ĐỒ án môn học QUÁ TRÌNH THIẾT bị CÔNG NGHỆ hóa thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn trung tâm cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kgs

ĐỒ án môn học QUÁ TRÌNH THIẾT bị CÔNG NGHỆ hóa thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn trung tâm cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kgs

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên : Vũ Thế Dương

Lớp : LT CĐĐH Khoa : Công Nghệ Hóa

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Phan Thị Quyên

NỘI DUNG ĐỀ BÀI:

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn Trung Tâm cô đặc dungdịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s.

Chiều cao ống gia nhiệt: 2,0 mNồng độ đầu vào của dung dịch: 5%Nồng độ cuối của dung dịch: 30%Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,3 at

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2012

Người nhận xét

LỜI MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá chất là thiết kế mộtthiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viênkhoa Công nghệ Hoá học trường Đại học Công nghiệp Hà Nội được nhận đồ ánmôn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá học” Việc thực hiện đồ án làđiều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn saukhi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình vàthiết bị Công nghệ Hoá học” Trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức củamột số môn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiếtbị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong các quátrình công nghệ Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cáchsử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy địnhtrong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo vănphong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.

Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệthống cô đặc hai nồi xuôi chiều, ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tục vớidung dịch NaOH, năng suất 3 kg/s, nồng độ dung dịch ban đầu 5%, nồng độsản phẩm 30%.

Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinhnghiêm thực tế và nhiều mặt khác nên không tránh khỏi những thiếu sót trongquá trình thiết kế Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉdẫn thêm của các thầy cô giáo để đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn Th.S Phan Thị Quyên đã hướng dẫn em

hoàn thành đồ án này.

Phần I Giới Thiệu Chung

Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá chất là thiết

kế thiết bị, hệ thống thiết bị phục vụ một nhiệm vụ kỹ thuật trong sảnxuất, sinh viên khoa công Nghệ Hoá học được nhận đồ án môn học“Qúa trình & Thiết bị công Nghệ Hoá học“ Việc làm đồ án là mộtcông việc tốt giúp cho mỗi sinh viên trong bước tiếp cận tốt với thựctiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình“ Cơ sởcác quá trinh & thiết bị Công Nghệ Hoá học” Trên cơ sở lượng kiếnthức đó và lượng kiến thức của môn học khác, mỗi sinh viên biếtdùng tài liệu tham khảo trong tra cứu, vận dụng đúng những kiếnthức, quy định trong thiết kế, tự nâng cao kỹ năng vận dụng, tínhtoán, trình bày nội dung thiết kế theo văn phong khoa học và nhìnnhận vấn đề một cách có hệ thống.

Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hoàn thành là thiết kế hệ thống côđặc 2 nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tục vớidung dịch NaOH, năng suất 12960kg/h, nồng độ đầu 5%, nồng độsản phẩm 30%

1 Tổng quan về dung dịch NaOH

1.1 tính chất hóa lý

Natri hydroxit tinh khiết là chất rắn có màu trắng ở dạng viên, vảyhoặc hạt hoặc ở dạng dung dịch bão hòa 50% Natri hydroxit rấtdễ hấp thụ CO2 trong không khí vì vậy nó thường được bảo quản ởtrong bình có nắp kín Nó phản ứng mãnh liệt với nước và giải phóngmột lượng nhiệt lớn, hòa tan trong etannol và metannol Nó cũng hòatan trong ete và các dung môi không phân cực, và để lại màu vàngtrên giấy và sợi.

1.2Điều chế, sản xuất

Toàn bộ dây chuyền sản xuất xút ăn da (NaOH) là dựa trên phản ứng điện phân nước muối (nước cái) Trong quá trình này dung dịch muối (NaCl) được điện phân thành clo nguyên tố (trong buồng anốt), dung dịch natri hyđroxit, và hidro nguyên tố (trong buồng catôt) Nhà máy có 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 H2O + 2 e- → H2 + NaOH

Phản ứng điện phân dung dịch muối ăn trong bình điện phân có màng ngăn:

NaCl + 2 H2O → 2 NaOH + H2 + Cl2

Các kiểu buồng điện phân

Điểm phân biệt giữa các công nghệ này là ở phương pháp ngăn cản không cho natri hyđroxit và khí clo lẫn lộn với nhau, nhằm tạo ra các sản phẩm tinh khiết.

 Buồng điện phân kiểu thủy ngân

Trong buồng điện phân kiểu thuỷ ngân thì không sử dụng màng hoặc màn chắn mà sử dụng thuỷ ngân như một phương tiện chia tách.

