đồ án môn học thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều loại ống tuần hoàn trung tâm

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

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC</b>

<b>BỘ MƠN QT-TB CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM</b>

<b>---</b><b>---</b>

<b>HÀ NỘI - 2021</b>

VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC

<b>BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ^{CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM}Độc lập – Tự do – Hạnh phúc</b>

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

<b>CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM</b>

NHIỆM VỤ

<b>THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440</b>

(Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư)

Họ và tên: Trần Thị Minh Trâm MSSV: 20180966

<b>II. Các số liệu ban đầu:</b>

 Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu : 3.5 kg/s Nồng độ đầu của dung dịch: 6 % khối lượng Nồng độ cuối của dung dịch: 30 % khối lượng Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at

 Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2 at

<b>III. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:</b>

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

 Bản vẽ dây chuyền cơng nghệ: khổ A4 Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A1

<b>V. Cán bộ hướng dẫn: ThS Đặng Thị Tuyết Ngân</b>

<b>VI. Ngày giao nhiệm vụ:</b> ngày tháng năm 2021

<b>VII. Ngày phải hoàn thành: ngày 27 tháng 1 năm 2022</b>

<b>Người hướng dẫn</b>

( Họ tên và chữ ký)

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

<b>LỜI MỞ ĐẦU</b>

Đồ án mơn học Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học nhằm giúp sinh viên biết vận dụng các kiến thức của mơn học Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học vàcác mơn học khác có liên quan vào việc thiết kế một thiết bị chính và một số thiết bị phụ trong hệ thống thiết bị để thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn trong các q trìnhcơng nghệ.

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị phục vụ một nhiệm vụ kỹ thuật trong sản xuất, sinh viên được làm đồ án Quá trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học. Việc làm đồ án là một công việc tốt cho sinh viên trong bước tiếp cận tốt với thực tiễn sau khi hồn thành mơn học Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học.

Việc thực hiện đồ án là có ích với sinh viên trong quá trình áp dụng kiến thức trong q trình học tập. Trên cơ sở đó, sinh viên vận dụng những kiến thức đã học để thiết kế thiết bị có tính kỹ thuật cơng nghiệp. Môn học sẽ giúp sinh viên biết cách sử dụng tài liệutra cứu, kiến thức tính tốn, và nâng cao kỹ năng trình bày bản vẽ thiết kế.

Trong đồ án này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế một hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, ống tuần hoàn trung tâm làm việc với dung dịch NH<small>4</small>NO<small>3</small> năng suất 12600kg/h, nồng độ 6% đến 30%.

Do còn nhiều hạn chế trong q trình thực hiện nên khơng thể tránh khỏi những sai sót. Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêm của thầy cơ để đồ án của em được hồn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn Th.S Đặng Thị Tuyết Ngân đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

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

1.2.2. Cấu tạo thiết bị cơ đặc...12

<b>PHẦN 2. VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ...13</b>

2.1. Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều...13

2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống...13

<b>PHẦN 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH...15</b>

3.1. Tính tốn lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W)...15

3.2. Tính tốn lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi...15

3.3. Tính nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi...16

3.4. Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống (∆P)...16

3.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi...16

3.6. Tính nhiệt độ t ( C), áp suất hơi thứ p (at) ra khỏi từng nồi...17<small>i</small>^{’ o} ^’<small>i </small>3.7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi...18

3.7.1. Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆<small>i</small>’’...18

3.7.2. Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆i’...20

3.7.3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống ∆’’’...21

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

3.7.4. Tính tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống...21

3.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống...21

3.8.1. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:...21

3.7.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi:...22

3.9. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt để tính lượng hơi đốt D và lượng hơithứ W<small>i</small> ở từng nồi...22

3.9.1. Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng...22

3.9.2. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch NH<small>4</small>NO<small>3</small>...23

3.9.3. Các thông số của nước ngưng...24

3.9.4. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng...24

3.9.5. Xác định lại tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa các nồi trong hệ...26

3.10. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi...27

3.10.1. Tính hệ số cấp nhiệt α<small>1</small> khi ngưng tụ hơi...27

3.10.2. Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ...28

3.10.3. Tính hệ số cấp nhiệt α từ trong của ống truyền nhiệt đến hỗn hợp cô<small>2</small>đặc (L-H) sôi 293.10.4. Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch...33

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

4.1.3. Xác định chiều dày buồng đốt...40

4.1.4. Tính chiều dày lưới đỡ ống:...43

4.1.5. Tính chiều dày đáy lồi phịng đốt...44

4.1.6. Tra bích lắp đáy vào thân, số bulơng cần thiết để lắp ghép bích đáy474.2. Buồng bốc hơi...48

4.2.1. Thể tích phịng bốc hơi...48

4.2.2. Chiều cao phịng bốc hơi:...49

4.2.3. Chiều dày phòng bốc hơi...49

4.2.4. Chiều dày nắp buồng bốc...53

4.2.5. Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc...55

4.3. Tính một số chi tiết khác...56

4.3.1. Tính đường kính các ống nối dẫn hơi, dung dịch vào và ra....56

4.3.2. Tính tai treo và chân đỡ...60

4.3.3. Chọn kính quan sát...67

4.3.4. Tính bề dày lớp cách nhiệt...67

<b>PHẦN 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ...69</b>

5.1. Tính thiết bị ngưng tụ Baromet...69

5.1.1. Tính lượng nước lạnh G cần thiết để ngưng tụ...70<small>n</small>5.1.2. Tính đường kính trong D của thiết bị ngưng tụ...71<small>tr</small>5.1.3. Tính kích thước tấm ngăn...71

5.1.4. Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ bề mặt cắt ngang củathiết bị ngưng tụ 725.1.5 Tính bước lỗ...73

