thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dịch koh từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m3mẻ, sử dụng ống chùm (2)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (346.06 KB, 53 trang )
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Lời nói đầu
Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh
hưởng đến nhiều ngành khác. Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá
nhiều là Kali hydroxyt (KOH) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó. Trong qui trình sản
xuất KOH, quá trình cô đặc thường được sử dụng để thu được dung dòch KOH có nồng
độ cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ.
Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không
gián đoạn dung dòch KOH từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m
3
/mẻ, sử
dụng ống chùm.
Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại toàn bộ
các kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học. Ngoài ra đây còn là dòp
mà sinh viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế
các chi tiết của một thiết bò với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế.
Tuy nhiên vì còn là sinh viên nên kiến thức thực tế còn hạn hẹp do đó trong quá
trình thực hiện đồ án khó có thể tránh được thiếu xót. Em rất mong được sự góp ý và
chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để có thêm nhiều kiến thức chuyên môn.
Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Lê Xuân
Hải, và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bò khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí
trường Đại học Bách khoa thành phố Hố Chí Minh. Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê
Xuân Hải và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực
hiện đồ án.
SVTH : trang 1
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
I. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN
Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không
gián đoạn dung dòch KOH từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m
3
/mẻ, sử
dụng ống chùm.
II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU
- KOH là một khối tinh thể trong suốt, màu trắng, ăn da mạnh.
- Nhiệt độ nóng chảy là 360.4
0
C (khan).
- Nhiệt độ sôi là 1325
0
C (khan).
- Độ nhớt là 1.63 Cp ở 20
0
C (dung dòch 20%).
- Nó hấp thu mạnh hơi ẩm và CO
2
của không khí, dễ chảy rữa thành K
2
CO
3
. KOH dễ
dàng tan trong nước, tỏa nhiều nhiệt tạo dung dòch KOH (dạng dung dòch được sử dụng
nhiều). p suất hơi của nước trên KOH ở nhiệt độ phòng là 0.002 mmHg
III. CÔ ĐẶC
1. Đònh nghóa
Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong
dung dòch hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không
bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn)
bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dòch bằng
cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi.
2. Các phương pháp cô đặc
Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái
hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên
mặt thoáng chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách
ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất
tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết
tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.
SVTH : trang 2
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
3. Phân loại và ứng dụng
a. Theo cấu tạo
• Nhóm 1: dung dòch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dòch khá
loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dòch dễ dàng qua bề mặt
truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong
hoặc ngoài.
- Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc).
• Nhóm 2: dung dòch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dòch từ 1,5 -
3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho
dung dòch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
• Nhóm 3: dung dòch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu
làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dòch thực phẩm như dung dòch
nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:
- Màng dung dòch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dòch sôi tạo bọt
khó vỡ.
- Màng dung dòch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dòch sôi ít tạo bọt
và bọt dễ vỡ.
b. Theo phương pháp thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bò hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng
cô đặc dung dòch liên tục để giữ mức dung dòch cố đònh để đạt năng suất cực đại và thời
gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dòch đạt được là không cao.
Cô đặc áp suất chân không: Dung dòch có nhiệt độ sôi dưới 100
o
C, áp suất chân
không. Dung dòch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì
sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả
hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu
quả kinh tế.
Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều khiển tự
động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
4. Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn
• Ưu điểm
- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.
- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn đònh lưu lượng.
SVTH : trang 3
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
- Thao tác dễ dàng.
- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau.
- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dòch.
- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
• Nhược điểm
- Quá trình không ổn đònh, tính chất hóa lý của dung dòch thay đổi liên tục
theo nồng độ, thời gian.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
- Khó giữ được độ chân không trong thiết bò.
IV. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Thuyết minh quy trình công nghệ
- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0.65 at.
- Sau đó bơm dung dòch ban đầu có nồng độ 25% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô
đặc bằng bơm ly tâm. Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 15 phút đến khi nhập đủ
2.5m
3
thì ngừng.
- Khi đã nhập liệu đủ 2.5m
3
thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất 3
at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dòch. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt
(ống chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung dòch chảy
trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống. Dung dòch trong ống sẽ sôi và tuần
hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt
nên dung dòch trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối
lượng riêng dung dòch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dòch trong
ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dòch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền
nhiệt). Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua
buồng bốc và thiết bò tách giọt. Hơi thứ được dẫn qua thiết bò ngưng tụ baromet và được
ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa. Phần
không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bò tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm
chân không hút ra ngoài. Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng,
qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài.
- Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 40% (sau thời gian cô đặc đã tính: 45 phút)
thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo
liệu.
2. Các thiết bò được lựa chọn trong quy trình công nghệ
a Bơm
SVTH : trang 4
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân
không.
+ Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng
dòng. Bánh guồng được gắn trên trục truyền động. Ống hút và ống đẩy.
Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dòch KOH từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô
đặc.
+ Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc.
b Thiết bò cô đặc
Đây là thiết bò chính trong quy trình công nghệ. Thiết bò gồm đáy, nắp, buồng bốc
và buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần
hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn.
Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dòch, buồng bốc là để tách hỗn hợp
lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ. Ống tuần
hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bò.
c Thiết bò ngưng tụ
Thiết bò ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bò ngưng tụ
trực tiếp (thiết bò ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên
cùng thiết bò. Thiết bò thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở
một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần
máy bơm.
d Thiết bò tách lỏng
Thiết bò tách lỏng được đặt sau thiết bò ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử
bay hơi còn sót lại, chưa kòp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không.
e Các thiết bò phụ trợ khác
- Bẫy hơi
- Các thiết bò đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van.
SVTH : trang 5
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Tỉ lệ:
Chức năng
CNB M
GVHD
SVTT
Họ tên Chữ ky ù
Ng ày HT
Ngày BV
VŨ BÁ MINH
MAI ANH DŨNG
LÊ XUÂN HẢI
BA ÛN VẼ QU I TRÌN H
CÔNG NGH Ệ
Trươ øng Đa ïi họ c Bách Kh oa Tp.Hồ Chí Minh
Kh oa Co âng Ng he ä Hoá học
BỘ MÔN MÁ Y VÀ T HI ẾT BỊ
Bản vẽ số: 02
T HIE ÁT KẾ THIẾT BỊ C Ô ĐẶC C HÂN KH ÔNG GIÁN ĐOẠN
DUN G DỊC H KOH NĂNG SUẤT 2.5m /m e
û
P T
P
P T
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 1
12
13
1 4
15
16
1 7
18
19
BỒN C HƯ ÙA NG UY ÊN L IỆU 1 X1 8H10 T
BƠM NHẬ P LIE ÄU 1
ĐẦU T H Ử SẢN PHA ÅM 1
1 X1 8H10 TỐNG D ẪN H ƠI ĐỐT
1
X1 8H1 0T
ỐNG THÔ NG ÁP 1 X18 H10T
ỐNG DẪN H ƠI THỨ
d =50,
δ
=3. 5
1 X18 H10 T
Á P K Ế 3
NHIE ÄT K Ế 2
TH IE ÁT BỊ C Ô ĐẶC
d=16 0,
δ
=5
1 X1 8H10 T
ỐNG X Ả KHÍ KH ÔN G NG ƯNG
1 X1 8H1 0T
ỐNG T HA ÙO NƯƠ Ù C NG ƯNG 1
BỒN CHỨA S A ÛN PH ẨM
1
BẪY H ƠI 1
THIẾT B Ị NGƯ NG T U Ï BARO MET
d=25,
δ
=3.5
1 X18 H10T
ỐNG D ẪN N ƯỚC VÀO 1 X18 H10T
ỐNG DẪ N HƠI TH Ứ VÀO
1 X1 8H1 0T
THIẾT BỊ T H U HỒI 1 X18H10T
BE Å C HƯ ÙA NƯƠ Ù C NG ƯN G 1
ỐNG NHA Ä P LIỆU
STT TÊ N G ỌI Đ A ËC TÍN H K Ỹ THUA ÄT SL V A ÄT LIỆU
1
2
10
18
1914
13
15
20
4
5
6
8 9
16
17
12
11
3
7
2 0
BƠM CHÂ N KHÔNG
d=40 0,
δ
=13
X18 H10T
1
D=500,
Η
=4900
3
d =300
d=10 0
2 2/06/05
28/06/ 05
SVTH : trang 6
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
A. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các số liệu ban đầu:
• Dung dòch KOH có:
- Nhiệt độ đầu 25
o
C, nồng độ đầu 25%.
- Nồng độ cuối 40%.
• Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at.
• p suất ngưng tụ: P
ck
= 0.65 at.
Cô đặc gián đoạn với năng suất 2.5m
3
/mẻ
1. Khối lượng riêng của dung dòch theo nồng độ
Nồng độ, %
25 30 35 40
Khối lượng riêng, kg/m
3
1239 1291 1344 1399
2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn
G
đ
= G
c
+ W
G
đ
.x
đ
= G
c
.x
c
Trong đó
G
đ
, G
c
: lượng dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn, kg
W : lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn, kg
x
đ
, x
c
: nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn
G
đ
.x
đ
, G
c
.x
c
: khối lượng KOH trong dung dòch, kg
a Giai đoạn 25% đến 30%
G
đ
= 2.5m
3
= 2.5*1239 = 3097.5 kg
x
đ
= 0.25 ; x
c
= 0.3
• Lượng sản phẩm ( là dung dòch KOH 30% )
G
c
= G
đ
.
