do an co dac 3 noi nguoc chieu dung dich koh.doc

TRƯƠNG ĐAI HOC NÔNG LÂM HUÊ CỘNG HOÀ XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHI CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ môn: Công nghệ sau thu hoạch --------o0o------- -------------------

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BI

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đăng Việt

Lớp: CNTP43Ngành: Công nghệ Thực Phẩm

1/ Tên đề tài:Thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi ngược chiều.Thiết bị cô đặc phòng đốt trong ống tuần hoàn ngoài.Cô đặc dung dịch KOH

2/ Các số liệu ban đầu:- Năng suất tính theo dung dịch đầu (Tấn/giờ): 10- Nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng): 12- Nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng) 30- Ap suất hơi đốt nồi 1 (at): 3.5- Ap suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng (at): 0,3

3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:- Đặt vấn đề - Chương I: Tổng quan về sản phẩm, phương pháp điều chế, chọn phương án thiết kế.- Chương II:Tính toán công nghệ thiết bị chính.- Chương III:Tính và chọn thiết bị phụ: Thiết bị Baromet, bơm chân không, bơm dung dịch, thiết bị gia nhiệt.- Chương IV: Kết luận.- Tài liệu tham khảo

4/ Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ các loại bản và kích thước các loại bản vẽ):- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1 và A3 đính kèm trong bản thuyết minh.- 1 bản vẽ thiết bị chính, khổ A1.

5/ Giáo viên hướng dẫn:Phần: toàn bộ Họ và tên giáo viên: Tống Thị Quỳnh Anh. 6/ Ngày giao nhiệm vụ: 03/03/20127/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 03/05/2012

Thông qua bộ môn GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2010 (Ký, ghi rõ họ tên)TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN

(Ký, ghi rõ họ tên)

1

MỤC LỤCĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU

CHẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.....................................................7

I. Tổng quan về sản phẩm.................................................................................7

II. Cơ sở lý thuyết và các phương pháp cô đặc.................................................8

1. Định nghĩa.....................................................................................................8

2. Các phương pháp cô đặc...............................................................................10

3. Ứng dụng của sự cô đặc................................................................................10

4. Cấu tạo thiết bị cô đặc...................................................................................10

III. Lựa chọn phương án thiết kế - thuyết minh quy trình công nghệ...............12

1. Lựa chọn phương án thiết kế.........................................................................12

2. Thuyết minh quy trình công nghệ.................................................................12

CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG........14

1. Tính cân bằng vật chất..................................................................................14

1.1. Xác định lượng dung môi bốc hơi..............................................................14

1.2 Xác định nồng độ dung dịch cuối mỗi nồi..................................................15

2. Cân bằng nhiệt lượng....................................................................................16

2.1 Xác định áp suất ban đầu.............................................................................16

2.2 Xác định nhiệt độ trong các nồi..................................................................17

2.3. Xác định các loại tổn thất nhiệt độ trong các nồi.......................................18

2.3.1. Tổn thất do nồng độ gây ra .............................................................18

2.3.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ............................................19

2.3.3. Tổn thất do trở lực của đường ống ................................................21

2.3.4. Tổn thất cho toàn bộ hệ thống.................................................................21

2.3.5. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi.............21

2

2.4. Cân bằng nhiệt lượng.................................................................................22

2.4.1. Tính nhiệt dung riêng..............................................................................22

2.4.2. Tính nhiệt lượng riêng.............................................................................23

3. Tính bề mặt truyền nhiệt...............................................................................27

3.1. Độ nhớt.......................................................................................................27

3.2. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch..................................................................30

3.3. Hệ số cấp nhiệt...........................................................................................31

3.3.1. Về phía hơi ngưng tụ...............................................................................31

3.3.2. Về phía dung dịch sôi..............................................................................33

3.4. Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi.......................................35

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHÍNH...............................................................41

3.1. Buồng bốc..................................................................................................41

3.1.1. Tính số ống truyền nhiệt..........................................................................41

3.1.2. Đường kính thiết bị buồng đốt................................................................41

3.1.3. Chiều dày buồng đốt...............................................................................42

3.1.4. Chiều dày đáy buồng đốt.........................................................................44

3.2. Buồng bốc..................................................................................................46

3.2.1. Đường kính buồng bốc............................................................................46

3.2.2. Chiều cao buồng bốc...............................................................................46

3.2.3. Chiều dày buồng bốc...............................................................................48

3.2.4.Chiều dày nắp buồng bốc.........................................................................49

3.3. Đường kính các ống dẫn.............................................................................50

3.3.1. Đường kính ống dẫn hơi đốt....................................................................50

3.3.2. Đường kính ống dẫn hơi thứ...................................................................51

3.3.3. Đường kính ống dẫn dung dịch...............................................................52

3.3.4. Đường kính ống tháo nước ngưng...........................................................54

3

3.3.5. Đường kính ống tuần hoàn ngoài............................................................56

3.4. Chiều dày vĩ ống........................................................................................56

3.5. Chiều dày lớp cách nhiệt............................................................................57

3.5.1. Chiều dày lớp cách nhiệt của ống dẫn.....................................................57

3.5.2. Tính chiều dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị.......................................60

3.6. Chọn mặt bích............................................................................................62

3.6.1. Mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp................................................62

3.6.2. Bích liền kim loại đen để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn................63

3.7. Chọn tai treo...............................................................................................63

3.7.1. trọng lượng thân thiết bị..........................................................................63

3.7.2. Tải trọng ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn ngoài.................................64

3.7.3. trọng lượng của dung dịch trong thiết bị.................................................65

3.7.4. trọng lượng hơi........................................................................................65

3.7.5. Trọng lượng vĩ ống..................................................................................65

3.7.6. Trọng lượng đáy buồng đốt.....................................................................66

3.7.7. Trọng lượng nắp buồng bốc....................................................................66

3.7.8. Trọng lượng bích.....................................................................................66

3.7.9. Trọng lượng lớp cách nhiệt.....................................................................67

3.7.10. Tổng trọng lượng thiết bị và tải trọng tai treo.......................................67

CHƯƠNG IV: THIẾT BI PHỤ......................................................................69

4.1. Cân bằng vật liệu........................................................................................69

4.1.1. lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ.........................69

4.1.2. Thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị..........69

4.2. kích thước thiết bị ngưng tụ.......................................................................71

4.2.1. Đường kính thiết bị ngưng tụ..................................................................71

4.2.2. Kích thước tấm ngăn...............................................................................71

4

4.2.3. Chiều cao thiết bị ngưng tụ.....................................................................73

4.2.4. Kích thước ống baromet..........................................................................74

4.3. Chọn bơm...................................................................................................76

4.3.1. Bơm chân không.....................................................................................76

4.3.2. Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ......................................................78

4.3.3. Bơm dung dịch lên thùng cao vị.............................................................82

4.3.4. Bơm dung dịch từ nồi 3 vào nồi 2...........................................................84

4.3.5. Bơm dung dịch từ nồi 2 vào nồi 1...........................................................86

4.3.6. Bơm dung dịch từ nồi 1 sang bể chứa sản phẩm.....................................89

4.4. Thiết bị gia nhiệt........................................................................................92

CHƯƠNG V. KẾT LUẬN..............................................................................94

TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................95

5

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng

ảnh hưởng đến nhiều ngành khác. Một trong những sản phẩm được quan tâm sản

xuất khá nhiều là Kali hydroxyt (KOH) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.

Trong quá trình sản xuất KOH, quá trình cô đặc thường được sử dụng để thu

được dung dịch KOH có nồng độ cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng và tiết

kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ.

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược

chiều, phòng đốt trong ống tuần hoàn ngoài, cô đặc dung dịch KOH từ 12% lên

30%

Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ án thiết

bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách

sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp

xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị

với các thông số kỹ thuật cụ thể.

Tuy nhiên, quá trình thiết bị là các môn học rất khó và kiến thức thực tế

của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu xót.

Em rất mong được sự góp ý và chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để có thêm nhiều

kiến thức chuyên môn. Đồ án được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn của

GV Tống Thị Quỳnh Anh và các thầy cô bộ môn khoa cơ khí – công nghệ,

trường Đại học Nông lâm Huế. Em xin chân thành cảm ơn cô Tống Thị Quỳnh

Anh cùng các thầy cô giáo và các bạn đã giúp em thực hiện đồ án này.

6

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM,

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1. Tổng quan về sản phẩm:

Trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện nay, các hóa chất được sử dụng

từ ngành công nghiệp hóa chất có một vai trò không thể thiếu và được ứng dụng

rộng rãi. Kalihydroxyt với công thức hóa học KOH, là một trong những hóa chất

thông dụng với nhiều ứng dụng tực tiễn, hiện nay KOH đang được sản xuất ngày

càng lớn.

Các tính chất vật lý cơ bản của KOH:

KOH là một khối tinh thể trong suốt, không màu, ăn da mạnh.

Nhiệt độ nóng chảy là 360,40C (khan).

Nhiệt độ sôi là 13250C (khan)

Độ nhớt là 1,63 Cp ở 200C (dung dịch 20%)

Nó hấp thu mạnh hơi ẩm và CO2 của không khí, dễ chảy rữa thành K2CO3.

KOH dễ dàng tan trong nước, 100g nước hòa tan được 112g KOH, tỏa nhiều

nhiệt tạo dung dịch KOH. Áp suất hơi của nước ở trên KOH ở nhiệt độ phòng là

0,002 mmHg.

Các ứng dụng của KOH:

Sản xuất dầu diesel sinh học

Sản xuất xà phòng mềm, làm chất tẩy rữa

Tiền thân của các hợp chất kali khác

Làm pin điện phân

Các phương pháp sản xuất:

Điện phân (có màng ngăn) dung dịch KCl:

7

KCl + H2O KOH +

Điều chế KOH từ kali:

Điều chế từ dung dịch K2CO3:

K2CO3 + Ca(OH)2 2KOH + CaCO3

1.2. Cơ sở lý thuyết và các phương pháp cô đặc

1.2.1. Định nghĩa

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa

chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan.

- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể.

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất.

Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân

không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay

trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó:

Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân

hủy vì nhiệt.

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị

phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho

cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác.

Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải

ra ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế.

Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch

nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi

8

được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch không

bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng

cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác

nhau về nồng độ trong hỗn hợp.

Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ

ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đung

nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ.

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi làm

việc gián đoạn hoặc liên tục. Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác

nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển)

thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín

cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì

nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và

dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt.

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý

nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có

thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi

thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba...hơi

thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi

nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên. Điều

kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa

hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và

hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì

hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc ở áp

suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.

1.2.2. Các phương pháp cô đặc

9

Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung dịch chuyển từ trạng thái lỏng sang

trạng thái rắn dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất

tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu

tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để

tăng nồng độ chất tan. Tùy theo tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng

lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi

phải dùng đến máy lạnh.

1.2.3. Ứng dụng của cô đặc

Dùng trong sản xuất thực phẩm: đường, mỳ chính, nước trái cây...

Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ...

1.2.4.Cấu tạo thiết bị cô đặc

1.2.4.1. Phân loại theo cấu tạo

Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc

dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch

dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm:

Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong

hoặc ngoài.

Có buồng đốt ngoài ( không 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 tại 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 trên bề

mặt truyền nhiệt. Gồm:

Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.

Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.

10

Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc

nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực

phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:

Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: sử dụng cho

dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.

Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: sử dụng cho

dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.

1.2.4.2. Phân loại theo phương pháp thực hiện quá trình:

Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi.

Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt

năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch

đạt được là không cao.

Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất

chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. Cô đặc

chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì nhiệt.

Cô đặc ở áp suất dư: dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như

các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình

đun nóng khác.

Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên

lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp lực

hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích

khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.

Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều

khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.

1.3. Lựa chọn phương án thiết kế - Thuyết minh quy trình công nghệ

11

1.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế

Theo tính chất nguyên liệu, cũng như những ưu điểm của dạng thiết bị nói

trên ta chọn thiết bị cô đặc 3 nồi, ngược chiều, phòng đốt trong, ống tuần hoàn

ngoài.

Ưu điểm:

Khi cô đặc ngược chiều thì dung dịch có nhiệt độ cao nhất sẽ đi vào nồi

đầu, ở đây nhiệt độ lớn hơn nên độ nhớt không tăng mấy. Kết quả là hệ số truyền

nhiệt trong các nồi hầu như không giảm đi mấy. Ngoài ra lượng bốc hơi ở cuối

nồi sẽ nhỏ hơn khi cô đặc ngược chiều, do đó lượng hơi nước dùng làm ngưng tụ

hơi trong thiết bị ngưng tụ sẽ nhỏ hơn.

Hệ thống này thường dùng cho dung dịch có độ nhớt cao, ăn mòn.

Nhược điểm:

Do dung dịch đi từ nơi có áp suất thấp đến nơi có áp suất cao nên không

tự di chuyển được mà phải sử dụng bơm để vận chuyển dung dịch,, làm tăng chi

phí.

1.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ

Dung dịch ban đầu trong thùng chứa được bơm ly tâm bơm lên thùng cao

vị qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế sau đó vào thiết bị gia

nhiệt. Tại thiết bị gia nhiệt dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của nồi

3.Tại nồi 3 dung dịch KOH bốc hơi một phần tại buồng bốc, hơi thứ thoát lên

qua thiết bị ngưng tụ, được ngưng tụ còn lượng khí không ngưng còn lại được

bơm chân không hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt. Còn sản phẩm

được bơm vào nồi 2 để tiếp tục quá trình cô đặc, và sản phẩm của nồi 2 được

bơm đi làm nguyên liệu cô đặc của nồi 1, tiếp tục cô đặc đến khi đạt được nồng

độ yêu cầu thì được đưa ra ngoài vào bể chứa sản phẩm. Ở nồi 1 hơi đốt được

12

cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt chính là hơi thứ của nồi 1, hơi đốt

của nồi 3 là hơi thứ của nồi 2, còn hơi thứ của nồi 3 đi vào thiết bị ngưng tụ.

13

CHƯƠNG 2 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ

NĂNG LƯỢNG

1.Tính cân bằng vật liệu :

Thông số và số liệu ban đầu

Dung dịch cô đặc : KOH

Nồng độ đầu của dung dịch : 12%

Nồng độ cuối của dung dịch : 30%

Năng suất tính theo dung dịch đầu : 10000kg/h

1.1 Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung

dịch thay đổi từ xđ đến xc :

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:

Gđ= Gc+ W (1)

Trong đó:

Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h)

W: lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h)

Viết cho cấu tử phân bố:

Gđ.xđ= Gc.xc+ W.xw

Trong đó:

xđ, xc là nồng độ của dung dịch vào ở nồi đầu và ra ở nồi cuối (% khối

lượng)

xem lượng hơi thứ không mất mát ta có:

Gđ.xđ= Gcxc (2)

Vậy lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống:

14

W=Gđ(1- ) = 10000(1- ) = 6000 (kg/h)

Trong đó:

Gđ , Gc : lượng dung dịch ban đầu, dung dịch cuối, kg/h

1.1.1 Sự phân bố hơi thứ trong các nồi:

Gọi W1, W2, W3 là lượng hơi thứ của nồi 1, 2,3 kg/h

Chọn phân bố hơi thứ theo tỉ lệ: = 1,1

Từ cách chọn tỷ lệ này ta tính ra được lượng hơi thứ bốc ra các nồi theo

công thức: W = W1 + W2 +W3 = 6000 kg/h

Nồi 1: W1 = 2193,353kg/h

Nồi 2: W2 = 1993,958 kg/h

Nồi 3: W3 = 1812,689 kg/h

1.2 Xác định nồng độ dung dịch cuối ở từng nồi:

Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, thường

người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích

hợp.

x1 = % khối lượng

= = 30 % khối lượng


15

= = 19,376 % khối lượng


= = 14,657 % khối lượng

x1, x2 , x3 - nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi, % khối

lượng;

W1, W2, W3 - lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi, kg/h;

xđ - nồng độ đầu của dung dịch, % khối lượng;

Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/h;

2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG :

2.1 Xác định áp suất mỗi nồi :

Gọi P1, P2 , P3, Pnt: là áp suất ở nồi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ

:hiệu số áp suất hơi đốt của nồi 1 so với nồi 2

:hiệu số áp suất của hơi đốt nồi 2 so với nồi 3

∆P3: hiệu số áp suất của hơi đốt nồi 3 so với thiết bị ngưng tụ

:hiệu số áp suất của toàn hệ thống

Giả sử rằng sử dụng hơi đốt để dùng bốc hơi và đun nóng là hơi nước bão

hòa

Ta có:

∆P = P1 Pnt = 3,5 0,3 = 3,2 at

16

Giả sử sự giảm áp suất xảy ra giữa các nồi là không bằng nhau và theo tỉ lệ

sau: = 2,5

Mà: P1 + P2 +P3 = P = 3,2 at

Suy ra: P1 = 2,051 at

P2 = 0,821 at

P3 = 0,328 at

Ta có: P1 = P1 P2

P2 = P2 P3

P3 = P3

– Pnt

Suy ra: P2 = P1 - P1 = 3,5 2,051 = 1,449 at

P3 = P2 - P2 = 1,449 0,821 = 0,628 at

2.2 Xác định nhiệt độ trong các nồi

Gọi: thd1 , thd2 , thd3, tnt : nhiệt độ hơi đốt đi vào nồi 1, 2, 3 và thiết bị

ngưng tụ

tht1, tht2 , tht3 :nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2, 3

Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước trừ đi 10C (10C

chính là tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống dẫn), còn nhiệt độ

hơi thứ của nồi cuối cùng thì bằng nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ cộng thêm 10C.

Tra bảng I.250, ST QTTB T1 / 312 và I.251, [2] / 314

17

Bảng 2.1: Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt và hơi thứ ở mỗi nồi

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 TBNT

P (at) T(oc) P (at) T (oc) P (at) T(oc)P

(at)

T(oc

)

Hơi đốt 3,5 137,9 1,449 109,68 0,628 86,564

0,3 68,7Hơi thứ 1,497 110,68 0,654 87,564 0,314 69,7

2.3 Xác định tổn thất nhiệt trong các nồi:

Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm: tổn thất do nồng độ, tổn

thất do áp suất thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống.

2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra (∆’):

Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch bao giờ cũng lớn hơn nhiệt

độ sôi của dung môi nguyên chất.

Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất

gọi là tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ:

Theo Tisencô: ’ = o’f

Mà : f = 16,2.

Suy ra: ∆’ = ∆o’.16,2.

Trong đó:

o’ : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường

f : hệ số hiệu chỉnh.

18

Tm : nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, về giá trị

bằng nhiệt độ hơi thứ, oC

r : ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc, J/kg.

t’ : nhiệt độ hơi thứ, oC

Trong các thiết bị cô đặc liên tục (tuần hoàn tự nhiên hay cưỡng bức) thì

nồng độ dung dịch sôi gần với nồng độ cuối (xc) do đó ’ lấy theo nồng độ cuối

dung dịch.

Tra đồ thị, Hình VI.2, STQTTB,T2/Trang 60,T1/Trang 312.

Bảng 2.2: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ

xc (%kl) o’ ( Co) t’ ( Co ) r (J/kg) ’ ( Co )

Nồi I 30 12,2 110,68 2232,2.103 12,88

Nồi II 19,678 8,4 87,564 2290,6.103 7,723

Nồi III 14,821 7,1 69,7 2333,7.103 5,7

Tổng 3 nồi ∑’ = 1’+ 2’ +3’ = 26,303

2.3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’)

Áp suất của dung dịch thay đổi theo chiều sâu lớp dung dịch : Ở trên bề

mặt thì bằng áp suất hơi trong phòng bốc hơi, còn ở đáy ống thì bằng áp suất trên

mặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống. Trong tính toán,

ta thường tính theo áp suất trung bình của dung dịch :

Ptb = Po + (h1 + ) (at)

Với Po: áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch

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

thoáng của dung dịch, chọn h1 = 0,5m cho cả 2 nồi.

19

h2: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 3m cho cả 3 nồi.

: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3.

=

g: gia tốc trọng trường, m/s2

Để tính ttb của dung dịch KOH ứng với Ptb ta dùng công thức Babo:

( )t = conts

Trong đó:

P: áp suất hơi bão hòa trên bề mặt thoáng của dung dịch

Ps: áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất ở cùng nhiệt độ với P, nội

suy từ bảng I.250/312-[1].