5.1.6. Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ...73

5.1.7. Tính kích thước đường kính ống Baromet...74

5.1.8. Xác định chiều cao ống Baromet...74

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

5.1.9. Tính lượng hơi và khí khơng ngưng...75

5.2. Tính tốn và chọn bơm chân không...76

5.3. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu...76

5.3.2.Hiệu số nhiệt độ hữu ích...78

5.3.3. Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ...78

5.3.4. Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ...79

5.3.5. Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xốy...79

5.3.6. Nhiệt tải riêng về phía dung dịch...81

5.3.7. Kiểm tra sai số...81

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

<b>PHẦN 1: TỔNG QUAN1.1.Tổng quan về sản phẩm</b>

<i><b>1.1.1. Giới thiệu</b></i>

Tên khoa học : Ammonium nitrate

NH NO<small>43</small> cịn có các tên gọi khác nhau như Ammonium nitrate, Nitrat Amon, AmoniNitrate,…. Thường được dùng để điều chế trực tiếp thuốc nổ và đặc biệt nó cịn là hóa chất cơ bản trong sản xuất phân bón và một số lĩnh vực cơng nghiệp khác có sử dụng hóa chất.

Độ hịa tan trong nước của NH4NO3 là: 119 g/100 ml (0 °C), 190 g/100 ml (20 °C)286 g/100 ml (40 °C)421 g/100 ml (60 °C)630 g/100 ml (80 °C)1024 g/100 ml (100 °C)

<i><b>1.1.3. Tính chất hóa học của NH<small>4</small>NO<small>3</small></b></i>

– Amoni nitrat có thể bị nhiệt phân dưới tác dụng của nhiệt độ từ 190 đến 245 C <small>o</small>làm xuất hiện bọt khí do Dinito Oxit (N O) được sinh ra:<small>2</small>

NH NO ⟶ 2H O + N O

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

– Amoni nitrat có thể tác dụng được với Axit như HCl, H<small>2</small>SO<small>4</small> theo phương trình dưới đây:

HCl + NH<small>4</small>NO<small>3</small> ⟶ HNO + NH<small>34</small>ClH<small>2</small>SO<small>4</small> + 2NH<small>4</small>NO<small>3</small>⟶ (NH<small>4 2</small>) SO<small>4</small> + 2HNO<small>3</small>– Amoni nitrat có thể tác dụng với các bazơ như KOH + NH<small>4</small>NO<small>3</small> ⟶ H O + KNO + NH <small>233</small>NaOH + NH<small>4</small>NO<small>3</small>⟶ NaNO + NH OH<small>34</small>

Ca(OH)<small>2</small> + 2NH<small>4</small>NO<small>3</small>⟶ Ca(NO + 2H O + 2NH .<small>3</small>)<small>223</small>– Amoni nitrat có thể với các muối như:

Na PO<small>34</small> + NH<small>4</small>NO<small>3</small> + Be(NO<small>3 2</small>) ⟶ 3NaNO + Be(NH<small>34</small>PO ).<small>4</small>

Sau khi dung dịch muối được tạo ra, thường thì có nồng độ khoảng 83%, lượng nước dư được làm khô đến mức nitrat amoni có nồng độ 95 - 99,9% (nitrat amoni chảy), tùy theo mức độ.

<b>Ứng dụng : </b>

– Làm nguyên liệu phân bón

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

Amoni nitrat dưới dạng phân bón sẽ bổ sung hàm lượng Nitơ cho cây thông qua nitrat và amoni.Đây là loại phân bón rất dễ được hấp thụ và giúp cây trồng đạt được hiệu quả kinh tế cao, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng và năng suất cây.

Ngoài ra phân bón Amoni nitrat sẽ khơng làm chua đất và một số cây trồng cần được bổ sung thêm nitrat như bơng, đay, mía, ngơ khoai, cà phê, cao su, cây ăn quả lưu niên.

– Sản xuất thuốc nổ

Amoni nitrat hiện là chất được chính phủ quản lý vì nó là chất dễ nổ và đang được ứng dụng để sản xuất thuốc nổ vì các đặc tính như là chất oxy hóa mạnh và tính hút ẩm cao rất dễ gây cháy nổ.

Amoni nitrat được sử dụng cho ngành hóa chất, làm cho oxydol, phèn amoni.

<b>1.2.Tổng quan và quá trình cơ đặc</b>

<i><b>1.2.1. Khái niệm</b></i>

Cơ Q trình cơ đặc: Là q trình làm tăng nồng độ của chất tan (khơng hoặc khó bay hơi) trong dung mơi bay hơi. Đặc điểm của q trình cơ đặc là dung mơi được tách rakhỏi dung dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch khơng bay hơi, do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tử trong hỗn hợp này cũng bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ ở mỗi nhiệt độ. Hơi của dung môi tách ra trong q trình cơ đặc gọi là hơi thứ, hới thứ ở nhiệt độ cao có thể đun nóng 1 thiết bị khác

Cô đặc nhiều nồi: Cô đặc nhiêu nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó có ý nghĩa về sử dụng nhiệt hiệu quả. 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 bốc lên để làm hơi đốtcho nồi thứ 2, hơi thứ của nồi thứ 2 được làm hơi đốt cho nồi thứ 3,…Hơi thứ ở nồi cuối

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

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 này được sử dụng khá phổ biến. Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước ra nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi.

Phương pháp cô đặc hai nồi xuôi chiều: Là phương pháp được sử dụng khá phổ biến do có ưu điểm là dung dịch tự di chuyển từ nồi 1 sang nồi 2 nhờ chênh lệch áp suất giữa hai nồi. Nhiệt độ hơi thứ nồi 1 lớn hơn nhiệt độ sôi nồi 2 nên hơi thứ nồi 1 được làmhơi đốt cho nồi 2 do đó có thể tiết kiệm năng lượng. Nhược điểm của nó là nhiệt độ nồi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn nồi trước nên độ nhớt của dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối .

<i><b>1.2.2. Cấu tạo thiết bị cô đặc</b></i>

Trong cơng nghiệp hóa chất và thực phẩm, các loại thiết bị cơ đặc đun nóng bằng hơi nước phổ biến, loại này gồm 2 bộ phận chính:

 Bộ phận đun sơi dung dịch ( phịng đốt) Bộ phận bốc hơi ( buồng bốc) là 1 phòng trốngKhi cấu tạo thiết bị cần chú ý những yêu cầu sau:

 Đơn giản, gọn chắc, dễ lắp đặt, sửa chữa và lắp ghép các chi tiết phải quychuẩn hóa, giá thành rẻ.

 Đáp úng yêu cầu kỹ thuật: chế độ làm việc ổn định ít bám cặn, dễ làm sạch,dễ điều chỉnh và kiểm tra.

 Cường độ truyền nhiệt lớn.

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

<b>PHẦN 2. VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ2.1.Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều.</b>

Các thiết bị trong sơ đồ công nghệ

1 Thùng chứa dung dịch cần cô đặc

<b>2.2.Nguyên lý làm việc của hệ thống</b>

Dung dịch đầu NaNO 5% từ thùng chứa dung dịch (1) được bơm (2) bơm lên thùng<small>3</small>cao vị (3) có chảy tràn. Lưu lượng kế (5) điều chỉnh lưu lượng cần thiết của dung dịch vào thiết bị trao đổi nhiệt (6) .Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đếnnhiệt độ sơi rồi đi vào buồng đốt của nồi cô đặc (7). Ở nồi này dung dịch tiếp tục được đun nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt, hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch. Một phần khí khơng ngưng được đưa qua cửa tháo khí khơng ngưng. Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốtbằng cốc tháo nước ngưng (8) và được đưa vào thùng chứa (10). Dung dịch sơi, dung mơibốc lên trong phịng bốc gọi là hơi thứ. Dưới tác dụng của hơi đốt ở phòng đốt, hơi thứ sẽbốc lên và dẫn sang buồng đốt của nồi sau. Hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua

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

bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt. Hơithứ ra khỏi nồi 1 làm hơi đốt cho nồi 2

Dung dịch từ nồi 1 tự di chuyển qua nồi 2 do có sự chênh lệch áp suất làm việc giữacác nồi, áp suất nồi sau nhỏ hơn nồi trước . Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau. Do đó dung dịch đi vào nồi 2 có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi.Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sơi của dung dịch, do đó cần phải tiêu tốn thêm 1 lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi đưa vào nồi đầu được đun nóng sơ bộ.

Dung dịch sản phẩm ở nồi 2 đạt nồng độ x =30% được đưa vào thùng chứa sản <small>c</small>phẩm (10). Hơi thứ bốc ra khỏi buồng bốc của nồi 2, được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (11). Trong thiết bị ngưng tụ, nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ được ngưng tụ thành lỏng chảy qua ống baromet vào thùng chứa, cịn khí khơng ngưng điqua thiết bị tách bọt (12), hơi sẽ được bơm chân không (14) hút ra ngồi, cịn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng.

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

<b>PHẦN 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH</b>

<i><b>u cầu:</b></i>

Tính tốn thiết kế hệ thống cô đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịchNH NO<small>43</small>

<i><b>Các số liệu ban đầu:</b></i>

Năng suất tính theo dung dịch đầu G = 3,5 [kg/s] = 12600 [kg/h]<small>d</small>Nồng độ đầu vào của dung dịch: x = 6 % [kh.lg]<small>d</small>

Nồng độ cuối của dung dịch: x = 30 % [kh.lg]<small>c </small>Áp suất hơi đốt nồi đầu: P = 5 [at]<small>1</small>

Áp suất hơi ngưng tụ: P = 0,2 [at]<small>ng</small>Chiều cao ống truyền nhiệt chọn: H = 3 [m]

<b>3.1. Tính tốn lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W)</b>

Trong đó: W – Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (kg/h)Thay số, ta có:

<b>3.2. Tính tốn lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi</b>

Gọi : W – Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1: W [kg/h]<small>1 1</small>W<small>2</small> – Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 2: W [kg/h]<small>2</small>

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

Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở hai nồi là:W<small>1</small>: W<small>2</small> =1:1,05 (1)

Mặt khác: W = W + W<small>12</small>(2)

Từ (1) và (2) ta tính được: W = 4917,07 [kg/h]

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

W<small>2</small> = 5162,93 [kg/h]

<b>3.3. Tính nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi</b>

Nồng độ cuối ra khỏi nồi 1 là:

Nồng độ cuối ra khỏi nồi 2 là:

Ta được x = x : phù hợp với số liệu ban đầu<small>2c </small>

<b>3.4. Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống (∆P)</b>

Chênh lệnh áp suất chung của hệ thống (∆P) là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p<small>1</small> ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ p .<small>ng</small>

∆P = p – p , [at]<small>1ng</small>Thay số, ta có: ∆P = 5 – 0,2 = 4,8 [at]

<b>3.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi</b>

a. Áp suất

Hiệu số áp suất nồi trước lớn hơn nồi sau.

Giả thiết phân bố hiệu số áp suất hơi đốt giữa các nồi:∆p<small>1</small> : ∆p = a : a = 2,75 : 1<small>212</small>

Mặt khác: ∆p + ∆p = ∆P = 4,8 [at]<small>1 2 </small>

Áp suất hơi đốt từng nồi được tính: p = p -∆p<small>ii-1i-1</small>Ta có: Nồi 1: p = 5 [at]<small>1</small>

Nồi 2: p = p - ∆p = 5-3,52 = 1,48 [at]<small>211</small>

b. Nhiệt độ hơi đốt T ( C), nhiệt lượng riêng I (J/kg), nhiệt hóa hơi r (J/kg)<small>o</small>

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

Tra bảng I.251 trong [3 – 314] và nội suy ta có:

+ Nồi 1: với p = 5 [at], ta có: - Nhiệt độ hơi đốt: T = 151,10 C<small>11</small> ^o- Nhiệt lượng riêng: i = 2754000 [J/kg]<small>1</small>- Nhiệt hóa hơi: r = 2117000 [J/kg]<small>1</small>+ Nồi 2: với p = 1,48 [at], ta có: - Nhiệt độ hơi đốt: T = 110,35 C<small>22</small> ^o - Nhiệt lượng riêng: i = 2697060[J/kg]<small>2 </small>

- Nhiệt hóa hơi: r = 2232880[J/kg]<small>2</small>+ Với p = 0,2 at, ta có: - T = 59,7 C<small>ngng </small> ^o

- i = 2607,10 (J/kg)<small>ng</small> ³- r = 2358,10 (J/kg) <small>ng</small> ³

<b>3.6. Tính nhiệt độ t ( C), áp suất hơi thứ p (at) ra khỏi từng nồi<small>i</small>^{’ o}^’<small>i </small></b>

Gọi t : nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ i (i = 1,2)<small>i</small>ꞌ

∆ : tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống ( chọn ∆<small>i</small>ꞌꞌꞌ <small>1</small>ꞌꞌꞌ = ∆<small>2</small>ꞌꞌꞌ =1<small> o</small>C) Theo công thức: t = T<small>i</small>ꞌ <small>i+1</small> + ∆ [<small>i</small>ꞌꞌꞌ<small>o</small>C] ta có:

Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1 là: t = T<small>1</small>ꞌ <small>2</small> + ∆<small>1</small>ꞌꞌꞌ = 110,35 +1 = 111,35 <small>o</small>CNhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ 2 là: t = T + ∆<small>2</small>ꞌ <small>ng2</small>ꞌꞌꞌ =59,7 + 1 = 60,7 <small>o</small>CTra bảng I.250 trong [3 – 312] và nội suy, ta có:

+ Nồi 1: với t ’ = 111,35 C, ta có:<small>1</small> ^oÁp suất hơi thứ: p ’ = 1,53<small>1</small> [at]Nhiệt lượng riêng: i = 2699632,39 [J/kg]<small>1</small>’Nhiệt hóa hơi: r = 2230395.26[J/kg]<small>1</small>’+ Nồi 2: với t ’ = 60,7 C, ta có:<small>2</small> ^o

Áp suất hơi thứ: p ’ = 0,21 [at]<small>2</small>

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

Nhiệt lượng riêng: i = 2608451 [J/kg]<small>2</small>’Nhiệt hóa hơi: r = 235580,76 [J/kg]<small>2</small>’

<b>Bảng tổng hợp số liệu 1:</b>

x %p,

at ^{T, C} ^{i, J/kg} ^{r, J/kg}

at ^t’,

<small>o</small>C i’, J/kg r’<small>,</small> J/kg1 5,0 151,10 2754000 2117000 1,53 111,35 2699632,39 2219132,13 9,842 1,7 110,35 2706562,5 2221937,5 0,21 60,7 2608451 235580,76 30

<b>3.7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi</b>

Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ. Tổng tổn thất nhiệt độ này là do nồng độ tăng cao (∆’), do áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆’’), do trở lực đường ống (∆’’’)

<i><b>3.7.1. Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆<small>i</small>’’</b></i>

Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sơi của dungdịch ở trên mặt thống. Thường tính tốn ở khoảng giữa của ống truyền nhiêt.

Cơng thức tính: ∆i’’ = t – t ’, [<small>tbii</small> ^oC]Trong đó: t : nhiệt độ sơi ứng với p<small>tbi tb, </small>[<small>o</small>C]

t<small>i</small>’: nhiệt độ sôi ứng với p ’, [ C] <small>i</small> ^op<small>tbi</small> là áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa ống truyền nhiệt Tính theo cơng thức VI.12:

Trong đó:

: khối lượng riêng của dung dịch tương ứng với t , tra theo nồng độ cuối và nhiệt <small>si</small>độ hơi thứ trong thiết bị cô đặc. Khối lượng riêng tương ứng hỗn hợp lỏng hơi tuần hoàn

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

trong ống truyền nhiệt đó, khối lượng riêng bằng rơ của lỏng chia 2 do hỗn hợp vừa có lỏng vừa có hơi rất khó đốn định rằng ở độ cao nào thì thành phần hơi, lỏng là bao nhiêunên giả thiết rằng khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng hơi bằng ½ khối lượng riêng của lỏng.

p<small>i</small>’: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch [at]

h<small>1</small>: chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng, chọn h = 0,5 [m]<small>1</small>

H: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = 3 [m]g: gia tốc trọng trường g = 9,81 [m/s ]<small>2</small>+ Nồi 1: với p ’ = 1,53 [at]<small>1</small>

Tra bảng I.29 trong [3 – 37] và nội suy với x = 9,84%, chọn t=80ºC ( do chênh lệch<small>1</small>nồng độ ở các khoảng nhiệt độ là không lớn )

+ Nồi 2: với p ’ = 0,21 [at]<small>2</small>

Tra bảng I.29 trong [3-37] và nội suy với x =30% , t=60,7°C <small>2 </small>Ta có: ρ = 1105,07 [kg/m ] <small>s2</small> ³

Thay vào phương trình, ta có:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Tra bảng I.251 trong [3 – 314] và nội suy với p = 0,32 [at], ta có: t =70,17 C<small>tb2tb2 </small>=> ∆ ” = t -t =70,17 – 60,7 = 9,47 [<small>2tb22</small>ꞌ <small>o</small>C]

Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao: = 1,93 + 9,47 = 11,40 (<small>o</small>C)

<i><b>3.7.2. Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆i’</b></i>

Phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của chất hịa tan và dung mơi vào nồng độ và áp suất của chúng. ∆ ’ ở áp suất bất kì được xác định theo phương pháp Tysenco: <small>i</small>

[4-59]Trong đó:

: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ởáp suất thường. (t > t )<small>sddsdm</small>