25.2581
3.0
25.0
*5.3097
x
x
c
đ
==
kg
• Lượng hơi thứ
W = G
đ
- G
c
= 3097.5 – 2581.25 = 516.25 kg
b Giai đoạn 30% đến 35%
G
đ
= 2581.25 kg ; x
đ
= 0.3 ; x
c
= 0.35
⇒
G
c
=
5.2212
35.0
3.0
*25.2581
x
x
.G
c
đ
đ
==
kg
SVTH : trang 7
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
W = G
đ
– G
c
= 2581.25 – 2212.5 = 368.75 kg
c Giai đoạn 35% đến 40%
G
đ
= 2212.5 kg ; x
đ
= 0.35 ; x
c
= 0.4
9375.1935
4.0
35.0
*5.2212
x
x
.GG
c
đ
đc
===⇒
kg
W = 2212.5 – 1935.9375 = 276.5625 kg
• Tổng lượng hơi thứ bốc hơi
W
t
= 516.25 + 368.75 + 276.5625 = 1161.5625 kg
• Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất
Nồng độ dung dòch, %
25 30 35 40
Thể tích dung dòch trong nồi, m
3
2.5 2 1.65 1.38
Khối lượng dung dòch, kg
3097.5 2581.25 2212.5
1935.937
5
Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg
0 516.25 885
1161.562
5
Khối lượng riêng dung dòch, kg/m
3
1239 1291 1344 1399
II. CÂN BẰNG NĂNG LƯNG
p suất thiết bò ngưng tụ P
o
= 0.35 at.
⇒
Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bò ngưng tụ t
o
= 72.05
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ).
Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bò ngưng tụ
K1
'''
=∆
.
⇒
Nhiệt độ hơi thứ ở buồng đốt t
1
= 72.05 + 1 = 73.05
o
C.
Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dòch
)P(sdm
1
t
=
73.05
o
C.
⇒
p suất trên mặt thoáng dung dòch trong buồng bốc P
1
= 0.3636 at
≈
0.36 at (Bảng
I.250 trang 312 Tài liệu [1]).
1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dòch
Ta có tổn thất nhiệt độ sôi theo nồng độ dung dòch KOH ở áp suất khí quyển (Bảng
VI.2 trang 61 Tài liệu [2]). Từ đó suy ra nhiệt độ sôi dung dòch KOH ở áp suất khí
quyển theo các nồng độ là:
Nồng độ dung dòch, %
25 30 35 40
'
∆
ở Pa,
o
C
10 12.2 17 23.6
Nhiệt độ sôi dung dòch ở Pa,
o
C
110 112.2 117 123.6
SVTH : trang 8
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
a Xác đònh tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dòch KOH theo nồng độ
ở áp suất P
1
= 0.3636 at
Theo phương pháp Babo ( Công thức 5.9 trang 150 Tài liệu [3] )
2
2
1
2
t
OH
dd
t
OH
dd
P
P
P
P
=
* Xét dung dòch KOH 25%
Nhiệt độ dung dòch KOH 25% ở Pa = 1.033 at là 110
o
C
Ở 110
o
C áp suất hơi nước bão hòa là 1.461 at ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] ).
