đồ án môn học thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều buồng đốt ngoài làm việc liên tục cô đặc dung dịch natri hydroxitnaoh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.62 MB, 37 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC

BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quỳnh Anh

Giáo viên hướng dẫn : TS. Cao Thị Mai Duyên

Hà Nội, 10/2021

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC

BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CƠNGNGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

I.Đầu đề thiết kế:

Tính tốn, thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, dùng để cô đặc dungdịch NaOH, năng suất F= 3.5 kg/s, chiều cao ống truyền nhiệt H= 6m

II.Các số liệu ban đầu:

Nồng độ đầu của dung dịch : 9% khối lượng Nồng độ cuối của dung dịch: 24% khối lượng Áp suất hơi đốt nồi 1 : 5 at

Áp suất thiết bị ngưng tụ : 0,2 at

III.Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:

1. Phần mở đầu

2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4)3. Tính tốn kỹ thuật thiết bị chính

4. Tính và chọn thiết bị phụ 5. Tính tốn cơ khí6. Kết luận

7. Tài liệu tham khảo.

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

MỤC LỤC

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa học là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên Kỹ thuậtHóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội được nhận đồ án mơn học: “Q trình và thiết bị Cơng nghệ Hóa học”. Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thứccủa môn học. Trên cơ sở kiến thức đó và một số mơn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn trong các q trình cơng nghệ. 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 trình trong tính tốn và thiết kế, tự nâng cao kỹ năng trình bày bản thiết kế theo văn phịng khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.

Trong đồ án mơn học này, nhiệm vụ phải hồn thành là thiết kế hệ thống cô đặchai nồi xuôi chiều, buồng đốt ngoài làm việc liên tục với dung dịch NaOH, năng suất 3.5 kg/s, nồng độ dung dịch ban đầu 9%, nồng độ sản phẩm 24%.

Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiệm thực tế và nhiều mặt khác nên khơng tránh khỏi những thiếu sót trong q trình thiết kế. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêm của cơ để đồ án của em được hồn thiện hơn.

thành đồ án này!

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quỳnh Anh

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

1.1. Giới thiệu chung về q trình cơ đặc

1.1.1. Cơ đặc

Cơ đặc là q trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sơi, với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan.- Tách chất rắn hoà tan ở dạng tinh thể.- Thu dung môi ở dạng nguyên chất.

Hơi bay ra trong q trình cơ đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hoá hơi lớn nên được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc. Nếu hơi thứ sử dụng ngồi dây truyền cơ đặc gọi là hơi phụ.

Truyền nhiệt trong q trình cơ đặc có thể trực tiếp hoặc gián tiếp, khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lị cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hồ để đốt nóng.

1.1.2. Các phương pháp cô đặc

Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất, trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi. Quá trình có thể gián đoạn hay liên tục. Trong hệ thống nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không.

Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đốiđến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần sau đó cho dung dịch mới để tiếp tục cơ đặc.

Cô đặc liên tục trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi dung dịch và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Q trình cơ đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suấtkhí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; cịn làm việc ở áp suất khác thì dùng thiết bị kín cơ đặc trong chân khơng (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt sơi 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 chân khơng dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bịphân huỷ bởi nhiệt, ngồi ra cịn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sơi trung bình của dung dịch, dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt.

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch không bị phân huỷ ở nhiệt dộ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cơ đặc và cho các q trình đun nóng khác.

Cơ đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ khơng được sử dụng mà được thải ra ngồikhơng khí. Phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế.

1.1.3 Cô đặc nhiều nồi xuôi chiều

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó, có ý nghĩa vềmặt sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi là: nồi đầu dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi bốc lên ở nồi này được đưa vào nồi thứ 2 để làm hơi đốt, hơi thứ của nồi thứ 2 lại làm hơi đốt cho nồi thứ 3, … Hơi thứ ở cuối nồi được đưa vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi đầu đến nồi cuối, qua mỗi nồi nồng độ của dung dịch tăng dần lên do một phần dung môi bốc hơi. Hệ thống cô đặc xuôi chiều được sử dụng khá phổ biến.

Ưu điểm: dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi. Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó, dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sơi, kết quả là dung dịch được làm

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi.

Nhược điểm: nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng dộ của dung dịch lại tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyềnnhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.

1.2. Giới thiệu chung về chất cần cô đặc

1.2.1. Thông tin chung

Natri hydroxit hay còn gọi là xút hoặc xút ăn da, có dạng tinh thể màu trắng, hút ẩm mạnh. Tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt tạo thành dung dịch kiềm (bazơ) mạnh, không màu. NaOH rắn mất ổn định khi tiếp xúc với các chất khơng tương thích, hơi nước, khơng khí ẩm.

NaOH là chất rắn tinh thể, bề ngoài màu trắng dạng viên, vảy hoặc hạt ở dạng dung dịch bão hòa 50% (hút ẩm mạnh, dễ chảy rữa). NaOH dung dịch có mùi hăng, cóvị đắng, khơng màu. Dung dịch natri hydroxit có tính nhờn và có thể ăn mịn da. NaOH có tính ăn mịn chất hữu cơ. Khi tiếp xúc với da có thể gây ăn mịn da, gây kích thích bỏng, và thấm qua da. Triệu chứng ngứa, mọc vảy, tấy đỏ, bỏng. Cần có phương pháp, biện pháp sử dụng hợp lý.

Natri hydroxit rất dễ hấp thụ CO2 trong không khí vì vậy nó thường được bảo quản ở trong bình có nắp kín. Xút phản ứng mãnh liệt với nước và giải phóng một lượng nhiệt lớn, hịa tan trong etanol và metanol. Xút cũng hòa tan trong ete và các dung môi không phân cực, và để lại màu vàng trên giấy và sợi.

Xút có khả năng phản ứng với một số kim loại như Al, Zn, Be, Sb, Pb, Cr hoặc

đó nếu như các thiết bị sử dụng được làm từ các vật liệu kim loại trên thì có thể bị ăn mịn và khơng an tồn trong q trình sản xuất.

1.2.2. Tính chất vật lý

Khối lượng mol: 39,9971 g/molKhối lượng riêng: 2,1 g/cm³, rắnNhiệt độ nóng chảy: 318 °C Nhiệt độ sôi: 1.390 °C Độ pH: 13.5

NaOH dễ tan trong nước lạnh. Độ hòa tan trong nước 111g/100 ml (20 °C)

1.2.3. Tính chất hố học

- Làm đổi màu chất chỉ thị

Dung dịch NaOH làm quỳ tím chuyển thành màu xanh.

Dung dịch NaOH làm phenolphthalein không màu chuyển sang màu đỏ, đổi màu methyl da cam thành màu vàng.

- Natri hydroxit tác dụng với oxit axit

Khi tác dụng với axit và oxit axit trung bình, yếu thì tùy theo tỉ lệ mol các chất tham gia mà muối thu được có thể là muối axit, muối trung hòa hay cả hai.

- Natri hydroxit tác dụng với axit

Là một bazơ mạnh nên tính chất đặc trưng của NaOH là tác dụng với axit tạo

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

thành muối tan và nước. Phản ứng này còn gọi là phản ứng trung hòa.- Natri hydroxit tác dụng với muối

Natri hydroxit tác dụng với dung dịch muối tạo thành muối mới và bazơ mới. Điều kiện để có phản ứng xảy ra: Muối tạo thành phải là muối không tan hoặc bazơ tạo thành phải là bazơ không tan.

1.2.4. Sản xuất dung dịch NaOH trong thực tế

NaOH hiện nay được sản xuất bằng một số phương pháp:

- Điện phân bằng điện cực thuỷ ngân: Phương pháp này cho phép sản xuất dungdịch NaOH với nồng độ 50-52% mà chưa thông qua cô đặc.

- Điện phân màng ngăn: Phương pháp này chỉ cho phép sản xuất dung dịch NaOH rất loãng, nồng độ khoảng 12-14% khối lượng và thông qua nhiều lần côđặc để nâng nồng độ lên 49-52%.

- Điện phân với màng trao đổi ion: Phương pháp này cho phép sản xuất dungdịch NaOH có nồng độ 33-35% khối lượng và tiếp tục được cô đặc lên 50% để thuận tiện cho vận chuyển.

1.2.5. Ứng dụng

- Trong ngành hóa mỹ phẩm:

Xút được dùng làm phụ gia và chất độn trong ngành hóa mỹ phẩm nhờ khả

năng kết tủa và khả năng hút các phân tử nước từ mơi trường xung quanh. Nó được dùng như dung mơi trung hịa các hoạt chất khác nhau đồng thời làm chất cân bằng độ pH và hút nước cho mỹ phẩm.

Xút cũng được dùng để chế tạo hoạt chất tẩy rửa và tạo bọt trong sữa tắm, dầu gội, kem tẩy lông. Xút NaOH được dùng sản xuất các sản phẩm chăm sóc cá nhân với các nồng độ khác nhau như nồng độ 5% dùng tẩy da chết ở móng tay, nồng độ 2% dùng để duỗi tóc thơng thường, nồng độ 4.5% dùng duỗi tóc chuyên nghiệp.

- Sản xuất tơ sợi nhân tạo:

Sản xuất sợi Rayon vosco từ xơ tre: Ngâm xơ tre trong dung dịch xút NaOH 15-20% sẽ tạo thành cellulose kiềm, sau đó cho sulfur hóa tạo thành cellulose natri xanthate rồi cho vào bình chứa dung dịch NaOH lỗng để tạo dung dịch visco. Dung dịch visco được đưa vào hệt thống bình chứa có khí nén để ép phun ra khỏi vịi phun có nhiều lỗ nhỏ thành dạng sợi. Dung dịch visco được phun vào bình chứa axit sulfuricloãng để thủy phân tạo thành sợi cellulose tái sinh. Cuối cùng sấy khô ta thu được sợi visco.

- Xút sản xuất hóa chất tẩy giặt:

Xà phòng được sản xuất từ phản ứng xà phịng hóa bằng cách đun sơi chất béo với dung dịch xút NaOH, các chất béo được xút thủy phân thành muối natri và glyxerol. Dung dịch muối natri thu được chính là xà phịng. Sau khi tách glyxerol khỏixà phòng, người ta tiến hành tách xà phòng triệt để bằng cách pha dung dịch xà phòng với xút pha lỗng, khi đó dung dịch sẽ tách ra hai lớp, lớp trên là xà phòng mịn, lớp dưới là hỗn hợp nước, muối và tạp chất. Sử dụng xút dạng vảy với nồng độ 99% hoặc xút lỏng 45%, 35%.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

- Tẩy rửa công nghiệp:

NaOH 98.5% thường sẽ được sử dụng nhiều ở việc tẩy rửa các thiết bị, vật liệu, đặc biệt là tẩy bề mặt của thép không gỉ và các món đồ dùng bằng thủy tinh vì hóa chất Natri hydroxit có tính tẩy mạnh.

Ngồi ra dung dịch NaOH cịn được sử dụng trong công nghệ dược phẩm, thực phẩm, xử lý đường ống nước và chất lượng nước, điều chỉnh pH của dung dịch khoan trong công nghiệp dầu mỏ, ….

1.3.Giới thiệu nội dung chính của đồ án

Đồ án tiến hành tính tốn, thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch NaOH, năng suất F= 3.5 kg/s, chiều cao ống truyền nhiệt H= 6m với các số liệu ban đầu:

Nồng độ đầu của dung dịch : 9% khối lượng Nồng độ cuối của dung dịch: 24% khối lượng Áp suất hơi đốt nồi 1 : 5 at

Áp suất thiết bị ngưng tụ : 0,2 atĐồ án bao gồm các nội dung chính sau: 1. Phần mở đầu

2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4) 3. Tính tốn kỹ thuật thiết bị chính

4. Tính và chọn thiết bị phụ 5. Tính tốn cơ khí 6. Kết luận

7. Tài liệu tham khảo.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

PHẦN II: SƠ ĐỒ - MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ A4 đính kèm.

2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị

Dung dịch đầu được chứa trong thùng chứa (1) được bơm (3) đưa lên thùng cao vị(2) có ống chảy tràn để ổn định lưu lượng. Lưu lượng kế (4) điều chỉnh lưu lượng cần thiết của dung dịch vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (5), gia nhiệt tới nhiệt độ sơi của dung dịch. Sau đó dung dịch được đưa vào buồng đốt nồi cô đặc 1 (6). Hỗn hợp lỏng hơi trong buồng đốt đi sang buồng bốc (7). Trong buồng bốc hơi đi lên, dung dịch đi xuống dưới, qua ống tuần hoàn quay trở lại buồng đốt (6). Dung dịch sau nồi 1 đạt

hơi đốt nồi 2. Sau nồi 2 dung dịch đạt nồng độ cuối x được bơm (3 ) đẩy vào thùng 2 ’

chứa sản phẩm cuối (12). Hơi thứ nồi 2 đi vào thiết bị ngưng tụ Baromet nhờ chênh lệch áp suất. Hơi được ngưng tụ thành lỏng và tự chảy xuống thùng chứa nước ngưng (11). Khí khơng ngưng có lẫn bọt qua cơ cấu tách bọt (10), bọt sẽ đi xuống thùng chứa, cịn khí khơng ngưng đi ra ngồi nhờ bơm hút chân khơng (13).

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Dun

PHẦN III. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNHCác số liệu ban đầu:

Dung dịch cô đặc: NaOH

Nồng độ đầu của dung dịch: x = 9% khối lượngđ

Nồng độ cuối của dung dịch: x = 24% khối lượngc

Áp suất hơi đốt nồi 1: P = P = 5 athđ1

Áp suất thiết bị ngưng tụ: P = P = 0,2 atntng

Chiều cao ống truyền nhiệt: H = 6m

3.1. Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống, W:

Áp dụng công thức VI.1, [2-55]: Trongđó:

W: tổng lượng hơi thứ bốc ra (kg/h)

xđ, x : c Nồng độ đầu và cuối của dung dịch (% khối lượng)Ta có:

𝑥đ = 9% khối lượng. 𝑥 = 24% 𝑐 khối lượng.

3.2.Tính sơ bộ lượng hơi thứ bốc ra khỏi mỗi nồi: Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1: W , (kg/h)1

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2: W , (kg/h)2

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi trước nhỏ hơn nồi sau. Để đảm bảo việc dùng toàn bộ lượng hơi thứ nồi trước làm hơi đốt nồi sau ta chọn:

W1: W = 1:1,052 Ta có hệ:

3.3.Tính nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi:

Theo công thức VI.2c, [2-57]:

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

Ta có nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi: Nồi 1:

3.4.Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống, ∆𝑷:

P1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Png.Do đó ta có:

∆𝑃 = 𝑃1 − P = 5 – 0,2 = 4,8 (at)ng

3.5.Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi:

Giả thiết phân số hiệu số áp suất giữa 2 nồi là ∆𝑃1: ∆𝑃2 = 2,15: 1Áp suất hơi đốt trong từng nồi 𝑃𝑖 được xác định theo công thức:Pi = P − ∆P = a : ai−1 i−1 1 2

Ta có hệ phương trình: Áp suất hơi đốt ở mỗi nồi:Nồi 1: P1 = 5 (at)

3.6.Tính nhiệt độ ( ) và áp suất hơi thứ ( ) ra khỏi từng nồi

Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi được tính theo cơng thức: Trong đó: T : Nhiệt độ hơi đốt nồi thứ i+1 (i+1 oC)

: Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống. Chọn Nồi 1:

Nồi 2:

Từ Bảng I.250 [1-312]:

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

- Áp suất hơi thứ: = 1,81 (at)

Nồi 2, với = 61.2 ( C) ta có:o

- Nhiệt lượng riêng: = 2610,508.10 (J/kg)3

- Nhiệt hóa hơi: r2′ = 2354,092.103 (J/kg)

i’. 10. 10-3

3.7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi:

Tổng tổn thất nhiệt độ này gây ra bởi nồng độ dung dịch tăng cao (∆ )′, do áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆′′) và do trở lực đường ống (∆"′)

3.7.1.Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆ )′′:

Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ở trên bề mặt thống. Thường tính tốn ở khoảng cách giữa của ống truyền nhiệt. theo công thức VI.12 [2-60]:

Để tiện trong q trình tính tốn ta chuyển sang đơn vị (at). Cơng thức trên trở thành:

Trong đó: : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng (at)𝑃′

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

𝐻: chiều cao ống truyền nhiệt. H= 6m

𝜌𝑠: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m )3

𝜌𝑑𝑑: khối lượng riêng của dung dịch (kg/𝑚3) g = 9,81 (m/𝑠2): gia tốc trọng trường

Tra bảng I.22 [1-34], nội suy tuyến tính, tính theo nhiệt độ hơi thứ ta được:Nồi 1: x = 12,947% 1

Nồi 2: x = 24%2

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

Thay vào công thức ta được:

Tra bảng I.251 [1-314], nội suy tuyến tính:

3.7.2.Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao

Phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất hồ tan và dung mơi, vào nồng độ và áp suất

Theo công thức VI.10 [2-59]:

Vậy tổn thất nhiệt do trở lực đường ống là:

3.7.4.Tổng tổn thất nhiệt

3.8.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống3.8.1.Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống nồi cô đặc

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Dun

Theo cơng thức VI.17, VI.18 [2-67]:

Trong đó: T : Nhiệt độ hơi đốt ở nồi 1 (1 oC)

T : Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ (ng oC) : Tổng tổn thất nhiệt ở 2 nồi ( C) o

3.8.2.Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi

Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi là hiệu số nhiệt độ hơi đốt T và nhiệt độ sơi i

trung bình của dung dịch cơ đặc.Chênh lệch nhiệt độ hữu ích mỗi nồi là:

Nồi 1: Nồi 2:

Hiệu số nhiệt độ hữu ích mỗi nồi là:Nồi 1:

Nồi 2:

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

𝐶0, 𝐶 , 𝐶12: nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2, j/kg.độ𝐶𝑛𝑐1, 𝐶𝑛𝑐2: nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, nồi 2, j/kg.độ

𝑄𝑚1, 𝑄𝑚2: nhiệt lượng mất mát nồi 1, nồi 2,𝑤1, 𝑤2: lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2, kg/h

𝑡𝑠0, 𝑡 , 𝑡𝑠1𝑠2: nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2, ℃

3.9.2.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng.

Được thành lập dựa trên nguyên tắc: tổng nhiệt vào = tổng nhiệt raNồi 1: Di1 + G . C . t = W . i + đ0so 1 ′ (Gđ − W . C . t + D. C . θ + Q1) 1 s1 nc1 1 m1 (1) Nồi 2: W1. i + 2 (Gđ − W . C . t = W . i + 1) 1s1 22 (Gđ − W − W . C . t +1 2) 2s2 W1. C . θ + Qnc22 m2 (2)

Nhiệt mất mát thường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi ở từng nồi. Nghĩa là:

Qm1 = 5%. D. (i − C1 nc1θ )1Qm2 = 5%. W . (i − C12 nc2θ )2

Thay vào phương trình cân bằng nhiệt lượng, qua các phép biến đổi đơn giản ta có biểu thức:

Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt:θ1 = T1 =151,1 ( )℃ θ = T2 2 =114,932 ( )℃

Từ bảng I.249.[1-310] nội suy tuyến tính ta có: Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi

θ1 = 151,1 (℃) → Cnc1 = 4315,08 (j/kg.độ) θ = 114,932 2 (℃) → Cnc2 = 4241,384 (j/kg.độ)Nhiệt độ 𝑡𝑠𝑜 của dung dịch: t = t = 124,582 ( C)sos1 o

Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2:

Áp dụng công thức I.43, [1-152]

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

Nồi(j/kg.độ)C(j/kg.độ)𝐶𝑛𝑐 𝜃, (℃) W (kg/h)So sánhGiả thiếtTính

3.10. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi.

3.10.1.Tính hệ số cấp nhiệt 𝜶𝟏𝒊 khi ngưng tụ

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi i là ∆𝑡1𝑖 Nồi 1:

Nồi 2:

- Với điều kiện làm việc ở phịng đốt ngồi thẳng đứng H=6m, hơi ngưng bên ngồi thành ống, màng nước ngưng chảy dịng, hệ số cấp nhiệt được tính theo cơng thức:

(W/m .độ) V.101 [2-28]2Trong đó: : chiều cao ống truyền nhiệt, H= 6m𝐻

𝛼1𝑖: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ở nồi thứ i, (W/𝑚2) ∆𝑡1𝑖: hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi đốt của nồi i, C o

r: ẩn nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt, /kg𝑗Từ bảng số liệu 1, ta có:

Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ t [2-29] m

Nhiệt độ t tính theo cơng thức: m

Trong đó: Ti: nhiệt độ hơi đốt

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

tTi: nhiệt độ bề mặt tường

Thông thường tính 𝛼2𝑖 theo cơng thức:

: áp suất hơi thứ nồi i (at)

∆𝑡2𝑖: hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch sôi∆t2i = tT2i − tddi = ∆T − ∆t − ∆ti 1i Ti

Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt: ∆tTi = q . 1i ∑r, ℃

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Đồ án Quá trình Thiết bịGVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

∆t = ∆T − ∆t − ∆t = 26,52- 3,49- 16,34 = 6,69 (℃)21 1 11 T1 ∆t = ∆T − ∆t − ∆t = 22 2 12 T2 26,76- 3,095- 14,31= 9,355 (℃)Hệ số hiệu chỉnh được tính theo cơng thức:

Trong đó:

λ: hệ số dẫn nhiệt, w/m.độρ: khối lượng riêng, kg/m3C: nhiệt dung riêng, j/kg. độμ: độ nhớt, N.s/m2

λ, ρ, C, μ: lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch. ts1 = 124,582 ℃; t = 88,172 ℃s2

</div>