 Buồng điện phân kiểu màng chắn

Trong buồng điện phân kiểu màng chắn, nước muối từ khoang anôt chảy qua màng chia tách để đến khoang catôt; vật liệu làm màng chia tách là amian phủ trên catôt có nhiều lỗ

 Buồng điện phân kiểu màng ngăn

Còn trong buồng điện phân kiểu màng ngăn thì màng chia tách là một màng trao đổi iôn

1.3 Ứng dụng

Natri hiđroxit hay hyđroxit natri (công thức hóa học NaOH)[1] hay thườngđược gọi là xút hoặc xút ăn da Natri hydroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnhkhi hòa tan trong dung môi như nước Nó được sử dụng nhiều trong các ngànhcông nghiệp như giấy, dệt nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa Sản lượng trên thếgiới năm 1998 vào khoảng 45 triệu tấn Natri hydroxit cũng được sử dụng chủyếu trong các phòng thí nghiệm.

2.Tổng quan về quá trình cô đặc

2.1 Khái niệm

Quá trình cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hoàtan( không hoặc khó bay hơi) trong dung môi bay hơi Đặc điểm củaquá trình cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi,còn dung chất hoà tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độcủa dung chất sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tửtrong hỗn hợp nay cùng bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ ở mỗinhiệt độ Hơi của dung môi tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơithứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng 1 thiết bị khác Cô đặc nhiều nồi

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, dođó có ý nghĩa về sử dụng nhiệt Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi là:nồi đầu dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi bốc lên ở nồi nàyđược đưa vào nồi thứ 2 để làm hơi đốt, hơi thứ của nồi thứ 2 lại làmhơi đốt cho nồi thứ 3… Hơi thứ ở nồi cuối được đưa vào thiết bịngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi đầu đến nồi cuối, qua mỗinồi nồng độ của dung dịch tăng dần lên do một phần dung môi bốchơi Hệ thống cô đặc xuôi chiều được sử dụng khá phổ biến Ưu điểmcủa loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước ra nồi sau nhờchênh lệch áp suất giữa các nồi Nhược điểm của nó là nhiệt độ

nồi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn nồi trước nên độ nhớtcủa dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảmtừ nồi đầu đến nồi cuối

2.2 Cô đặc nhiều nồi xuôi chiều

Hệ thống cô đặc xuôi chiều làm việc liên tục :

 Sơ đồ dây chuyền sản xuất: (sơ đồ đi kèm)

1 - Bể chứa dung dịch đầu2 – Bơm

3 – Thùng cao vị4 – Lưu lượng kế.

5 - Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu6,7 - Nồi cô đặc 1, 2.

8 – Baromet.

9 – Hút chân không

10 –Thùng chứa sản phẩm.11 – Bơm chân không.12- Thùng chứa nước ngưng

Hệ thống cô đặc xuôi chiều (hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau từ nồinọ sang nồi kia) được dùng khá phổ biến trong công nghiệp hóa chất Loại nàycó ưu điểm là dung dịch tự chảy từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch ápsuất giữa các nồi Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó, dung dịchđi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dungdịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượngnước gọi là quá trình tự bốc hơi Nhưng khi dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độthấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch, thì cần phải đun nóng dung dịch do đó tiêutốn thêm một lượng hơi đốt Vì vậy, khi cô đặc xuôi chiều, dung dịch trước khivào nồi nấu đầu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ.

Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sauthấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt của dungdịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.

PHẦN II

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNHSố liệu ban đầu :

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn trung tâm cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s = 12960 kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 2m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 5%Nồng độ cuối của dung dịch:30%Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,3 at

1 Xác định lượng hơi thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống:

Áp dụng công thức (VI.1/[ 2 – 55])

W = Gd – Gc = Gd (1 -

xdxc )

⇒ W= 12960 x (1 5

-30 ) =10800 (kg/h)

2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi :

W1 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1W2 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2

Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau: W1 : W2= 1:1

Mà ta có: W1 + W2 = 10800W1=W2=5400(kg/h)

3 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi

x1:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1 x2:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 2Áp dụng công thức :

4 Tính chênh lệch áp xuất chung của hệ thống

- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là: ΔPP=P1−Png=5−0,3=4,7( at )

Trong đó P1 là áp xuất hơi đốtPng là áp xuất hơi ngưng.