Nồi 1: Ứng với x1= 30% ts1 = 113,44oC (theo bảng I.204/236 –[1])

Pht = 1,497 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps = 1,642 at

Ta có: ρdd = 962,14 (kg/m3) → ρdds = 481,07 (kg/m3)

Suy ra: Ptb = 1,497 + (0,5 + 1,5).481,07.9,81.10-5 = 1,59 at

K = = = 0,69

Mà P = Ptb1 Po = = 2,3 at

ttb = 124,92oC

Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng:

ttm = tth + = 110,68 + 12,88 = 123,48oC

= ttb tm = 124,92 123,48 = 1,36oC

20

Nồi 2: Ứng với x2= 19,376% ts2 104,76oC


ρdd = 901,45 (kg/m3) ρdds = 450,725 (kg/m3)

Suy ra: Ptb = 0,654 + (0,5 + 1,5).450,725.9,81.10-5 = 0,74 at

K = =

Mà P = Ptb2 Po = at

ttb = 96,9oC


ttm = tth + = 87,56 + 7,723 = 95,283oC

Vậy = 96,9 95,283 = 1,617oC

Nồi 3: Ứng với x3 = 14,657% ts3 = 103,16oC


ρdd = 870,23 kg/m3 ρdds = 435,11 kg/m3

Suy ra: Ptb = 0,314 + (0,5 + 1,5).435,11.9,81.10-5 = 0,399 at

K = = = 0,85

Mà P = Ptb3 Po = = 0,469 at

ttb = 76,14oC


ttm = tth + = 69,7 + 5,7 = 75,4 oC

Vậy = 76,14 75,4 = 0,74oC

Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh trên toàn hệ thống:

= 1,36+1,617+0,74 = 3,717 oC

21

2.3.3 Tổn thất do trở lực đường ống ( )

Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là 1oC

Tổn thất nhiệt độ do trở lực gây ra trên cả hệ thống = 3oC

2.3.4 Tổn thất cho toàn hệ thống :

= 26,303 +3,717 + 3 = 33,297oC

2.3.5 Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi:

Cho từng nồi:

Nồi 1:

= = 137,9 109,68 (12,88+1,36+1) = 12,98oC

= = 137,9 12,98 = 124,92oC

Nồi 2:

= = 109,68 86,564 (7,723+1+1,617) = 12,78oC

= = 96,9oC

Nồi 3:

= = 86,564 68,7 (5,7+1+0,74) = 10,424oC

= = 86,564 10,424 = 76,14

Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn hệ thống:

= 137,9 68,7 33,297 = 35,903 oC

2.4 Cân bằng nhệt lượng

2.4.1 Tính nhiệt dung riêng C (J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x<20%

C = 4186.(1 x), J/kg.độ CTI.43/52

x : nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng(%)

Nhiệt dung riêng dung dịch đầu :

22

Cđ = 4186.(1 0,12) = 3683,68 J/kg.độ

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 3 :

C3 = 4186.(1 0,14657) = 3572,458 (J/kg.độ)


C2 = 4186.(1 0,19376)= 3374,921 (J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x>20%

C = Cht.x + 4186.(1 x) J/kg.độ I.44/152

Theo công thức :

MKOH.Cht = CiNi I.41/152

M : Khối lượng mol của hợp chất

Ci : nhiệt dung riêng của đơn chất

Ni : số nguyên tử trong phân tử

Ta có

CK = 26000 (J/kg.độ) ; CO = 16800 (J/kg.độ) ; CH = 9630 (J/kg.độ)

Cht =

= (26000.1 + 16800.1 + 9630.1) = 903,97 (J/kg.độ)


C1 = 903,97.0,3 + 4186.(1 0,3) = 3201,39 (J/kg.độ)

I : nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)

i : nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)

Tra bảng I.249 STQTTB,T1/trang 310, bảng I.250 STQTTB,T1/trang 312)

23

Bảng 2.4 Nhiệt lượng riêng, nhiệt dung riêng của hơi thứ, hơi đốt và nhiệt

độ sôi của dung dịch trong các nồi.

Nồi

Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch

T(oC)I.103

(J/kg)

Cn

(J/kg.độ)t(oC)

i.103

(J/kg)

C

(J/kg.độ)ts(oC)

1 137,9 2737,1 4282,6 110,68 2697,1 3201,39 124,92

2 109,68 2695,4 4232,6 87,56 2657,6 3374,92 96,9

3 86,56 2655,8 4223,3 69,7 2625,8 3572,45 76,14

2.4.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

– D1, D2, D3 là lượng hơi đốt vào nồi 1, 2, 3 (kg/h)

– Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống (kg/h).

– W1, W2, W3 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2, 3. (kg/h).

– C1, C2, C3 là nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1,2,3 (J/kg.độ).

– Cđ, Cc là nhiệt dung riêng của dung dịch dịch vào và ra (J/kg.độ).

– Cn1, Cn2, Cn3 là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3 (J/kg.độ).

– I1, I2, I3 là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3, (J/kg).

– i1, i2, i3 là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, 2, 3, (J/kg).

– tđ, tc là nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, (oC).

– t1, t2, t3 là nhiệt độ sôi của dung dịch nồi 1, 2, 3 ở Ptb (oC)

– là nhiệt độ nước ngưng nồi 1, 2, 3, (oC).

– Qtt1, Qtt2, Qtt3 là nhiệt tổn thất ra môi trường nồi 1, 2, 3, (J)

24

Phương trình cân bằng nhiệt lượng: vào =

Ta có bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng cho mỗi nồi:

Bảng 2.5 Bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng của 3 nồi

Nồi 1

Vào Hơi đốt mang vào D1.I1

Dung dịch mang vào (Gđ (W2+W3)).C2.ts2

Ra

Hơi thứ ra W1.i1

Dung dịch mang ra (Gđ W).C1.ts1

Nước ngưng mang ra D1.Cn1. 1

Tổn thất nhiệt chung 1 0,05D1(I1-Cn1. 1)

Nồi 2

VàoHơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1) D2.I2=W1.i1

Dung dịch ở nồi 1 mang vào (Gđ-W3).C3.ts3

Ra

Hơi thứ ra W2.i2

Dung dịch mang ra (Gđ-(W2+W3)C2.ts2

Nước ngưng mang ra D2Cn2 2

Tổn thất nhiệt chung 2 0,05D2(I2-Cn2. 2)

Nồi 3

VàoHơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 2) D3I3=W2i2

Dung dịch nồi 2 mang vào GđCđtđ

ra

Hơi thứ ra W3i3

Dung dịch mang ra (Gđ-W3)C3ts3

Nước ngưng mang ra D3Ccn3 3

Tổn thất nhiệt chung 3 0,05D3(I3-Cn3 3)

Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hoà, các thông số tra được:

Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ nồi 1 và nồi 2, (tra Bảng I.250/312 )

I = 2737,1.103 kJ/kg

i1 = 2697,1.103 kJ/kg

25

i2 = 2657,6.103 kJ/kg

i3 = 2625,8.103 kJ/kg

Nhiệt độ sôi của dung dịch:

tđ = 76,14 oC

ts1 = 124,92 oC

ts2 = 96,9 oC

ts3 = 76,14 oC

Nhiệt dung riêng của dung dịch:

Cđ = 3683,68 J/kg.độ

C1 = 3201,39 J/kg.độ

C2 = 3374,92 J/kg.độ

C3 = 3572,45 J/kg.độ

Nhiệt độ nước ngưng tụ (xem như bằng nhiệt độ hơi đốt):

= 137,9 oC

= 109,68 oC

= 86,564 oC

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Nồi 1 :

D1I1+(Gđ W2 W3)C2ts2 = W1i1+D1Ccn1 +(Gđ – W)C1ts1+0,05D1(I1 Ccn1 )

D1(0,95I1 0,95Ccn1 )+ W2(i1 C2ts2) + W3(i1 C2ts2) =Gđ(C1ts1 C2ts2)+W(i1

C1ts1) (1)

Nồi 2:

W1i1+( Gđ–W3)C3ts3 = W2i2+( Gđ– W2 – W3)C2ts2 + W1Cn2 + 0,05W1(i1 Cn2 )

W1(0,95i1 0,95Cn2 2) +W2(C2ts2 i2) +W3(C2ts2 C3ts3) = Gđ(C2ts2 C3ts3) (2)

26

Nồi 3:

W2i2+GđCđtđ = W3i3 + (Gđ- W3)C3ts3 + W2Cn2 +

W2(0,95i2 0,95Cn3 3) +W3(C3ts3 i3) = Gđ(C3ts3 Cđtđ) (3)

Mà: W = W1 + W2 + W3 = 6000 (4)

Giải hệ 3 phương trình 3 ẩn ,(2),(3), (4) ta có:

W1 = 2302,536 kg/h

W2 = 1902,005 kg/h

W3 = 1795,459 kg/h

Tính sai số theo công thức:

Bảng 2.6

Theo CBVL, kg/h Theo CBNL,kg/h Sai số, %

Nồi 1 (W1) 2193,353 2302,536 4,742

Nồi 2 (W2) 1993,958 1902,005 4,835

Nồi 3 (W3) 1812,689 1795,459 0,96

Lượng hơi đốt vào nồi 1 tính theo phương trình cân bằng nhiệt lượng nồi 1:

D1 = 2819,102 kg/h

27

3. Tính bề mặt truyền nhiêt:

3.1. Độ nhớt:

Áp dụng công thức Pavolov:

Với: t1,t2: là nhiệt độ chất lỏng có độ nhớt .

:là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt tưng ứng.

Nên: .

Chọn chất chuẩn là nước

Nồi 1 : x = 30% chọn chất chuẩn là nước

t1 = 35oC dựa vào số liệu từ bảng I.21/33/STQTTBT1 ta tìm được d1

= 1,207 g/cm3

sử dụng công thức sau để tính nồng độ đương lượng :

CN = n.CM = n. = 1.

Trong đó : C% nồng độ dung dịch KOH

n là tổng điện tích ion K+ trong phân tử

d là khối lượng riêng của dung dịch KOH

Suy ra : CN = 6,47 (dlg/l)

Tra toán đồ I.21/102/T1, ta có = 1,6.10-3 (N.s/m2)

nhiệt độ của nước tương ứng với : = 3,37 oC

28


= 1,187 g/cm3

Suy ra CN = 6,36 (dlg/l)


nhiệt độ của nước tương ứng với : = 6,4oC

K = = = 1,65

Ta có : = = = 57,87oC

Tra bảng I.102/95/STQTTBT1, ta có = 0,484.10-3 (N.s/m2).

Nồi 2 : x=20,706% chọn chất chuẩn là H2O


= 1,111g/cm3





= 1,093 g/cm3




K = = = 0,973

Ta có : = = = 75,646oC


29

Nồi 3 : x= 15,59% chọn chất chuẩn là H2O


= 1,067g/cm3



nhiệt độ của nước tương ứng với : = 19oC


= 1,049 g/cm3



nhiệt độ của nước tương ứng với : = 30oC

K = = = 0,455

Ta có : = = = 116,02oC


3.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( )

(W/m độ) (công thức I.32, [1] /123)

A : là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với

nước; lấy A = 3,58.10-8

Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg độ)

: khối lượng riêng (kg/m3)

M : khối lượng mol của chất lỏng

Trong đó: M = mi.Mdd + (1-mi).

