.10-3 (0C-1) Chuẩn số Gr: = (*g) 𝐺𝑟 = 𝑑3 ×𝛾2 ×∆𝑡2 ×𝛽 𝜇2 ×𝑔 Ta có = Nu = 0,15..Re0,33.Pr0,43.Gr0,1.( 𝑃𝑟 𝑃𝑟𝑤 ) = 13784810,1 0,25 = 0,15*1*(378,63)0,33*(6,72)0,43*(13784810,1)0,1*(6,72/5.257)0,25 = 13,28 ×𝑁𝑢 2 = = 224,07 (W/m.độ) 𝑑 q2= 2 t2=8805.951 (W/m2) Nhiệt tải trung bình: qtb= (q1+q2)/2= 10907,63 (W/m2) Hệ số truyền nhiệt: 𝑞 𝐾 = 𝑡𝑏 = 311,65 W/m2.độ Q = GD.C.t = Bề mặt truyền nhiệt: 1133,67 3600 ∆𝑡𝑡𝑏 *3785,75*(105-30)= 89421 (W) F= 𝑄 𝐾×∆𝑡𝑡𝑏 = Chọn bề mặt truyền nhiệt F = 10 m2 Số ống truyền nhiệt: 𝐹 Số ống truyền nhiệt là: n= = 𝜋×𝑑×𝐻 89421 311,65∗35 = 8,2 m2 10 3,14×0,034×1,5 = 63 (ống) Chọn n = 91 ống , theo bảng V.11, trang 48, STQTTB tập 2, bố trí theo lục giác b = √ (𝑛 − 1) + = ống t = 1,4*dn = 1,4*0,038 = 0.0532 mm Vậy đường kính thiết bị trao đổi nhiệt tính theo cơng thức V.140, trang 49 : D = t.(b-1)+4dn = 0,0532*8+4*0,038 = 0,58 (m) Chọn D = 800 m 𝐷^2 Thể tích bình gia nhiệt : V=3,14 x 𝑥 𝑙 = 0,7536 m3 Vận tốc chảy ống: 𝐺 ′ = = = 0,003 (m/s) 2 𝜋×𝑛×0,25×𝑑 3,14×91×0,25×0,034 ×3600 Do vận tốc dung dịch chảy ống chậm nên thời gian truyền nhiệt lớn chọn m=1 III TÍNH BỒN CAO VỊ Chiều cao bồn cao vị đặt độ cao cho thắng cách trở lực đường ống Phương trình lượng: 𝑝1 𝑎1 × 𝑣12 𝑝2 𝑎2 × 𝑣22 𝑍1 + + + 𝐻 = 𝑍2 + + + ℎ1−2 𝛾 2×𝑔 𝛾 2×𝑔 p1=1,033 at p2=0,32 at =1061 kg/m3 =0,8.10-3 N.s/m2 Chiều cao từ mặt thoáng nồi xuống đất là: Z2=3,5 m Đường kính ống nhập liệu nồi là: d=30mm Vận tốc dịng chảy ống: 4×𝐺𝐷 4×3750/3600 = = = 1,428 (m/s) 2 𝜋×𝑑 × 3,14×0,03 ×1061 Chuẩn số Re: × 𝑑 × 1,428 × 0,03 × 1061 = = 56816 𝜇 0,8 10−3 Chọn ống thép CT.3 nên độ nhám =0.2 mm 𝑅𝑒 = 𝑑 8/7 Tính: 𝑅𝑒𝑔ℎ = ( ) 30 8/7 =6×( ) 0,2 = 1841 𝑑 9/8 30 9/8 𝑅𝑒𝑛 = 220 ( ) = 220 × ( ) = 61734 0,2 Do Regh