KT quá trình thiết bị 2 - Chương 3: Quá trình bốc hơi cô đặc ngưng tụ

21/08/2017 Q trình Cơ đặc  Khái niệm KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ  Phân loại trình đặc Chương 3: Q trình bốc đặc – ngưng tụ9t  Q trình đặc nồi  Q trình đặc nhiều nồi TS BÙI TẤN NGHĨA btnghia109@gmail.com  Thiết bị cô đặc Khái niệm Khái niệm  Định nghĩa: tăng nồng độ cấu tử dung dịch cách tách phần Dung dịch ban đầu Q trình đặc dung mơi nhiệt độ sôi tác dụng nhiệt  Dung mơi tách q trình Dung dịch sau đặc gọi HƠI THỨ 21/08/2017 Ứng dụng Phân loại q trình đặc  Làm tăng nồng độ chất tan  Phân loại theo thiết bị cô đặc dung dịch  Tách chất rắn hịa tan dạng rắn (kết tinh)  Cơ đặc nồi  Q trình đặc nhiều nồi  Tách dung môi dạng nguyên chất (nước cất) Phân loại q trình đặc Phân loại q trình đặc  Phân loại theo cách thức hoạt động  Phân loại theo áp suất làm việc  Hoạt động gián đoạn  Cô đặc áp suất thấp  Hoạt động liên tục  Cô đặc áp suất thường  Cô đặc áp suất cao 21/08/2017 Tính chất vật lý dung dịch Nhiệt hòa tan  Khi hòa tan chất rắn vào dung mơi xảy  Nhiệt hịa tan q trình sau đây:  Nhiệt độ sôi dung dịch  Phá vỡ mạng lưới tinh thể chất hòa tan: thu nhiệt - QMT  Q trình solvate hóa: tỏa nhiệt - QSV Nhiệt hòa tan: QHT = QMT + QSV Nhiệt độ sôi dung dịch 10 Quá trình đặc nồi  Cơ đặc nồi làm việc gián đoạn:  Ở điều kiện: tsdd > tsdm  Nhiệt độ sôi dung dịch tăng nồng độ Buồng bốc chất tan tăng Đặt Δ’ = tsdd – tsdm: tổn thất nhiệt độ sôi nồng độ  Nhiệt độ sơi dung dịch cịn phụ thuộc vào độ sâu dung dịch thiết bị 11 Buồng đốt 12 21/08/2017 Q trình đặc nồi Q trình đặc nồi  Cân vật chất:  Gđ: Lưu lượng dung dịch vào nồi (nhập liệu) (kg/s)  Gc: Lưu lượng dung dịch cuối (sản phẩm) (kg/s)  W: Lưu lượng thứ tách (kg/s)  xđ: nồng độ phần khối lượng dung dịch đầu (nhập liệu) (kg/kgdd)  xc: nồng độ phần khối lượng dung dịch cuối (sản phẩm) (kg/kgdd)  Cô đặc nồi làm việc liên tục 13 Q trình đặc nồi  Cân vật chất 14 Q trình đặc nồi  Phương trình cân vật chất: W Gđ  Gc  W Gđ; xđ  Phương trình bảo tồn khối lượng chất tan: Gđ xđ  Gc xc  Lượng thứ tách ra: W = Gđ – Gc   x  xđ  x   W  G đ   đ   G đ  c x x  c   c  Gc; xc 15  x   x  xđ  G c  c    G c  c  xđ   xđ    16 21/08/2017 Q trình đặc nồi Q trình đặc nồi  Cân lượng:  Cđ: nhiệt dung riêng dung dịch đầu (J/kg.độ)  Cc: nhiệt dung riêng dung dịch cuối (J/kg.độ)  tđ: nhiệt độ dung dịch đầu (vào nồi)  tc: nhiệt độ dung dịch cuối (sản phẩm)  D: lượng đốt cần sử dụng (kg/s) 17 Q trình đặc nồi  Cân lượng:  iD: hàm nhiệt đốt (J/kg)  iW: hàm nhiệt thứ (J/kg)  Cn: nhiệt dung riêng nước ngưng tụ (J/kg.độ)  Cw: nhiệt dung riêng dung môi ngưng tụ (J/kg.độ)  tn = θ: nhiệt độ đốt nhiệt độ nước ngưng tụ  Qtt: nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh (W) 18 Quá trình đặc nồi  Nhiệt vào: Tổng nhiệt vào Tổng nhiệt 19 Phương trình: GđCđ tđ + D.iD = GcCc tc + DCntn +W.iW +Qtt 20 21/08/2017 Q trình đặc nồi Q trình đặc nồi Nếu dung dịch đầu đun nóng đến nhiệt độ cuối tc nhiệt lượng dung dịch đầu mang vào là: GđCđtc (W)  Như nhập liệu sôi, lượng đốt cần dùng là: D Nhiệt lượng đầu ra: Có W kg dung mơi bị tách ra: WCwtc (W) W  C w t c )  G đ Cđ (t c  t đ )  Qtt (i D  C n t n )  Diện tích bề mặt truyền nhiệt buồng đốt Sản phẩm mang ra: GcCctc (W) Cân bằng: GđCđtc = GcCctc + WCwtc (W) F 21 Q D (i D  C n t n )  Kt hi Kt hi Δthi = tD -tStb 22 Quá trình đặc nhiều nồi Q trình đặc nhiều nồi Sơ đồ cô đặc nồi xuôi chiều W(i 23 Sơ đồ cô đặc nồi ngược chiều 24 21/08/2017 Thiết bị đặc Q trình đặc nhiều nồi Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm Sơ đồ cô đặc nồi song song 25 Thiết bị cô đặc 26 Thiết bị cô đặc Thiết bị đặc có bơm nhiệt Thiết bị đặc tuần hoàn cưỡng 27 28 21/08/2017 Thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngồi Thiết bị đặc có buồng đốt ngồi nằm ngang 29 Thiết bị đặc Animation Forced Circulation evaporator_thiet bi bay hoi tuan hoan cuong buc.wmv Q trình ngưng tụ Thiết bị đặc dạng màng Làm nguội Trực tiếp Animation Falling Film Evaporator_thiet bi bay hoi kieu mang.wmv 30 Gián tiếp 31 32 21/08/2017 Làm nguội gián tiếp Làm nguội trực tiếp  Quá trình truyền nhiệt chất cần làm  Làm nguội nước đá nguội – chất làm nguội qua tường ngăn  Phương pháp tự bay thiết bị  Làm nguội khí  Tác nhân làm nguội: nước, khơng khí  Làm nguội nhiệt độ 15 – 30oC, ta dùng chất tải nhiệt có nhiệt độ thấp  Làm nguội: chọn chiều lưu thể 33 Ngưng tụ 34 Ngưng tụ  Q trình chuyển → lỏng (có biến đổi trạng thái phase)  Chất lỏng có nhiệt độ thấp nhiệt độ sôi áp suất xác định: lỏng lạnh  Chất lỏng nhiệt độ sơi: lỏng bão hịa  Hơi nhiệt độ sơi: bão hịa  Hơi có nhiệt độ lớn nhiệt độ sôi: nhiệt 35  Ngưng tụ gián tiếp: ngưng tụ bề mặt  Ngưng tụ trực tiếp: ngưng tụ hỗn hợp 36 21/08/2017 Ngưng tụ gián tiếp Ngưng tụ gián tiếp  Thực tế q trình ngưng tụ, cịn diễn  Q trình trao đổi nhiệt nước bão trình làm nguội Ngưng tụ q hịa nước lạnh qua tường ngăn Hơi nước nhiệt thành lỏng lạnh Khi tính tốn ngưng tụ bề mặt truyền nhiệt truyền nhiệt ta phải tính cho q trình sau:  Hơi nước bão hịa nước lạnh ngược  Hơi nhiệt → bão hòa chiều nhau: từ xuống dưới, nước  Hơi bão hịa → lỏng sơi lạnh từ lên  Lỏng sôi → lỏng lạnh 37 38 Ngưng tụ gián tiếp Ngưng tụ gián tiếp Nhiệt độ giảm  Tính tốn nhiệt lượng:  Hơi q nhiệt → bão hịa : q trình làm nguội (nhiệt độ giảm) Khi 39 40 10 21/08/2017 Ngưng tụ gián tiếp Nhiệt độ không đổi Ngưng tụ gián tiếp Nhiệt độ giảm  Tính tốn nhiệt lượng:  Tính tốn nhiệt lượng:  Lỏng bão hịa → lỏng q lạnh: q trình  Hơi bão hịa → lỏng bão hịa: q trình làm nguội, trạng thái khơng đổi, nhiệt độ ngưng tụ, có biến đổi trạng thái; nhiệt độ giảm dần Khi khơng đổi Khi 41 42 Ngưng tụ gián tiếp Ngưng tụ gián tiếp  Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt:  Nhiệt lượng dịng nóng tỏa ra: F = F1 + F2 + F3  Nhiệt lượng dịng nóng tỏa ra, làm cho dịng lạnh nóng lên Nhiệt lượng dịng lạnh  Trong đó: nhận vào:  Cân lượng: 43 44 11 21/08/2017 Ngưng tụ trực tiếp Ngưng tụ trực tiếp  Nguyên tắc: phun nước vào Hơi  Để tăng hiệu q trình → diện tích bề ngưng tụ tỏa nhiệt làm nước nóng dần Nước mặt tiếp xúc lớn: ngưng tụ trộn lẫn với nước lỏng phun vào  Cho nước phun qua vòi phun  Thường ngưng tụ chất lỏng không  Cho chảy qua nhiều ngăn có lỗ nhỏ có giá trị kinh tế  Ưu điểm: suất cao, cấu tạo đơn giản,  Ngưng tụ chất lỏng khơng tan dễ dàng chống ăn mịn nước 45 Ngưng tụ trực tiếp 46 Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô xuôi chiều  Theo chiều chuyển động lưu thể: Ưu điểm: thiết bị gọn nhẹ  Thiết bị ngưng tụ xuôi chiều  Thiết bị ngưng tụ ngược chiều  Theo chiều cao thiết bị: Nhược điểm: suất nhỏ;  Thiết bị ngưng tụ loại thấp  Thiết ngưng tụ loại cao 47 48 12 21/08/2017 Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều – TBNT Baromet H = 11m Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại ướt xuôi chiều Ưu điểm: nước tự chảy → không cần bơm; suất cao Thường dùng hệ thống cô đặc nhiều nồi Nhược điểm: thiết bị cồng kềnh Loại thường dùng trường hợp đặt ống baromet 49 Tính tốn lượng nước tưới vào thiết bị Tính tốn lượng nước tưới vào thiết bị  Áp dụng định luật bảo toàn lượng: Tổng lượng vào 50 Năng lượng vào Tổng lượng Năng lượng 51 52 13 21/08/2017 Tính tốn lượng nước tưới vào thiết bị  Năng lượng vào:  Hơi nước vào: Q1 = D× i  Nước làm nguội: Q2 = G2C2t2đ Qv = Q1 + Q2  Năng lượng ra: nước làm nguội nước ngưng trộn lẫn nên: QR = (D + G2)Chht2C  Khi tính toán bỏ qua tổn thất lượng, xem khơng có khí khơng ngưng  Cân lượng: QV = QR 53 Tính tốn lượng nước tưới vào thiết bị  Lượng nước làm nguội (nước tưới): (Kg/s)  Các kích thước TBNT (sinh viên tham khảo giáo trình: trang 117 - 122): 54 Thank you for your attention ! 55 14 ... bị đặc Q trình đặc nhiều nồi Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm Sơ đồ cô đặc nồi song song 25 Thiết bị cô đặc 26 Thiết bị cô đặc Thiết bị đặc có bơm nhiệt Thiết bị đặc tuần hoàn cưỡng 27 28 ... Thiết bị ngưng tụ xuôi chiều  Thiết bị ngưng tụ ngược chiều  Theo chiều cao thiết bị: Nhược điểm: suất nhỏ;  Thiết bị ngưng tụ loại thấp  Thiết ngưng tụ loại cao 47 48 12 21/08 /20 17 Thiết bị ngưng. .. Thiết bị đặc tuần hoàn cưỡng 27 28 21 /08 /20 17 Thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngồi Thiết bị đặc có buồng đốt ngồi nằm ngang 29 Thiết bị đặc Animation Forced Circulation