5 Chênh lệnh áp suất , nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi

- Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:

2 , 15

1 ⇒ΔPP1=2 ,15 ΔPP2

mà: ΔPP1+ΔPP2=4,7⇒ΔPP2=1, 492(at )

6 Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi:

Gọi:

ti : nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ i i : tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống Chọn   121oC

Tương ứng với các nhiệt độ tính toán được ta xác định được ápsuất hơi thứ của mỗi nồi.

Ta tính nhiệt độ theo công thức:

t T    C ΔP1'''

Nồi 1: t’1 = t2 + ΔP1''' = 116,156+1= 117,156 (ºC) Nồi 2: T2 = tng + ΔP2''' = 68.7+ 1 = 69,7 (ºC)

Dựa vào nhiệt hơi thứ, theo bảng I.251 –[1- 314] ta tra được ápsuất, nhiệt lượng riêng, nhiệt hoá hơi của hơi thứ được tổng hợp theo bảng sau:

 at

T

7 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi:7.1 Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ i':

-Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi chấttan, đặc biệt là nồng độ của chất tan Nhiệt độ của dung dịch luôn lớn hơn nhiệtđộ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng áp suất Khi nồng độ của chất tantăng thì nhiệt độ sôi của dung dịch càng tăng.

- ΔP ’ là tổn thất nhiệt độ của dung dịch so với dung môi nguyên chất,trong cô đặc thường gọi đó là tổn thất nồng độ, ΔP ’ là thông số vật lý củadung dịch, nó phụ thuộc vào nồng độ chất tan, nồng độ càng tăng thì ΔP ’ càngtăng, nó còn phụ thuộc vào bản chất chất tan và dung môi đồng thời ΔP ’ phụthuộc vào áp suất.

- ΔP ’ được tính theo công thức dần gần đúng của Tensico

T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho ° K

r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc J/kg

Po : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng (at)

h1 :chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt

h2 : chiều cao của ống truyền nhiệt (m)

ρdds : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3 ) Lấy gần đúng bằng

2 khối lượng riêng của dung dịch ở 20ºC T0i=nhiệt độ sôi ứng với áp suất Pi’

546,635 9,81

9,81.104 =2,064(at )

Ptb 2=0,25+(0,5+22).

- Như đã nói ở trên ta chọn tổn thất nhiệt độ do đường ống là :1oCVậy: ∑ΔP,,,=ΔP1,,,+ΔP2,,,=1+1=2° C

tổng tổn thất nhiệt độ là:

8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:

Nhiệt độ hữu ích của hệ thống.

ΔPthi=ΔPtch−∑ΔP (CT VI.16/[2 –67])

ΔPtch= Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độngưng ở thiết bị ngưng tụ.

ΔPtch=thd−tnt=151,1−68,7=82,4°C (CT VI.16/ST2 – T67)Vậy :

ΔPthi=82,4−23,984=58,416° CXác định nhiệt độ sôi của từng nồil

ts1,ts 2: nhiệt độ hơi thứ của từng nồi

i i : Hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1 , nồi 2 (J/kg)

θ1,θ2 : Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2

Cd :Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu (J/kg độ)Cnc1 , Cnc2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 , nồi 2 (J/kg độ)C1, C2 : Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1 , nồi 2 (J/kg độ)Qm1,Qm2 : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2

Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị (kg/h)W1 , W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2

9.1- Nhiệt lượng vào

- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D.i1

Nhiệt do dung dịch mang vào : Gđ Cd.ts0

- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào : W1.i2

Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (Gd – W1)C1ts1

9.2- Nhiệt lượng mang ra:

- Nồi 1:

- Hơi thứ mang ra : W1

- Nước ngưng : D θ1 Cnc1

- Dung dịch mang ra : (Gd – W1)C1ts1

- Nhiệt mất mát : Qm1=0,05D(i1 – Cnc1 θ1 )- Nồi 2 :

- Hơi thứ : W2.i2'

- Nước ngưng : W1 θ2 Cnc2

- Do dung dịch mang ra : (Gd – W1 – W2)C2.ts2

- Nhiệt mất mát: Qm2 = 0,05W1(i2– Cnc2) θ2

9.3- Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Các PT được thành lập dựa trên nguyên tắc :Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

* Phương trình cân bằng nhiệt cho từng nồi:- Nồi 1:

GdC0tsoD i 1(Gd W1)C t1s1W i1 1 D C nc1 1 Qm1 (1) - Nồi 2:

W i1 2(Gd W1)C t1s1W2 i2(Gd  W W12)C2ts2W C1 nc22Qm2 (2)

9.4 Tính toán các thông số:

 Nhiệt dung riêng:

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo côngthức sau:

C = 4186,8.(1 - x) (J/kg.độ) ( CT I.43 – [1 – 152]) x : nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng (%)

Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ x= 5% C0 = 4186( 1-0,05) =3976,7 (J/kg.độ)

Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ là 8,57%: C1 =4186.(1-0.0857) = 3827,259(J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ >20% được tính theo côngthức sau:

Theo công thức I.144- [1-152]

C = Cht x + 4186( 1-x) (J/kg.độ)

Cht: nhiệt dung riêng của chất hòa tan khan( không có nước) J/kg.độCht được tính theo công thức

MNaOH.Cht = Ci.Ni ( CT I.41 – [1 –152]) M :khối lượng phân tử của chất tan

Ci :nhiệt dung riêng của các đơn chất(tra bảng I.141- ST1- T152)Ni :số nguyên tử trong phân tử

Với : CH =9630 (J/kg độ); CO = 16800 (J/kg độ) CN = 26000(J/kg độ)

θ 1 = 151,1 0C

θ 2 = 116,156 0C

Ts0=Ts1=123 oCTs2=85,84 oC

Dựa vào bảng I.249 –[1_310] ta có nhiệt dung riêng của nước ngưng tra theonhiệt độ.

Cnc1=4255,5 J/kgđộCnc2=4213 J/kgđộ

Thay vào phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:W1 =

0,95(2708760−4213.116 ,156)+2627000−3827,259.123 =5365,83W1=5365,83(kg/h)⇒W2=W −W1=10800−5365,83=5434,17(kg/h)

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W1 : W2 = 1: 1 Sai số giữaLượng hơi thứ các nồi được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiếttrong cân bằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn.

10.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi:10.1.Tính hệ số cấp nhiệt α khi ngưng tụ hơi.

Τ1i;α1i

ΔPt1iTT2i

ΔPt2iTT

α=2 ,04 A (riΔPt1i H )

0 ,25

W/m2 độ ( V.101/[2 – 28]).Trong đó:

α1i : hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i W/m2 độ

ΔP1i : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi

ngưng của nồi I ( o C ).Giả thiết:

tmi = 0,5(tTi +ti ) oC ( * )ti: nhiệt độ hơi đốt

tTi : nhiệt độ bề mặt tườngmà ta lại có:

với: t1 = 150,04oC A1 = 195,506t2 = 115,166oC A2 = 185,3747Vậy:

10.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:

q1 i=α1 i ΔPt1 i W/m2 ( CT 4.14/[1_1]q11 = 10601,785.2,12 = 22475,785 (W/m2)q12 =10344,698.1,98 = 20482,5 (W/m2)Bảng 4:

Nồi ΔPt1i,° CΔPtmi,°CAα1i, W /m2doq1 i,W /m2

10.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi α2i W/m2 độ:

Ta xác định hệ số này theo công thức:

i0.5 ΔPt

(W/m2 độ ) (CT /[1_332])Pi: áp suất hơi thứ at

Xem bảng 1:

P1’=1,982 atP2’=0,25

ΔPt2i : hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi.ΔPt2i=tT 2i−tddi=ΔPTi−ΔPt1 i−ΔPtTi

- Hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt

λ : hệ số dẫn nhiệt , W/m độ

ρ :khối lượng riêng , kg/m3

C: nhiệt dung riêng , J/kg độ

μ : độ nhớt , Cp

λ, ρ ,C ,μ : lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch.

ts1 = 123 oCts2 85,84 oC

* Khối lượng riêng :

- Khối lượng riêng của nước: tra bảng I.249[1_311]

* Nhiệt dung riêng :

- Nhiệt dung riêng của nước :tra bảng I.249 [1 – 310]Cnc1 = 4254,8J/kg độ

-

*Tính hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NaOH:

Theo I.32, [1-123] ta có công thức:

=>M1 = 40.0,04+ 18(1-0,04) = 18,88 (kg/mol)Nồi 2: x2 = 30% khối lượng

λdd1=3,58.10−8.3827,259.527.3√52718,88

ψ1=(0,2190,686)0,565.[(527940,61)2.(3827,2594254 ,8).(0,2260,36)]0, 435=0,2

ψ2=(0,2470,68)0,565.[(664968,045)2.(3213,4254213).(0,3322,06)]0,435=0,166

Vậy hệ số cấp nhiệt α2i từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi hoàn toàn xác định

Vậy giả thiết ΔP11, ΔP21 được chấp nhận.