Ta cần xác đònh nhiệt độ sôi dung dòch ở P
1
= 0.3636 at
110
OH
dd
t
OH
dd
22
P
P
P
P
=
461.1
033.1
P
3636.0
)t(OH
2
=
51.0P
)t(OH
2
=⇒
4 at
Vậy nhiệt độ sôi của nước ở 0.51 at là t = 81.54
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [2] )
⇒
Nhiệt độ sôi của dung dòch KOH 25% ở P
1
= 0.3636 at là 81.54
o
C
Tổn thất nhiệt độ sôi
49.805.7354.81
'
=−=∆
o
C
Tính tương tự ở các nồng độ 30%, 35%, 40% ta được kết quả sau:
Nồng độ dung dòch, %
25 30 35 40
Nhiệt độ sôi dung dòch,
o
C
81.54 83.43 87.36 92.96
Tổn thất
'
∆
,
o
C
8.49 10.38 14.31 19.91
b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tónh
''
∆
. Nhiệt độ sôi dung dòch ở áp suất trung
bình
Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4]
)P(sdm)P(sdm)P(sdd)P(sdd
''
1tb1tb
tttt −=−=∆
Với: P
tb
= P
1
+ 0.5
hh
ρ
.g.H
op
= P
1
+
∆
P
•
∆
P = 0.5
hh
ρ
.g.H
op
•
ddhh
2
1
ρρ
=
Trong đó
dd
ρ
: Khối lượng riêng dung dòch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ
)PP(sdd
1
t
∆+
• H
op
: Chiều cao lớp chất lỏng sôi
Trong thiết bò tuần hoàn tự nhiên
SVTH : trang 9
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
H
op
=
( )
[ ]
odmdd
H.0014.026.0
ρρ
−+
Với H
o :
Chiều cao ống truyền nhiệt
dm
ρ
: Khối lượng riêng dung môi ở t
sdm
* Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H
o
= 1.5m
Tính cho trường hợp dung dòch KOH 25%
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số
dmdd
ρρ
−
thay đổi không đáng kể nên ta
chọn tra
dmdd
,
ρρ
ở 15
o
C
3
dm
m/kg999=
ρ
3
%)25(dd
m/kg1239=
ρ
[ ]
894.05.1*)9991239(*0014.026.0H
op
=−+=⇒
m
⇒
at03.0m/N55.2716894.0*81.9*1239*
2
1
*5.0H*g**5.0P
2
ophh
====∆
ρ
at3936.003.03636.0PPP
1tb
=+=∆+=⇒
Nhiệt độ sôi của H
2
O ở 0.394 at là 74.998
o
C
99.74
≈
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài
liệu [1] )
Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tónh
94.105.7399.74tt
)P(sdm)P(sdm
''
1tb
=−=−=∆
o
C
⇒
nhiệt độ sôi dung dòch KOH 25% ở áp suất P
1
+
P∆
48.8394.154.81t
)PP(sdd
1
=+=
∆+
o
C
Tính tương tự ta được
Nồng độ dung dòch, %
25 30 35 40
''
∆
,
o
C
1.94 1.94 2.41 2.41
)PP(sdd
1
t
∆+
83.48 85.37 89.77 95.37
2. Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn
Tính theo công thức 4.4 trang 181 Tài liệu [4]
* Phương trình cân bằng nhiệt
cđt
''
wcccđđ.đ
''
D
QQ.c.Di.Wt.c.Gt.cGi).1.(D.c.D. ±+++=+−+
θϕθϕ
Với
D : lượng hơi đốt sử dụng, kg
%5=
ϕ
: tỉ lệ nước ngưng bò cuốn theo
θ
: nhiệt độ nước ngưng,
o
C
C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở
C
o
θ
, J/kg độ
c
đ
, c
c
: nhiệt dung riêng dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn, J/kg độ
t
đ
, t
c
: nhiệt độ dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn,
o
C
SVTH : trang 10
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
''
D
i
: entanpi của hơi đốt, J/kg
''
w
i
: entanpi của hơi thứ, J/kg
Q
t
: nhiệt lượng tổn thất, J
Q
cđ
: nhiệt lượng cô đặc, J
* Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp ( do có 5% hơi nước ngưng cuốn theo )
Q
D
= D.(1-
ϕ
).(
θ
.ci
''
D
−
) = D.(1-
ϕ
).r
r =
θ
.ci
''
D
−
: nhiệt hóa hơi của nước ở áp P
Đ
* Nhiệt dung riêng của dung dòch
Tính theo công thức 4.11 trang 182 Tài liệu [4]
c
dd
= 4190.(1-x) + c
1
.x
Trong đó
x: nồng độ dung dòch
c
1
: nhiệt dung riêng KOH khan, J/kg độ
Theo công thức 4.12 trang 183 Tài liệu [4]
c
1
=
936
56
10*6.910*8.1610*26
333
=
++
J/kg độ
Vậy nhiệt dung riêng dung dòch theo nồng độ
Nồng độ dung dòch. %
25 30 35 40
Nhiệt dung riêng dung dòch, J/kg độ
3376.5 3213.8 3051.1 2888.4
* Chọn hơi đốt có áp suất P
D
=3 at
⇒
t
D
=132.9
o
C
* Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at
r = 2171.10
3
J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
* Entanpi của hơi thứ ở 73.05
o
C
''
w
i
=2632.2*10
3
J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )
* Tổn thất nhiệt Q
t
= 0.05*Q
D
* Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể
a Giai đoạn đưa dung dòch 25% từ 25
o
C đến 83.48
o
C
G
đ
= G
c
= 3097.5 kg
c
đ
= c
c
=3376.5 J/kg độ
t
đ
= 25
o
C ; t
c
=83.48
o
C ; W = 0 kg
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
1
=3097.5*3376.5*(83.48-25) =6.12*10
8
J
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất )
SVTH : trang 11
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Q
D1
=
8
1
10*44.6
95.0
Q
=
J
Lượng hơi đốt sử dụng
D
1
=
25.312
10*2171*)05.01(
10*44.6
3
8
=
−
kg
b Giai đoạn đưa dung dòch từ 25% đến 30%
G
đ
= 3097.5 kg ; c
đ
=3376.5 J/kg độ ; t
đ
=83.48
o
C
G
c
= 2581.25 kg ; c
c
= 3213.8 J/kg độ ; t
c
= 85.37
o
C
W = 516.25
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q
2
= 2581.25*3213.8*85.37 – 3097.5*3376.5*83.48 + 516.25*2632.2*10
3
Q
2
=11.94*10
8
J
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất )
Q
D2
=
8
8
2
10*57.12
95.0
10*94.11
95.0
Q
==
J
Lượng hơi đốt sử dụng
D
2
=
47.609
10*2171*)05.01(
10*57.12
3
8
=
−
kg
c Giai đoạn đưa dung dòch từ 30% đến 35%
G
đ
= 2581.25 kg ; c
đ
= 3213.8 J/kg độ ; t
đ
= 85.37
o
C
G
c
= 2212.5 kg ; c
c
= 3051.1 J/kg độ ; t
c
= 89.77
o
C
W = 368.75 kg
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
3
= 2212.5*3051.1*89.77 – 2581.25*3213.8*85.37 + 368.75*2632.2*10
3
Q
3
= 8.68*10
8
J
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt )
Q
D3
=
8
8
10*14.9
95.0
10*68.8
=
J
Lượng hơi đốt sử dụng
D
3
=
16.443
10*2171*)05.01(
10*14.9
3
8
=
−
kg
d Giai đoạn đưa dung dòch từ 35% đến 40%
G
đ
= 2212.5 kg ; c
đ
= 3051.1 J/kg độ ; t
đ
= 89.77
o
C
G
c
= 1935.9375 kg ; c
c
= 2888.4 J/kg độ ; t
c
= 95.37
o
C
W = 276.5625 kg
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
SVTH : trang 12
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Q
4
= 1935.9375*2888.4*95.37 – 2212.5*3051.1*89.77 + 276.5625*2632.2*10
3
Q
4
= 6.55*10
8
J
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt )
Q
D4
=
8
8
10*89.6
95.0
10*55.6
=
J
Lượng hơi đốt sử dụng
D
4
=
07.334
10*2171*)05.01(
10*89.6
3
8
=
−
kg
* Tổng nhiệt lượng
Q
D
= 6.44*10
8
+ 12.57*10
8
+ 9.14*10
8
+ 6.89*10
8
=35.04*10
8
J
* Tổng lượng hơi đốt
D = 312.25 + 609.47 + 443.16 + 334.07 =1698.95 kg
* Lượng hơi đốt riêng
D
riêng
=
46.1
5625.1161
95.1698
W
D
==
kg/kg hơi thứ
* Tóm tắt cân bằng năng lượng
Nồng độ dung dòch. %
25(25
o
C) 25(83.48
o
C) 30 35 40
Nhiệt lượng hữu ích, J*10
-8
0 6.12 18.06 26.74 33.29
Tổng nhiệt lượng cung cấp, J*10
-8
6.44 19.01 28.15 35.04
Lượng hơi đốt sử dụng, kg
312.25 921.72 1364.88 1698.95
B. TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
I. HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT
1. Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi
1.1 Các kí hiệu và công thức
1
α
: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi, W/m
2
K
2
α
: hệ số cấp nhiệt phía dung dòch sôi, W/m
2
K
q
1
: nhiệt tải riêng phía hơi ngưng, W/m
2
q
2
: nhiệt tải riêng phía dung dòch sôi, W/m
2
q
v
: nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt, W/m
2
1
v
t
: nhiệt độ trung bình vách ngoài ống,
o
C
2
v
t
: nhiệt độ trung bình vách trong ống,
o
C
t
D
: nhiệt độ hơi ngưng, t
D
= 132.9
o
C
t
dd
: nhiệt độ dung dòch sôi,
o
C
SVTH : trang 13
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
1
vD1
ttt −=∆
ddv2
ttt
2
−=∆
21
vvv
ttt −=∆
( )
1
vDm
tt
2
1
t +=
: nhiệt độ màng nước ngưng,
o
C
1.1.1 Phía hơi ngưng
111
t.q ∆=
α
(1)
Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2]
4
1
1
H*t
r
*A*04.2
∆
=
α
(2)
Với A=
25.0
32
.
µ
λρ
phụ thuộc vào nhiệt độ màng t
m
t
m
,
o
C
40 60 80 100 120 140 160 180 200
A
139 155 169 179 188 194 197 199 199
ρ
: khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ t
m
, kg/m
3
λ
: hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ t
m
, W/mK
µ
:độ nhớt của nước ở nhiệt độ t
m
, Pas
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ t
D
r = 2171*10
3
J/kg
H = 1.5 m: chiều cao ống truyền nhiệt
1.1.2 Phía dung dòch
q
2
=
22
t.∆
α
(3)
Theo công thức VI.27 trang 71 Tài liệu [2]
435.0
dd
n
n
dd
2
n
dd
565.0
n
dd
n2
.
c
c
=
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
αα
(4)
Trong đó
nnnn
,c,,
µρλ
: hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m
3
), nhiệt dung riêng
(J/kg độ), độ nhớt (Pas) của nước
dddddddd
,c,,
µρλ
: các thông số của dung dòch theo nồng độ
n
α
: hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước, W/m
2
K
15.07.0
n
p*q*56.0=
α
(5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2])
Với q : nhiệt tải riêng, W/m
2
p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng, N/m
2
p = p
1
= 0.3636 at = 35669.16 N/m
2
SVTH : trang 14
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
* Các thông số của nước ( Bảng I.249 trang 311 Tài liệu [2] )
t
sdm
= 73.05
o
C
=
n
ρ
975.97 kg/m
3
c
n
= 4189.44 J/kg độ
n
µ
= 0.38619*10
-3
Ns/m
2
n
λ
= 66.983*10
-2
W/mK
* Các thông số của dung dòch
•
dd
µ
tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40
o
C )
•
dd
λ
tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1]
3
dd
dd
dddd
8
M
**c*10*58.3
ρ
ρλ
−
=
, W/mK
M
dd
=
18
x1
56
x
1
−
+
Với x : nồng độ dung dòch
• c
dd
và
dd
ρ
xác đònh theo nồng độ
Nồng độ dung dòch, %
25 30 35 40
t
sdd
,
o
C
83.48 85.37 89.77 95.37
dd
ρ
, kg/m
3
1239 1291 1344 1399
c
dd
, J/kg độ
3376.5 3213.8 3051.1 2888.4
dd
µ
, Ns/m
2
1.31*10
-3
1.57*10
-3
1.83*10
-3
2.09*10
-3
M
dd
21.68 22.6 23.61 24.71
dd
λ
, W/mK
0.577 0.572 0.565 0.555
1.1.3 Phía vách ống truyền nhiệt
Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]
∑
∆
=
v
v
v
r
t
q
(6)
⇒
v
t∆
=
∑
vv
r.q
Trong đó:
∑
++=
2v
v
1
v
r
1
rr
1
r
δ
Lấy
4000
1
r
1
r
1
21
==
, (W/mK)
-1
2
v
=
δ
mm: bề dày ống truyền nhiệt
=
v
λ
17.5 W/mK: hệ số dẫn nhiệt qua vách
4000
1
5.17
10*2
4000
1
r
3
v
∑
++=⇒
−
=6.143*10
-4
, (W/mK)
-1
SVTH : trang 15
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
1.1.4 Hệ số truyền nhiệt K
∑
++
=
2
v
1
1
r
1
1
K
α
α
, W/m
2
K
Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp
như sau
1 Chọn
1
v
t
(< t
D
)
1
t∆⇒
2 Tính
1
α
theo công thức (2)
3 Tính q
1
theo công thức (1)
4 Tính
v
t∆
theo công thức (6) với q
v
= q
1
2v
t,t
2
∆⇒
5 Tính
n
α
theo công thức (5) với q = q
1
6 Tính
2
α
theo công thức (4)
7 Tính q
2
theo công thức (3)
8 Tính q
tb
=
( )
21
qq.
2
1
+
9 Xác đònh sai số ss =
1
tb1
q
qq −
Nếu ss > 5% thì chọn lại
1
v
t
và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏ
10 Tính K theo công thức (7)
1.2 Tính K cho các giai đoạn
a. Tímh ở nồng độ 25%
Chọn
•
K2.5t7.127t
1v
1
=∆⇒=
• Tính
1
α
( )
09.191AC3.1307.1279.132*
2
1
t
o
m
=⇒=+=
84.8953
5.1*2.5
10*2171
*09.191*04.2
H*t
r
*A*04.2
4
3
4
1
1
==
∆
=⇒
α
W/m
2
K
•
2
111
m/W968.465592.5*84.8953t.q ==∆=
α
•
C6.2810*143.6*968.46559r.qt
o4
v1v
===∆
−
∑
C1.996.287.127t
o
v
2
=−=⇒
C62.1548.831.99t
o
2
=−=∆⇒
•
21.499616.35669*968.46559*56.0p*q*56.0
15.07.015.07.0
1n
===
α
W/m
2
K
435.0
3
3
2565.0
2
10*31.1
10*38619.0
*
44.4189
5.3376
*
97.975
1239
66983.0
577.0
*21.4996
=
−
−
α
SVTH : trang 16
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Km/W74.3024
2
2
=
α
•
44.4724662.15*74.3024t.q
222
==∆=
α
W/m
2
•
( ) ( )
2
21tb
m/W2.4690344.47246968.46559
2
1
qq.
2
1
q =+=+=
=
−
=
1
tb1
q
ss
%7.0007.0
968.46559
44.47246968.46559
==
−
(thỏa)
Vậy
C7.127t
o
v
1
=
K =
Km/W44.946
74.3024
1
10*143.6
94.8953
1
1
2
4
=
++
−
b. Tính ở nồng độ 30%
Tính tương tự
C2.128t
o
v
1
=
K =
Km/W8.911
84.2676
1
10*143.6
63.9186
1
1
2
4
=
++
−
c. Tính ở nồng độ 35%
Tímh tương tự
129t
1
v
=
o
C
K =
Km/W08.865
95.2283
1
10*143.6
35.9631
1
1
2
4
=
++
−
d. Tính ở nồng độ 40%
Tính tương tự
C130t
o
v
1
=
K =
Km/W87.798
98.1847
1
10*143.6
92.10379
1
1
2
4
=
++
−
o Bảng tóm tắt
Nồng độ dung dòch,% 25 30 35 40
t
sdd
,
o
C 83.48 85.37 89.77 95.37
q
1
, W/m
2
46559.968 43177.16 37562.265 30101.77
q
2
,W/m
2
47246.44 43659.26 36908.63 29826.4
q
tb
, W/m
2
46903.2 43418.21 37235.45 29964.08
1
α
,W/m
2
K
8953.94 9186.63 9631.35 10379.92
2
α
, W/m
2
K
3024.74 2676.84 2283.95 1847.98
K, W/m
2
K 946.44 911.8 865.08 798.87
ss, % 0.7 0.6 0.9 0.5
2. Hệ số truyền nhiệt trong quá trình gia nhiệt dung dòch ban đầu từ 25
o
C đến
83.48
o
C
SVTH : trang 17
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
2.1 Các kí hiệu và công thức
Các kí hiệu
1
α
,
2
α
, q
1
,
q
2
,
q
v
,
1
v
t
,
2
v
t
, t
D
, t
dd
,
v21
t,t,t ∆∆∆
, t
m
như mục 1.1
2.1.1 Phía hơi ngưng
111
t.q ∆=
α
4
1
1
H*t
r
*A*04.2
∆
=
α
A xác đònh theo t
m
r = 2171*10
3
J/kg
H = 1.5 m
2.1.2 Phía vách
∑
∆
=
v
v
v
r
t
q
∑
−−
=
124
v
)Km/W(10*143.6r
2.1.3 Phía dung dòch
222
t.q ∆=
α
l
.Nul.
Nu
dd
2
dd
2
λ
α
λ
α
=⇒=
Trong đó
( )
n
Pr.Gr.CNu =
dd
dddd
.c
Pr
λ
µ
=
2
dd
2dd
3
dd
g.t l
Gr
µ
βρ
∆
=
* C và n phụ thuộc vào Pr và Gr như sau
Gr.Pr
3
10
−
≤
thì Nu = 0.5
Gr.Pr
50010
3
→=
−
thì
( )
125.0
Pr.Gr18.1Nu =
7
10.2500Pr.Gr →=
thì
( )
25.0
Pr.Gr54.0Nu =
Gr.Pr
7
10.2>
thì
( )
33.0
Pr.Gr135.0Nu =
* l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1.5 m
*
dddddddddd
c,,,,
µλβρ
: khối lượng riêng ( kg/m
3
), hệ số dãn nở thể tích ( K
-1
), hệ số
dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dòch KOH
lấy ở nhiệt độ màng
+=
2
v
dd
_
m
tt
2
1
t
SVTH : trang 18
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Với
C24.54)2548.83(
2
1
t
o
dd
_
=+=
3
dd
m/kg1239=
ρ
c
dd
= 3376.5 J/kg độ
3
dd
10*31.1
−
=
µ
Ns/m
2
mK/W577.0
dd
=
λ
β
của dung dòch KOH 25%
T
o
,
o
C
0 20 40 60 80 100 120
3
10.