30

Ta có:

Nồi 1 = 0,121

M1 = 0,121.56 + (1-0,121).18 = 22,598

= 3,58.10-8.3201,39.962,14. = 0,385 (W/m.độ)

Nồi 2 tương tự ta có:

mi2 = 0,077

M2 = 20,926

= 3,58.10-8.3374,921.901,45 = 0,382 (W/m.độ)

Nồi 3 mi3 = 0,056

M3 = 20,128

= 3,58.10-8.3572,458.870,23 = 0,391 (W/m.độ)

3.3 Hệ số cấp nhiệt ( )

3.3.1. Về phía hơi ngưng tụ

1 = 2,04A. (công thức V.101, [2]/ 28)

Với :

31

r: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)

H: chiều cao ống truyền nhiệt (H=3 m)

: hệ số phụ thuộc tm

Ta có: tm = 0,5(tT + tbh ), mà tT =tbh – Δt1

tm = thđ – Δt1/2 , ( tbh = thđ )

Trong đó:

tm : nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng

tT: nhiệt độ của thành ống truyền nhiệt

thđ: nhiệt độ của hơi đốt

: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành

=tbh – tT

Tra bảng I.250/312- ta có:

Bảng 2.7

Nhiệt độ hơi đốt t,0C Nhiệt hóa hơi rhh.103J/kg

Nồi 1 137,9 2156,3

Nồi 2 109,86 2234,9

Nồi 3 86,56 2293,3

Chọn = 0,970C, = 0,920C, = 0,660C

Tra hệ số A (trang 29- [2] ) ta lập bảng sau:

Bảng 2.8

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3

thđ 0C 137,9 109,86 86,56

0C 0,97 0,92 0,66

32

tm 0C 137,415 109,2 85,86

A 193,612 184,766 172,177

Nồi 1:

(W/m2.độ)

Nhiệt tải phía hơi đốt của nồi 1:

(W/m2)

Nồi 2:

(W/m2.độ)

Nhiệt tải riêng phía hơi đốt nồi 2:

(W/m2)

Nồi 3:

(W/m2.độ)

Nhiệt tải riêng phía hơi đốt nồi 3:

(W/m2)

3.3.2.Về phía dung dịch sôi

Ta có:

Với: là hệ số hiệu chỉnh.

là hệ số cấp nhiệt của nước.

Mà theo công thức VI.27, STQTTB, T2/Trang 71

33

Ta có:

Theo CT V.91, STQTTB, T2/Trang 26

W/m2.độ

Trong đó:

lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt

dung riêng và độ nhớt của dung dịch.

lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung

riêng và độ nhớt của nước.

Ta có: ∑ r = r1 + r2 + r3

Chọn theo bảng V.I, STQTTB, T2/ Trang 4.

Mà: Δt = q1.Σr với Σr là tổng nhiệt trở

Trong đó:

Δt : hiệu số nhiệt độ giữa hai bên thành thiết bị

r1: nhiệt trở do lớp nước ngưng

r2: nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống

λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt

: bề dày ống truyền nhiệt ( =2mm)

r3 : nhiệt trở qua lớp vật liệu

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 λ = 50 (W/m độ).

Tra bảng XII.7,STQTTB, T2/ Trang 313.

Chọn r1=0,232.10-3 (m2.độ/W)

r3= 0,387.10-3 (m2.độ/W)

34

∑r=

Ta có: q2 = .

Trong đó: Δt2 là hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi

Δt2 = tT2 – to

tT2: nhiệt độ bề mặt thành ống phía dung dịch

to: nhiệt độ của chất lỏng sôi

tT2 = thđ – Δt1 – Δt

Nồi 1: Ta có: ts1= t21= 124,920C

Ta có: ∆tI= q11.∑r= 9452,165.0,659.10-3= 6,2290C

tT21= thđ ∆tI Δt = 137,9 6,229 0,97 = 130,7010C

Hiệu số cấp nhiệt của nước:

∆t21= tT21 t21= 130,701 124,92 = 5,7810C

Áp suất hơi thứ tại nồi 1:

Ptb1= 1,59 98100= 155979 (N/m2)

αn1= 0,145 5,095,7812,33 1559790,5 = 3414,821 (W/m2.độ)

Tra bảng I.249 STQTTB T1/trang 311

Ta có: Cn= 4262,1 J/kg.độ

µn= 0,223.10-3 N.s/m2

λn= 0,686 W/m.độ

ρn= 936,81 kg/m3

α21= φ1.αn1= 0,466.3414,821= 1591,307 (W/m2.độ)

q21= α21.∆t21= 1591,307.5,781 = 9199,346 (W/m2)

Nên ta có:

35

% < 5%

Vậy nhiệt tải trung bình:

Q1= (W/m2)

Nồi 2: Ta có: ts2= t22= 96,90C

Ta có: ∆tII= q12.∑r= 8747,215.0,659.10-3= 5,7640C

tT22= thđ ∆tII Δt12 = 109,68 5,764 0,92 = 102,9960C


∆t22= tT22 t22= 102,996 96,9 = 6,0960C


Ptb2= 0,74.98100= 72594(N/m2)

αn2= 0,145.6,0962,33.725940,5 = 2636,168 (W/m2.độ)


Ta có: Cn= 4217,5 J/kg.độ

µn= 0,291.10-3 N.s/m2

λn= 0,682 W/m.độ

ρn= 960,51 kg/m3

α22= φ2.αn2= 2636,168.0,553 = 1457,861 (W/m2.độ)

q22= α22.∆t22= 1540,44.6 = 8886,755 (W/m2)

Nên ta có:

%= 1,57% < 5%

Vậy nhiêt tải trung bình:

36

Q2= (W/m2)

Nồi 3: Ta có: ts3= t23= 76,140C

Ta có: ∆tIII= q13.∑r= 6392,773.0,659.10-3= 4,2130C

tT23= thđ ∆tIII Δt13 = 109,68 4,213 0,66 = 81,6910C


∆t23= tT23 t23= 81,691 76,14 = 5,5510C


Ptb3= 0,399.98100= 39141,9 (N/m2)

αn3= 0,145.5,5512,33.39141,90,5 = 1556,23 (W/m2.độ)


Ta có: Cn= 4194 J/kg.độ

µn= 0,361.10-3 N.s/m2

λn= 0,674 W/m.độ

ρn= 970,5 kg/m3

α23= φ3.αn3= 1556,23.0,742 = 1154,723 (W/m2.độ)

q23= α22.∆t23= 1154,723.5,551 = 6409,867 (W/m2)

Nên ta có:

%= 0,267% < 5%

Vậy nhiệt tải trung bình:

Q3= (W/m2)

37

3.4. Tính hế số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi

Xem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi như nhau nên nhiệt độ hữu ích

phân bố trong các nồi là:

(công thức VI.20, [2]/ 68)

Trong đó:

:nhiệt độ hữu ích trong các nồi(0C)

:là nhiệt lượng cung cấp(W)

:là hệ số truyền nhiệt(W/m2.độ)

Trong đó:

:lượng hơi đốt của mỗi nồi

:ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước

Nồi 1:

Q1 = = (W/m2)

K1 = (W/m2.độ)

38

Nồi 2:

(W/m2)

(W/m2.độ)

Nồi 3:

(W/m2)

(W/m2.độ)

Ta có hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn hệ thống là

Nhiệt độ hữu ích của từng nồi là:

Nồi 1:

39

Sai số nhiệt độ hữu ích là:

Nồi 1:

Nồi 2:

Nồi 3:

Vậy thực tế bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là:

Bề mặt truyền nhiệt của nồi 1:



Dựa vào F1, F2, F3 ta có thể thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi có diện tích truyền

nhiệt bằng nhau và bằng 200m2.

40

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHÍNH

3.1. Buồng đốt:

3.1.1. Tính số ống truyền nhiệt:

Chọn loại ống truyền nhiệt có đường kính 38 x 2 mm (theo bảng VI.6,

STQTTBT2/ Trang 80).

Đường kính trong của ống truyền nhiệt: dt=34 (mm)

Chọn chiều cao của ống truyền nhiệt: h=3(m)

Số ống truyền nhiệt:

(ống)

Theo bảng quy chuẩn số ống truyền nhiệt theo bảng V.11, STQTTBT2/ 48.

Chọn n = 631 ống.

Chọn cách xếp ống theo hình lục giác.

Số ống trong các hình viên phân là 90 ống

Số hình sáu cạnh là 14.

Số ống trên đường xuyên tâm của lục giác b= 29 ống.

3.1.2. Đường kính buồng đốt:

(công thức V.141,STQTTB,T2/ 49)

Trong đó :

t là bước ống, thường chọn t= (1,2÷1,5)dn

b là số ống trên đường chéo của hình lục giác đều.

Chọn t=1,3.dn

41

Chọn Dt=1,6(m) (bảng XIII.6, [2]/ 359)

3.1.3. Chiều dày buồng đốt:

Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép chiệu nhiệt CT3 .

Bề dày buồng đốt được xác định theo công thức :

(m) (công thức XIII.8,STQTTB,T2/ 360).

Trong đó :

Dt : đường kính trong của buồng đốt (m), Dt =1,6 (m).

: hệ số bền của thành hình trụ tính theo phương dọc, chọn =0,95

(Theo bảng XIII.8,STQTTB,T2/ 362).

C : hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày, (m)

C=C1+C2+C3

C1: bổ sung do ăn mòn (chọn 1mm)

C2: bổ sung do hao mòn, (bỏ qua)

C3: bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu,

Theo bảng XIII.9,STQTTB,T2/364 ta chọn : C3 = 0,4 mm

C=1+0,4 = 1,4(mm) = 0,0014 (m)

P: áp suất trong thiết bị (at) P=Phd

Nồi 1:

Vật liệu CT3 có giới hạn bền là :

( Tra bảng XII.4,STQTTB,T2/ 309)

Suy ra ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền là :

42

(CT XIII.1và XIII.2 ,STQTTB,T2/ 355)

Trong đó :

:hệ số hiệu chỉnh, chọn =0,9 (bảng XIII.2,STQTTB,T2/ 356)

: hệ số an toàn bền, chọn =2,6 ; = 1,5 ( bảng CT XIII.3,

STQTTB,T2/ 356)

Ứng suất cho phép phải lấy giá trị nhỏ để tính toán đảm bảo điều kiện bền,

tức là lấy = 131,54.106 (N/m2)

Phđ = = 343350 (N/m2)

=

Chọn S1 = 0,004 (m) = 4 (mm) để đảm bảo độ bền.

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

(CTXIII.26,STQTTB,T2/ 365)

Trong đó: P0 là áp suất thử tính theo công thức sau:

P0 = Pth + P1 , N/m2 (CTXIII.27,STQTTB,T2/ 366)

Pth: áp suất thử thủy tĩnh lấy theo bảng XIII.5,STQTTB,T2/358

43

Chọn Pth = 1,5Phđ, vì 0,007.106 < Phđ = 343350 <0,5.106 (N/m2)

P1 là áp suất thủy tĩnh của nước, xác định theo công thức XIII.10,

STQTTB,T2/360.

P1 = g. .H = 9,81.962,14.3 = 28315,78 (N/m2)

Vậy P0 = 1,5.343350 + 28315,78 = 543340,78 (N/m2)

Ta có:

Vậy chọn chiều dày buồng đốt nồi 1 là: S = 4(mm)

Vì buồng đốt nồi 2 và nồi 3 làm việc ở áp suất thấp hơn buồng đốt nồi 1

nên chiều dày buồng đốt nồi 2 và nồi 3 bé hơn chiều dày buồng đốt nồi 1.

Vậy ta chọn chiều dày buồng đốt cho cả 3 nồi là 4mm

3.1.4. Chiều dày đáy buồng đốt:

Đáy cũng như nắp được chế tạo cùng loại vật liệu với thân thiết bị; đáy và

nắp được nối với thân thiết bị bằng cách hàn, ghép bích hoặc hàn liền với thân.