11 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi

Áp dụng công thức:

ΔPTi N/m2 độ [3-333]Trong đó:

qtbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi (W/m2 )

ΔPTi :Hiệu số nhiệt độ hữu ích của từng nồi ( oC ) (xem bảng 2)Ta có:

22333 , 9

K2=qtb 2ΔPT2=

20377 , 5

30 , 316 =674 , 2 N/m2 độ Lượng nhiệt tiêu tốn được xác định theo công thức: Qi=

12 Hiệu số nhiệt độ hữu ích12.1 Xác định tỷ số sau :

3280703 ,139

K1+Q2

NX: Sai số này nhỏ hơn 5% ,vậy phân phối áp suất như trên là hợp lý

)¿

PHẦN III Tính thiết bị phụ:

I Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu.

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nống loại ống chùm ngược chiều dung hơi nước bão hòa ở 5at ,Chọn thđ = t1 = 151,1 (0C), hơi nước đi ngoài ống từ trên xuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên Ở áp suất 5at  t1=151,1 oC ( Tra bảng I.251[1/315]

Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng(25oC) đi ra ở nhiệt độsôi của hỗn hợp đầu (tso = 123oC).

Chọn loại ống bằng thép crom niken titan ( X18H9T )đường kính d = 382mm ; L = 2(m)

3600 .3967 ,7(123−25) = 1399804,56(W)

2- Hiệu số nhiệt độ hữu ích:

Δ tđ = 151,1 – 25 = 126,1 (0C)Δ tc = 151,1 – 123= 28,1 (0 C)

- Do

ΔPtđΔPtc =

28,1 =4,48 > 2 nên nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể

là:

- Phía hỗn hợp: t2tb = thđ−ΔPttb= 151,1 – 65,35= 85,75(0C)

2.1- Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể :

- Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :

- H: Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 2(m)

- A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng.Giả sử : Δt1 = 3,8 (0C)

Ta có : tm =151,1 -

2 = 149,2 (0 C) Tra bảng [2-29]=> A = 195,51538

Thay số: α1=

2,04 195,38.(21170002.3,8)0 25 = 9156,66 (W/m2.độ)

2.2- Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ :

Áp dụng công thức : q1 = α1.Δt1 [W/m2]Thay số : q1 =9156,66.3,8= 34795,3(W/m2 )

2.3- Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :

Chọn Re = 10000

- εk: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L vàđường kính d của ống

ta có :

Ld =

- Tra bảng I.23-[1-35]- ρ : khối lượng riêng của hỗn hợp ở ttb

ρ = 1048, kg/m3 - nồi 1: x = 8,57 % khối lượng

 λ = A.Cp.ρ

=3,58.10-8 3976,7 1048 3

- Tra bảng ( VI.6[2 – 80] ) ta chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là

Thay số : Δtt =34795,3 0,7369.10-3 = 26,668 oC=> tT2 = tT1 – ΔtT = 151,1 – 26,668 = 125.431 oCΔt2 = tt2 – t

Ta có :

q2 = αt.Δt2 = 888,84.39,681 = 35270,8 (W/m2)

2.5- Kiểm tra sai số:

ε = |q1−q2

Trong đó : Nhiệt lượng trao đổi : Q = 1399804,56 (W) q tb :Nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dịch

Trong đó : F : Bề mặt truyền nhiệt F= 39,956(m2) d : đường kính ống truyền nhiệt d = 0,034 m

H : Chiều cao ống truyền nhiệt H = 2 (m)

Bảng 7:

Sắp xếp ống theo hình sáu cạnh ( kiểu bàn cờ )Số ống trên

đườngxuyên tâmcủa hìnhsáu cạnh

Tổng sốống khôngkể các ốngtrong cáchình viênphân

Số ống trong cácHình viên phân

Tổng sốống trongtất cả cáchình viênphân

TổngSốốngthiếtbịDãy1 Dãy 2 Dãy3

t = 1,4 0,038 = 0,0532

b: số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh b = 13Thay số : D =0,0532.(17 - 1) + 4.0,038 = 1,0032

Qui chuẩn : D = 1 m=1000 (mm) (bảng XIII.6 [2-359 ]

6- Tính vận tốc và chia ngăn

-Vận tốc thực :

ωt= 4 GđΠ d2.n ρ

d ρ =

0,034.986 =0,1796 (m/s)ωgt−ωt

ωgt lớn 5% nên ta cần chia ngăn để quá trình cấp nhiệt ở chế độ

xoáy Số ngăn được xác định như sau:

Số ngăn cần thiết: m =

ωgtωt =

0, 17960, 0185=9,7

II thiết bị ngưng tụ baromet

1 Hệ thống thiết bị ngưng tụ baromet: