3. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
3.1. Nhiệt lượng trao đổi
= . .( − ), Trong đó:
-F: Lưu lượng hỗn hợp đầu F = 10800 (kg/h)
-Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp Cp = C0 = 3976,7 (J/kg.độ) -tF: Nhiệt độ cuối của dung dịch, tF= tso= 116,04 (oC)
-tf: Nhiệt độ đầu của dung dịch, lấy bằng nhiệt độ môi trường, tf = 25 (oC) Thay số vào ta có nhiệt lượng trao đổi của dung dịch là:
10800
= 3600 . 3976,7. ( 116,04 − 25) = 1086116,304 ( )
3.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích
Chọn thđ = t1 = 151,10 (oC)
∆tđ = 151,10 – 25 = 126,10 (oC) ∆tc = 151,10 – 116,04 = 35,06 (oC)
Do ∆tđ/∆tc = 3,6> 2 nên nhiệt độ trung bình của hai lưu thể là: ∆t =
Hơi đốt có nhiệt độ trung bình t1tb = 151,1 oC
Phía hỗn hợp: t2tb = t1tb – ∆ttb = 151,1 -71,12 = 79,98 oC
3.2.1. Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ:
) . [ / .độ]
r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa r = 2117000 (J/kg)
7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
∆ 1: chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt, H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 3m
A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng
Giả thiết ∆t1 = 3,9 ℃ => tT1 = tbh - ∆t1 = 151,1 – 3,9 = 147,2 ℃
Hệ số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm = 0,5. (tT1 + ∆t1) = 0,5. (146,5 + 151,1) = 149,15 ℃ nội suy theo bảng số liệu [3 – 29] ta có A = 195,37
Do đó:
1= 2,04.195,37. (
3.2.2. Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
q1 = α1. ∆t1
= 8220. 3,9 = 32058 (W/m2)
3.2.3. Hệ số cấp nhiệt về phía hỗn hợp chảy xoáy
Theo công thức V.40 [2-14] có: Nu = 0,021.
ε
Trong đó:
+ Prt là chuẩn số Pran của hỗn hợp lỏng tính theo nhiệt độ trung bình của tường +
ε1 là hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài l và đường
kính d của ống.
+ Tỉ số
PrPrt thể hiện ảnh hưởng của dòng nhiệt (đun nóng hay làm nguội). Khi
chênh lệch nhiệt độ giữa tường và dòng nhỏ thì ( Pr )0,25 ≈ 1 [3 – 15]
Prt
a, Tính chuẩn số Pr
Pr = Cp. μ [ 3 – 12 – V.35]
Trong đó:
λ
+ Cp là nhiệt dung riêng đẳng áp của hỗn hợp đầu tại t2tb = 79,89 ℃. + μ là độ nhớt động lực của hỗn hợp ở t2tb = 79,89 ℃.
+ λ: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch - Độ nhớt.
Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là nước, t1 = 20oC; t2 = 30 oC Tra bảng I.107 [1-100] và nội suy ta có:
t1 = 20oC, x = 5% → μ11 = 0,98. 10−3
[N.s/m2] t2 = 30oC, x = 5% → μ21 = 0,8. 10−3[N.s/m2]
8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Tra bảng I.102 [1-94] và nội suy ta có:
μ11 = 0,98. 10−3 [N.s/m2] → θ11= 21,05 oC μ21 = 0,8. 10−3[N.s/m2] → θ21= 30,04 oC
Tại ts1 = 116,04 oC, dung dịch có độ nhớt là μdd1 tương ứng với đột nhớt của nước có nhiệt độ là θ31:
20−30
21,05 − 30,04 30,04 −
31
Tra bảng I.102 [1-95] và nội suy với θ31 = 105,07 oC ta được μdd1 = 0,2632. 10-3 [N.s/m2]
- Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch xác định theo công thức λ = A.
C . ρ. ρ (W/m2. độ) [2 – 123 – I.32]
p √M Trong đó
+ Cp là nhiệt dung riêng đẳng áp của hỗn hợp đầu tại ttb = 79,89 ℃. Đã tính được Cp = 3976,7 (J/kg. độ)
+ ρ là khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng ρ = 1000,125 (kg/m3) [bảng I.46- 1-42]
+ M là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu
M = MKNO3. NKNO3 + MH2O. NH2O = 101. NKNO3 + 18. (1 – NKNO3) NKNO3: Phần mol của KNO3 trong dung dịch
=
3(1)
Thay vào công thức trên ta có:
M1= 101.0,0093+ 18. (1-0,0093) = 18,77
+ A là hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng. A = 3,58. 10-
8 [2 – 123]
Thay số λ = 3,58. 10-8. 3976,7. 1000,125.
3
8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
= 1,95
3.2.4. Hiệu số nhiệt độ ở 2 phía thành ống:
∆tT = tT1 − tT2 = q1. ∑ r Trong đó:
tT1, tT2: nhiệt độ thành ống hơi nước và về phía hỗn hợp
8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
r1; r2: nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống. Tra bảng II.V.1 [2-4]:
r1 = 0,000387 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch r2 = 0,000232 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía hơi bão hòa : bề dày ống truyền nhiệt, = 2. 10−3( )
∑ r: tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt: Ống dẫn nhiệt làm bằng vật liệu X18H10T có λ = 16,3 W/m.độ Thay số: ∑ = 1 + 2 + = 0,000387 + 0,000232 ∆tT =32058 .0,742. 10−3 = 23,8 (oC) tT2 = 1 − ∆ 1 − ∆tT = 151,1 – 3,9 – 23,8 = 123,4 (oC) ∆t2 = tT2 − t2tb = 123,40 – 79,98 = 43,42 (oC) 3.2.5. Tính chuẩn số Prt Pr =Cp . μ λ
Khi chênh lệch nhiệt độ giữa tường vào dòng nhỏ thì = 1
Thay số: Nu = 0,021. 1.100000,8 . 1,950,43. 1 = 44,35 Do đó α2 = Nu. λ = 44,35. 0,536 = 742,86 (W/m2. độ)
d 0,032
3.2.6. Nhiệt tải riêng về phía dung dịch:
q2= 2. ∆ 2 = 742,86 .43,42 = 32255,09 (W/m2) Kiểm tra sai số:
=1
Sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giả thiết
3.3. Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt
Diện tích bề mặt truyền nhiệt xác định thông qua phương trình cơ bản của truyền nhiệt
Q=K.F.∆
Chọn giá trị α1 = 6548,4 (W/m2. độ) và lượng nhiệt truyền cho 1m2 ống truyền nhiệt 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
là:
8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
qtb = 1 = 1 + r + 1 α2 1086116,304 => = 2452,53.71,12≈34
Ho ặc cũng có thể tính thông qua nhiệt tải riêng qtb = = K. ∆t =>1086116,304=
31256,55
3.4. Xác định số ống, cách sắp xếp ống trong thiết bị trao đổi nhiệt
Số ống của thiết bị trao đổi nhiệt được xác định theo công thức n =
Trong đó
+ F = 34 m2 là tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
+ f = . d. h0: là diện tích xung quanh của một ống truyền nhiệt, m2 + h0 = 3 m là chiều cao ống truyền nhiệt
Thay số n = =
3,14. 0,032. 3= 113 (ống)
Chọn sắp xếp ống theo hình 6 cạnh. Quy chuẩn theo bảng số liệu V.II [3 – 48] ta có - Tổng số ống của thiết bị là n = 127 (ống)
- Số hình 6 cạnh là 6 hình
- Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là b = 13 ống - Số ống trên 1 cạnh của hình 6 cạnh a = 0,5. (b + 1) = 7 ống Vận tốc lỏng chảy trong ống cần đạt ωt Trong đó + Gđ là lưu lượng thể tích chất lỏng (m3) + dt = 0,033 m là đường kính trong của 1 ống
+ Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng tại ttb = 71,12 ℃ là = 1001,125 (kg/m3)
Thay số
8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
= 0,029 m/s
Vận tốc giả thiết:
=
8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Ta thấy
:
− 0,082 − = 64,63% > 5%
= 0,029
0,082
Ta phải chia ngăn để quá trình cấp nhiệt diễn ra ở chế độ xoáy. Số ngăn của thiết bị là
= ω
ωt = 0,082
0,029 Vậy chia không gian trong ống thành 3 ngăn
3.5 Đường kính trong của thiết bị.
Đường kính trong của thiết bị được xác định theo công thức D = t. (b -1) + 4d
Trong đó:
+ d = dn = 36 mm là đường kính ngoài của ống truyền nhiệt + t là bước ống thường t = (1,2 – 1,5) d. Chọn t = 1,4d = 1,5. 0,036 = 0,054 m Thay số D = t. (b – 1) + 4d = 0,054. (13 – 1) + 4. 0,032 = 0,776 m Quy chuẩn D = 0,8 m 8 = 3 ă
KẾT LUẬN
Sau một thời gian cố gắng tìm đọc, tra cứu một số tài liệu tham khảo, cùng với sự giúp đỡ của cô Đặng Thị Tuyết Ngân và các thầy cô giáo trong bộ môn “ Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học” em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao. Qua quá trình này em rút ra được một số nhận xét như sau:
-Việc tính toán một hệ thống cô đặc là việc làm phức tạp, tỉ mỉ và lâu dài. Nó không những yêu cầu người thiết kế phải có những kiến thức thật sự sâu về quá trình cô đặc cũng như phải biết thêm về các thiết bị phụ khác, các quy định trong bản vẽ kĩ thuật,…
-Các công thức tính toán không còn gò bó như những môn học khác, mà dựa trên các giả thiết về điều kiện, chế độ làm việc của thiết bị. Bởi trong khi tính toán người thiết kế đã tính toán đến một số ảnh hưởng của điều kiện thực tế, nên khi đem vào hoạt động hệ thống sẽ có khả năng làm việc ổn định cao.
-Không chỉ có vậy, việc thiết kế đồ án môn quá trình thiết bị này còn giúp chúng em củng cố kiến thức về quá trình cô đặc nói riêng và các quá trình khác nói chung, nâng cao kĩ năng tra cứu, tính toán, xử lí số liệu; trình bày một cách khoa học, và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.
-Việc thiết kế đồ án môn học “ Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học” là một cơ hội cho sinh viên ngành hóa nói chung cũng như bản thân em nói riêng có cơ hội làm quen với công việc của kĩ sư hóa chất.
-Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành, song do những hạn chế về tài liệu, cũng như bất lợi do dịch Covid 19, đồng thời bản thân em vẫn còn có những hạn chế về nhận thức và những kinh nghiệm thực tế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế. Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và giúp đỡ của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và Thiết bị công nghệ Hóa chất tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005.
[2] Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và Thiết bị công nghệ Hóa chất. Tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005.
[3] Nguyễn Bin, Tính toán quá trình và thiết bị trong công nghệ Hóa chất và Thực phẩm tập 1,2, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001.
[4] Phạm Xuân Toản, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ Hóa chất và Thực phẩm tập 3, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2003.
9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com