Đối với thân hình trụ thẳng đứng, áp suất trong lớn hơn 7.104 N/m2, thường chọn

đáy hình elip.

Chiều dày S được xác định theo công thức XIII.47,STQTTB,T2/385:

(m)

Trong đó:

hb – chiều cao phần lõi của đáy,m có giá trị bằng:

hb = 0,25.Dt = 0,25.1,6 = 0,4 (m)

= 0,95 (vật liệu cacbon, hàn giáp mối 2 bên).

k – hệ số không thứ nguyên xác định như sau:

44

k = 1 d/Dt

Ở đây d là đường kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng, lấy d = 0,15m.

Vậy k = 1 0,15/2 = 0,925

= 131,54.106 (N/m2) là ứng suất kéo đã tính ở trên.

Nồi 1:

P = Phđ = 3,5.9,81.104 = 343350 (N/m2)

P0 = Pth + P1 = Pth + g. .H = 1,5.343350 + 9,81.962,14.3 = 543340,78

(N/m2)

Ta có:

Vì S C <10mm nên C cộng thêm 2mm so với giá trị tính ở trên.

Vậy nên: C= 1,4 + 2 = 3,4mm.

Do đó: S = 0,0025 + 0,0034 = 0,0059 (m)

Theo bảng XIII.11,STQTTB,T2/384, quy chuẩn S = 6mm

Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thủy lực bằng công

thức:

= 199,95.106(N/m2)

Như vậy: < = 200.106

Do đó, chọn chiều dày cho đáy buồng đốt S = 6mm

45

3.2. Buồng bốc

3.2.1 Đường kính buồng bốc

Chọn đường kính buồng bốc: Dt = 2(m)

3.2.2 Chiều cao buồng bốc

Thể tích không gian hơi được xác định:

(CT VI.32,STQTTB,T2/Trang 71)

Trong đó:

: là thể tích không gian hơi (m3)

: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)

: khối lượng riêng của hơi thứ (kg/m3)

: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi

trong một đơn vị thời gia (m3/m3.h)

Theo công thức VI.33,STQTTB,T2/Trang72

khi P # 1at

Với:

: hệ số hiệu chỉnh

: cường độ bốc hơi cho phép ở P=1at

Thường thì utt=1600-1700(m3/m3.h)

Chọn utt=1600

Chiều cao không gian hơi:

(công thức VI.34, STQTTB,T2/72)

Nồi 1:

Áp suất hơi thứ Pht1 =1,497 (at)

46

0,855(kg/m3)

Tra đồ thị , ta được f =0.93 (hình VI.3, [2]/ 72)

Vậy:

Nồi 2:

Áp suất hơi thứ Pht2=0,654 (at)

Tra đồ thị , ta được f =1,05 (hình VI.3, [2]/ 72)

Khi đó:

Nồi 3:

Áp suất hơi thứ Pht3=0,314 (at)

Tra đồ thị , ta được f =1,535 (hình VI.3, [2]/ 72)

Khi đó:

47

Chọn chiều cao của phần dịch sôi tràn lên phần buồng bốc là 0,512(m).

Vậy chọn chiều cao buồng bốc cho cả 3 nồi là 1,7(m).

3.2.3 Chiều dày buồng bốc

Vật liệu chế tạo buồng bốc là thép CT3 và bề dày buồng bốc tính theo

công thức sau:

(m) CT XIII.8,STQTTB,T2/360

Với: Dt = 2 m

= 0,95

= 131,54.106 (N/m2)

C = 0,0014 m

Nồi 1:

P = Pht + Ptht = 1,497.9,81.104 + 481,07.9,81.0,512 = 149271,98 (N/m2)

(m)

Chọn S = 3 (mm)

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

(N/m2) CT XIII.26,STQTTB,T2/365

Với P0 = 1,5Pht1 + P1

P0 = 1,5.1,497.9,81.104 + 481,07.9,81.0,512 = 222699,83 (N/m2)

48

(N/m2)

Mà (N/m2)

Do đó, S = 3(mm) thỏa mãn điều kiện buồng bốc nồi 1

Chiều dày buồng bốc nồi 1 thỏa mãn được chiều dày buồng bốc của nồi 2 và nồi

3, nên ta chọn chiều dày buồng bốc cho cả 3 nồi là S = 3 (mm).

3.2.4 Chiều dày nắp buồng bốc

Thiết kế nắp cho cả 3 nồi theo hình elip có gờ, vật liệu bằng thép cacbon

CT3.

(m)

Trong đó :

Đường kính trong của buồng bốc Dt =2 (m)

Áp suất : P = Pht1=146855,7 (N/m2)

(N/m2)

Nắp có lỗ được tăng cứng hoàn toàn k = 1

Chiều cao hb của nắp : hb = Dt 0,25 = 0,5 (m).

Nồi 1:

Ta thấy S – C = 1,24 (mm) < 10 (mm) nên giá trị C tính ở trên phải thêm 2

(mm). Như vậy:

C = 0,0014 + 0,002 = 0,0034 (m)

Suy ra: S = 0,00124 + 0,0034 = 0,00464 (m) = 4,64 (mm)

49

Theo bảng XIII.11,STQTTB,T2/384, ta chọn chiều dày S = 5 (mm) cho nắp

buồng đốt nồi 1.

Kiểm tra ứng suất thành nắp với áp suất thử thủy lực theo công thức:

CT XIII.49,SSTQTTB,T2/386

Ta có:

P0 = 1,5Pht1+P1 = 1,5.1,497.9,81.104+481,07.9,81.0,5 = 222699,83 (N/m2)

(N/m2)

Vậy nắp buồng bốc nồi 1 có chiều dày là S = 5 mm.

Chọn chiều dày nắp buồng bốc cho cả 3 nồi là S=5mm.

3.3. Đường kính các ống dẫn

Đường kính ống dẫn và cửa ra vào của thiết bị xác định theo phương trình:

(m) CT VII.42,STQTTB/74

Với: : là lưu lượng khí, hơi, dung dịch chảy trong ống, m3/s

: vận tốc của hơi đi trong ống, m/s.

D: lượng hơi đốt đi trong ống, kg/h;

W: lưu lượng khối lượng, kg/s

v: lưu lượng thể tích riêng, m3/kg.

3.3.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt

Nồi1:

(kg/s)

Ở nhiệt độ thđ = 137,90C (m3/kg)

50

Chọn vận tốc hơi đi trong ống w = 35 (m/s)

Nên d = (m)

Vậy quy chuẩn d1 theo bảng XIII.26, STQTTB,T2/Trang 409, ta lấy:

d1 = 125(mm) và dn1 = 133(mm)

Nồi 2:

(kg/s)



Nên d = (m)


d2 = 200(mm) và dn2 = 219(mm)

Nồi 3:

(kg/s)



Nên d = (m)


d3 = 300(mm) và dn3 = 325(mm)

Vậy chọn đường kính cho cả 3 nồi là d = 300(mm) với đường kính ngoài là dn =

325 (mm)

3.3.2 Đường kính ống dẫn hơi thứ

51

Tương tự như đường kính ống dẫn hơi đốt ta dùng công thức:

CT VII.42,STQTTB/Trang74

Nồi 1:

Đường kính ống dẫn hơi thứ nồi 1 bằng đường kính ống dẫn hơi đốt nồi 2.

Nồi 2:

Đường kính ống dẫn hơi thứ nồi 2 bằng đường kính ống dẫn hơi đốt nồi 3.

Nồi 3:

(kg/s)

Ở nhiệt độ tht3 = 69,70C 5,121 (m3/kg)

Chọn vận tốc đi trong hơi đốt w= 35 (m/s)

Nên d = (m)

Chọn d = 300(mm) với đường kính ngoài dn = 325(mm).

3.3.3. Đường kính ống dẫn dung dịch:

3.3.3.1. Đường kính ống dẫn dung dịch vào thiết bị gia nhiệt:

Giả sử dung dịch ban đầu khi vào thiết bị ở nhiệt độ môi trường: t =

25(oC),

Dựa vào số liệu từ bảng I.21,STQTTB,T1/Trang 33 ta có:

Chọn w = 1 m/s

52

Nên:

Vậy, theo quy chuẩn d bảng XII.26,STQTTB,T2/Trang 409, ta lấy

d= 70 (mm), dn= 76 (mm)

3.3.3.2 Từ thiết bị gia nhiệt vào nồi 3

Ta có:

Giả thiết nồi gia nhiệt tăng nhiệt độ dung dịch đầu từ 250C lên đến nhiệt

độ sôi nồi 3 là 70 0C

Ở t = 700C, xđ = 12% (bảng I.21,STQTTB,T1/33)

Vậy, quy chuẩn d theo bảng XIII.26,STQTTB,T2/Trang 409, ta lấy:

d= 70 (mm), dn= 76 (mm)

3.3.3.3 Từ nồi 3 vào nồi 2

Ta có:

Dung dịch ra khỏi nồi 3 có x3 = 15,59% và ở nhiệt độ là 76,140C

(kg/m3)

Vậy, quy chuẩn d theo bảng XII.26,STQTTB,T2/Trang 409, ta lấy:

53

d= 70 (mm), dn= 76 (mm)

3.3.3.4 Từ nồi 2 vào nồi 1

Ta có:

Dung dịch ra khỏi nồi 2 có x2 = 20,706% và ở nhiệt độ là 96,9(0C)


d= 50 (mm), dn= 57 (mm)

Tóm lại chọn đường kính dung dịch cho toàn hệ thống là d = 70(mm), dn =

76(mm).

3.3.3.5 Ra khỏi nồi 1 đến thùng chứa sản phẩm

Ta có:

Dung dịch ra khỏi nồi 1 có x1 = 30% và nhiệt độ là 124,92(0C)

Vậy, quy chuẩn d theo bảng XIII.26,STQTTB,T2/Trang 409, ta lấy:

d= 40 (mm), dn= 45 (mm)

3.3.4 Đường kính ống tháo nước ngưng

54

Nồi 1: Ta có:

thđ1 = 137,90C


d= 32 (mm), dn= 38 (mm)

Nồi 2: Ta có:

thđ1 = 109,680C


d= 25 (mm), dn= 32 (mm)

Nồi 3: Ta có:

thđ1 = 86,5640C


d= 25 (mm), dn= 32 (mm)

Tóm lại chọn đường kính ống tháo nước ngưng cho toàn hệ thống là:

d= 32 (mm), dn= 38 (mm)

55

3.3.5 Đường kính ống tuần hoàn ngoài

Ta lấy đường kính của ống tuần hoàn ngoài bằng 20% đường kính của buồng đốt

Tức là Dth = 0,2.1,6 = 0,32 (m) = 320(mm)

Tra bảng XIII.26,STQTTB,T2/Trang409 ta chọn đường kính ngoài Dthn =

325(mm).