, - nhiệt độ sơi ( K) và ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg) của dung môi nguyên chất (hơi thứ) ở <small>o</small>áp suất làm việc của thiết bị. r nội suy theo bảng I.251 [3-314,3-145]<small>’</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

= 1,43+3,23 =4,66 (C)

<i><b>3.7.3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống ∆ ’’’ <small>i</small></b></i>

Trở lực ở đây chủ yếu là các đoạn ống nối giữa các thiết bị. Đó là đoạn nối giữa nồi 1 với nồi 2, nồi 2 với thiết bị ngưng tụ. Trong giả thiết mục 2.6 khi tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi ta đã chọn ∆ ’’’= 1 C; ∆ ’’’ = 1 (<small>1</small> ^o <small>2</small> ^oC)

Vậy tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống bằng: = 1 + 1 = 2 (<small>o</small>C)

<i><b>3.7.4. Tính tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống</b></i>

<b>3.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống</b>

<i><b>3.8.1. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:</b></i>

Trong đó:

T<small>1</small>: nhiệt độ hơi đốt ở nồi 1

T<small>ng</small>: nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ: tổng tổn thất nhiệt độ của 2 nồi

=T<small>1 </small>-T<small>ng</small> - = 151,1 – 59,7 – 18,06 = 73,34 [^oC]

<i><b>3.7.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi:</b></i>

Là hệ số nhiệt độ hơi đốt T và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch cơ đặc.<small>i</small>[<small>o</small>C]

Tính nhiệt độ sơi của dung dịch trong từng nồi theo công thức:t<small>si</small> = t ’ + ∆ ’ + ∆<small>iii</small>’’ [<small>o</small>C]

=> t = t + ∆<small>s11</small>ꞌ <small>1</small>ꞌ + ∆<small>1</small>ꞌꞌ =111,35 +1,43 + 1,93 = 114,71 [<small>o</small>C]=> t = t + ∆ꞌ ꞌ + ∆ꞌꞌ = 60,7 + 3,23 + 9,47 = 73,4 [<small>o</small>C]

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Thay số, ta được:

∆T<small>1</small> = T<small>1</small> – t<small>s1</small> = 151,1 – 114,71 = 36,39 [<small>o</small>C]∆T<small>2</small> = T<small>2</small> – t<small>s2</small> = 110,35 – 73,4 = 36,95 [<small>o</small>C]

C<small>0</small>, C , C : nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu, dung dịch ra khỏi <small>12</small> nồi 1, nồi 2

Nồi ∆’, [ C]<small>o</small> ∆’’, [ C]<small>o</small> ∆’’’, [ C]<small>o</small> ∆T, [<small>o</small>C] t<small>si</small>, [^oC]

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

C<small>nc1</small>, C : nhiệt dung riêng của nước ngưng ra khỏi nồi 1, nồi 2<small>nc2</small>t<small>s0</small>, t , t : nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2<small>s1s2</small>

( lấy t = t )<small>s0 s1 </small>

θ1, θ2 : nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2

Qm1, Qm2: nhiệt lượng mất mát ở nồi 1, nồi 2 (bằng 5% nhiệt lượng tiêu tốn để bốc hơi ở từng nồi)

<i><b>3.9.2. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch NH<small>4</small>NO<small>3</small> </b></i>

Với dung dịch lỗng (x < 20%) nhiệt dung riêng tính theo cơng thức:

+ Dung dịch ban đầu vào nồi 1 có x = 6% nên ta có:<small>d</small>C<small>0</small> = 4186.(1 – 0,06) = 3934,84 [J/kg.độ]+ Dung dịch ra khỏi nồi 1 có x = 9,84% nên ta có:<small>1</small>

Với: M - khối lượng mol hơp chất

c<small>1</small>, c , c ,… - nhiệt dung riêng của các nguyên tử nguyên tố tương ứng, J/kg <small>23</small>nguyên tử.độ

n, n , n ,… – số nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Với NH<small>4</small>NO<small>3</small> ta có M = 80; n =2 ; n =4 ; n =3<small>123</small>

Tra bảng I.141 trong [3 – 152] ta có nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố:N: c = 26000 [J/kg nguyên tử.độ]<small>1</small>

H: c = 9630 [J/kg nguyên tử.độ]<small>2</small>O: c = 16800 [J/kg nguyên tử.độ]<small>3</small>Từ đó ta có:

+ Dung dịch ra khỏi nồi 2 có x = 30% nên ta có:<small>2</small>

C<small>2 </small>= C<small>ht</small>.x<small>2 </small>+ 4186.(1 – x ) = 1761,50.0,3+4186.(1-0,3) =3458,65 [J/kg.độ]<small>2</small>

<i><b>3.9.3. Các thông số của nước ngưng</b></i>

Nhiệt độ của nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt:θ<small>1</small> = T = 151,10 C<small>1</small> ^o

θ<small>2</small> = T = 110,35 C<small>2</small> ^o

Nhiệt dung riêng của nước ngưng:Tra bảng I.249 [3 – 311] và nội suy với:

θ<small>1</small> = 151,10 C C = 4292,84 [J/kg.độ]<small>o</small>  <small>nc1</small>θ<small>2</small> = 110,35 C C = 4229,15 [J/kg.độ]<small>o</small>  <small>nc2</small>

<i><b>3.9.4. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1:

+ Nồi 2:

Lượng nhiệt mang vào: Do hơi đốt: W<small>1</small>i<small>2</small>

Do dung dịch từ nồi 1: (G – W<small>d1</small>)C t<small>1 s1</small>Lượng nhiệt mang ra: Do sản phẩm mang ra: (G – W – W<small>d12</small>)C t<small>2 s2</small>

Do hơi thứ: W<small>2</small>i ’<small>2</small>Do nước ngưng: W<small>1</small>C<small>nc2</small>θ<small>2 </small>

Do tổn thất Q = 0,05.W<small>m2 1</small>(i<small>2</small> – C<small>nc2</small>θ )<small>2</small>Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 2:

Kết hợp phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1 và nồi 2 với phương trình ta có hệ phương trình:

Giải hệ phương trình này ta được:

Thay các só liệu ta có:W<small>1 </small>= 5001,45 [kg/h]D = 5552,00 [kg/h]

W<small>2</small> = W – W = 10080 – 5001,45 = 5078,55 [kg/h]<small>1</small>Xác định lại tỉ lệ phân phối hơi thứ giữa 2 nồi: W<small>1</small>:W<small>2</small> = 1:1,05

Kiểm tra sai số là phần trăm chênh lệch giữa W<small>giả thiêt</small> và W<small>tính tốn</small> ở mỗi nồi:Với nồi 1:

Với nồi 2:

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận được giả thiết.

<i><b>3.9.5. Xác định lại tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa các nồi trong hệ</b></i>

<b>Bảng tổng hợp số liệu 3:</b>

<b>3.10. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từngnồi</b>

Gọi: q - tải nhiệt riêng được cấp từ hơi đốt đến ống truyền nhiệt<small>1,i</small>

q<small>2,i</small> – tải nhiệt riêng được cấp từ ống truyền nhiệt tới dung dịch cần cơ đặc

<i><b>3.10.1. Tính hệ số cấp nhiệt α khi ngưng tụ hơi<small>1</small></b></i>

Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt: Nồi 1: ∆t<small>11</small> = 4,17 [<small>o</small>C]

H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 3m

α<small>1i</small>: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ở nồi thứ i, W/m<small>2</small>.độNồi C, [J/kg.độ] C , [J/kg.độ]<small>nc</small> θ, [^oC]

W, [kg/h] _{Sai số} %Giả thiết Tính

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

: hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi đốt của nồi i, C<small> o</small>

r<small>i</small>: ẩn nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt, J/kg.Từ bảng tổng hợp số liệu 1 ta có: r = 2117000 (J/kg)<small>1</small>

r = 2221927,5 (J/kg)<small>2</small>Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng t [4 – 29]<small>m</small>Nhiệt độ màng tính theo công thức:

T<small>i</small>: nhiệt độ hơi đốtt<small>Ti</small>: nhiệt độ bề mặt tường

Tra bảng A – t trong [4 – 29] và nội suy ta có:Với t = 149,02 C => A = 195,60<small>m1</small> ^o <small>1</small>Với t = 108,32 C => A = 182,99<small>m2</small> ^o <small>2</small>

<i><b>3.10.2. Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ</b></i>

Gọi q : Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ i<small>1i</small>

=> q<small>11</small> = α .∆t<small>1111</small> = 8093,09.4,17 = 33748,20 [W/m<small>2</small>] => q = α<small>1212</small>.∆t<small>12</small> = 7724,30.4,06 = 31360,66[W/m ]²

<b>Bảng tổng hợp số liệu 4:</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<i><b>3.10.3. Tính hệ số cấp nhiệt α từ trong của ống truyền nhiệt đến hỗn hợp <small>2</small></b></i>

<i><b>cô đặc (L-H) sôi</b></i>

Hệ số cấp nhiệt α phụ thuộc vào cấu tạo thiết bị cô đặc, vào giá trị của nhiệt tải <small>2</small>riêng q, vào áp suất làm việc và chế độ sôi, vào điều kiện đối lưu của hỗn hợp cô đặc (lỏng – hơi) sôi.

Dung dịch khi sơi ở chế độ sủi bọt, có đối lưu tự nhiên hệ số cấp nhiệt xác định theocông thức:

[1 – 332]Trong đó: ψ: hệ số hiệu chỉnh

p<small>’</small>: áp suất hơi thứ của thiết bị cô đặc thứ i, [at]

∆t<small>2i</small>: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch

Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt: ∆t = q . <small>Ti1i</small>Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt: = r + r + , [m<small>12</small> ².độ/W]

r<small>1</small>, r : Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống<small>2</small>Tra bảng II.V.1 [4 – 5] lấy:

r<small>1</small> = 0,387.10 [m .độ/W] là nhiệt trở của cặn bẩn (NH<small>-324</small>NO )<small>3</small>r<small>2</small> = 0,232.10 [m .độ/W] là nhiệt trở của chất tải nhiệt (hơi nước)<small>-32</small>δ: bề dày ống truyền nhiệt, δ = 0,002(m)

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép khơng gỉ OX21H5T, hệ số dẫn nhiệt của nó là: λ = 16,7W/m.độ

Nồi ∆t<small>1i</small>, [C] t<small>m</small>, [ C] A, [C] α<small>1i</small>, [W/m.độ] q<small>1i</small>, [W/m ]

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Thay số vào ta có:

=> ∆t = 33748,20.7,388.10 = 24,93 [<small>T1</small> ^-4 ^oC]∆t<small>T2</small> = 31360,66.7,388.10 = 23,17 [<small>-4o</small>C]

Từ đó ta có: ∆t = ∆T - ∆t<small>21 111 </small>- ∆t<small>T1</small> = 36,39 – 4,17 – 24,93 = 7,29 [<small>o</small>C]∆t<small>22 </small>= ∆T - ∆t - ∆t = 36,95 – 4,06 – 23,17 = 9,72 [<small>212 T2 </small> ^oC]Tính hệ số hiệu chỉnh:

[4 – 71]Trong đó: λ: hệ số dẫn nhiệt [W/m.độ] (lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch)

: khối lượng riêng [kg/m ]<small>3</small>: độ nhớt [N.s/m ]<small>2</small>

C: nhiê £t dung riêng [J/kg.đô £]λ, ρ, C, μ: lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch.

Chỉ số dd: là dung dịchChỉ số nc: là nước

Các thông số của nước: Nồi 1: t = 114,71 C<small>s1</small> ^oNồi 2: t = 73,40 C<small>s2</small> ^o

 Tra bảng I.249 [3 – 311] và nội suy ta có: λ = 0,685 [W/m.độ]<small>nc1</small>λ<small>nc2</small> = 0,670 [W/m.độ] Tra bảng I.5 [3 – 12] và nội suy ta có: ρ = 947,47 [kg/m ]<small>nc1</small> ³

ρ<small>nc2 </small> = 975,84[kg/m ]<small>3</small> Tra bảng I.148 [3-166] và nội suy ta có: C = 4233,18 [J/kg.độ]<small>nc1</small>

C<small>nc2</small> = 4187,63 [J/kg.độ] Tra bảng I.102 và I.104 [3−95,96] và nội suy ta có: μ =0,244.10 [Ns/m ]<small>-32</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

μ<small>nc2 </small>=0,388.10 [Ns/m ]Các thông số của dung dịch:

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NH<small>4</small>NO<small>3</small> tính theo cơng thức:

[3 – 123]Trong đó: A: hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết A=3,58.10<small>-8</small>

C<small>dd</small>: nhiệt dung riêng của dung dịch

Theo tính tốn ở bước 9 ta có: C = 4114,43 [J/kg.độ];<small>dd1</small>C<small>dd2</small> = 3458,65 [J/kg.độ]ρ: Khối lượng riêng của dung dịch NH NO3<small>4</small>Tra bảng I.59 [1-16,7] và nội suy ta có:

Nồi 1: t = 114,71 C và x = 9,84 % => ρ = 1009,62 [kg/m ]<small>s1</small> ^o <small>1dd1 </small> ³Nồi 1: t = 73,40 C và x =30 % => ρ = 1105,07 [kg/m ]<small>s2 </small> ^o <small>2 dd2 </small> ³

M: Khối lượng mol của dung dịch tính theo cơng thức:M = M<small>NH4NO3</small>.N<small>NH4NO3</small> + M<small>H2O</small>.N<small>H2O</small> = 80.N<small>NH4NO3</small> + 18(1-N<small>NH4NO3</small>)N<small>NH4NO3</small>: phần mol của NH<small>4</small>NO<small>3</small> trong dung dịch

Ta có: Với nồi 1: Với nồi 2: Thay vào cơng thức ta có:

Với nồi 1: M = 80.0,024 + 18.(1-0,024) = 19,49 [kg/kmol]<small>1</small>Với nồi 1: M = 80.0,0879 + 18.(1-0,0879) = 23,45 [kg/kmol]<small>2</small>Như vậy ta có:

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Độ nhớt của dung dịch tính theo cơng thức Pavalov: [3−85]

θ θ<small>μ1</small>, <small>μ2</small>: Nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt bằng độ nhớt của dung dịch ở nhiệt độ t , t .<small>μ1μ2</small>

Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là H O tại t = 50 C và t = 60 C<small>212 </small>

Với nồi 1:

Tra bảng I.107 [3-100] và nội suy ta có:

t = 50 C và x = 9,84% ta có μ<small>μ1 </small> ^o <small>111</small> = 0,57×10 [Ns/m ]<small>-32</small> t = 60 C và x = 9,84% ta có μ = 0,499×10 [ Ns/m ]<small>μ2</small> ^o <small>112</small> ^-3 ²

Tra bảng I.102 [3-94] và nội suy ta có:μ<small>11</small> = 0,571×10 => θ<small>-3</small>

<small>11</small> = 47,9 <small>o</small>Cμ<small>21</small> = 0,499×10 => θ = 55,9 C<small>-3</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Tại t = 73,40 C dung dịch có độ nhớt là μ tương ứng với nhiệt độ θ của nước <small>s2dd2 32 </small>có cùng độ nhớt nên ta có: θ = 56,54 C<small>32 </small> ^o

Tra bảng I.102 [3-94] và nội suy với θ = 56,54 C ta được μ = 0,494×10 <small>32 </small> ^o <small>dd2 </small> ^-3[Ns/m ]<small>2</small>

Thay các số liệu vào công thức tính hệ số hiệu chỉnh ta có:Nồi 1:

Nồi 2:

Thay vào cơng thức ta có:

α<small>21 </small>= 45,3.(p<small>1</small>ꞌ)<small>0,5</small>.∆t<small>21</small>^2,33.Ѱ<small>1 </small>= 45,3.(1,53)<small>0,5</small>.7,29<small>2,33</small>.0,79= 4554,36 [W/m .độ] <small>2</small>α<small>22 </small>= 45,3.(p<small>2</small>ꞌ)<small>0,5</small>.∆t<small>22</small>^2,33.Ѱ<small>2</small> = 45,3.(0,21)<small>0,5</small>.9,72<small>2,33</small>.0,78= 3225,76 [W/m<small>2</small>.độ]

<b>Bảng tổng hợp số liệu 5:</b>

i _kg/m<small>3</small> kg/m<small>3</small>Mkg/kmol

1 1009,62

947,47 19,49 0,51 0,685 0,284 0,2442 1105,07 975,84 23,45 0,49 0,670 0,494 0,388

<i><b>3.10.4. Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch</b></i>

Theo công thức: q = α<small>2i2i</small>.∆t<small>2i</small>, [W/m ]²Thay số ta có:

q<small>21</small> = 4554,36.7,29 = 33188,94 [W/m ]<small>2</small>q<small>22 </small>= 3225.76.9,72 = 31367,94 [W/m ]<small>2</small>

<i><b>3.10.5. So sánh q và q<small>1i2i</small></b></i>

Ta có: Ԑ= .100% = 1,66%

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

: hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi (xem bảng tổng hợp số liệu 2)

Theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau và nhỏ nhất thì áp dụng cơng thức:

Thay số ta có:

Lượng nhiệt tiêu tốn:

<b>3.12. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi theo cơng thức:

Nồi 2:

Vậy: F = F = 98,23 m<small>12</small> ²

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

<b>PHẦN 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ4.1. Buồng đốt nồi cơ đặc</b>

<i><b>4.1.1. Xác định số ống trong buồng đốt</b></i>

Trong đó: F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, [m2] l: chiều dài ống tham gia vào q trình truyền nhiệt, [m]d: đường kính của ống truyền nhiệt, [m]

Tra bảng VI.6 [4-80], chọn d =38mm, do α<small>ng1</small>>α<small>2</small> nên d=d<small>tr</small>=38-2.2=34mm=0.034mThay số liệu ta có:

Quy chuẩn theo bảng V.11 [4-48] ta được n=367 ống, bố trí theo hình lục giácSố

hình 6 cạnh

Số ống trên đường ống xun tâm

Tổng số ống khơng kểcác ống trong hình viênphân

Số ống trong hình viên phấn Tổng số trong các hình viên phân

Tổng số ống của thiết bịDãy 1 Dãy 2 Dãy 3

Bề mặt truyền nhiệt thực:

<b>Xác định đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm:</b>

Tổng thiết diện tất cả các ống truyền nhiệt:

Diện tích thiết diện ống tuần hoàn trung tâm lấy khoảng 15-20% tổng thiết diện tấtcả các ống truyền nhiệt [4-75]:

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

Đường kính ống tuần hồn:

Tra bảng XIII.7 [4-360], chọn d<small>th</small>=299mm=0,299m

<i><b>4.1.2. Xác định đường kính trong của buồng đốt</b></i>

Đối với thiết bị cơ đặc có ống tuần hồn trung tâm, ống truyền nhiệt được bố trí theohình lục giác đều. Đường kính trong của buồng đốt được tính theo cơng thức VI.40 [4-74]

Trong đó:

: thường lấy β=1,3÷1,5. Chọn β=1,21t : bước ống, m

d<small>ng</small>: đường kính ngồi của ống truyền nhiệt, m

Ψ : Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, trong khoảng 0,7÷0.9. Chọn ψ= 0,9l : Chiều dài ống truyền nhiệt, m

d<small>th</small> : Đường kính ngồi của ống tuần hồn, md<small>n</small> : Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt, m

sin α = sin 60 do xếp theo hình lục giác đều, ba ống cạnh nhau ở hai<small>o</small>dãy sát nhau tạo thành 1 tam giác đều, có góc đỉnh α = 60<small>o</small>

 Xác định lại số ống truyền nhiệt sau khi lắp ống tuần hồn trung tâm Ta có bước ống

Khi lắp ống tuần hoàn trung tâm vào cùng trong mạng ống truyền nhiệt, cần phải bỏđi một số hình lục giác. Vì khoảng cách bước ống t = 0,05m nên số ống trên đường xuyêntâm là:

Chọn n’ = 8 ống

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

Theo bảng V.11 [4-48], bỏ đi 4 hình lục giác tính từ vị trí trung tâm. Số ống truyềnnhiệt bỏ đi là 61 ống

 Kiểm tra lại bề mặt truyền nhiệt

Tổng bề mặt truyền nhiệt sau khi lắp ống tuần hoàn trung tâm vào mạng lưới ống truyền nhiệt được xác định

Vậy số ống truyền nhiệt cần lắp thêm là:

Do đó không cần lắp thêm ống truyền nhiệt

Thay số liệu vào cơng thức đường kính trong của buồng đốt

Tra bảng XIII.6 [4-359]. Theo quy chuẩn thép khơng gỉ thì D = 1000mm = 1,0m<small>tr </small>

<i><b>4.1.3. Xác định chiều dày buồng đốt</b></i>

Chiều dày thân buồng đốt được xác định bởi công thức XIII.8 [4-360]

Trong đó:

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

D<small>tr</small> : Đường kính trong của buồng đốt, D<small>tr</small>=1,0mφ : Hệ số bền của thân trụ theo phương dọc

C : Giá trị số bổ sung do ăn mòn, do bào mòn và dung sai về chiều dàyp<small>b</small> : Áp suất làm việc trong thiết bị (N/m )<small>2</small>

η : hệ số điều chỉnh. Tra bảng XIII.2 [4-356] ta xác định được η = 0,9Như vậy ta có:

Vậy ứng suất cho phép của vật liệu là:σ<small>b</small> = min{[δ ], [δ ]} = [δ ] = 225.10 (N/m )<small>kck</small> ⁶ ²

<b>Xác định φ:</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

Hệ số bền hàn của thanh trụ theo phương dọc, ta chọn hàn bằng tay với D ≥ 700 <small>tr</small>mm, thép OX21H5T. Tra bảng XIII.8 [4-362] ta có:

Cách hàn : hàn tay bằng hồ quang điện Kiểu hàn : hàn giáp mối hai bên Nên φ = 0,95

<b>Xác định C: Là tổng các hệ số: hệ số bổ sung do ăn mòn, bảo mòn và dung sai về chiều dày.</b>

C1 : bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m

Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C = 1 (mm)<small>1</small>

C2 : đại lượng bổ sung do hao mịn, chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyến động với tốc độ lớn ở trong thiết bị. Chọn C = 0 (mm)<small>2</small>

C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu. Tra bảng XIII.9 [4-364]

<b>Xác định áp suất làm việc (áp suất trong thiết bị)</b>

Môi trường trong buồng đốt là mơi trường khí-lỏng nên áp suất làm việc bằng tổng áp suất hơi (khí) và áp suất thủy tĩnh P của chất lỏng<small>l</small>

Có: P<small>b</small> = P<small>mt </small>= P<small>hơi đốt</small> = 5 at = 5.9,81.10 = 490000 (N/m⁴ ²) Vậy P = 490000 (N/m )<small>b </small> ²

<b>Xác định chiều dày buồng đốt</b>

Vì nên bỏ qua P ở mẫu. <small>b</small>Vậy chiều dày là :

</div>