Cô đặc dung dịch NaNO3 năng suất 5000kgh 3 nồi

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Có thể nói thực đồ án chuyên ngành hội tốt cho sinh viên ơn lại tồn kiến thức học q trình cơng nghệ hóa học Ngồi dịp mà sinh viên tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể thực tế Tuy nhiên sinh viên nên kiến thức thực tế hạn hẹp q trình thực đồ án khó tránh thiếu xót Em mong góp ý dẫn thầy bạn bè để có thêm nhiều kiến thức chun mơn Đồ án thực giúp đỡ hướng dẫn trực tiếp thầy Nguyễn Đặng Bình Thành, thầy cô Bộ môn Máy & Thiết bị Cơng nghiệp Hố chất trường Đại học Bách khoa Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đặng Bình Thành thầy mơn Máy hóa, bạn bè giúp đỡ em trình thực đồ án Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Phần I : TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC I.NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: Thiết kế dây chuyền cô đặc nồi, cô đặc dung dịch NaNO3 Yêu cầu: - Dung dịch cô đặc - Năng suất : 5000 kg/h - Nồng độ đầu : 14% - Nồng độ cuối: 40% - Gia nhiệt nước bão hòa với áp suất đốt: at - Áp suất thiết bị ngương tụ: 0,25 at II GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU chất rắn, trắng tinh thể khơng màu có khả tan tốt nước ( đến 86,4 % nhiệt độ thường) Dung dịch có độ nhớt bé Sức căng bề mặt lớn dung dịch sơi sủi nhiều bọt Đồng thời muối nitrat có tính ăn mòn hóa học cao nên phải ý đến việc chọn vật liệu chế tạo thiết bị * ứng dụng nhiều cơng nghiệp như: • Sản xuất phân bón, phân đạm nitrat • Sản suất thuốc nổ hỗn hợp tạo khói tên lửa • Trong cơng nghiệp sản xuất hóa chất sản xuất axit nitric cho phản ứng với axit sunfuric • Là thuốc thử hay sử dụng phòng thí nghiệm • Trong công nghiệp thực phẩm loại phụ gia, ướp thực phẩm giúp giữ độ tươi, cứng dai thay cho * Tính chất nguyên liệu: • Khối lượng nguyên liệu: 84,9947 • Điểm tan chảy: 307 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành • Điểm sơi: 380 • Khối lượng riêng 2,3x103 kg/m2 • Độ tan : 92g/ml III TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC Định nghĩa: Cô đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hoà tan dung dịch hai hay nhiều cấu tử Q trình đặc dung dịch lỏng - rắn hay lỏng- lỏng có chênh lệch nhiệt sôi cao thường tiến hành cách tách phần dung môi (cấu tử dể bay hơn) Đó q trình vật lý - hóa lý Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó), ta tách phần dung môi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay phương pháp làm lạnh kết tinh Các phương pháp 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 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 Bản chất cô 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 phần tử đủ lượng thực trình Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Bên cạnh bay chủ yếu bọt khí hình thành trình cấp nhiệt chuyển động liên tục,do chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hồn tự nhiên nồi đặc.Tách khơng khí lắng keo (protit) ngăn chặn tạo bọt cô đặc Ứng dụng cô đặc Trong sản xuất thực phẩm,cơ đặc dung dịch đường ,mì chính, dung dịch nước trái Trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, , mi vơ Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hố chất, thực phẩm sử dụng thiết bị đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muôn Mặc dù hoạt động gián tiếp nhưhg cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy việc cải thiện hiệu thiết bị cô đặc tất yếu Nó đòi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc IV CÁC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NHIỆT Phân loại ứng dụng 1.1 Theo cấu tạo Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm: • Có buồng đốt :có thể có ơng tuần hồn ngồi • Có buồng đốt ngồi 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, Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành dùng cho dung dịch đặc, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Gồm: • Có buồng đốt trong, ơng tuần hồn ngồi • Có buồng đốt ngồi, ơng 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 chái cây,hoa ép Gồm: • Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt khó vỡ • Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt bọt dễ vỡ 1.2 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 nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt không cao - Cơ đặc áp suất chân khơng: Dung dịch có nhiệt độ sôi 100°c, áp suất chân không Dung dịch tuần hồn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục - Cơ đặc nhiều nồi: Mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên lớn làm giảm hiệu tiết kiệm Có thể đặc chân khơng, đặc áp lực hay phôi 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 => Đối với nhóm thiết bị thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngồi, có ơng tuần hồn hay khơng Tùy theo điều kiện kỹ thuật tính chất Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành dung dịch mà ta sử dụng chế độ cô đặc điều kiện chân không, áp suất thường hay áp suất dư V LỰA CHỌN THIẾT BỊ CƠ ĐẶC Theo tính chất ngun liệu, ta chọn thiết bị cô đặc nồi, làm việc liên tục, áp suất chân khơng, có buồng đốt ơng tuần hồn trung tâm Thiết bị đặc dạng có cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa làm sửa chữa Cô đặc áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi dung dịch, giảm chi phí lượng, hạn chế khơng cho chất tan bị lôi theo bám lại thành thiết bị, làm hỏng thiết bị Tuy nhiên tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt thấp vận tốc tuần hồn bị giảm ơng tuần hồn bị đun nóng Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành PHẦN II: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Nguyên liệu dung dịch NaN0 có nồng độ 14% Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu bơm lên bồn cao vị, từ bồn cao vị dung dịch chảy qua lưu lượng kế xuống thiết bị gia nhiệt gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm Thân hình trụ, đặt đứng, bên gồm nhiều ống nhỏ, bố trí theo đỉnh hình lục giác Các đầu ống giữ chặt vỉ ống vỉ ống hàn dính vào thân Hơi nước bão hòa có áp suất at bên ngồi ống (phía vỏ) Dung dịch bơm vào thiết bị, bên ống, từ lên Hơi nước bão hòa ngưng tụ bề mặt ống cấp nhiệt cho dung dich nâng nhiệt độ dung dịch lên đến nhiệt độ sôi Dung dịch sau gia nhiệt sẻ đưa vào thiết bị đặc thực q trình bốc Hơi ngưng tụ theo ống dẩn nước ngưng qua bẫy chảy Nguyên lý làm viêc nồi cô đăc : phần thiết bị buồng đốt gồm có ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch ống, đốt khoảng khơng gian phía ngồi ống Hơi đốt ngưng tụ bên ống nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên ống Dung dịch bên ống từ xuống nhận nhiệt đốt ngưng tụ cung cấp sơi, làm hóa phần dung môi Hơi ngưng tụ theo ống dẩn nước ngưng qua bẫy chảy Nguyên tắc hoat động ống tuần hoàn trung tâm : Khi làm việc dung dịch ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp -lỏng có khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống, ống tuần hồn thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt, lượng tạo ống truyền nhiệt lớn hơn, khối lượng riêng khối hỗn hợp hơi-lỏng lớn so với ống truyền nhiệt,sẽ bị đẩy xuống Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Kết tạo dòng chuyển động tuần hồn tự nhiên thiết bị từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hồn Phần phía thiết bị buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng thành dòng, dòng thứ lên phía buồng bốc đến phận tách giọt để tách giọt lỏng khỏi thứ Giọt lỏng chảy xuống dưới, thứ tiếp tục lên, dung dịch lại hồn lưu trở lại Dung dịch sau cô đặc bơm theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ khí khơng ngưng phía thiết bị đặc vào thiết bị ngưng tụ baromet Thiết bị ngưng tụ Baromet thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp Chất làm lạnh nước đưa vào ngăn thiết bị, dòng thứ dẫn vào ngăn cuối thiết bị Dòng thứ lên gặp nước giải nhiệt, ngưng tụ thành lỏng chảy ngồi bồn chứa , khí khơng ngưng tiếp tục lên dẫn qua phận tách giọt để khí khơng ngưng bơm chân khơng hút ngồi Khi ngưng tụ chuyển từ thành lỏng thể tích giảm, làm áp suất giảm, tự thân thiết bị áp suất giảm Vì thiết bị ngưng tụ Baromet thiết bị ổn định chân khơng, trì áp suất chân khơng hệ hệ thơng Áp suất làm việc thiết bị Baromet áp suất chân khơng, phải lắp đặt độ cao cần thiết để nước ngưng tự chảy ngồi khí mà khơng cần dùng máy bơm Bình tách vách ngăn, có nhiệm vụ tách giọt lỏng bị lôi theo dòng khí khơng ngưng để đưa trở bồn chứa nước ngưng, khí khơng ngưng bơm chân khơng hút ngồi Bơm chân khơng có nhiệm vụ hút khí khơng ngưng ngồi để tránh trường hợp khí khơng ngưng tồn thiết bị ngưng tụ nhiều, làm cho áp suất thiết bị ngưng tụ tăng lên, làm cho nước chảy ngược lại sang nồi cô đặc 10 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành 9.3 Chọn bích cho ống dẫn dung dịch nạp liệu Chọn bích liền kiểu kim loại đen Áp suất lớn tác dụng lên bích là: Với đường kính ống dẫn áp suất Py Theo bảng XIII.26-409-STT2, ta có thơng số bích Thơng số bích Đường kính thân, Dt (mm) Đường kính ngồi vành bích, D (mm) Đường kính đến tâm bulơng, Db (mm) Đường kính đến vành ngồi D1 đệm, (mm) Đường kính đến vành D0 đệm, ( mm) db Đường kính bulơng, (mm) Số lượng bulơng, Z (cái) Bề dày bích, h (mm) Bích nối ống dẫn nạp liệu nồi 50 Bích nối ống dẫn nạp liệu nồi 50 Bích nối ống dẫn nạp liệu nồi 50 160 160 160 125 125 125 105 105 105 27 27 27 16 16 16 18 18 18 9.4 Chọn bích cho ống dẫn đốt ống dẫn nước ngưng Chọn bích liền kiểu kim loại đen Áp suất lớn tác dụng lên bích là: Py = Phd − = at = 392266 N / m 99 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Với đường kính ống dẫn áp suất Py Theo bảng XIII.26-409-STT2, ta có thơng số bích Thơng số bích Đường kính thân, Dt (mm) Đường kính ngồi vành bích, D (mm) Đường kính đến tâm bulơng, Db (mm) Đường kính đến vành ngồi D1 đệm, (mm) Đường kính đến vành D0 đệm, ( mm) db Đường kínhbulơng, (mm) Số lượng bulơng, Z (cái) Bề dày bích, h (mm) Thơng số bích Đường kính thân, Dt (mm) Đường kính ngồi vành bích, D (mm) Đường kính đến tâm bulơng, Db (mm) Đường kính đến vành ngồi D1 đệm, (mm) Bích nối ống dẫn đốt nồi 70 Bích nối ống dẫn đốt nồi 100 Bích nối ống dẫn đốt nồi 150 160 205 260 130 170 225 110 148 202 76 108 159 12 16 16 16 18 20 Bích nối ống dẫn nước ngưng nồi 50 Bích nối ống dẫn nước ngưng nồi 50 Bích nối ống dẫn nước ngưng nồi 50 160 160 160 125 125 125 105 105 105 100 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Đường kính đến vành D0 đệm, ( mm) db Đường kínhbulơng, (mm) Số lượng bulơng, Z (cái) Bề dày bích, h (mm) 27 27 27 16 16 16 18 18 18 10 Tính tốn chi tiết bù giãn nở nhiệt Ở buồng đốt nồi có bọc lớp bảo ơn bên ngồi để đảm bảo an tồn cho cơng nhân vận hành Do mà nhiệt độ vỏ có chênh lệch so với nhiệt độ ống, áp suất ống khác nên độ giãn dài vỏ ống khác Điều gây phá huỷ thiết bị chênh lệch nhiệt độ áp suất lớn Do cần phải có cấu bù giãn nở nhiệt Trên buồng đốt khơng có phần tử bên tạo ứng suất có chênh lệch nhiệt độ áp suất nên khơng cần bù giãn nở nhiệt Khi tính tốn, ta cần tính tốn cho nồi số nhiệt độ áp suất lớn nồi nên khả giãn nở nhiệt lớn Áp suất làm việc lớn nhất: P = 5at = 0,49N / mm Áp suất nhỏ 1,6N / mm Do ta chọn vòng bù giãn nở nhiệt Chọn chiều dài phần ghép nối: l = 200 mm Nhiệt độ đốt bên buồng đốt: Nhiệt độ sôi dung dịch ống: t1 = 151,1oC t r1 = 133,78 oC Giả sử chênh lệch nhiệt độ đốt mặt buồng đốt: ∆t1 = 0,13oC 101 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Nhiệt độ mặt lớp cặn: t T1 = t1 − ∆t1 = 150,97oC Ẩn nhiệt ngưng tụ nước nhiệt độ làm việc: tm = Nhiệt độ màng nước ngưng: t1 + t T1 = 151,035oC rn = 2117.10J / kg Chiều cao buồng đốt: H = m Hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ tính theo cơng thức: α1 = 2,04.A rn ∆t1.H Với giá trị nhiệt độ màng nước ngưng nồi, tra bảng 1.64-40-QTTB3, ta có: A= 195,65 α1 = 2,04.A Thay số ta tính được: rn = 19265,74 ∆t1.H Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ: 2504,54 W / m Sử dụng vật liệu bảo ơn bơng thuỷ tinh Lớp tơn bọc ngồi để giữ bơng thuỷ tinh mỏng có hệ số dẫn nhiệt lớn nên tính tốn bỏ qua Để đảm bảo an tồn nhiệt độ mặt thiết bị phải đảm bảo: t r2 ≤ 45oC Khi tính tốn ta lấy nhiệt độ mặt thiết bị nhiệt độ giới hạn: t r2 = 45oC Nhiệt độ trung bình khơng khí mơi trường xung quanh thiết bị: Nhiệt trở lớp cặn bên vỏ thiết bị: t = 25oC rc = 0,116.10−3 m 2oC / W 102 Đồ Án Chuyên ngành Bề dày vỏ thiết bị: GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành δ1 = 4mm δ2 = 3mm Chọn bề dày lớp bảo ôn: Hệ số dẫn nhiệt vỏ thiết bị lớp bảo ôn là: λ1 = 16,85W / m.oC λ1 = 0,07W / m.oC Tổng nhiệt trở: δ δ ∑ r = rc + λ1 + λ2 = 0,043m 2oC / W Nhiệt độ mặt lớp bảo ôn: t T2 = t T1 − q1.∑ r = 42,74oC Nhiệt tải riêng phía khơng khí đối lưu tự nhiên: q2 = ∑r (t T1 − t T2 ) = 2452,41W / m Trên lý thuyết, nhiệt tải riêng không đổi Sai số nhiệt tải riêng hai phía: ∆q = 2,08% => Sai số giới hạn cho phép q= Nhiệt tải riêng trung bình: q1 + q = 478,47W / m q= Nhiệt tải riêng lớp cặn: (t T1 − t tr ) rc => Nhiệt độ mặt vỏ buồng đốt: t tr = t T1 − q.rc = 150,86oC 103 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành q= Nhiệt tải riêng vỏ buồng đốt: λ1 (t tr − t n ) σ1 t n = t tr − q => Nhiệt độ mặt vỏ buồng đốt: δ1 = 150,09oC λ1 Nhiệt độ trung bình lớn thân thiết bị: tt = t tr + t n = 150,38oC Nhiệt độ trung bình lớn ống truyền nhiệt: t0 = t1 + t s1 = 142,44oC Hệ số nở dài vật liệu chế tạo thân nhiệt độ trung bình: Hệ số nở dài vật liệu chế tạo ống nhiệt độ trung bình: Diện tích tiết diện ngang thân thiết bị: α1 = 1.10−51 / o C α0 = 1.10 −51 / o C Ft = π.d BD S1 = 7,55 N / mm Tổng diện tích ngang ống truyền nhiệt ống tuần hoàn: ( ) F0 = π d tr S.n ' + D tr S' = 2,064 N / mm Modun đàn hồi vật liệu chế tạo thân ống nhiệt độ trung bình: E t = 2.105 N / mm E = 2.105 N / mm Lực tác dụng tương hỗ thân ống thiết bị ứng suất nhiệt gây ra: 104 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Pt = α t (t t − 20) − α0 (t − 20) = 1,075 N 1 + E t Ft E F0 Lực áp suất môi trường ống mơi trường khơng gian ngồi ống làm cho ống bị kéo theo chiều trục: ( ) π  D − n.d n Pn + n.d t Pt   P=  Trong đó: D- Đường kính tính tốn vỉ ống n- Số ống truyền nhiệt: n= 150 d n ,d1 -Đường kính ngồi đường kính ống d n = 25mm d1 = 21mm Pn , Pt -Áp suất ống áp suất ống Nồi làm việc nhiệt độ áp suất cao nhất, ta cần tính tốn độ bền vòng bù theo nồi D = D v1 = 888mm Pn = 490332,5 N / m = 0,4903325 N / mm Pt = 264797,98 N / m = ( Thay số ta được: 0,264798 N / mm ) π  D − n.d n Pn + n.d t Pt   = 2,815 N P=  105 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Khi nhiệt độ thân lớn nhiệt độ ống, ta dùng kết cấu cứng thoả mãn đồng thời điều kiện sau: σt = Pt P.E t − ≤ [ σt ] Ft E t Ft + E F0 Pt σ t c σt = ≤ Ft 1,1 σt = Trong đó: làm việc: σ t , σ0 -Ứng suất cho phép vật liệu làm thân ống điều kiện [ σ0 ] = [ σ t ] = σt c Pt P.E + ≤ [ σ0 ] F0 E t Ft + E F0 130 N / mm -Giới hạn bền chảy vật liệu làm thân điều kiện làm việc σ t c = 220 N / mm Thay số liệu vào công thức ta được: σt = Pt P.E t − = 5,84N / mm < [ σ t ] = 130N / mm Ft E t Ft + E F0 Pt σt c σ t = = 14,23N / mm < = 200N / mm Ft 1,1 σt = Pt P.E + = 12,50N / mm < [ σ0 ] = 130N / mm F0 E t Ft + E F0 => Thân ống truyền nhiệt lắp cứng với vỉ ống 106 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành PHẦN V:TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ I THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ Lượng thứ vào thiết bị ngưng tụ: W3 = 0,327Kg / s Nhiệt hàm nước ngưng nhiệt độ làm việc: Nhiệt độ vào nước làm lạnh: Nhiệt độ nước làm lạnh : i3' = 2615.103 J / kg t d = 30oC t c = t ng − = 59, 2oC t tb = Nhiệt độ trung bình nước: td + tc = 44,6oC Nhiệt dung riêng trung bình nước, tra bảng I.249-310-STT1 theo nhiệt độ trung bình ta có: Cn = 4178J / Kg.o Lượng nước lạnh cần thiết vào thiết bị ngưng tụ: W3 (i '3 − Cn t c ) Gn = = 6,35kg / s Cn (t c − t d ) Lượng khơng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ: G kk = 2,5.10−5.(W3 + G n ) + 0,01.W3 = 0,0034kg / s Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ: Vkk = 288.G kk (273 + t kk ) Png − Ph 107 Đồ Án Chun ngành Trong đó: khơ thì: t kk GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành -Nhiệt độ khơng khí Với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại t kk = t d + + 0,1.(t c − t d ) = 36,92oC Ph -Áp suất riêng phần nước bão hoà thiết bị ngưng Theo bảng I.251-314-STT1, tra theo nhiệt độ khơng khí ta có: Ph = 0,064 at = 6298 N / m Png = 0,25 at = 24516 N / m Vkk = Thay số ta tính được: 288.G kk (273 + t kk ) = 0,017m3 / s Png − Ph Các kích thước chủ yếu thiết bị baromet 2.1 Đường kính thiết bị Vận tốc dòng thiết bị: Khối lượng riêng nước: ωh = 15m / s ρh = 0,164kg / m D BR = 1,383 Đường kính thiết bị: Lấy W3 = 0,666m ρh ωh D BR = 0,8m 2.2 Kích thước ngăn b= Tấm ngăn có dạng hình viên phân với bề rộng: DBR + 50 = 450mm Trên ngăn có đục lỗ nhỏ Kích thước lỗ là: d = mm 108 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành δ = 4mm Bề dày ngăn, chọn: 1/2 Các lỗ bố trí theo hình lục giác Bước lỗ: Trong đó:  fe   ÷  f tb  f  t= DBR  e ÷  f tb  -Tỉ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị ngưng tụ Lấy f e / f tb = 0,025 ÷ 0,1 f e / f tb = 0,05 1/2 Thay số ta có: f  t= D BR  e ÷  f tb  = 154,9mm Chiều cao gờ ngăn: h = 50 mm 2.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ P= Mức độ đun nóng nước: tc − td = 0,85 t ng − t d Theo bảng VI.7-86-STT2, ta có: Số bậc: Số ngăn: n = h = 400mm Khoảng cách ngăn: 400mm Thời gian rơi qua bậc: 0,41s Mức độ đun nóng tia nước có đường kính 2mm: 0,774 109 Đồ Án Chun ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Thực tế, từ lên thể tích giảm dần, ta lấy khoảng cách ngăn lấy giảm đi: ∆h = 30mm Khoảng cách ngăn từ lên trên: h1 = 370mm h = 340mm h = 310mm h = 280mm h = 250mm h = 220mm h = 190mm h8 = 160mm n H BR = ∑ h i = 2120mm Chiều cao thiết bị ngưng tụ: i =1 2.4 Kích thước ống baromet Tốc độ dòng chất lỏng chảy ống barơmet: ω = 0,7m / s Đường kính ống baromet: d BR = Lấy 0,004.( G n + W3 ) = 0,11m π.ω d BR = 0, 2m Độ chân không thiết bị: Pck = − Png = 0,75at = 73549N / m 110 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Khối lượng riêng nước nhiệt độ trung bình nước: ρ = 990kg / m3 Chiều cao cột nước ống cân với áp suất khí quyển: h1 = Pck = 7,57m ρ.g Chiều cao cột nước ống cần thiết để khắc phục toàn trở lực chảy ống:  ω2  H h2 = 1 + λ + ∑ζ ÷ 2.g  d BR  Chiều cao tồn ống barơmet Chọn H = m Hệ số trở lực ma sát chảy ống: / λ = −2.log ( 6,81 / Re )  Độ nhớt nước nhiệt độ trung bình: Re = Chuẩn số Reynolds: 0,9 + ( ∆ / 3,7 )   µ = 0,6.103 Ns / m ρ.ω.d BR = 228597 µ => Chế độ chảy xoáy Độ nhám tuyệt đối : ε = 2mm ∆= Độ nhám tương đối : ε d BR = 0,01mm 111 Đồ Án Chuyên ngành GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Thay số ta được:    ÷ = 0,038 λ= 0,9  −2.log  6,81 / Re + ( ∆ / 3,7 )  ÷  ÷ ( )     ω2  H h2 = 1 + λ + ∑ ζ ÷ = 0,105 2.g  d BR  Chiều cao ống baromet: H = h1 + h + 0,5 = 8,1m < m Vậy chiều cao ống baromet là: H = m Bơm chân khơng vòng nước Chọn bơm chân khơng vòng nước nhãn hiệu: BHB-5 Theo bảng II.57-513-STT1, ta có thơng số bơm: Nhãn hiệu BHB-5 Kích thước cánh Năng suất độ chân không cho theo % guồng Đường Chiều kính 330 dài 200 so với áp suất khí quyển, 60 80 Số vòng quay, Cơng suất động vòng/phút điện, kW 960 14.5 Lưu lượng nước, l/phút 22 m3 Độ chân không /phút 90 7.5 cực đại 97 Khối lượng thiết bị động điện, kg 480 Độ chân khơng thiết bị ngưng tụ so với áp suất khí quyển: ∆Pck = Pck / 1.100 = 75% 112 Đồ Án Chuyên ngành Năng suất bơm chế độ làm việc là: GVHD: TS NGuyễn Đặng Bình Thành Q = 7.5 m3 / ph = 0.125 m3 / s Tài liệu tham khảo [1] Các tác giả, “ Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ Hóa học, tập I”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [2] Các tác giả, “ Sổ tay Q trình thiết bị cơng nghệ Hóa học, tập II”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [3] Nguyễn Văn May”Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối”,nhà xuất khoa học kỹ thuật 113 ... BẰNG NĂNG LƯỢNG Các thông số dung dịch cô đặc: Lượng dung dịch đầu: Nồng độ dung dịch cho vào nồi 1: Nồng độ dung dịch cho vào nồi 2: Nồng độ dung dịch cho vào nồi 3: Nồng độ dung dịch khỏi nồi 3: ... độ dung dịch khỏi nồi nhiệt độ sôi dung dịch nồi 2: t2 c = ts = 110.74 Nhiệt độ dung dịch vào nồi nhiệt độ sôi dung dịch nồi 2: t3d = ts = 110.74 Nhiệt độ dung dịch khỏi nồi nhiệt độ sôi dung dịch. .. C2 = 35 22.7 J/kg.độ Nồng độ dung dịch khỏi nồi > 20% nhiệt dung riêng là: C3 = 29 93. 5 J/kg.độ Nhiệt độ dung dịch vào nồi lấy nhiệt độ sôi dung dịch nồi 1: t1d = t s1 = 133 .78 Nhiệt độ dung dịch