Bảng 3.1 Đường kính các loại ống dẫn

Ống dẫnĐường kính trong

d(mm)

Đường kính ngoài

dn(mm)

ống dẫn hơi đốt 300 325

ống dẫn hơi thứ nồi 1 200 219



ống dẫn nguyên liệu vào

thiêt bị gia nhiệt70 76

ống dẫn dung dịch 70 76

ống tháo nước ngưng 32 38

3.4 Chiều dày vĩ ống

Vì vĩ ống phải đảm bảo những yêu cầu:

Giữ chặt ống

Giữ nguyên hình dạng của vĩ ống sau khi lắp ống

Chống bị ăn mòn

Nên ta chọn bề dày vĩ ống bằng 10(mm)

3.5 Chiều dày lớp cách nhiệt

56

Để hạn chế nhiệt truyền qua thành thiết bị hay ống dẫn thoát ra ngoài

không khí làm tổn thất nhiệt lượng, ta phải bọc thiết bị hay ống dẫn bằng một vật

liệu dẫn nhiệt kém gọi là lớp cách nhiệt.

3.5.1 Tính bề dày lớp cách nhiệt của ống dẫn

Bề dày lớp cách nhiệt bọc các ống dẫn trong điều kiện cấp nhiệt ra ngoài

không khí chuyển động tự do, nhiệt độ môi trường xung quanh khoảng 200C

được tính theo công thức:

(công thức V.137,STQTTB,T2/Trang 41)

Trong đó:

dn :đường kính ngoài của ống dẫn(không kể lớp cách nhiệt)

:hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt ( W/m.độ)

q :nhiệt tổn thất tính theo 1m chiều dài ống(W/m)

tT2 :nhiệt độ mặt ngoài của ống kim loại chưa kể lớp cách nhiệt

Chọn chất cách nhiệt là bông thủy tinh:

Với:

(W/m.độ) (Bảng I.126,STQTTB,T1/Trang 128)

(Bảng I.1, STQTTB,T1/ Trang8)

3.5.1.1 Ống dẫn hơi đốt

Đại lượng q được tra từ bảng V.7,STQTTB,T2/Trang42, và xem nhiệt độ

tT2 bằng nhiệt độ đi trong ống nếu tổn thất nhiệt độ qua thành ống rất nhỏ, ta có

bảng tổng hợp sau:

57

Bảng 3.2 Lớp cách nhiệt hơi đốtHơi đốt Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3

dn (mm) 219 219 219

tT2 = thđ (0C) 137,9 109,68 86,564

(W/m.độ) 0,0372 0,0372 0,0372

q1 (W/m) 135,32 112,74 95,326

tính (mm) 8,314 7,943 7,51

chọn (mm) 8 8 8

Nồi 1:

Theo quy chuẩn chọn = 9 (mm)

Nồi 2:


Nồi 3:


3.5.1.2 Ống dẫn hơi thứ

Nồi 1:

Ống dẫn hơi thứ nồi 1 là ống dẫn hơi đốt nồi 2 nên bề dày lớp cách nhiệt của ống

dẫn hơi thứ nồi 1 là: = 9(mm).

Nồi 2:

58

Ống dẫn hơi thứ nồi 2 là ống dẫn hơi đốt nồi 3 nên bề dày lớp cách nhiệt của ống

dẫn hơi thứ nồi 2 là: = 8(mm).

Nồi 3:

Theo quy chuẩn chọn = 8(mm)

3.5.1.3 Ống dẫn dung dịch

Bảng 3.3 Tính lớp cách nhiệt cho ống dẫn dung dịch

Dung dịch Sau TBGN Ra nồi 3 Ra nồi 2 Ra nồi 1

dn (mm) 57 57 57 57

tdd (0C) 70 76,14 96,9 124,92

(W/m.độ) 0,0372 0,0372 0,0372 0,0372

q1 (W/m) 36,8 40,184 50,813 63,936

Sau thiết bị gia nhiệt:

Ra nồi 3:

Ra nồi 2:

Ra nồi 1:

59

Chọn chiều dày lớp cách nhiệt chung cho ống dẫn dung dịch là = 5

3.5.1.4 Ống dẫn tuần hoàn ngoài

Ống tuần hoàn nồi 1:

Bề dày lớp cách nhiệt bằng bề dày lớp cách nhiệt của ống dẫn dung dịch

từ nồi 1 sang bể chứa sản phẩm, = 5 (mm)



từ nồi 2 sang nồi 1, = 5 (mm)



từ nồi 3 sang nồi 2, = 5 (mm)

3.5.2 Tính chiều dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị

Tính bề dày lớp cách nhiệt theo công thức sau:

(CT VI.66,STQTTB,T2/ 92)

Với: hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí

(W/m2.độ) (CT VI.67,STQTTB,T2/ 92)

tT2 – nhiệt độ bề mặt cách nhiệt về phía không khí, chọn tT2 = 450C (W/m2.độ)

tT1 – nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị, vì trở lực nhiệt tường

thiết bị rất nhỏ so với trở lực nhiệt của lớp cách nhiệt, cho nên tT1 có thể lấy

bằng nhiệt độ hơi đi trong thiết bị.

tkk – nhiệt độ không khí, tkk = 250C.

- hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, = 0,0372 (W/m.độ).

Nồi 1: Với thân buồng đốt: tT1 = 137,90C

60

Với thân buồng bốc: tT2 = 110,680C

Nồi 2: Với thân thiết bị buồng đốt: tT1 = 109,680C


Nồi 3: Với thân thiết bị buồng đốt: tT1 = 86,5640C


Đối với cả 3 nồi, ta chọn bề dày vật liệu cách nhiệt buồng đốt là 15 mm,

bề dày buồng bốc là 11 mm.

3.6 Chọn mặt bích

Mặt bích là một bộ phận quan trọng để nối các phần của thiết bị cũng như

các bộ phận khác với thiết bị. Những yêu cầu của mặt bích:

Mối ghép phải luôn kín ở áp suất và nhiệt độ làm việc.

Luôn bền, tháo lắp nhanh và đảm bảo sản xuất hàng loạt, giá thành rẻ.

61

h

Với: Dt: đường kính trong của ống hoặc thiết bị.

D0: đường kính ngoài của ống hoặc thiết bị.

Dl: khoảng cách giữa 2 phần lõm (trống) khi ghép bích.

Db: khoảng cách giữa 2 bulong đối diện nhau.

D: đường kính của bích.

db: đường kính của bu-lông.

h: chiều cao của 1 bích.

3.6.1 Mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp

Chọn bích liền bằng thép loại một để nối thiết bị:

Theo bảng XIII.27,STQTTB,T2/417 ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.4. Mặt bích nối thiết bị

Thiết

bịP.106

Dt

(mm)

Kích thước ống nối (mm) Bu-lông h

(mm)D Db Dl D0 db Z

Buồng

đốt0,3 1600 1750 1770 1660 1613 M24 40 35

Buồng

bốc0,1 2000 2141 2090 2060 2015 M20 44 32

62

3.6.2. Bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn

Theo bảng XIII.26,STQTTB,T2/409 ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.5. Bích nối ống dẫn

Ống dẫnDy

(mm)

Dn

(mm)

Kích thước nối Bu-lông h

(mm)D Dt Dl db Z

Hơi đốt 200 219 290 255 232 M16 8 16

Dd vào TBGN 50 57 140 110 90 M12 4 12

Dd vào nồi 50 57 140 110 90 M12 4 12

Dd ra 40 45 130 100 80 M12 4 12

Hơi thứ 300 325 435 395 365 M20 12 22

Nước ngưng 32 38 120 90 70 M12 4 12

Tuần hoàn 300 325 435 395 365 M20 12 22

3.7. Chọn tai treo

Chọn 4 tai treo bằng thép CT3 có khối lượng riêng 7850kg/m3 cho mỗi

nồi. Phải tính tải trọng tác dụng lên tai treo.

Tải trọng cho 1 tai treo là: Q= (N)

Với: G= Gthân +Gnắp+Gđáy+Gcáchnhiệt+Glỏng+Ghơi+Gbích+Gống+Gvĩ

3.7.1. Trọng lượng thân thiết bị Gth:

Tính trọng lượng của thân buồng đốt theo công thức:

M =

Trong đó: ρ- khối lượng riêng của thép, ρ = 7,85.103 kg/m3

Dn- đường kính ngoài của buồng đốt và buồng bốc, m.

63

Dt- đường kính trong của buồng đốt và buồng bốc, m.

H- chiều cao của buồng đốt và buồng bốc, m.

Tính tải trọng của thân thiết bị: G = g.M, g- gia tốc trọng trường, g = 9.81 m/s2

Buồng đốt:

Dt = 1,6 (m); Dn = 1,6 + 2S = 1,6+2.0,004 = 1,608 (m); H = 3 (m)

Buồng bốc:

Dt = 2 (m); Dn = 2 + 2S = 2+2.0,003 = 2,006 (m); H = 1,7 (m)

Tổng tải trọng của thân thiết bị:

Gth = 7124,46(N)

3.7.2. Tải trọng ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn ngoài:

Tính tải trọng của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn ngoài theo công thức:

Gtn

Với: N – số ống truyền nhiệt, N = 631 ống

dn – đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 0,038 (m)

dt – đường kính trong ống truyền nhiệt, dt = 0,034 (m)

H – chiều cao ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn, H = 3 (m)

d1, d2 – đường kính ngoài và trong ống tuần hoàn, m

d1 = 0,3 (m); d2 = 0,325 (m)

64

(N)

3.7.3. Trọng lượng của dung dịch trong thiết bị

Với: H – chiều cao cột chất lỏng H = 3(m)

Khối lượng riên lớn nhất của cột chất lỏng 962,14 (kg/m3)

Tổng số ống truyền nhiệt N = 631 ống

dt = 0,034 (m)

3.7.4. Trọng lượng hơi

3.7.5. Trọng lượng vĩ ống

Vỉ ống để ghép ống. Có 2 vỉ ống trong 1 thiết bị. Đường kính của vỉ ống tương

ứng bằng đường kính trong của buồng đốt.

Tính diện tích chiếm chỗ của vỉ:

Trong đó:

Dt = 1,6 (m); dn = 0,038 (m); N = 631 ống.

65

Chọn chiều cao của vỉ h = 0,015 m

3.7.6. Trọng lượng của đáy buồng đốt

Tra bảng XIII.11,STQTTB,T2/384, ta có khối lượng đáy buồng đốt bằng

137kg.

Vậy Gđ = 137.9,81 = 1343,97 (N)

3.7.7. Trọng lượng của nắp buồng bốc

Tính tải trọng của nắp theo công thức gần đúng sau:

Fn – bề mặt trong của nắp buồng bốc, xác định theo bảng

XIII.10,STQTTB,T2/382. Fn = 4,48 m2

Sn – chiều dày nắp buồng bốc, Sn = 0,005 m

3.7.8. Trọng lượng của bích

Bảng 3.6. Trọng lượng bích

BíchSố lượng

cặpDn D h

Trọng

lượng G

Buồng đốt 2 1,608 1,74 0,028 1540,36

Buồng bốc 2 2,006 2,141 0,032 2213,64

Hơi đốt 1 0,219 0,29 0,016 69,94

Hơi thứ 1 0,325 0,435 0,022 222,48

Ống dẫn dung dịch 2 0,057 0,14 0,012 23,73

66

Tháo nước ngưng 1 0,038 0,12 0,012 18,8

Ống tuần hoàn ngoài 2 0,325 0,435 0,022 222,48

Tổng khối lượng bích 4311,43

3.7.9 Trọng lượng của lớp cách nhiệt

Vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh có = 200 (kg/m3)

Tính trọng lượng của lớp cách nhiệt cho buồng đốt và buồng bốc theo CT:

Với: Dn, Dt là đường kính ngoài và đường kính trong của lớp cách nhiệt

Trọng lượng lớp cách nhiệt buồng đốt:

Trọng lượng của lớp cách nhiệt buồng bốc:

Vậy tổng trọng lượng lớp cách nhiệt: Gcn = 991,03 (N)

3.7.10 Tổng trọng lượng của thiết bị và tải trọng của tai treo

Tổng trọng lượng của thiết bị:

70578,76 (N)

Tải trọng tác dụng lên 1 tai treo:

G1 = (N)

Tra bảng XIII.35,STQTTB,T2/437 ta có bảng sau:

Bảng 3.7 Tai treo bằng thép CT3 đối với thiết bị thẳng đứng

67

Tải trọng phép tác dụng lên một tai treo: 2,5.104 (N).

Bề mặt đỡ: 173 (m2).

Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ:1,45.106 (N/m2)

L

(mm)

B

(mm)

B1

(mm)

H

(mm)

S

(mm)

l

(mm)

A

(mm)

D

(mm)

KL 1 tai

treo,kg

150 120 130 215 8 60 20 30 3,48

68

CHƯƠNG IV: THIẾT BI PHỤ

4.1. Cân bằng vật liệu:

4.1.1.Lượng nước làm nguội cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ:

Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Gn = (kg/s) CT V.51,STQTTB,T2/84

Trong đó:

W3 : Lượng hơi ngưng đi vào thiết bị ngưng tụ (kg/s)

W3 = 1795,459 kg/h = 0,499 kg/s

i : Hàm nhiệt của hơi ngưng tụ (J/kg), i=2620.103 (J/kg)

t2d , t2c : Nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của nước (0C)

Chọn: t2d = 25 0C

t2c = 40 0C

Nhiệt độ trung bình cuả nước: ttb =

Cn: Nhiệt dung riêng trung bình cuả nước (J/kg.độ)

Tra theo ttb ta được Cn =4180,98(J/kg.độ)

Vậy:

Gn = kg/s

4.1.2. Thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị

Lượng khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị là có sẵn

trong hơi thứ, chui qua lỗ hở của thiết bị hoặc bốc ra từ nước làm lạnh.

69

Chính lượng khí không ngưng và không khí này vào thiết bị ngưng tụ đã

làm giảm độ chân không, áp suất hơi riêng phần và hàm lượng tương đối của hơi

trong hỗn hợp giảm, đồng thời làm giảm hệ số truyền nhiệt của thiết bị. Vì vậy

cần phải liên tục hút khí không ngưng và không khí ra khỏi thiết bị.

Lượng khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị:

CT VI.47,STQTTB,T2/ 84

Với:

:lượng khí không ngưng, không khí được hút ra khỏi thiết bị (kg/s)

(kg/s)

Thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:

Vkk = (công thức VI.49, [2]/ 84)

Với:

Vkk: thể tích khí không ngưng và không khí (m3/s)

P: áp suất chung của hỗn hợp khí trong thiết bị ngưng tụ(N/m2)

Ph: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp(N/m2), lấy bằng áp suất

hơi bão hòa ở nhiệt độ của không khí (tkk)

Nhiệt độ của không khí được xác định như sau:

tkk = t2d + 4 + 0,1.(t2c – t2d) = 30,5(0C) (CT VI.50,STQTTB,T2/ 84)

Ph = 0,0447 at

Vậy:

Vkk = = 68,98(m3/h)

70

4.2. Kích thước thiết bị ngưng tụ

4.2.1.Đường kính thiết bị ngưng tụ

Đường kính của thiết bị ngưng tụ được xác định theo công thức:

Dtr = 1,383. (m) CT VI.52,STQTTB,T2/ 84

Với:

Dtr: đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (m)

W:lượng hơi ngưng tụ(kg/s)

:khối lượng riêng của hơi (kg/m3)

Ph= 0,3 at tra bảng I.251,STQTTB,T2/314 suy ra =0,1876 (kg/m3)

:tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ (m/s). Chọn = 30m/s

Dtr = 1,383

Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ là dtr= 500 mm

4.2.2. Kích thước tấm ngăn

Để đảm bảo làm việc tốt , tấm ngăn phải có dạng hình viên phân. Chiều

rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức sau:

b = + 50 (mm) (CT VI.53,STQTTB,T2/ 85)

Với:

:đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (mm)

Vì trên tấm ngăn có nhiều lỗ nhỏ, lấy nước sạch để làm nguội, chọn đường

kính của lỗ là 2mm

71

Ta có:

b = + 50 = 300 (mm)

Chiều cao của gờ cạnh tấm ngăn là 40mm

Chọn chiều dày tấm ngăn là 4mm

Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị

ngưng tụ nghĩa là trên một cặp tấm ngăn:

Với:

Gn: lưu lượng nước(m3/s)

: tốc độ tia nước (m/s); chọn =0,62 (m/s)

: khối lượng riêng của nước (kg/m3); (bảng I.249/STQTTB,T1/310)

=994,55 (kg/m3)

Các lỗ trên tấm ngăn sắp xếp theo hình lục giác đều nên ta có thể xác định bước

của các lỗ bằng công thức

t = 0,866.d CT VI.55,STQTTB,T2/ 85

Với:

d: đường kính của lỗ, (mm).

:tỷ số giữa tổng diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết

bị ngưng tụ, thường lấy = 0,025 – 0,1.

72

Chọn = 0,1

Nên: t = (mm)

4.2.3. Chiều cao thiết bị ngưng tụ:

Để chọn khoảng cách trung bình giữa các tấm ngăn và tổng chiều cao hữu

ích của thiết bị ngưng tụ , ta dựa vào mức độ đun nóng nước và thời gian lưu của

nước trong thiết bị ngưng tụ .

Mức độ đun nóng nước được xác định:

P = CT VI.56,STQTTB,T2/ 85

Với: , : nhiệt độ cuối , đầu của nước tưới vào thiết bị

: nhiệt độ của hơi nước bão hòa ngưng tụ

P =

Tra bảng VI.7,STQTTB,T2/ 86:

Số ngăn = 4, số bậc = 2, khoảng cách giữa các tấm ngăn là 300mm, thời

gian rơi qua mỗi bật là 0,35 s

Tra bảng VI.8,STQTTB,T2/ 88 ta có:

Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là a = 1300mm

Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị là b = 1200mm

Khoảng cách giữa tâm thiết bị ngưng tụ và thiết bị thu hồi:

K1 = 675 mm ; K2= 835 mm

Chiều cao của hệ thống thiết bị H = 4300 mm

Chiều rộng của hệ thống thiết bị: T = 1300 mm

73

Đường kính của thiết bị thu hồi: 400 mm

Chiều cao của thiết bị thu hồi: 1440 mm

4.2.4. Tính kích thước của ông Baromet:

Áp suất trong thiết bị ngưng tụ là 0,3(at) do đó để tháo nước ngưng và hơi

ngưng tụ một cách tự nhiên thì thiết bị phải có ống Baromet.

Đường kính ông Baromet được xác định theo công thức:

dB = (m) CT VI.57,STQTTB,T2/ 86

Trong đó:

Gn: Lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s)

W: Lượng hơi ngưng tụ (kg/s)

: Tốc độ của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống Baromet

Chọn = 0,5m/s

Vậy:

dB =

chọn dB = 250 mm

Chiều cao của ống Baromet được tính theo công thức:

H= h1+h2+0,5 (m) CT VI.58,STQTTB,T2/ 86

Với:

h1: chiều cao của cột nước trong ống cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí

quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ.(m)

h2: chiều cao của cột nước trong ông baromet cần để khắc phục toàn bộ trở

lực của nước khi nước chảy trong ống(m).

0,5(m): chiều cao dự trữ để ngăn ngừa nước dâng lêntrong ống và chảy

tràn vào đường ống dẫn hơi khi áp suất khí quyển tăng.

74

Ta có:

h1 = 10,33 .

Ở đây b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ (mmHg)

b = (1 – 0,3) .760 = 532 (mmHg)

Nên h1 = 10,33.

CTVI.60,STQTTB,T2/ 87).

Hệ số trở lực khi vào đường ống lấy =0,5;khi ra khỏi ống lấy =1 thì công thức

trên có dạng như sau:

Với: H: toàn bộ chiều cao ống Bazomet (m)

d : đường kính trong của ống Bazomet(m)

: hệ số ma sát khi nước chảy trong ống

Để tính ta tính hệ số chuẩn Re khi chất lỏng chảy trong ống Bazomet:

CT VI.4,STQTTB,T2/ 359

Với: dB: đường kính ống dẫn.(m)

: khối lượng riêng của nước, =994,55(kg/m3)

: độ nhớt của nước ở 250C đến 400C , =0,773. (N.s/m2)

Vậy ống Bazomet có chế độ chảy xoáy, ở chế độ chảy xoáy ta có thể xác định hệ

số ma sát theo công thức sau:

75

CT II.65,STQTTB,T1/ 380

Với: : độ nhám tương đối xác định theo công thức sau:


Trong đó:

: độ nhám tuyệt đối: = 0,1(mm)

dtd: đường kính tương đương của ống(m), dtd=0,25(m)

Nên:

Và : H = h1+h2+0,5 = 7,231+0,5+0,0319+9,58.10-4.H

H = 7,77 (m)

Nhưng trong thực tế, còn lấy thêm chiều cao dự trữ để tránh hiện tượng nước

dâng lên ngập thiết bị đó, ta chọn chiều cao của Baromet là 10m.

4.3. Chọn bơm

4.3.1. Bơm chân không

Ngoài tác dụng hút khí không ngưng và không khí, bơm chân không còn

có tác dụng tạo độ chân không cho thiết bị ngưng tụ va thiết bị cô đặc. Trong

thực tế quá trình hút khí là quá trình đa biến nên:

76

Công của bơm chân không:

CT II.242a,STQTTB,T1/465

Với: P1 : áp suất khí lúc hút (N/m2); P1 = Pkk

P2 : áp suất khí lúc đẩy (N/m2).

m : chỉ số đa biến của không khí, lấy m = 1,25.

: hiệu số cơ khí của bơm chân không kiểu pittông, = 0,9.

N : công của bơm chân không ( J/kg).

Vkk: thể tích riêng của khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi hệ

thống (m3/kg).

P1= Pck – Ph = (0,3 – 0,0461).9,81.104 = 24907,59 (N/m2)

Ph: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp

Chọn: P2= 1,033(at) = 101337,3 (N/m2).

