nhom9- cô Đặc naoh 2 nồi xuôi chiều-báo cáo Đề tài

7/21/2019 Nhom9- Cô Đặc NaOH 2 Nồi Xuôi Chiều-báo Cáo Đề Tài

http://slidepdf.com/reader/full/nhom9-co-dac-naoh-2-noi-xuoi-chieu-bao-cao-de-tai 1/81

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌCBỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

Đề tài:

THIẾT K Ế HỆ THỐNG CÔ ĐẶC2 NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NaOH

Giảng viên hướ ng dẫn: PHẠM QUỲNH THÁI SƠN

Sinh viên thực hiện: BÙI TẤ N CHÂU

MSSV: 10044771Lớ p: DHHC6

Khoá: 2010 – 2014

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2013



ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

Đề tài:

THIẾT K Ế HỆ THỐNG CÔ ĐẶC

2 NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NaOH

Giảng viên hướ ng dẫn: PHẠM QUỲNH THÁI SƠN

Sinh viên thực hiện: BÙI TẤ N CHÂU

MSSV: 10044771Lớ p: ĐHHC6

Khoá: 2010 - 2014

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2013



i

LỜI CẢM ƠN

Đồ án học phần thực hiện trong thời gian ngắn với sự giúp đỡ của nhiều

người mà em muốn nói lời cám ơn.

Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô trường Đại học Công Nghiệp Thành

Phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt cho em những kiến thức nền, những kinh

nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường trong hơn 3 năm qua, đó là

nền tảng giúp em có cơ sở làm đề tài này.

Đặc biệt, em xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy PHẠM QUỲNH THÁI

SƠN - GVHD em trong suốt quá trình làm đồ án học phần. Mặc dù bận rộn nhiềucông việc giảng dạy nhưng thầy luôn có những hướng dẫn sát sao, cụ thể, chi tiết

trong quá trình định hướng lựa chọn đề tài và trong quá trình hoàn thành Báo cáo

đồ án.

Xin chân thành cám ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 6 năm 23

Sinh viên

Bùi Tấn Châu



ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

----- // ----- ----- // -----

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ

HỌ VÀ TÊN: BÙI TẤ N CHÂU MSSV: 10044771 ......................................... LỚP: ĐHHC6

. Tên đồ án:

THIẾT K Ế HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU DÙNG ĐỂ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH

2. Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)

Số liệu ban đầu: Gđ = 3 Kg/h Xđ= 8% , Xc= 35% (theo khối lượ ng)

Nội dung:

- Giớ i thiệu tổng quan (nguyên liệu quá trình cô đặc và quá trình cô đặc)- Quy trình cô đặc ( sơ đồ , thuyết minh quy trình)- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượ ng- Tính toán thiết bị chính- Bản vẽ quy trình khổ A1 , bản vẽ chi tiết thiết bị chính khổ A1.

3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/05/2013

4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 14/07/2013

5. Họ và tên người hướ ng dẫn: Th.S PHẠM QUỲNH THÁI SƠN

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 5 năm 23

TỔ TRƯỞ NG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚ NG DẪ N

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Trần Hoài Đứ c

PHẦ N DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Ngườ i duyệt: ........................................................ .......................

Đơn vị: ...................................................... ..................................

Ngày bảo vệ ......................................................... .......................

Điểm tổng k ết: ............................................................................

Nơi lưu trữ:



iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

...............................................................................................................................................................

.. .............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

Phần đánh giá:

Ý thức thực hiện: ....................................................................................................

Nội dung thực hiện: ................................................................................................

Hình thức trình bày: ................................................................................................

Tổng hợ p k ết quả: ...................................................................................................

Điểm bằng số: .................................... Điểm bằng chữ: ................................................

Tp. H ồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm 2013

Giáo viên hướ ng dẫn

Th.s Phạm Huỳnh Thái Sơn



iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

..............................................................................................................................................................................

Phần đánh giá:

Ý thức thực hiện: ....................................................................................................

Nội dung thực hiện: ................................................................................................

Hình thức trình bày: ................................................................................................

Tổng hợ p k ết quả: ...................................................................................................

Điểm bằng số: ...................................... Điểm bằng chữ: ................................................

Tp. H ồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm 2013

Giáo viên phản biện



v

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1.Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ..................................................................................... 9

Bảng 2.2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆’ .......................................................................... 10

Bảng 2.3. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (∆’’ ) ............................................................ 10

Bảng 2.4: Các thông số đầu vào ra của nồi 1và nôi 2 .......................................................... 15

Bảng 2.5.Cân bằng vật chất và năng lượ ng toàn bộ hệ thống.............................................. 16

Bảng 3.1: Hệ số cấ p nhiệt nồi 1 và nồi 2 ............................................................................. 18

Bảng 3.2: Hằng số vật lý của nướ c và dung dich ở nhiệt độ sôi nồi 1................................. 20

Bảng 3.3:Hằng số vật lý của nướ c và dung dich ở nhiệt độ sôi nồi 2.................................. 22

Bảng 3.4: Bảng hiệu số hữu ích của từng nồi ...................................................................... 24

Bảng 3.5: Bảng bề hệ số hữu ích ∆hi của hai nồi ................................................................ 25

Bảng 3.6: Bề mặt truyền nhiệt của 2 nồi.............................................................................. 26

Bảng 3.7. Đườ ng kính các loại ống dẫn cho toàn bộ hệ thống ............................................ 49

Bảng 3.8. Ống dẫn hơi đốt ................................................................................................... 50

Bảng 3.9 :Ống dẫn hơi thứ ................................................................................................... 51

Bảng 3.10.Ống dẫn dung dịch ............................................................................................. 52

Bảng 3.. Kích thướ c bích nối buồng đốt, buồng bốc nồi 1 .............................................. 54

Bảng 3.2. Kích thướ c bích nối buồng đốt, buồng bốc nồi 2 .............................................. 55

Bảng 3.3. Kích thướ c bích nối các ống dẫn ....................................................................... 55

Bảng 3.14. Khối lượ ng bích ................................................................................................. 59

Bảng 3.15. Các thông số của tai treo ................................................................................... 60

Bảng 3.16. Bảng thông số thiết bị chính .............................................................................. 61

Bảng 4.1:Hằng số vật lý của nướ c và dung dich ở nhiệt độ vớ i nồng độ 18% .................... 64

Bảng 4.2. Thông số thiết bị phụ (TBGN) ............................................................................ 66



vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.. Sơ đồ dây chuyền công nghệ cô đặc chân không dung dịch NaOH 2 nồi

xuôi chiều. .............................................................................................................. 3Hình 2. sơ đồ cân bằng nhiệt lượng hệ thống .................................................... 12

Hình 3.1. Thân buồng đốt .................................................................................... 27

Hình 3.2. Hình phân bố ống truyền nhiệt theo hình lục giác ............................... 28

Hình 3.3. Bề dày đáy nón ..................................................................................... 35

Hình 3.4. Nắ p buồng bốc ..................................................................................... 42

Hình 3.5. Bích nối thiết bị .................................................................................... 53



vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TBGN: THIẾT BỊ GIA NHIỆT

CT: CÔNG THỨC

QTTB: QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

CN: CÔNG NGHỆ

NL: NGUYÊN LIỆU

TNG: THÁO NƯỚC NGƯNG



viii

MỤC LỤC

CHƯƠNG : GIỚI THIỆU TỔ NG QUAN ............................................................... 1

1.1. Tổng quan về nguyên liệu .................................................................................... 1

1.2. Tổng quan về quá trình cô đặc ............................................................................. 1

.3. Cô đặc nhiều nồi ................................................................................................... 2

1.4 : Mô tả quy trình công nghệ sản xuất .................................................................... 3

1.4.1 . Lựa chọn quy trình công nghệ ......................................................................... 3

1.4.2. Mô tả dây chuyền công nghệ ............................................................................ 4

1.4.2.1. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều ......................... 4

1.4.2.2. Nguyên lý làm việc của hê thống thiết bị cô đặc ........................................... 5

1.4.2.3. Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc ................................................................ 5

1.4.2.4. Nguyên lý làm việc của ống tuần hoàn trung tâm.......................................... 5

1.4.2.5. Thiết bị ngưng tụ Baromet và thiết bị phụ khác ............................................ 6

CHƯƠNG 2 : TÍNH CÂN BẰ NG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢ NG ...................... 7

2.1. Tính toán cân bằng vật chất ................................................................................. 7

2.2. Cân bằng năng lượ ng ........................................................................................... 8

2.2.. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi ................................................................ 8

2.2.2. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ............................................................................... 8

2.2.3. Xác định nhiệt độ tổn thất ∆ .............................................................................. 9

2.2.3.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆’ .................................................................... 9

2.2.3.2. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (∆’’ ) ..................................................... 10

2.2.3.3. Tổn thất nhiệt do tr ở lực thủy lực trên đườ ng ống (∆”’) ............................. 11

2.2.3.4. Tổn thất chung trong toàn hệ thống cô đặc .................................................. 11

2.2.4. Hệ số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi ..................................................... 11

2.2.5. Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi ................................................. 12

2.2.6. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở mỗi nồi .............................................. 13

2.2.6.1. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượ ng ....................................................... 14

2.2.6.2. Kiểm tra lại giả thuyết phân bố hơ i thứ ở các nồi ........................................ 15

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT K Ế THIẾT BỊ CHÍNH (NỒI CÔ ĐẶC)......... 17

3.1 . Tính toán bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt .................................................... 17



ix

3.1.1. Tính hệ số cấ p nhiệt α1 khi ngưng tụ hơi ........................................................ 17

3.1.2. Tính hệ số cấ p nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi ................................. 18

3..3. Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi để kiểm tra đối chiếu ........................... 23

3.1.3.1. Hệ số truyền nhiệt giữa hai lưu thể .............................................................. 23

3.1.3.2. Tính hiệu số nhiệt hữu ích trong từng nồi .................................................... 24

3.1.3.3. Tính bề mặt truyền nhiệt F ........................................................................... 25

3.2.Tính toán buồng đốt ............................................................................................ 27

3.2.. Đườ ng kính buồng đốt .................................................................................... 29

3.2.2. Bề dày của thân buồng đốt .............................................................................. 31

3.2.3. Bề dày đáy buồng đốt ...................................................................................... 35

3.3. Tính toán buồng bốc ........................................................................................... 38

3.3..Đườ ng kính buồng bốc ..................................................................................... 38

3.3.2.Chiều cao buồng bốc ........................................................................................ 38

3.3.3. Bề dày buồng bốc ............................................................................................ 40

3.3.4. Bề dày nắ p buồng bốc ..................................................................................... 42

3.4. Đườ ng kính các ống dẫn .................................................................................... 44

3.4.. Đườ ng kính ống dẫn hơi đốt ........................................................................... 45

3.4.2. Đườ ng kính ống dẫn hơi thứ ........................................................................... 45

3.4.3.Đườ ng kính ống dẫn dung dịch ........................................................................ 46

3.4.3..Đườ ng kính ống dẫn dung dịch đầu vào thiết bị gia nhiệt ............................ 46

3.4.3.2. Đườ ng kính ống tháo nước ngưng ............................................................... 48

3.5.Chiều dày vỉ ống ................................................................................................. 49

3.6. Chiều dày lớ p cách nhiệt .................................................................................... 50

3.6.1.Tính bề dày lớ p cách nhiệt của ống dẫn ........................................................... 50

3.6.1.1. Ống dẫn hơi đốt ............................................................................................ 50

3.6.1.2. Ống dẫn hơi thứ ............................................................................................ 51

3.6.1.3. Ống dẫn dung dịch ....................................................................................... 52

3.6.2.Tính bề dày lớ p cách nhiệt của thân thiết bị .................................................... 52

3.7. Chọn mặt bích .................................................................................................... 53

3.7.1. Buồng đốt ........................................................................................................ 53



x

3.7.2. Buồng bốc ....................................................................................................... 54

3.8. Chọn tai treo ....................................................................................................... 55

3.8.1. Khối lượng đáy buồng đốt .............................................................................. 56

3.8.2.Khối lượ ng thân buồng đốt .............................................................................. 56

3.8.3. Khối lượ ng nắ p buồng bốc .............................................................................. 56

3.8.4. Khối lượ ng thân buồng bốc ............................................................................. 56

3.8.5. Khối lượ ng lớ p cách nhiệt ............................................................................... 57

3.8.6. Khối lượ ng cột chất lỏng ................................................................................. 57

3.8.7. Khối lượ ng cột hơi .......................................................................................... 58

3.8.8. Khối lượ ng bích .............................................................................................. 58

3.8.9. Khối lượ ng ống truyền nhiệt ........................................................................... 59

3.8.10. Khối lượ ng vỉ ống ......................................................................................... 59

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ............................................................ 62

4.1. Tính thiết bị gia nhiệt ......................................................................................... 62

4.1.1 Nhiệt lượng trao đổi : ( Q) ............................................................................... 62

4.1.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích: ................................................................................ 62

4.1.3. Bề mặt truyền nhiệt ......................................................................................... 65

K ẾT LUẬ N ............................................................................................................... 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 68



xi

LỜI MỞ ĐẦU

Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác, thường

phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng, hoặc lỏng trong lỏng. Đểnâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật người ta cần

dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch. Phương pháp phổ biến là

dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi, khi đó nồng độ dung

dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn.

Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc dạng ống tuần hoàn trung tâm, tuần

hoàn cưỡng bức, phòng đốt ngoài, …trong đó thiết bị cô đặc có tuần hoàn có ống

tuần hoàn trung tâm được dùng phổ biến vì thiết bị này có nguyên lý đơn giản, dễ

vận hành và sửa chữa, dùng cô đặc dung dịch có độ nhớt tương đối và cao… dây

truyền thiết bị có thể dùng nồi, 2 nồi, 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo ra sản phẩm

theo yêu cầu. Trong thực tế người ta thường sử dụng thiết hệ thống 2 nồi hoặc 3

nồi để có hiệu suất sử dụng hơi đốt cao nhất, giảm tổn thất trong quá trình sản

xuất.

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư công nghệ là thiết kế mộtthiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, chúng em được phân

công đồ án học phần. Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên

trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng

kiến thức của các môn “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” trên cơ sở lượng

kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan mỗi sinh

viên có thể tự tính toán thiết kế một thiết bị công nghệ theo yêu cầu. Qua việc làm

đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra

cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong tính toán và thiết kế, tự nâng

cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một

cách có hệ thống.

Trong đồ án môn học này, chúng em cần thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi

xuôi chiều, thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch NaOH

với công suất 3 kg/h từ nồng độ đầu 8% lên tới 35% theo khối lượng.



1

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nguyên liệu

Natri hiđroxit hay (công thức hóa học là NaOH) hay thường được gọi là xút hoặc

xút ăn da, ở dạng nguyên chất là chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối lượngriêng 2, g/cm³, nóng chảy ở 38oC (59K) và sôi ở 39°C (663K) dưới áp suất khí

quyển. NaOH tan tốt trong nước ( g/l ở 2oC) và sự hoà tan toả nhiệt mạnh.

NaOH ít tan hơn trong các dung môi hữu cơ như metanol, etanol… NaOH rắn và dung

dịch NaOH đều dễ hấp thụ CO2 từ không khí nên chúng cần được chứa trong các

thùng kín.

Dung dịch NaOH là một bazơ mạnh, có tính ăn da và có khả năng ăn mòn cao.Vì vậy, ta cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị và đảm bảo an toàn lao động trong quá

trình sản xuất NaOH.

Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành sản xuất hoá chất

cơ bản và lâu năm. Nó đóng vai trò to lớn trong sự phát triển của các ngành công

nghiệp khác như dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, giấy, dệt nhuộm, xà phòng và

chất tẩy rửa,…Natri hydroxit cũng được sử dụng chủ yếu trong các phòng thí nghiệm.

Trước đây trong công nghiệp, NaOH được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)2 tác

dụng với dung dịch Na2CO3 loãng và nóng. Ngày nay, người ta dùng phương pháp

hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hoà. Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu

được thường có nồng độ rất loãng, gây khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để

thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến một

nồng độ nhất định theo yêu cầu.

1.2. Tổng quan về quá trình cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch gồm hai

hay nhiều cấu tử bằng cách tách bớt một phần dung môi bằng phương pháp sử dụng

nhiệt độ hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng –

rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng

cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn).

Trong cô đặc cần hiểu rõ các khái niệm:



2

- Hơi đốt: hơi dùng để đun sôi dung dịch

- Hơi thứ: hơi bốc lên từ nồi cô đặc

- Hơi phụ: hơi lấy ra làm hơi đốt cho thiết bị ngoài hệ thống cô đặc

Quá trình cô đặc thường dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăngnồng độ các dung dịch loãng, hoặc tách bớt chất rắn hòa tan.

Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở các điều kiện áp suất khác nhau. Khi

làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) người ta dùng thiết bị hở, khi làm việc ở

áp suất khác áp suất khí quyển (áp suất chân không) người ta dùng thiết bị kín.

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc nồi hoặc nhiều nồi, có

thể làm việc liên tục hoặc gián đoạn. [1]

1.3. Cô đặc nhiều nồi

Khi cô đặc nồi thì tiêu hao hơi đốt quá lớn, không kinh tế. Mặt khác hơi thứ

vẫn còn mang một nhiệt lượng lớn, tốn nước để ngưng tụ. Quá trình cô đặc nhiều nồi

tận dụng hơi thứ làm hơi đốt, do đó hạ thấp chỉ tiêu tiêu hao hơi đốt, năng suất lớn, dễ

khống chế các thông số kỹ thuật.

Trong công nghiệp hệ thống cô đặc nhiều nồi được chia thành 3 loại:

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều

- Hệ thống cô đặc nhiều nồi song song

Ưu điểm và nhược điểm của thiết bị cô đặc nhiều nồi xuôi chiều:

Ưu điểm: Để hệ thống làm việc được thì nhiệt độ và áp suất nồi trước phải lớnhơn nồi sau, do đó dung dịch tự chảy từ nồi đầu qua nồi sau mà không cần bơm, đỡ tốn

năng lượng.Thường nồi đầu áp suất dương, nồi sau áp suất âm.

- Nhiệt độ sản phầm thấp nên chất lượng sản phẩm tốt

- Hệ thống đơn giản, chi phí đầu tư thấp

Nhược điểm: các nồi sau do nồng độ tăng, nhiệt độ giảm làm cho độ nhớt tăng,

do đó hệ số K giảm, không khai thác được hết công suất thiết kế của thiết bị.



3

Trong khuôn khổ đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc dung dịch NaOH theo cách

tách dung môi dưới dạng hơi bằng hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều liên tục.

Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung

môi trên mặt thoáng dung dịch bằng với áp suất làm việc của thiết bị.[1]

1.4 : Mô tả quy trình công nghệ sản xuất

1.4.1 . Lựa chọn quy trình công nghệ

Năng suất của quy trình theo đồ án yêu cầu là 3 kg/h, do đó ta chọn sơ đồ

công nghệ như sau:

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ cô đặc chân không dung dịch NaOH 2 nồi

xuôi chiều.[8]

Chú thích thiết bị:

. Bồn cao vị

2. Thiết bị gia nhiệt

3. Lưu lượng kế



4

4. Nồi cô đặc số

7. Nồi cô đặc số 2

8. Thiết bị ngưng tụ Baromet

9. Thiết bị phân ly

. Bơm hút chân không

. Bồn chứa nước ngưng

2. Bơm sản phẩm

3. Bồn chứa sản phẩm

4. Thiết bị tách lỏng 16. Bồn chứa nguyên liệu (NaOH 8%)

7. Bơm nhập liệu

1.4.2. Mô tả quy trình công nghệ

1.4.2.1. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều

Nguyên liệu ban đầu là dung dịch NaOH có nồng độ 8% được chứa trong bồn

chứa nguyên liệu số 6. Sau đó được bơm lên bồn cao vị số nhờ bơm nguyên liệu số

7. Từ bồn cao vị, dung dịch NaOH chảy qua lưu lượng kế rồi đi vào thiết bị gia nhiệt

số 2 và được đun nóng đến nhiệt độ sôi trong nồi cô đặc số rồi đưa vào nồi cô đặc số

để cô đặc một phần dung dịch. Nồi số sử dụng hơi đốt là hơi chính trong nhà máy.

Dung dịch từ nồi số tự chuyển sang nồi số 2 do chênh lệch áp suất làm việc giữa hai

nồi (áp suất nồi sau < áp suất nồi trước). Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do

đó dung dịch đi vào nồi thứ 2 có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi. Nồi số 2 sử dụng hơithứ của nồi số để làm hơi đốt, tiếp tục cô đặc dung dịch NaOH đạt tới nồng độ yêu

cầu ( 35% theo khối lượng). Hơi thứ của nồi 2 được đưa qua thiết bị ngưng tụ Baromet

số 8 để tạo độ chân không cho hệ thống nhờ bơm hút chân không số . Sản phẩm ở

nồi cô đặc số 2 được bơm sản phẩm (bơm ly tâm) số 2 liên tục hút ra ngoài.[8]



5

1.4.2.2. Nguyên lý làm việc của hê thống thiết bị cô đặc

Thiết bị gia nhiệt số 2 là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt

đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều. Các đầu

ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân. Nguồn nhiệt là hơi

nước bão hoà có áp suất 5 at đi bên ngoài ống (phía vỏ).[8]

Dung dịch đi từ duới lên ở bên trong ống. Hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt

ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ

sôi. Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình

bốc hơi. Hơi nước ngưng tụ nước lỏng vào ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra

ngoài. [8]

1.4.2.3. Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc

Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần

hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hoà) đi trong

khoảng không gian ngoài ống. Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho

dung dịch đang chuyển động trong ống.[2]

Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng

tụ cung cấp để sôi, làm hoá hơi một phần dung môi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước

ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài. Một phần khí không ngưng được đưa qua của

tháo khí không ngưng. Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước

ngưng. [2]

Phần phía trên của thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong

buồng bốc có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ. Hơi thứ trước

khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơitheo hơi thứ qua ống dẫn bọt.[8]

1.4.2.4. Nguyên lý làm việc của ống tuần hoàn trung tâm

Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp

lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống. Đối với

ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với

trong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn. Vì lý do



6

trên, khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ống

truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới. Kết quả là có dòng chuyển động

tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị: từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống

trong ống tuần hoàn.[2]

1.4.2.5. Thiết bị ngưng tụ Baromet và thiết bị phụ khác

Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên của buồng bốc nồi cô đặc số 2

đi vào thiết bị ngưng tụ Baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp). Trong thiết bị

ngưng tụ,chất làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được

dẫn vào ngăn dưới 5 cùng của thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để

ngưng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa nước ngưng số qua ống

Baromet, còn khí không ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi

được bơm chân không hút ra ngoài. [2]

Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết

bị ngưng tụ giảm. Vì vậy, thiết bị ngưng tụ Baromet là thiết bị ổn định chân không,

duy trì áp suất chân không trong hệ thống. Thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên

nó phải được lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí

quyển mà không cần bơm.[2]Bơm chân không số có nhiệm vụ hút khí không ngưng ra ngoài để tránh

trường hợp khí không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất

trong thiết bị và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc. Trước khi khí không ngưng

được hút ra ngoài thì nó được đưa qua thiết bị phân ly số 9 (hay còn được gọi là bình

tách giọt). Thiết bị phân ly có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi

cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng.[2]



7

CHƯƠNG 2 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG

LƯỢNG

2.1. Tính toán cân bằng vật chất

- Năng suất nhập liệu: Gđ = 3000kg/h

- Nồng độ nhập liêu: xđ = 18%

- Nồng độ cuối của sản phẩm: xc= 35%

- Áp dụng phương trình cân bằng vật chất: (theo [8], trang 163)

Gđ . xđ = Gc . xc (2.1)

Suy ra : (2.2)

Lượng hơi thứ bốc lên trên toàn hệ thống ( theo [5], trang 200).

Áp dụng công thức : (2.3)

Suy ra:

Giả thuyết phân bố hơi thứ trong các nồi Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi sau lớn hơn nồi trước, có thể lấy (W1 : W2 = 1 : 1,1)

Chọn tỷ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và 2 là:

Khi đó ta có hệ phương trình :

{

(2.4)

Giải hệ trên ta có kết quả :

W1 = 728,57 (kg/h)

W2 = 728,57 (kg/h)

Xác định nồng độ dung dịch từng nồi.

Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi



8

(2.5)

Nồng độ cuối ra khổi nồi 2:

(2.6)

2.2. Cân bằng năng lượ ng

2.2.1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi theo ([7], trang)

Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc

Do thiết bị hoạt động ở áp suất chân không ta chọn áp suất ngưng tụ < 1at : Png

0,2 at theo ([7], trang 320).

Tra theo ([1],trang 314) ta có nhiệt độ tại thiết bị ngưng tụ : Tng = 59,70C

Hơi đốt đi vào thiết bị nên áp suất phải lớn để thắng trở lực trong buồng đốt để đi

vào gia nhiệt. Nên ta có thể giả thiết chọn áp suất hơi đốt cho nồi là : 5, (at) sẽ kiểm

tra lại cho phần nhiệt hữu ích nằm trong chương 3 (theo ([7], trang 320).

Khi đó hiệu áp suất cả hệ thống cô đặc là :

∆Pt = P1 – Png = 5,0 – 0,2 = 4,8 (at)

Chọn tỉ số phân bố áp suất giữa các nồi theo ([7], trang 321) là : ∆P1/∆P2 = 2,2

Kết hợp với phương trình : ∆P1 + ∆P2 = ∆Pt = 4,8 at

Suy ra : ∆P1 = 3,3 (at)

∆P2 = 1,5 (at)

Áp suất hơi đốt nồi 2: P2 = P1 − ∆P1 = 5,0 – 3,3 = 1,7 (at)

2.2.2. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ theo ([7], trang 323)

Theo sơ đồ cô đặc, nhiệt độ hơi thứ nồi (t’1) bằng nhiệt độ hơi đốt nồi 2 (T2).

Nhưng do quá trình truyền khối có sự tổn thất nhiệt do trở lực đường ống (∆’’’)

Chọn ∆1’’’ = oC

∆2’’’ = oC

Theo tài liệu ([8], trang 168) ta có ∆i’’’ = t’i – Ti (2.7)



9

Nhiệt độ hơi thứ của nồi : t’1 = T2 + 1 = 115,5 0C

Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2: t’2 = tng + 1 = 60,7 0C

Dựa vào các dữ kiện trên và tra theo( [1], trang 314) ta có bảng sau đây:

Bảng 2.1. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ

Nồi 1 Nồi 2 Tháp ngưng tụ Áp suất

(at)Nhiệt độ

(oC)Áp suất

(at)Nhiệt độ

(oC)Áp suất

(at)Nhiệt độ

(oC)Hơiđốt

P1= 5,0 T1= 151,1 P2= 1,7 T2= 114,5

Png= 0,2 tng= 59,7Hơithứ

P'1=1,76 t'1=115,5 P'2= 0,211 t'2= 60,7

2.2.3. Xác định nhiệt độ tổn thất ∆ theo ([7], trang 324)

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

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

2.2.3.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆’

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 Tiaxenko ( theo [2], trang 59): ∆’ = ∆o’f (2.8)

Mà theo ([2], trang 59) ta có ( ) (2.9)

Trong đó :

∆o’: tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường, 0C (theo [2],trang 67)

f: hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường

r i : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi ở nhiệt độ t’i, J/kg

t’i : nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ i,0C

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



10

Bảng 2.2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆’

xc (% kl) ∆o’(oC) ti’(

oC) ri 10-3(J/kg) ∆i’ (oC)

Nồi 1 23,77 11,22 115,5 2219,222 12,36

Nồi 2 35,0 22,0 60,7 2357,756 16,83Tổng 2 nồi ∑∆’ = ∆1’+ ∆2’ = 29,9 ( oC )

2.2.3.2. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (∆’’ )

Theo ([2], trang 60)ta có:

(2.10)

Trong đó:

Phti : áp suất hơi thứ nồi I, (at)

h1i : chiều cao dung dịch trong ống truyền nhiệt,h1 =0,5 (m)

h2 : chiều cao ống truyền nhiệt,h2 = 1,8 (m)

dds: khối lượ ng riêng của dung dịch khi sôi:

s =0,5

dd

Từ nhiệt độ hơi thứ nồi 1 và nồi 2, theo ([1],trang 9) ta đượ c:

- dd1= 1201,94 (kg/m³)

- dd2= 1346 (kg/m³)

Bảng 2.3. Tổn thất nhiệt do á p suấ t thủy tĩnh (∆’’ )

xC (%) t’i (0C)

dd, (kg/m3)

Nồi I 23,77 115,5 1201,94Nồi II 35,0 60,7 1346

Coi dd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề mặt

đến độ sâu trung bình của chất lỏng.

Thay vào (2.1):



11

Tra bảng nội suy áp suất Ptb1 và Ptb2 suy ra Ttb1 và Ttb2 theo ([1],trang 314):

Ptb1 = 1,556 (at) suy ra Ttb1 = 118,28 (oC)

Ptb2 = 0,3994 (at) sy ra Ttb2 = 75,36 (oC)

Suy ra: ∆1” = Ttb1 – t1’ = 118,28 – 115,5 = 2,8 (oC)

∆2” = Ttb2 – t2’ = 75,36 – 60,7 = 14,7 (oC)

∆” = ∆1” + ∆2

” = 2,8 + 14,7 = 17,5 (oC)

2.2.3.3. Tổn thất nhiệt do trở lực thủy lực trên đường ống (∆”’)

Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn dây thứ từ nồi này sang nồi

kia và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 0C. Do đó :

∆”’1 = 1,0 (0C)

∆”’2 = 1,0 (0C)

∆”’ = ∆”’1+∆”’2 = 2 (0C)

2.2.3.4. Tổn thất chung trong toàn hệ thống cô đặc

Tổng tổn thất nhiệt độ từng nồi và cả hệ thống theo ([7], trang 331).

∆ = ∆’ + ∆” + ∆”’ = 29,19 + 17,5 + 2,0 = 48,69 (0C) (2.10)

2.2.4. Hệ số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi

Tính cho nhiệt lượng dùng quá trình bốc hơi ở từng nồi theo ([7], trang 33).

Theo tài liệu [5], trang 27 ta có:

thi = T1 – Tng − ∆ = 151,1 – 59,7 – 48,69 = 42,71 (0C) (2.11)

∆hi1 = T1 − t1’ − ∆1’ − ∆1” = 151,1 − 1115,5 – 12,89 – 2,8 = 20,44 (0C)

∆hi2= T2 − t2’ − ∆2’ − ∆2” = 114,5 − 60,7 – 16,83 – 14,7 = 22,27 (0C)



12

2.2.5. Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi

Nồi : ∆thi = T1 – tS1 suy ra tS1 = T1 − ∆thi = 151,1 – 20,44 = 130,66 0C

Nồi 2 : ∆thi2 = T2 – tS2 suy ra tS2 = T2 − ∆thi2 = 114,5 – 22,27 = 92,23 0C

Hình 2.1 sơ đồ cân bằng nhiệt lượng hệ thống [7]

Trong đó:

D : lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h

i,i1,i2 : hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi 1 và nồi 2, J/kg

tD, t1, t2 : nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi 1 và nồi 2 của dung dịch,0C

CD, C1, C2 : nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi 1 và nồi 2 của dung

dịch,J/kg.độ

1, 2 : nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi và nồi 2,0C

- Cng1, Cng2 : nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi và nồi 2, J/kg.độ (theo [],

trang 310).

- Qxq1,Qxq2 : nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh, J

Qxq1 = 0,05 D.(i – Cng1q1)

Qxq2= 0,05 W1(i1 – Cng2q2)



13

- GD : lượng dung dịch lúc ban đầu, kg/h

- W1,W2 : lượng hơi thứ ở nồi và nồi 2, kg/h

D: lượng hơi đốt vào nồi , kg/h

i: hàm nhiệt của hơi đốt , J/kg

t: nhiệt độ của dung dịch, 0C

θ: nhiệt độ nước ngưng,0C

i’: hàm nhiệt của hơi thứ, J/kg

Nhiệt dung riêng của nước ngưng tính theo áp suất của hơi đốt. (tra theo [1],

trang 311)

P1= 5,0 → C p1 = 4314,9 (J/kg.độ)

P2 = ,7 → C p2 = 4240,2 (J/kg.độ)

2.2.6. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở mỗi nồi

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x < 2% , theo ([1], trang 152) ta có

C = 486.(− x) ( J/kg.độ) (2.12)

X : nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng

Nhiệt dung riêng dung dịch đầu: Cđ = 486.( − ,8) = 3432,52(J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x > 2% theo ([1], trang 152) ta có:

C = Cht.x + 4186.( − x), J/kg.độ; (2.13)

Cht : nhiệt dung riêng của chất hoà tan, J/kg.độ

Nhiệt dung riêng của NaOH tính theo [1],trang 152:

M.Cht = n1.c1 + n2.c2 + n3.c3 (2.14)

Tra theo [1],trang 152 ta được:

M NaOH = 40

n1 = n2 = n3 = 1

c1 = c Na = 26 (J/kg ng.tử.độ)



14

c2 = cO = 6,8 (J/kg ng.tử.độ)

c3 = cH = 9,6 (J/kg ng.tử.độ)

thay vào (2.14) ta được

Thay vào (2.3) ta được:

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi :

C1 = 1310. 0,2377 + 4186.( − ,2377) = 352,37 (J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 2:

C2 = 3.,35 + 486.( − ,35) = 379,4 (J/kg.độ)

2.2.6.1. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

Nồi 1:

Theo ([2], trang 90)

D.i + GD.CD.tD = W1.i1 + (GD – W1).C1.t1 + D.Cng1. 1 + Qxq1 (2.15)

Nồi 2:


W1.i1 + (GD – W1).C1.t1 = W2.i2 + (GD – W).C2.t2 + W1.Cng2.2 + Qxq2 (2.16)

W = W1 + W2 (2.17)

Chọn hơi đốt, hơi thứ là hơi bão hoà, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ,

khi đó ta có:

i – Cng1 . 1 = r(1) và i1 – Cng2 . 2 = r(2)

Tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây: (theo [1], trang 312), và (theo [1],

trang 310) ta được bảng tổng hợp sau:



15

Bảng 2.4: C ác thông số đầu vào ra của nồi 1và nôi 2

Đầu vào nồi 1 Đầu ra nồi 1 Đầu ra nồi 2

Dung dịch NaOH :

+ tD= 130,660C ( Gia nhiệt

tớ i nhiệt độ sôi)

+ Cđ= 3432,52 J/kg.độ

+ GD =3000 kg/h

Hơi đốt:

+ 1 = 151,10C

+ i = 2754000 J/kg

+ Cng1= 434,9 J/kg.độ

+ r(1) =2102018,61(k.J/kg)

+ W = 1457,14 kg/h

Dung dịch NaOH :

+ t1= 130,660C

+ C1= 352,37 J/kg.độ

Hơi thứ :

+ 2 = 114,50C

+ i1 = 2706000 J/kg

+Cng2 = 424,2 J/kg.độ

+ W1 = 728,57 kg/h

+ r(

2) = 2222000 (k.J/kg)

Dung dịch NaOH :

+ t2 = 92,230C

+ C2 = 379,4 J/kg.độ

+ Gc= 1542,86 kg/h

Hơi thứ :

+ t’2= 6,70C

+ i2 = 2608444,444 J/kg

+ W2 = 728,57 kg/h

Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi :

Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2 :

W2 = W – W1 = 1457,14 – 694,45 = 762,69 (kg/h)

Lượng hơi đốt tiêu tốn chung là :

( )

2.2.6.2. Kiểm tra lại giả thuyết phân bố hơi thứ ở các nồi




16

(2.18)

W1: lượng hơi thứ theo giả thuyết hay tính toán có giá tr ị lớ n

Wn : lượng hơi thứ theo giả thuyết hay tính toán có giá tr ị nhỏ

Thỏa yêu cầu đề bài.

Vậy :

Lượng hơi thứ nồi 1 là : W1 = 694,45 (kg/h)

Lượng hơi thứ nồi 2 là : W2 = 765,69 (kg/h)

Lượng hơi đốt nồi 1 là : D = 795,61 (kg/h)

Bảng 2.5.Cân bằ ng vật chất và năng lượ ng toàn bộ hệ thố ng

stt Tên Đơnvị Nồi 1 Nồi 2

1Cân

bằngvậtchất

Gđ (kg/h) 3000

2 xd % 18% 23,77%

3 xc % 23,77% 35%

4 Gc (kg/h) 1542,86

5

Cân bằngnănglượ ng

P hơi đốt at 5 1,7

P hơi thứ at 1,76 0,2116 Tsôi (oC) 130,66 92,23

7Lượng hơi

đốt(kg/h) D = 795,61) W1 = 694,45

8Lượng hơi

thứ (kg/h) W1 = 694,45 W2 = 765,69



17

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

(NỒI CÔ ĐẶC)

3.1 . Tính toán bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt

Tính toán theo phương pháp lặp theo ([7], trang 330)

3.1.1. Tính hệ số cấp nhiệt α1 khi ngưng tụ hơi

Để tính cho hệ số truyền nhiệt.

Hơi nước sau khi ngưng tụ sẽ bám lên thành ống truyền nhiệt tạo thành lớp màng

mỏng. Tuỳ điều kiện cụ thể mà chọn công thức tính α1 cho thích hợp. Đối với những

thiết bị thường gặp như phòng đốt trong tuần hoàn trung tâm, phòng đốt trong tuần

hoàn ngoài hoặc phòng đốt ngoài thẳng đứng (h < 6 m), hơi ngưng bên ngoài ống,

màng nước ngưng chảy thành dòng thì hệ số cấp nhiệt được tính theo ([2], trang 28):

√ (3.1)

Trong đó :

– α1i : hệ số cấp nhiệt từ hơi đốt , (W/(m2.đô.))

– ∆t1i : chênh lệch nhiệt độ nước ngưng và mặt ngoài ống, oC

– r i : ẩn nhiệt ngưng tụ lấy bằng ẩn nhiệt hoá hơi (theo [1], trang 314), J/kg

– h : chiều cao ống truyền nhiệt ; h = ,8m

– A : hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng tm (theo [2],trang 29).

Nồi 1 :

Giả thuyết ∆t11 = 1,455 0C

Từ giá trị tm1 tính được, theo [2], trang 29 ta được : A1 = 195,556

Thay vào (3.1)



18

Theo ([5], trang 50) q11 = α11.∆t11 = 11939,583 . 1,455= 17378,024 (W/m2)

Tính toán tương tự ta có bảng số liệu sau :

Bảng 3.1: H ệ số cấp nhiệt nồi 1 và nồi 2

Nồi ∆t1i ( ) tm ( ) Aα1i

(W/m2.độ)q1i (W/m2)

1 1,455 150,372 195,556 11939,583 17378,024

2 1,415 113,792 185,207 11546,448 16340,774

3.1.2. Tính hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi

Để tính cho hệ số truyền nhiệt.

Tuỳ thuộc cấu tạo thiết bị, giá trị của nhiệt tải riêng q, áp suất làm việc và chế độ

sôi cũng như điều kiện đối lưu của chất lỏng mà chọn công thức tính α2i cho thích hợp.

Thông thường có thể tính α2i theo ([7], trang 332):

(3.2)

Pi : áp suất làm việc (áp suất hơi thứ), at

∆t2i : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch

∆t2i = tT2i – tddi = ∆Ti – ∆t1i – ∆tTi;0C

Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt theo ([2], trang 3):

∑ (3.3)

Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt theo ([2], trang 3):

∑ (3.4)

r hn , r c : Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của tường, (m2.độ/W )

δ : Bề dày ống truyền nhiệt, m

λ : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt, (W/m.độ)

Ψ : hệ số hiệu chỉnh, tính theo công thức tài liệu (theo [2], trang 71):ta có



19

(3.5)

(λ; ρ ; C ; µ): lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch (theo [1], trang 310, [3], trang

11 và 16)

(λ; ρ ; C ; µ)nc : các hằng số vật lý của nước theo nhiệt độ sôi dung dịch

(λ; ρ ; C ; µ)dd : các hằng số vật lý của dung dịch

Thiết bị sau một thời gian sử dụng sẽ có cặn bẩn bám ở phía trong và phía ngoài

ống truyền nhiệt gây tổn thất nhiệt.

Giá trị này theo [2], trang 4 (bề dày các chất này là ,5 mm)

- Hơi nước có: r hn = 2,32.10-4

(m2

.độ/W)

- Cặn bẩn có: r cặn = 3,87.10-4 (m2.độ/W)

Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là thép hợp kim X8HT dày ,2m, từ

([2], trang 313) tra được hệ số dẫn nhiệt λ = 6,3 (W/m.độ) và khối lượng riêng ρ =

7900 (kg/m3).

Thay vào (3.4) k hi đó có trở lực là:

Tổn thất nhiệt qua tường ống đó thay vào (3.3):

Hệ số cấ p nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 1:

Từ nhiệt độ sôi thực của dung dịch nồi 1, tra hằng số vật lý của nướ c tại bảng [1],

trang 310, và ngoại suy hằng số dung dịch từ ([3], trang 11,16) ta đượ c bảng số liệu:



20

Bảng 3.2: H ằ ng số vật lý của nướ c và dung dich ở nhiệt độ sôi nồi 1

Tsôi1=130,66 oC

λ (W/m.độ) ρ (kg/m3). µ ( N.s/m2)Cp

(J/kg.độ)Ψ1

Nướ c 0,685 934,22 0,00022 4267,386

0,4857Dung dịch 0,5759 1190,04 0,00123 3502,37

Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.độ) của dung dịch NaOH đượ c tính theo ([1], trang 123)

ta có :

√ (3.6)

Trong đó :

A : hệ số phụ thuộc mức độ liên k ết của chất lỏng; A = 3,58.10-8 đối vớ i chất lỏng

liên k ết (nướ c)

C p: là nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch NaOH, (J/kg.độ)

ρ: là khối lượng riêng của chất lỏng (theo [1], trang 9), (kg/m3)

(3.7)

n NaOH là phần trăm NaOH theo mol. M : khối lượng phân tử mol của dung dịch NaOH

Thay vào (3.6)

√ W/m.độ)

Thay vào (3.5)

⟹ = 0,4875

Nồi 1:



21

Thay vào (3.2)

α21 = =45,3.1,760,5.( 6,85)2,33.0,4857 = 2586,741 (W/m2.độ)

Thay vào (3.3)

q21 = α21.∆t21 = 2586,741. 6,85 = 17725,682 (W/m2)

So sánh giá trị q11 và q21 :

| | | |

Chấp nhận giả thiết ∆t11 và ∆t21 ban đầu.

Nồi 2:

Giả thuyết ∆t11 = 1,415 0C

Từ giá trị tm1 tính được, theo ([2], trang 29 ta được : A1 = 185,206

Tương tự (3.)

q12 = α12.∆t21 = 11546,448. 1,415= 16340,774(W/m2)

Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là :

Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 2 theo công thức

(4.2)

Tương tự như trên, tra hằng số vật lý của nước theo( [1], trang 172 và [3], trang

4 và 9) ta được bảng số liệu:



22

Bảng 3.3:H ằ ng số vật lý của nướ c và dung dich ở nhiệt độ sôi nồi 2

Tsôi2= 92,23

(oC)λ (W/m.độ) ρ (kg/m3). µ ( N.s/m2)

Cp (J/kg.độ)

Ψ2

Nướ c0,6804 963,81 0,000307 4245,224

0,433Dung dịch 0,592 1330,77 0,002512 3179,4

Thỏa điều kiện ψ nồi 2 nhỏ hơn ψ nồi 1.

Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.độ) của dung dịch NaOH nồi 2 tương tự nồi 1 đượ c tính

theo công thức (3.5).

Theo công thức (3.7)

Thay vào (3.7)

Thay vào (3.6)

W/m.độ).

Thay vào (3.5)

⟹ Ψ2 = 0,433

Thay vào (3.2) α22 = =45,3.0,2110,5.( 9,47)2,33.0,433 = 1690,981(W/m2.độ)

q22 = α22.∆t22 = 1690,981. 9,47 = 16013,961 (W/m2)

So sánh giá trị q21 và q22 :

| |

| |

Chấp nhận giả thiết ∆t21 và ∆t22 ban đầu.



23

3.1.3. Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi để (kiểm tra đối chiếu hệ số

hữu ích).

3.1.3.1. Hệ số truyền nhiệt giữa hai lưu thể

Theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặttruyền nhiệt các nồi bằng nhau và nhỏ nhất thì áp dụng công thức ([8], trang 177):

(3.8)

: hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi thứ i

: nhiệt tải riêng trung bình nồi i

(3.9)

Suy ra :

Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống theo ([7], trang 327) với

theo bảng 2.):

D : lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h

W1: lượng hơi thứ ở nồi , kg/h

Q1,Q2 : nhiệt lượng trong từng nồi (W)

: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt (theo bảng 2.).



24

3.1.3.2. Tính hiệu số nhiệt hữ u ích trong từ ng nồi

Được tinh theo hai phương án theo ([7], trang 327)

Theo phương án tổng bề mặt truyền nhiệt nhỏ nhất và bề mặt truyền nhiệt bằng

nhau. Điều đó có nghĩa ta coi hiệu số nhiệt độ tỉ lệ vớ i√ hay .Để so sánh vớ i

hiệu số hữu ích đã tìm đượ c theo phân bố áp suất theo ([7], trang 335).

Phân bố nhiệt hữu ích trong từng nồi :

Lậ p tỉ số cho từng nồi theo ([7], trang 333):

(3.10)

K i : hệ số truyền nhiệt

Qi : nhiệt lượng trao đổi, (W)

Bảng 3.4: Bảng hiệu số hữ u ích của t ừ ng nồi

Nồi

1 540,993 23,259

2 590,058 24,291

Tổng 1131,051 47,55

Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi được tính theo công thức ([8], trang 178):

⁄∑ ⁄ (3.10)

hệ số hữu ích cho từng nồi vớ i bề mặt truyền nhiệt bằng nhau.



Và công thức([8], 181):

√ ⁄

∑ √ ⁄ (3.11)



25

hệ số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi vớ i bề mặt truyền nhiệt nhỏ nhất.



Vớ i hệ số ∆hi là tổng hệ số nhiệt độ hữu ích theo (2.11) ∆hi: = 42,71

Bảng 3.5: Bảng bề hệ số hữ u ích ∆hi của hai nồi

NồiBề mặt truyền nhiệt bằng

nhauBề mặt truyền nhiệt nhỏ

nhất

1 20,4286 20,8916

2 22,2813 21,8184

Kiểm tra 42,7Sai số nồi 1: [7]

| | | |

| | | |

Chấ p nhận giả thiết áp suất chọn ban đầu và phân phối áp suất ban đầu.

3.1.3.3. Tính bề mặt truyền nhiệt F

- Theo phương thức bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau tài liệu ([5], trang

208):

(3.12)

hệ số hữu ích cho từng nồi



Lưu ý: F1 và F2 phải bằng nhau:

- Theo phương thức tổng bề mặt truyền nhiệt là nhỏ nhất theo ([5], trang 209):

(3.13)



26

∑ √ ∑

(3.14)

hệ số hữu ích cho từng nồi



Tuy nhiên nên tính theo phương thức bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau vì có

lợ i cho thiết k ế, có ý nghĩa kinh tế theo ([7], trang 328) :

Bảng 3.6: Bề mặt truyề n nhiệt của 2 nồi

NồiBề mặt truyền nhiệt

bằng nhauBề mặt truyền nhiệt

nhỏ nhất

1 26,4821 25,8953

2 26,4821 27,0441∑ 52,9643 ∑ 52,9393

Chọn theo phương pháp bề nhiệt truyền nhiệt bằng nhau : F = 26,4821 m2 Theo

([2], trang 80) thì Fchuẩn lấy bằng 25 m2.



27

3.2.Tính toán buồng đốt

Hình 3.1. Thân buồng đố t

1: Ống tuần hoàn trung tâm

2: Ống truyền nhiệt

3: Ống hơi đốt

4: Ống tháo dung dịch

5: Ống tháo nước ngưng

6: Tai treo

Tính số ống truyền nhiệt theo ([7], trang 294):

(3.15)



28

Hình 3.2. Hình phân bố ố ng truyề n nhiệt theo hình l ục giác

Trong đó:

n : tổng số ống bố trí trên hình 6 cạnh

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, F = 25m2

l : chiều dài ống truyền nhiệt, l = ,8m

d : đường kính ống truyền nhiệt, m

Chọn đường kính ống truyền nhiệt theo([2], trang 80.)

dn = 25 mm = 25.10-3 (m) đườ ng kính ngoài.

dtr = dn – 2δv = 25 – 2.2 = 21(mm) đườ ng kính trong.

Chọn kiểu bố trí ống truyền nhiệt theo hình lục giác đều

Do ∝1 > ∝2 ( 3.1),(3.2) nên d là đường kính trong của ống truyền nhiệt

Theo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt theo ([2], trang 48).

Vậy tổng số ống là 24 ống

Số hình sáu cạnh là 8

Số ống trong tất cả các viên phân là: b = 7 ống

Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt tính theo ( [2], trang 49)

Dt = t.( b − ) + 4dn (3.16)

Trong đó:

t : bước ống, thường chọn t = (,2 ÷,5).dn theo ( [2], trang 49).

Chọn t = ,2.dn t = 1,2 . 0,025 = 0,03 m



29

Suy ra Dt = 0,03.(17-1)+4.0,025 = 0,58 m

Theo [2], trang 359

Chọn Dt = 0,6 m

Đường kính ống tuần hoàn trung tâm

Tổng thiết diện ngang của tất cả ống truyền nhiệt ([7], trang 294):

(3.17)

dn : dườ ng kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 25.10-3 m

Thiết diện ngang của ống tuần hoàn (f th) lấy khoảng 15 ÷ 20% thiết diện của tất

cả các ống truyền nhiệt ( [2 ],trang 75).

Chọn f th = 0,2.FD = 0,2.0,118 = 0,0236 (m2) theo ([6], trang 121).

√ √ (3.18)

Chọn theo tiêu chuẩn: Dth = 0,25 m [5] , trang 291

Đối vớ i ống tuần hoàn trong phải chọn đườ ng kính ống tuần hoàn lớn hơn

khoảng 10 lần đườ ng kính ống truyền nhiệt của buồng đốt ([5], trang 190).

Theo ([5], trang 190) ta có:

Vậy: Dth = 0,25 m

3.2.1. Đườ ng kính buồng đốt

Đối với thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác

thì đường kính trong của buồng đốt tính theo ([2], trang 74):

√ (3.19)

Trong đó:

(3.20)



30

t : bước ống, t = ,3m theo ([2], trang 74).

dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 0,025m theo ([2], trang 74).

Ψ: hệ số sử dụng lưới đỡ ống ( ) theo ([2],trang 74).

l : Chiều dài ống truyền nhiệt, l = 1,8m

Dth : đườ ng kính ống tuần hoàn trung tâm, Dth = 0,25m

Sin60o : do xế p ống theo hình lục giác đều, nên 3 ống cạnh nhau ở hai dãy sát

nhau tạo thành một tam giác đều có góc .F : diện tích bề mặt truyền nhiệt, F = 25m2

Thay vào (3.19):

Chọn theo chuẩn đường kính buồng đốt là Dt = 0,6m (theo [2], trang 359)

Ống truyền nhiệt bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm:

Ta có:

(3.21)

b: là số ống bị loại nằm trên đường kính ngoài của lục giác đều tính từ tâm ống

Chọn ống

Suy ra:

Số ống bị thay thế theo ([7], trang 261 ): 0,75.( b2 – 1 ) + 1 = 0,75.(102 – 1) + 1 =

76 (ống)

Số ống truyền nhiệt cần thiết: 24 – 76 = 65 ống

Vậy số ống truyền nhiệt lúc này là 165 ống.

Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt thực tế: theo ([2], trang 91).

(3.22)

Sai số giữa F thực tế và F lý thuyết = 1,04% < 5%



31

Vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt đượ c chọn là 25 m2 và số ống truyền nhiệt là

165 ống.

3.2.2. Bề dày của thân buồng đốt

Vật liệu dùng để chế tạo buồng đốt thường sử dụng thép chịu nhiệt CT3.

Bề dày của thân buồng đốt hình trụ được tính theo ([2], trang 360):

(3.22)

Trong đó:

Dt : đường kính trong của buồng đốt, m

[] : ứng suất cho phép, N/m2

φ : hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc

P : áp suất trong thiết bị, N/m2

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

Ta có:

+ Dt = 0,6 m+ Trong trường hợp này ta chọn hệ số bền của thành hình tr ụ bằng hệ số bền của

mối hàn hay φ = φh. Dưạ vào ([2], trang 360).

Chọn φh = , suy ra φ = ,

+ []: bao gồm ứng suất khi kéo [k ] và ứng suất cho phép giớ i hạn chảy [c]

Ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền theo ([2], trang 355.)

(3.23)

Trong đó:

: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 1 theo ([2], trang 356.)

n b: hệ số an toàn theo giớ i hạn bền, n b = 2,6 theo ([2], trang 356.).

k : giớ i hạn bền khi kéo,

k = 380,106 (N/m2) theo ([2], trang 309).

Thay vào (3.23) ta đượ c:



32

Ứ ng suất cho phép giớ i hạn chảy [c] theo ([2], trang 355).

(3.24)

Trong đó:

: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 1 theo ([2], trang 356).

nc : hệ số an toàn theo giớ i hạn chảy, nc =1,5 theo ([2], trang 356)

c : giớ i hạn chảy,c= 240,106 N/m2 theo [(2], trang 309).


Ứ ng suất cho phép sẽ lấy giá tr ị nhỏ để tính toán đảm bảo điều kiện bền

Vậy nên ta chọn: [] = 146,15.106 N/m2

+ Đại lượng bổ sung C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của

chiều dày. Đại lượng C được xác định theo ([2], trang 363):

C = C1 + C2 + C3 (m) (3.25)

Trong đó:

C1 : đại lượng bổ sung do ăn mòn, C1 = 1 mm

C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, C2 = 0

C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, C3 phụ thuộc vào chiều dàytấm vật liệu, C3 = 0,5 mm theo ([2], trang 364).

C= C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + 0,5= 1,5 mm = 1,5.10-3 m

Nồi 1:

Áp suất tính toán trong thiết bị là lấy P1 theo (bảng 2.1)

P = P1 = 5.9,81.104 = 490500 N/m2

Vì:



33

(3.26)

Do 297,9690 > 50 do đó có thể bỏ qua đại lượ ng P ở mẫu số của công thức (3.22)

Chọn S1 = 3 mm

Kiểm tra ứng suất của thành theo ([2] , trang 365).

(3.27)

Trong đó:

Po: là áp suất thử tính toán., N/m2

Po = Pth + p1, với p1 = 0 theo ([2], trang 366). (3.28)

Pth: áp suất thử thuỷ tĩnh , N/m2

Vì P1 = 392400 N/m2 nằm trong khoảng 0,07.106 ÷ 0,5.106 N/m2

Chọn Pth = 1,5.P1 theo ([2], trang 358).

Thay vào (3.28) Po1 = 1,5. 490500 = 735750 N/m2

Thay vào (3.27)

Vậy chọn S1 = 3 mm là đạt yêu cầu.Nồi 2

Áp suất tính toán trong thiết bị lấy P2 theo (bảng 2.1)

P = P2 = 1,7.9,81.104 = 166770 N/m2

Theo (3.26):



34

Do 876,35 > 50 do đó có thể bỏ qua đại lượ ng P ở mẫu số của công thức (3.22).

Chọn S1 = 2 mm

Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử ( 4.26)

Trong đó:

Po: là áp suất thử tính toán.

Theo (3.28) Po2 = Pth + p2, với p1 = 0

Pth: áp suất thử thuỷ tĩnh

Vì P1 = 392400 N/m2 nằm trong khoảng ,7.6 ÷ ,5.6 N/m2

Chọn Pth = 1,5.P2 theo ([2], trang 358).

Suy ra Po2 = 1,5.166770 =250155 N/m2

Thay vào (3.27)

Vậy chọn S2 = 2 mm là đạt yêu cầu.

Vậy ta có thể chọn bề dày thân buồng đốt của cả 2 nồi là S1= 3 mm , S2 = 2 mm.



35

3.2.3. Bề dày đáy buồng đốt

Hình 3.3. Bề dày đáy nón

Dt: đườ ng kính than thiết bị, mm

S: bề dày, mmD’: là đường kính (m). Đối với đáy nón có gờ.

α,gốc 45 oC.

Bề dày đáy buồng đốt được chọn tính theo nón có gờ , vật liệu là thép CT3, góc ở

đáy 90 = 450 và R / Dt = 0,15. Theo ([2] ,trang 396).


(3.29)

The ([2], trang 399) ta có:

(3.30)

Trong đó

y : yếu tố hình dạng đáy, xác định theo ([2] trang 400), tra được y = 1,3: là hệ số bền của mối hàn vòng trên

Chọn : = 1 theo ([2], trang 362).

d : là đường kính lỗ tâm ở đáy d = ,5 m

D’: là đường kính (m). Đối với đáy nón có gờ




36

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

Vật liệu thép CT3 có giớ i hạn bền:

k = 380,106 (N/m2)c= 240,106 (N/m2) theo ([2] trang 309).

Suy ra ứng suất cho phép của thép CT3 theo giớ i hạn bền (3.23).

Trong đó:η: hệ số hiệu chỉnh, chọn η = theo ([2], trang 356).

nk : hệ số an toàn bền, chọn nk = 2,6 ; nc = 1 theo (4.23) và (4.24).

Vậy nên ta chọn: [

] = 146,15.106 N/m2

Đại lượng bổ sung C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của

chiều dày. Đại lượng C được xác định theo công thức (3.25).

C = C1 + C2 + C3 (m)

Trong đó:

C1 : đại lượng bổ sung do ăn mòn, C1 = 1 mm

C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, C2 = 0

C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, C3 phụ thuộc vào chiều dày

tấm vật liệu, C3 = 0,5 mm theo ([2], trang 364).

C= 1 + 0 + 0,5= 1,5 mm = 1,5.10-3 m

Xác định D’:



37

D’= ,6 – 2.[ 0,15.0,6.(1- cos 45o) + 10.S.sin45o]= 0,509 > 0,5.[0,6-2.0,15.0,6.(1-

cos45o) + d] =0,3

Hệ số bền của đáy nón theo phương dọc φ = φ h= 1

Theo (3.23): Do 297,969 > 5 do đó có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số của công thức

(3.29), ta có.

Đại lượng tính theo CT (3.28) lớn hơn, ta chọn kết quả này.

Đại lượng (Sd – C) = 0,8 mm < 10 mm nên ta tăng thêm 2 mm so với giá trị C

([2], trang 386)

Do đó C = (,5 + 2).10-3 = 3,5.10-3 (m)

S = ( 3 + 3,5).10-3 = 6,5.10-3 (m)

Chọn chiều dày đáy buồng đốt là S = 8 mm theo ([2], trang 364).

Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thủy lực theo ([2], trang 400)

(3.31)

Trong đó: Po: là áp suất thử tính toán

Theo (3.28)

Chọn Po = Pth + p1

Pth: áp suất thử thuỷ tĩnh của nước

Theo ([2] , trang 358)

Chọn Pth = 1,5.P

p1 tính theo ([2], trang 360)

Với chiều cao đáy nón là H = ,322 m theo ([2], trang 396)



38

Po = 1,5. 490500 + 9,81. 1201,94.0,322 = 7,39.105 (N/m2)

Thay số vào (3.31):

Vậy chọn chiều dày đáy buồng đốt là S = 8 mm.

3.3. Tính toán buồng bốc

3.3.1.Đườ ng kính buồng bốc

Chọn đườ ng kính buồng bốc: Dt = 1 m theo ([2], trang 359)

3.3.2.Chiều cao buồng bốc

Thể tích không gian hơi được xác định theo: ([2], trang 71)

(3.32)

Trong đó:

Vkgh : thể tích không gian hơi, m3

W:lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h

:khối lượng riêng của hơi thứ, kg/m3

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

đơn vị thời gian, m3/m3.h

Đại lượng Utt chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: – Nồng độ dung dịch (d), chưa được xác lập chính xác do đó khi tính một cách

gần đúng với dung dịch đậm đặc, có thể lấy gần đúng: Utt = (6 ÷ 7).f

(m3/m3.h)

Ta chọn Utt = 1700 m3/m3.h

– Áp suất hơi thứ cũng có ảnh hưởng đáng kể tới Utt do đó Utt = f.Utt(1at) (khi P

# 1at) theo([2], trang 72)



39

Trong đó:

Utt(1at) : cường độ bốc hơi cho phép ở P =at.

F : hệ số điều chỉnh

Theo công thức ([2], trang 72)

Chiều cao không gian hơi: (3.33)

Nồi 1:

Pht1 = P1’ = 1,7 at (theo bảng 2.1)

tht1 = t’1 = 115,5 oC

Theo (Bảng I.250 [1], trang 312)

Tra đồ thị ([2], trang 72), ta được f = ,9

Vậy : Utt = 0,9.1700 = 1530 ( m3/m3.h)

Thay các số liệu vào (3.31) và (3.32) ta đượ c:

Nồi 2:

Pht1 = P2’ = ,2 at (theo bảng 2.1)

tht1 = t’2 = 60,7 oC

Theo ([1], trang 312):

Tra đồ thị ([2], trang 72), ta đượ c f = 1,6

Vậy : Utt = 1,6.1700 = 2720( m3/m3.h) thay vào (3.3) và (3.32) ta đượ c:



40

Chọn chiều cao của phần dịch sôi tràn lên phần buồng bốc là 0,35m.

Chọn chiều cao buồng bốc cho cả hai nồi là H b = 3m. ([2], trang 73)

3.3.3. Bề dày buồng bốc

Vật liệu bằng thép CT3, bề dày đượ c tính theo công thức (3.22).

Trong đó: Dt = 1 m

Chọn = 1

Nồi 1:

(Theo bảng 2.1)

Pht1 : áp suất trong thiết bị P1’ =1,76 . 9,81.104 = 172656 (N/m2)

Theo (3.23):

> 5 do đó có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu.

Chọn C = C1 + C2 + C3 = (1+ 0 + 0,5).10-3 = 1,5.10-3(m) (3.25)

Thay vào (3.22) ta được:

Chọn chiều dày buồng bốc là S = 2,5 (mm).

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

Theo CT (3.26) , ta có:

Vớ i Po = 1,5.Pht1 + p1 = 1,5. 172656+ 0,35.9,81. 1201,94= 263110,861(N/m2)




41

Vậy chọn bề dày buồng bốc nồi là S = 2,5 (mm)

Nồi 2:

(Theo bảng 2.)

Pht2 : áp suất trong thiết bị P’2 = 0,211.9,81.104 = 20699,1 (N/m2)

Theo (3.23):

> 5 do đó có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu.

Theo (3.25) Chọn C = C1 + C2 + C3 = (1+ 0 + 0,5).10-3 = 1,5.10-3(m)

Chọn chiều dày buồng bốc là S = 2(mm)

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

Theo (3.26) ta có:

Với Po2 = 1,5.Pht2 + p2 = 1,5. 20699,1 + 0,35.9,81.1346 = 35670,141(N/m2)


Vậy chọn bề dày buồng bốc của cả hai nồi là S1 = 2,5 (mm)., S2 = 2 (mm)



42

3.3.4. Bề dày nắp buồng bốc

Hình 3.4. N ắ p buồng bố c

Đượ c tính theo nắ p bán cầu, vật liệu là thép CT3 theo ([2],trang 385).

(3.34)

Trong đó:

h b : là chiều cao phần lồi của đáy, m

Chọn h b = 0,25.Dt = 0,25.1 = 0,25 (m)

h: là hệ số bền của mối hàn hướ ng tâm, chọn h= 1

k: là hệ số không thứ nguyên được xác định theo ([2], trang 385):

k = − d/Dt (3.35)

Nắp có lỗ được tăng cứng hoàn toàn k =

Nồi 1:

Theo ([2], trang 385).

Vì:S – C= 0,6.10-3 < 10.10-3 (m) nên ta tăng C thêm 2 mm so với giá trị.

Do đó C = 3,5.-3 (m)



43

Suy ra: S = (0,6 +3,5).10-3 = 4,1.10-3 (m

Theo ([2], trang 364) chọn chiều dày nắp buồng bốc nồi là S = 4 (mm).

Kiểm tra ứng suất thành:


[] (3.36)

Vì Pht1 = N/m2 nằm trong khoảng ,7.6 ÷ 0,5.106 (N/m2)

Chọn Pth = 1,5.Pht1

Thay vào (3.28)

Po1 = 1,5. + 9,81.1201,94.0,35 = 263110,861 (N/m2)

Thay vào (3.36):

( )

Vậy chọn chiều dày nắp buồng bốc nồi là S = 5 mm theo ([2], trang 364)

Nồi 2:

Vì buồng bốc nồi 2 làm việc ở áp suất chân không và áp suất ngoài nên:


P = Pht2 + pn = (0,211 + 1).9.81.104 = 118799,1 (N/m2)

Vì S – C = 0,38.10-3 < 10.10-3 (m) nên tăng C thêm 2 (mm)

suy ra C = 3,5.10-3 m

Khi đó S = (,428 +3,5).10-3 = 3,9.10-3 (m)



44

Ta chọn S = 4 mm

Kiểm tra ứng suất thành:

Theo(3.36).

Vì P = 8799, (N/m2) nằm trong khoảng ,7.6 ÷ ,5.6 (N/m 2 )

Chọn Pth = 1,5.P

Vì Po2 = 1,5. 118799,1 + 9,81.1346.0,35 = 182820,14 (N/m2)

Thay vào (3.36):

Vậy chọn S2 = 4 mm

Ta chọn bề dày nắ p buồng bốc cho cả 2 nồi là: S1 = 5 mm , S2 = 4 mm

3.4. Đườ ng kính các ống dẫn

Theo tài liệu ([2], trang 74) ta có phương trình lưu lượ ng:

(3.37)

√ (3.38)

Trong đó:

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

– :là tốc độ thích hợp đi trong ống, m/s

Chọn m/s (đối với hơi bão hòa, chọn ω = 2 ÷ 4 (m/s)

m/s (đối với chất lỏng nhớt, chọn ω = ,5 ÷ (m/s)

Mà: Vs = W.v



45

– W: là lưu lượng khối lượ ng, kg/s

– v : là thể tích riêng , m3/kg

3.4.1. Đườ ng kính ống dẫn hơi đốt

Nồi 1:

(3.39)

Theo ([1], trang 314)ở nhiệt độ thd1 = T1 = 151,1 oC

Thay vào (3.38) √ )

Theo [2], trang 412 ta chọn d = 80 (mm)

Nồi 2:

(3.40)

Theo ([2], trang 412), ta có Ở nhiệt độ thđ2 = T2 = 114,5 0C suy ra=1,055(m3/kg)

Thay vào (3.38) √ )

Chọn d = 25 mm theo ([2], trang 413).

Tóm lại, chọn cùng loại đường kính ống dẫn hơi đốt cả 2 nồi là d = 25 mm với

đường kính ngoài dn = 133 mm

3.4.2. Đường kính ống dẫn hơi thứ

Nồi 1:

Đường kính ống dẫn hơi thứ nồi bằng đường kính ống dẫn hơi đố t nồi 2. Suy ra

d =125 mm.

Nồi 2:

Ở t’2 = 60,7 0C

v = 7,48 m

3

/kg theo Bảng I.250 [1], trang 312.



46

(3.41)

Thay vào (3.38) .

Theo ([2], trang 415) Chọn d = 35 mm với đường kính ngoài dn = 377 mm

3.4.3.Đườ ng kính ống dẫn dung dịch

Chọn thép chế tạo ống dẫn dung dịch là thép hợ p kim X18H10T

3.4.3.1.Đườ ng kính ống dẫn dung dịch đầu vào thiết bị gia nhiệt

Ta có :

(3.42)

Giả sử dung dịch ban đầu có nhiệt độ t = 25 oC và xđ = 18%

Theo ([1], trang 35) ta có: =1183,5 kg/m3 ⟹

Ch ω

Thay vào (3.38) :

Chọn d = 32 mm, dn = 38 mm theo ( [2], trang 411)

Từ thiết bị gia nhiệt vào nồi 1:

Từ (3.41) ta có :

Giả sử nồi gia nhiệt tăng nhiệt độ dung dịch đầu từ 25 0C lên 100 0C.

Ở t = 100 0C , xđ = 18% tra theo ([1], trang 35) ta được ρ =48,85 (kg/m3)



47

⟹

Thay vào (3.38) :

Theo ([2], trang 411) Chọn d = 32 mm, dn = 38 mm.

Từ nồi 1 vào nồi 2:

Ta có :

(3.43)

Dung dịch ra khỏi nồi có: x1 = 23,77 % và ở nhiệt độ là 130,66 oC (tra và nội

suy từ ([3], trang 11) ⟹ ρ = 9,4 kg/m3

⟹

Thay vào (3.38) :

Theo ([2], trang 410) Chọn d = 25 mm, dn = 32 mm

Ra khỏi nồi 2 đến thùng chứa sản phẩm:

Lưu lượ ng khối lượ ng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi 2 là:

(3.44)

Dung dịch ra khỏi nồi 2 có : xc = 35% và nhiệt độ là 92,23 0C (tra và nội suy từ

([3]trang 11)⟹ ρ = 1330,77 kg/m3

⟹

Thay vào (3.38) :



48

Theo ([2], trang 409) Chọn d = 2 mm, dn = 25 mm

Tóm lại, chọn đường kính ống dẫn dung dịch cho toàn hệ thống là d = 32 mm, dn

= 38 mm

3.4.3.2. Đườ ng kính ống tháo nướ c ngư ng

Nồi 1 theo (3.38):

Ở nhiệt độ thd1 = T1 = 151,1 oC theo ([1], trang 11) = 908,6 kg/m3

Thay vào (3.38) .

⟹

Theo ([2], trang 410) chọn d = 20 mm , dn = 25 mm

Nồi 2:

Lưu lượ ng khối lượ ng là theo (3.39):

Ta có thd2 = T2 = 114,5 oC theo ([3]trang 11)⟹ ρ = 946,82 kg/m3

Thay vào (3.38).

⟹

Theo ([2], trang 410) ta chọn d = 2 mm , dn = 25 mm



49

Vậy, chọn đường kính ống dẫn nước ngưng cho toàn hệ thống là d = 2 mm, dn=

25mm.

Bảng 3.7 . Đường kính các loại ống dẫn cho toàn bộ hệ thống

Ống dẫn Đường kính trong d (mm)

Đường kính ngoài dn (mm)

Ống dẫn hơi đốt 125 133

Ống dẫn hơi thứ nồi 1 125 133

Ống dẫn hơi thứ nồi 2 350 377

Ống dẫn nguyên liệu vàothiết bị gia nhiệt

32 38

Ống dẫn dung dịch 32 38Ống tháo nước ngưng 20 25

3.5.Chiều dày vỉ ống

Buồng đốt có 2 vỉ ống cố định được hàn vào mặt trên và mặt dưới. Chiều dày vỉ

ống phải đảm bảo giữ chặt ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn, bền dưới tác dụng của

các loại ứng suất, chống được ăn mòn. Chọn phương pháp gắn ống vào vỉ bằng

phương pháp nong.

Chiều dày tối thiểu theo ([4], trang 182):

Smin = dn/8 + 5(mm) (3.45)

dn ,đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn= 25mm

⟹

Để giữ nguyên hình dạng vỉ ống sau khi nong cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi 2 thành lỗ gần nhất f m phải lớn hơn tiết diện nhỏ nhất cho phép f min theo ([4],

trang 186):

(3.46)

⟹ (3.47)

Với d1 = dn +1 =25 + 1 =26 (mm)

Trong đó t= 3 mm là bướ c ống



50

⟹

Vậy: bề dày vỉ ống là Sv =10mm

3.6. Chiều dày lớp cách nhiệt

Để nhiệt truyền qua thành thiết bị hay ống dẫn thoát ra ngoài không khí không

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

3.6.1.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 tr ườ ng xung quanh khoảng 20o

C đượ c tính theocông thức: ([2], trang 41)

(3.48)

Trong đó:

– dn: đườ ng kính ngoài của ống dẫn (không k ể lớ p cách nhiệt)

– : hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt, W/m.độ

– q : nhiệt tổn thất tính theo 1 m chiều dài ống, W/m

– tT2 : nhiệt độ mặt ngoài của ống kim loại chưa k ể lớ p cách nhiệt, oC

Chọn chất cách nhiệt là bông thủy tinh, theo bảng I.126-[1], trang 128 và bảng

I.1-[1]trang 8 ta có:

– = ,372 W/m.độ – = 200 kg/m3

3.6.1.1. Ống dẫn hơi đốt

Bảng 3.8. Ống dẫn hơi đốt

Nồi 1 Nồi 2

dn (mm) 133 133

tT2 (oC) 151,1 114,5



51

λ (W/m.độ) 0,0372 0,0372

q(W/m) tra [2], trang42

105 96,47

Nồi 1:

Thay vào (3.48):

Theo quy chuẩn chọn δ = 8 mm

Nồi 2:

Thay vào (3.48):


3.6.1.2. Ống dẫn hơi thứ

Nồi 1:

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

dẫn hơi thứ là: δ = 8 mm.

Nồi 2:

Bảng 3.9 :Ống dẫn hơi thứ

Nồi 2

dn (mm) 350tT2 (

oC) 60,7

λ (W/m.độ) 0,0372

q(W/m) tra [2], trang42

95,3

Thay vào (3.48):



52


3.6.1.3. Ống dẫn dung dịch

Bảng 3.10.Ống dẫn dung dịch

vào nồi 1 từ nồi 1 qua nồi 2 từ nồi 2 qua bình

chứ a

dn (mm) 38 32 25

tT2 (oC) 100 130,66 92,23

λ (W/m.độ) 0,0372 0,0372 0,0372

q(W/m) tra [2], trang 42 46,5 55,98 37,67

3,25 3,49 4

Theo quy chuẩn chọn δ= 4 mm

3.6.2.Tính bề dày lớ p cách nhiệt của thân thiết bị

Bề dày lớ p cách nhiệt cho thân đượ c tính theo công thức: ([2], trang 92)

(3.49)

Trong đó :

tT2 : nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí ( 40 ÷ 50 oC),

chọn tT2 = 40oC

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 gần bằng nhiệt

độ hơi đốt, T1 =151,1 oC

– tkk : nhiệt độ môi trường xung quanh, tkk = 25 oC

– λ : hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt (bông thuỷ tinh) ( λ = ,372 W/mđộ)

Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí theo tài liệu

(VI.67-[2], trang 92)

αn = 9,3 + 0,058.tT2 (3.50)

αn = 9,3 + 0,058.40 = 11,62 W/m2

. độ



53

Thay số vào (3.48) bề dày lớp cách nhiệt :

Theo quy chuẩn chọn

= 24mm

Do điều kiện làm việc của buồng đốt và buồng bốc của 2 tương tự nhau nên ta

chọn = 24 (mm) cho cả buồng đốt và buồng bốc của cả 2 nồi.

3.7. 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.

Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương pháp nối với áp suất môi trường.

Hệ thống cô đặc đang tính có áp suất làm việc không cao lắm nên chọn loại

bích liền để nối các bộ phận của thiết bị.

Hình 3.5. Bích nối thiết bị

D: đường kính ngoài mặt bích, mm

Db: đường kính đối nhau của hai bulông trên mặt bích, mm

h: chiều cao mặt bích3.7.1. Buồng đốt

Theo ([2], trang 360) Áp suất thủy tĩnh trong phần dướ i thân thiết bị là:

P1 =g .H (3.51)

Trong đó:

– g: gia tốc tr ọng tr ườ ng, g = 9,81 m/s2

− : khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3



54

−

H chiều cao cột chất lỏng cao nhất, m

Vớ i Phđ = 5 at, = 908,6 kg/m3

Áp suất tính toán trong thiết bị:

Nồi : theo (3.28)

P = Phđ + P1 = 5.9,81.104 + 9,81 . 908,6 .0,322 = 493379,01 (N/m2)

Nồi 2: theo (3.28)

P = Phđ2 + P2 = 1,7. 9,81.104 + 9,81. 946,82.0,322 = 169770,12 (N/m2)

3.7.2. Buồng bốc

Tương tự buồng đốt Áp suất buồng bốc:

Nồi : theo (3.28)

P = Pht1 + P1 = 1,76 .9,81.104 + 9,81.946,82.0,35 = 175906,91(N/m2)

Nồi 2: theo (3.28)

P = Pht2 + P2 = 0,211.9,81.104 + 9,81.982,87 .0,35 = 24073 (N/m2)

Theo ([2], trang 419 ,420) ta được hai bảng sau;

Bảng 3.11. Kích thước bích nối buồng đốt, buồng bốc nồi 1

Thiết

bị

P.106

(N/m2)

Dt

(mm)

Kích thước ống nối Bu-lôngh

D D b Di Do d b Z

mm Cái

Buồngđốt

0,506 600 740 690 650 611 M20 20 20

Buồng

bốc 0,176 1000 1140 1090 1060 1013 M20 20 24



55

Bảng 3.12. Kích thước bích nối buồng đốt, buồng bốc nồi 2

Thiết

bị

P.106

(N/m2)

Dt

(mm)


D D b Di Do d b Z

mm CáiBuồng

đốt 0,169 600 740 690 650 611 M20 20 20

Buồng

bốc 0,024 1000 1140 1090 1060 1013 M20 20 24

Theo ([2], trang 419 – 42) chọn bích để nối các bộ phận với ống dẫn, chọn bích

liền kiểu .

Bảng 3.13. Kích thước bích nối các ống dẫn

ống dẫn Dy Dn


D D b D1 d b Z

mm Cái

Hơi đốt 125 133 235 200 178 M16 8 14

Hơi thứ nồi 125 133 235 200 178 M16 8 14

Hơi thứ nồi 2 350 377 485 445 415 M26 12 22 NL vào TBGN 32 38 120 90 70 M12 4 12

Dung dịch 32 38 120 90 70 M12 4 12

TNG 20 25 90 65 50 M10 4 12

3.8. Chọn tai treo

Chọn Z =4 tai treo bằng thép CT3 cho một buồng đốt

Tải tr ọng cho 1 tai treo đượ c tính theo ([4], trang191) ta đượ c:

(3.52)

Trong đó:

Gmax : trọng lượng lớn nhất của thiết bị, N

Gmax = Gthân(bđ+bb) + Gnắp + Gđáy + Gcách nhiệt + Glỏng + Ghơi + G bích + Gống + Gvỉ (3.53)



56

3.8.1. Khối lượng đáy buồng đốt

Ứng với chiều dày đáy buồng đốt là S = 8 mm, đường kính trong Dt = 0,6 m

Chiều cao gờ h = ,25 m

Theo ([2], trang 384) Khối lượ ng của đáy thiết bị suy ra: Gđáy = 28 kg

3.8.2.Khối lượ ng thân buồng đốt

Bề dày buồng đốt là S = 3 mm

Khối lượ ng thân buồng đốt là hình tr ụ nên ta có công thức:

Mđốt =.V (3.53)

Trong đó: : là khối lượng riêng của vật liệu CT3

Theo ([2], trang 313) ta có ρ = 785 kg/m3.

V: thể tích thân tr ụ

Suy ra (3.53) ta đượ c công thức:

(3.54)

Dn = Dt + 2.S = 0,6 + 2.0,003 = 0,606 (m)

Chiều cao H = 1,8 m, thay số liệu vào (3.54).

⟹

3.8.3. Khối lượng nắp buồng bốc

Ứng với chiều dày nắp buồng bốc là S = 4 mm, đường kính trong Dt = 0,8 m

Theo ([2], trang 384) ta chọn chiều cao gờ h = ,25 m

Khối lượng của nắp thiết bị: Gđáy = 36,2 (kg)

3.8.4. Khối lượ ng thân buồng bốc

Vớ i bề dày buồng bốc là S = 2,5 mm

Khối lượ ng thân buồng bốc:



57

(3.55)

Chiều cao buồng bốc H = 3 m

Khối lượ ng riêng vật liệu CT3: theo ([2], trang 313) ta có

= 7850 kg/m3

Dn = Dt + 2.S = 1 + 2.0,0025 = 1,005 (m), thay số vào (3.55).

⟹

3.8.5. Khối lượ ng lớ p cách nhiệt

(3.56)

- Buồng đốt: Chiều cao H = 1,8 m

Đườ ng kính trong D’t = 0,606 m

Đường kính ngoài D’n = D’t + 2.S = 0,606 + 2.0,024 = 0,654 (m)

Khối lượ ng bông thủy tinh =200kg/m3


⟹

- Buồng bốc: Chiều cao H = 3 m

Đườ ng kính trong D’t = 1,005 m

Đườ ng kính ngoài D’n = D’t + 2.S = ,4 + 2.,24 = 1,052 (m)

Khối lượ ng riêng bông thủy tinh

=200kg/m3

⟹

Nên khối lượng lớp cách nhiệt của buồng bốc và buồng đốt:

∑Mcách nhiệt = 17,09 + 45,5 = 62,59 (kg)

3.8.6. Khối lượ ng cột chất lỏng

Áp dụng công thức:



58

(3.57)

Chiều cao cột lỏng H = 1,8 m

Khối lượ ng riêng lớ n nhất của chất lỏng

max=1201,94 (kg/m3)

Tổng số ống truyền nhiệt 165 ống

Đườ ng kính trong Dt = 0,032 m


3.8.7. Khối lượ ng cột hơi


(3.58)

Chiều cao cột hơi H = 3 m

Khối lượ ng riêng lớ n nhất của chất lỏng = 2,614 kg/m3

(Ứ ng vớ i P = 5 at tra([1]), trang 315).

Đườ ng kính trong D1 = 1 m


3.8.8. Khối lượ ng bích

Chọn vật liệu làm bích là thép hợ p kim X18H10T


(3.59)

n: là số lượng bích

Khối lượng riêng vật liệu làm bích X8HT: ρ = 79 kg/m3



59

Tra theo ([2], trang 409) đối với bích nối bộ phận thiết bị và ống dẫn (bích liền

bằng kim loại đen) Tra theo ([2], trang 417) đối với bích liền nối thiết bị.

Bảng 3.14. Khối lượng bích

Bích n D Dn h Khối lượng M (3.59)

Buồng đốt 2 0,74 0,6 0,02 46,56

Buồng bốc 2 1,14 1 0,024 89,22

Hơi đốt 2 0,235 0,133 0,014 6,52

Hơi thứ 2 0,484 0,377 0,022 25,14

Ống dẫn

dung dịch

4 0,12 0,038 0,012 3,86

Tháo nướcngưng

2 0,09 0,025 0,012 1,1

Tổng khối lượng bích (kg) 172,4

3.8.9. Khối lượng ống truyền nhiệt

Khối lượng riêng vật liệu làm bích X8HT: ρ = 7900 kg/m3

Khối lượ ng của toàn bộ ống truyền nhiệt: bố trí 241 ống truyền nhiệt k ể cả trong

hình viên phân theo ([2], trang 48)

(3.60)

⟹ 0,0252 – 0,0212 ).1,8. 7900 = 494,99 (kg)

3.8.10. Khối lượ ng vỉ ống

Chọn thép chế tạo vỉ ống là thép hợ p kim X18H10T

Thể tích thép làm vỉ ống bao gồm cả 2 bích:

Tổng diện tích các lỗ:

(3.61)

Diện tích vỉ

(3.62)



60

Diện tích còn lại: Scl = ,43 − ,6 = ,324 (m2)

Khối lượ ng vỉ và bích: Mvi = n. Scl.h.= 2. 0,324.0,01.7900= 51,2 (kg)

h = mm: chiều dày vỉ ống

Tóm lại, tổng tỉ trọng tác dụng lên tai treo theo (3.53) :

G = [Mthân (đốt + bốc) + Mnắp + Mđáy + Mcách nhiệt + Mlỏng + Mhơi + M bích + Mống +

Mvỉ] .9,81 = (80,26 + 185,19 + 36 + 28 + 62,59 + 286,95 + 6,1 + 172,4 +

494,99+51,2).9,81 = 13512,23 (N)

Vậy tải trọng tai treo CT (3.52): G1 = G/4 =13482,96/4=3370,74 N

Chọn theo bảng ([2], trang 438) với tải trọng tai treo lấy bằng ,5.4 N (tai

treo thiết bị thẳng đứng).

Bảng 3.15. Các thông số của tai treo

Tảitrọngcho

phéplên

taitreo (G.104

N)

Bềmặtđở

(F.10

4

m2)

Tảitrọngchop

phép lên

bề mặtđở(G.10-

6 N/m2)

L B B1 H s l a dKhốilượngmộttai

treomtt

(kg)

(mm)

0,5 72,5 0,69 100 75 85 155 6 40 15 18 1,23



61

Bảng 3.16. Bản g thông số thiết bị chính

Tên chi tiết Nồi 1 Nồi 2

Buồng đốt Thân

Chiều cao 1,8 m

Đường kính 600 mmBề dày thân 3 mm 2 mm

ĐáyBề dày đáy 8mm

Chiều cao 322 mm

Buồng bốc

Thân

Chiều cao 3 m

Đường kính 1000 mm

Bề dày thân 2,5 mm 2 mm

Nắp Bề dày nắp 5 mm 4 mmChiều cao 250 mm

Đường kính các ốngdẫn

Hơi đốt dn 133 mm

dtr 125 mm

Hơi thứ dn 377 mm

dtr 350 mm

Dung dịch

Dung dịchvào TBGN

dn 38 mmdtr 32mm

Tháo nướcngưng

dn 25 mm

dtr 20 mm

Bề dày lớp cách

nhiệt

Ống dẫn hơi đốt 8 mm 8 mm

Ống dẫn hơi thứ 8 mm 8 mm

Ống dẫn dung

dịch 4 mm 4 mm

Thân thiết bị 24 mm 24 mm

Chiều dày vĩ ống 10mm

Mặt bíchThân thiết bị Bảng 3.11 Bảng 3.12

Ống dẫn Bảng 3.13

Tai treo Bảng 3.15

Ghi chú : Đường kính ống dẫn là như nhau toàn bộ hệ thống.



62

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

4.1. Tính thiết bị gia nhiệt

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu vào là thiết bị đun nóng loại ống chùm ngược

chiều dùng hơi nước bão hoà ở 5 at , hơi nước đi bên ngoài ống từ trên xuống dưới.Hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên . Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở

nhiệt độ phòng (25oC) khi ra ở nhệt độ sôi 130,66 oC.

4.1.1 Nhiệt lượng trao đổi : ( Q)

Theo công thức tài liệu [2],trang 46 ta có:

Q = G.Cp.(tF – tf ) (W) (4.1)

Trong đó :

G: Khối lượng hỗn hợp đầu G = 3000/3600=0,8333 (kg)

tF: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = 130,66 (oC)

Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp được tính theo công thức (2.11) Cp= 3432,52

(J/kg )

tf : Nhiệt độ môi trường , tf =25oC


Q= 3432,52.0,8333.(130,66- 25) = 302233,386 (W)

4.1.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích:

Dòng nhập liệu:

-

Dòng lạnh : tđ= 25o

C và tc = tsdd = 130,66o

CSuy ra ttb = ½ .(tđ + tc) = 77,83 oC

- Dòng nóng : Tđ = Tc = 151,1 oC

Hiệu nhiệt đầu vào và ra : ∆tmin = 151,1 -130,66 = 20,44 oC

∆tmax = 151,1 – 25 = 126,1 oC

Hiệu số nhiệt độ trung bình theo ([8],trang 68):



63

(4.2)

Chọn ∆t1 = 0,74 oC suy ra tt1 = 5,−,74 = 5,36 oC

Từ giá trị tm tính được, tra ([2],trang 18)ta được : A = 240,65

r = 2102018,61 J/kg theo 151,1 oC

Chọn thép không r ỉ 40XH có = 44 W/m.độ, δ = 2mm , H = ,5 m

Thiết bị sau một thời gian sử dụng sẽ có cặn bẩn bám ở phía trong và phía ngoài

ống truyền nhiệt gây tổn thất nhiệt. Giá trị này được tra theo ([2], trang 4) (bề dày các chất này là ,5 mm)

- Hơi nước có: r hn = 2,32.10-4 (m2.độ/W)

- Cặn bẩn có: r cặn = 3,87.10-4 (m2.độ/W)

Theo công thức (3.4) suy ra ∑r = 6,32.-4 m2.độ/ W

Theo công thức (3.2) suy ra :

Ta có q1 = α1.∆t1 = 22319,39.0,74 = 16472,9 (W/m2)

Theo công thức (3.3)

Tra hằng số vật lý của nước theo (1], trang 310), và ngoại suy hằng số dung dịch

[3], trang 9 và 4) ta đượ c bảng số liệu:



64

Bảng 4.1:H ằ ng số vật lý của nướ c và dung dich ở nhiệt độ vớ i nồng độ 18%

T λ (W/m.độ) ρ (kg/m3).µ .10-3

(N.s/m2). Cp

(J/kg.độ)(2.12)

77,83 0,5438 1166,75 1,192 3432,52131,4 0,5210 1130,05 0,99 3432,52

λ (W/m.độ) được tinh theo công thức (3.6).

Chuẩn số Prandtl theo ([8], trang 29):

Pr = Cp./= (1,192. 10-3. 3432,52)/0,5438 = 7,522 (4.3)

Pr t = Cp.

/

= (0,99. 10-3. 3432,52)/ 0,5210 = 6,521 (4.4)

Chọn vận tốc dung dịch chảy trong ống truyền nhiệt: v = , m/s

Đường kính ông truyền nhiệt dn= 25mm, dtr = 21mm

Chuẩn số Reynolds theo ([8], trang 29):

Re = .v.dtr/ = (1166,75. 0,0021.0,01)/1,192. 10-3 = 205,586 (4.5)

Trong đó :

v, vận tốc dung dịch chảy trong ống truyền nhiệt, m/s.

, hệ số dẫn nhiệt, (W/m.độ)

(λ; ρ ; C ; µ): lấy theo nhiệt độ tườ ng ống

Chuẩn số Grashoft theo ([8],trang 30).

Gr = g.d3.∆t./ 2 (4.6)

Hay : Gr = d3

.2. .∆t2. / 2.g (4.7), là h s giản n vì nhit.oC-1 tra theo ([3],trang 30).

Ta có = 0,549226.10-3 (oC-1),

, tr ọng lượ ng riêng, N/m3 hay =.9,81(N/m3)

g, gia tốc tr ọng trườ ng , 9,81 m2/s.

∆t2, chệnh lênh nhiệt độ,o

C



65

Thay các số liệu vào (4.7) ta đượ c:

Ta có

= 1 hệ số hiệu chỉnh

Chuẩn số Nusselt theo ([8], trang 35). Vì 10<Re<20000 nên ta có công thức:

Nu =0,158..Re0.33.Pr 0,43.Gr 0,1.(Pr/Pr t)0,25 (4.8)

⟹ Nu = 0,158.1.205,5860,33.7,5220,43. 2970389,4280,1.(7,522/6,521)0,25= 10,036

⟹ α2 = .Nu/d = 0,5438. 10,036/0,021= 259,9 (W/m2.độ)

⟹ q2 = α2. ∆t2 = 259,9.62,11= 16143,385 (W/m2)

Kiểm tra sai số:

| | | |

Chấ p nhận giả thiết ∆t1.

4.1.3. Bề mặt truyền nhiệt

Nhiệt tải trung bình theo (3.9):

qtb = (16143,385+ )/2 = 16308.14037 (W/m2)

Hệ số truyền nhiệt theo (3.8):

K = 16308.14037/58,06 = 280,8441 (W/m2.độ)

Bề mặt truyền nhiệt (3.12):

F = 302233,386/280,8441. 58,06= 18,5 m

2

Chọn bề mặt truyền nhiệt 19 m2.

Số ống truyền nhiệt là theo CT (3.15) ta có :

Theo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt theo ([2], trang 48).

Vậy tổng số ống là 24 ống



66

Số hình sáu cạnh là 8

Số ống trong tất cả các viên phân là: b = 7 ống

Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt tính theo công thức (3.16)

Chọn t = ,2.dn t = 1,2 . 0,025 = 0,03 m

Suy ra Dt = 0,03.(17-1)+4.0,025 = 0,58 m

Theo ([2], trang 359):

Chọn Dt = ,6 m.

Bảng 4.2. Thông số thiế t bị phụ (TBGN)

Thiết bị gia nhiệtBề mặt truyền nhiệt 19 m2

Số ống truyền nhiệt 241 ống

Đườ ng kính thiết bị truyền nhiệt 600 mm



67

KẾT LUẬN

Sau một thời gian cố gắng tìm đọc, tra cứu tài liệu tham khảo, cùng với sự giúp

đỡ tận tình của thầy cô bộ môn và thầy hướng dẫn em đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án

thiết kế được giao. Qua quá trình tiến hành em đã rút ra được một số nhận xét sau: – Việc thiết kế và tính toán một hệ thống cô đặc là việc làm phức tạp, đòi hỏi tính

tỉ mỉ và lâu dài. Nó không những yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sự sâu

về quá trình cô đặc mà còn phải biết một số lĩnh vực khác như: Cấu tạo các thiết bị

phụ khác, các quy chuẩn trong bản vẽ kĩ thuật…

– Công thức tính toán không còn gò bó như những môn học khác mà được mở

rộng 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 ở điều kiện thực tế, nên khi

đem vào hoạt động thì hệ thống sẽ làm việc ổn định.

– Không chỉ có vậy, việc thiết kế đồ án môn quá trình thiết bị này còn giúp em

củng cố thêm nhưng kiến thức về quá trình cô đặc nói riêng và các quá trình khác

nhằm nâng cao kĩ năng tra cứu tính toán và sử lý số liệu

Viêc thiết kế đồ án học phần là một cơ hội cho sinh v iên ngành hóa nói chung và

bản thân em nói riêng làm quen với công việc của một kỹ sư hóa học.

Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao chúng em xin chân thành cảm ơn

thầy Phạm Quỳnh Thái Sơn là giáo viên hướng dẫn trực tiếp đã tận tình giúp đỡ và

cung cấp những kiến thức cơ bản về các quá trình và các thiết bị chủ yếu

Mặc dù chúng em đã cố gắng hoàn thành tốt nhiệm vụ nhưng không tránh khỏi

những thiếu sót trong quá trình tính toán thiết kế. Em mong được thầy cô xem xét và

chỉ dẫn thêm.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[]. TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên – Sổ ta y Quá trình

và Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 1 - NXB KHKT Hà Nội, 992

[2]. TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản – Sổ tayQuá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 2 – NXB KHKT Hà Nội

[3]. Bộ môn Máy và Thiết bị – Bảng tra cứu Quá trình cơ học, Truyền nhiệt và

Truyền khối – NXB ĐHBK T.p Hồ Chí Minh, 22

[4]. Hồ Lê Viên – Tính toán, thiết kế thiết bị hoá chất và dầu khí , NXB KHKT

Hà Nội, 26

[5]. Phạm Văn Bôn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ , Quá trình & Thiết bị CNHH–

Tập 5 – Quá trình và Thiết bị Truyền nhiệt , NXB Đại Học Quốc gia TpHCM, 9/24

[6]. Phạm Văn Thơm – Sổ tay thiết kế hóa chất và thực phẩm, Bộ Giáo dục và

Đào tạo, 1992

[7]. QTTB CN Hoá và Thực phẩm – Tài liệu hướng dẫn thiết kế đồ án môn học

QTTB CNH TP (thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều), ĐHBK HN, 22.

[8]. QTTB Truyền nhiệt − Trường ĐHCN Thành Phố HCM, 2.

[9]. Giáo trình thực hành máy và thiết bị (hệ đại học) - Trường ĐHCN Thành

Phố HCM, 2.

nhom9- cô Đặc naoh 2 nồi xuôi chiều-báo cáo Đề tài

Documents