Vậy công suất tiêu hao của bơm chân không là: N = 851,11 (W)

Công suất của động cơ điện:

(W)

Với:

: hệ số dự trữ công suất,thường lấy = 1,12

: hiệu suất truyền động , chọn =0,96

: hiệu suất động cơ, chọn =0,95

77

Vậy công suất của động cơ bơm chân không là 10445,22 (W).

4.3.2. Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ:

Chọn bơm ly tâm 1 guồng để bơm nước lạnh lên thiết bị ngưng tụ, ta chọn

chiều cao ống hút và ống đẩy của bơm là: Ho= 15 (m).

Chiều dài toàn bộ đường ống là: 20 (m).

Đường kính ống hút và đẩy:

d = = (chọn = 2m/s)

Chọn đường kính trong của ống dẫn bằng 0,12m.

Công suất hiệu dụng của bơm được tính theo công thức sau:

CT II.189,STQQTTB,T1/ 439

Với: : khối lượng riêng của nước ở 25(oC).=995,68

Q: năng suất của bơm (m3/s).

H: áp suất toàn phần (áp suất cần thiết để chất lỏng chảy trong ống)

: hiệu suất của bơm, chọn =0,85 (bảng II.32, [1]/ 439)

H = Hm + Ho+ Hc (m). CT II.185,STQTTB,T1/438

Trong đó:

Hm : trở lực thủy lực trong mạng ống.

Hc : chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy và đầu ống hút.

Ho : tổng chiều dài hình học mà chất lỏng được đưa lên ( gồm chiều

cao hút và chiều cao đẩy )

78

Tính Hm :

(m) CT1-102, [4]/ 64

H1 = : trở lực do ma sát

H2 = : trở lực cục bộ

Khi đó :

Với:

l: chiều dài toàn bộ ống, l = 20(m).

d: đường kính trong của ống, d = 0,12(m).

: tốc độ của nước trong ống, = 2(m/s)

: hệ số ma sát

: hệ số trở lực chung.

Hệ số ma sát được xác định qua chế độ chảy Re:

Với:

: độ nhớt của nước ở 25(oC)

=0,8937.10-3(N.s/m2) ( Bảng I.102,STQTTB,T1/ 94)

Nên trong ống có chế độ chảy xoáy, nên ta dùng công thức sau để tính hệ số ma

sát:

Hệ số ma sát được xác định:

79


Với:

là độ nhám tương đối được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

d tđ : đường kính tương đối của ống(m)

: độ nhám tuyệt đối, = 0,1(mm)

(W/m.độ)

Tổng trở lực được xác định theo bảng II.16,STQTTB,T1/ 382:

cửa vào= 0,5 (Bảng N010)

cửa ra= 1 (Bảng N010)

Co 900 = 0,38 (6 khuỷu) (Bảng N029)

van tiêu chuẩn= 4,4(Bảng N037)

van một chiều= 6,84 (Bảng N047)

Vậy:

80

Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy và đầu ống hút:

Với: P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy.

Áp suất toàn phần của bơm là:

H = 3,74 + 15 + (- 7,02) = 11,72(m)

Công suất của bơm:


Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để tránh

hiện tượng quá tải. Vì Ndc nằm trong khoảng 1 5 (KW) nên tra bảng II.33,

STQTTB,T1/ 440, chọn hệ số dự trữ =1,3

Nên : = .Nđc =

4.3.3. Bơm dung dịch lên thùng cao vị

Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 15 (m).

Chiều dài của ống là 20(m)

Công suất của bơm được tính theo công thức:

CTII.189,STQTTB,T1/439

Với: : hiệu suất của bơm, chọn = 0,85

81

: khối lượng riêng của dung dịch có C = 12%; t = 25(oC)

= 1073,72(kg/m3) Bảng I.21,STQTTB,T1/ 58

Q : năng suất của bơm (m3/s)

G: lưu lượng bơm (Kg/s)

H : áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động trong ống

H= Hm+ Hc+Ho

Với: Hm: trở lực trong mạng ống

Hc: chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy, đầu ống hút

Ho: chiều cao ống hút và đẩy, chọn: Ho=15(m)

Tính Q:

Với: Gd là lượng dung dịch đầu (kg/s)

Đường kính ống hút và ống đẩy:

= (chọn = 1m/s)

Chọn đường kính ống hút và đẩy dung dịch lên thùng cao vị d = 60(mm)

Vậy vận tốc thực là 0,915 m/s

= 1,1.10-3(N.s/m2) tra toán đồ I.21,STQTTB,T1/102

Tính Hm:

Hệ số ma sát được tính qua chế độ chảy Re:

Có chế độ chảy xoáy, suy ra:

82

(W/m.độ)

Với:

Tổng trở lực: theo bảng II.16,STQTTB,T1/Trang 382; ta có:



Co 900= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng N034)

van tiêu chuẩn= 4 (Bảng N037)


Vậy:

Áp suất toàn phần của bơm:

H= 0,998 + 15 = 15,998(m).



= (KW)

83

Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để

tránh hiện tượng quá tải. Vì Ndc <1KW (tra bảngII.33, [1]/ 440) chọn hệ số dự trữ

= 1,7

Suy ra: (KW)

4.3.4. Bơm dung dịch từ nồi 3 vào nồi 2





: khối lượng riêng của dung dịch có C = 15,59%; t = 76,14(oC)


= 0,242.10-3 (N.s/m2)




H= Hm+ Hc+Ho




Tính Q:



84

d = (chọn = 1m/s)



Tính Hm:



(W/m.độ)

Với:




Co 900= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng N034)

van tiêu chuẩn= 4,45 (Bảng N037)

chắn= 0,5 (Bảng N047)

85

Vậy:

Hc = =


H= 0,65 + 11,53 +8 = 20,18(m).



= (KW)



= 1,7

Suy ra: (KW)

4.3.5. Bơm dung dịch từ nồi 2 vào nồi 1





: khối lượng riêng của dung dịch có C = 20,706%; t = 96,9(oC)


= 0,377.10-3 (N.s/m2)


86



H= Hm+ Hc+Ho




Tính Q:



d = (chọn = 1m/s)



Tính Hm:



(W/m.độ)

87

Với:




Co 900= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng N034)


chắn= 0,5 (Bảng N047)

Vậy:

Hc = =


H= 0,79+ 11,09 +8 = 19,88(m).



= (KW)



= 1,7

88

Suy ra: (KW)

4.3.6. Bơm dung dịch từ nồi 1 sang bể chứa sản phẩm:

Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 1(m).

Chiều dài của ống là 10 (m)


(CTII.189,STQTTB,T1/439)


: khối lượng riêng của dung dịch có C =30%; t = 124,92(oC)

= 962,14(kg/m3)




H= Hm+ Hc+Ho




Tính Hm

Chọn đường kính ống hút và đẩy dung dịch d = 50(mm)

= 0,484.10-3(N.s/m2)


89


Với:




Co 900= 0,38 (3 cái) (Bảng N029)



Vậy:

Tính Hc:

P1: áp suất đầu ống hút, P1=0.258(at) (bỏ qua áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng

trong ống truyền nhiệt).

P2: áp suất cuối ống đẩy, P2=1at

90

(m)


H= 1+ 0,51 + 6,91 = 8,42(m).



=


tránh hiện tượng quá tải. Vì Ndc <1(kW) (tra bảngII.33, [1]/ 440), chọn hệ số dự

trữ =1,7.

Suy ra: N= .Nđc=

4. Thiết bị gia nhiệt:

4.1. Mục đích:

Mục đích của quá trình gia nhiệt ở thiết bị gia nhiệt đó là nâng nhiệt độ dung

dịch nước mía lên đến điểm sôi trước khi vào hệ thống cô đặc. Khi vào thiết bị

cô đặc thì dung dịch nước mía sôi và bốc hơi ngay nên rút ngắn được thời gian

cô đặc và không phải mất thêm nhiệt lượng cho việc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

4.2. Cân bằng nhiệt lượng:

Thông số các dòng:

Dung dịch KOH:

nồng độ: x= 12%

nhiệt độ đầu: tlv=25 0C

91

nhiệt độ cuối: tlr=700C

Hơi đốt:

áp suất: Ph=3,5 at

Cân bằng năng lượng:

Trong đó:

Gv, Gr: lưu lượng dung dịch vào và ra khỏi thiết bị gia nhiệt(kg/h)

Cv, Cr: nhiệt dung riêng của dung dịch trước và sau khi gia nhiệt (J/kg.độ)

tv, tr: nhiệt độ dung dịch trước và sau khi gia nhiệt(0C)

Gh, Gng: lượng hơi vào gia nhiệt và nước ngưng thoát ra(kg/h)

ihv, ing: nhiệt lượng của hơi đốt và ngước ngưng(J/kg)

Qtt: nhiệt lượng tổn thất(J)

Giả sử không có hiện tượng quá lạnh nước ngưng, tức nhiệt độ nước ngưng bằng

nhiệt độ hơi đốt, khi đó: ihd ing=r là ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt.

Vì Gv=Gr, Ghd=Gng nên phương trình cân bằng nhiệt lượng trở thành:

Ghvr = Gv(Crtr Cvtv) + Qtt

Giả thiết Qtt=0.5Ghvr

Khi đó lượng hơi đốt cần cung cấp cho thiết bị gia nhiệt:

Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi gia nhiệt:

(J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi gia nhiệt:

Cr=3951,49(J/kg.độ)

92

KẾT LUẬN

Qua thời gian tìm hiểu và tính toán, về cơ bản tôi đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án

của mình. Trong đó bao gồm việc tìm tiểu, tính toán, xác định thông số công

nghệ, các yếu tố ảnh hưởng trục tiếp đến quá trình cô đặc, tính toán năng lượng

và lựa chọn thiết bị, thiết kế một thiết bị cơ bản. Qua đồ án tôi đã tiếp thu được

nhiều kiến thức mới, hiểu biết thêm về quá trình cô đặc cũng như quá trình

truyền nhiệt, cơ học, phương pháp thiết lập, đọc và hiểu một bản vẽ thiết bị. Tuy

nhiên vẫn còn một số khó khăn trong quá trình làm đồ án như tài liệu tham khảo

còn hạn chế, chưa trực tiếp quan sác hệ thống làm việc nên vẫn còn một số sai

sót trong tính toán cũng như lập luận. Tôi xin cảm ơn thầy cô đã gíp đỡ tôi hoàn

thành đồ án này.

94

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TS Trần Xoa, TS nguyễn Trọng Khuôn, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay quá trình thiết

bị công nghệ công nghệ hóa chất – tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà

nội.

1. TS Trần Xoa, PgsTS nguyễn Trọng Khuôn, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay quá

trình thiết bị công nghệ công nghệ hóa chất – tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kỹ

thuật Hà nội.

3. TS Phạm Xuân Toản, quá trình và công nghệ hóa chất – tập 3, Nhà xuất bản

khoa học và kỹ thuật Hà nội.

95

do an co dac 3 noi nguoc chieu dung dich koh.doc

Documents