−
β
0.425 0.455 0.48 0.505 0.535 0.57 0.605
2.1.4 Hệ số truyền nhiệt
∑
++
=
2
v
1
1
r
1
1
K
αα
, W/m
2
K
* Trình tự tính lặp
(1). Chọn
1v
tt
1
∆⇒
(2). Tính
1
α
(3). Tính q
1
(4). Tính
2v1
ttt
2
∆⇒⇒∆
(5). Tính Nu
2
2
α
⇒
(6). Tính q
2
(7). Tính q
tb
=
( )
21
qq2
1
+
(8). Tính ss =
q
tb1
−
, tính cho đến sai số nhỏ (và phải nhỏ hơn 5% )
2.2 Thực hiện tính lặp
(1). Chọn
C3.121t
o
v
1
=
K6.113.1219.132t
1
=−=∆⇒
t
m
=
( )
C1.1273.1219.132
2
1
o
=+
13.190A =⇒
(2).
Km/W68.7289
5.1*6.11
10*2171
13.190*04.2
2
4
3
1
==
α
(3).
2
111
m/W29.845606.11*68.7289tq ==∆=
α
(4).
∑
===∆
−
K95.5110*143.6*29.84560r.qt
4
v1v
SVTH : trang 19
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
C35.6995.513.121t
o
v
2
=−=⇒
K11.1524.5435.69t
2
=−=∆⇒
(5). Tính
2
α
67.7
577.0
10*31.1*5.3376
.c
Pr
3
dd
dddd
===
−
λ
µ
( )
508.0C795.6135.6924.54
2
1
t
o'
m
=⇒=+=
β
( )
14
2
3
23
10*273.2
10*31.1
81.9*11.15*508.0*1239*5.1
Gr ==⇒
−
ta thấy Gr.Pr > 2.10
7
99.14454)Gr(Pr**135.0Nu
33.0
==⇒
35.5560
l
.Nu
dd
2
==⇒
λ
α
W/m
2
K
(6).
2
222
m/W89.84016t.q =∆=
α
(7). q
tb
= 84288.59W/m
2
(8). ss=0.003=0.3% (thoả)
Vậy hệ số truyền nhiệt giai đoạn này
Km/W74.1073
35.5560
1
10*143.6
68.7289
1
1
K
2
4
=
++
=
−
II. BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC
Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT
dQ= K.F(T-t).dT
Giả sử đến cuối quá trình dung dòch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt
F⇒
không
đổi, T không đổi
d.F⇒
T=
( )
tTK
dQ
−
Lấy tích phân ta được
F.T
2
=
( )
∫
−
Q
0
tTK
dQ
(1)
T
2
: thời gian cô đặc ( không kể thời gian gia nhiệt cho dung dòch đầu đến 83.48
o
C
), s
Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J
* Ta tính tích phân (1) bằng đồ thò. Cần xác đònh Q,
( )
tTK
1
−
ở từng thời điểm.
SVTH : trang 20
8
10.Q
−
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Nồng độ dung dòch, % 25 30 35 40
Q.10
-8
, J 0 11.94 20.62 27.17
t(t
sdd
),
o
C
83.48 85.37 89.77 95.37
K, W/m
2
K
946.44 911.8 865.08 798.87
T-t 49.42 47.53 43.13 37.53
5
10*
)tT.(K
1
−
2.1 2.3 2.7 3.3
Vẽ đồ thò có : trục hoành : Q
: trục tung :
( )
tT.K
1
−
Từ việc tính tích phân đồ thò ta có
• Giai đoạn 1 ( 25%
→
30% ) : S
1
= F. T
1
= 26268 m
2
.s
• Giai đoạn 2 ( 30%
→
35% ) : S
2
= F. T
2
= 21550 m
2
.s
• Giai đoạn 3 ( 35%
→
40% ) : S
3
= F. T
3
= 19488 m
2
.s
• Tổng quá trình cô đặc từ 25% đến 40%
S = F. T = 67306 m
2
.s
* Chọn thời gian cô đặc là 40 phút
⇒
Bề mặt trao đổi nhiệt là
F = 67306 / 2400 = 28.04 m
2
⇒
Thời gian của các giai đoạn
SVTH : trang 21
5
10.
)tT(K
1
−
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Giai đoạn 1 : T
1
= 26268 / 28.04 = 936.8 s
Giai đoạn 2 : T
2
= 21550 / 28.04 = 768.55 s
Giai đoạn 3 : T
3
= 19488 / 28.04 = 694.65 s
* Thời gian gia nhiệt ban đầu
.F.t.KQ ∆=
T
T =
F.t.K
Q
∆
Với Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J
K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m
2
K
t∆
: chênh lệch nhiệt độ, K
( ) ( )
K89.74
48.839.132
259.132
ln
48.839.132259.132
t =
−
−
−−−
=∆
⇒
T
=
phút5.4s425.271
04.28*89.74*74.1073
10*12.6
8
≈=
* Chọn thời gian nhập liệu 15 phút
Thời gian tháo sản phẩm 15 phút
* Tồng thời gian cô đặc 1 mẻ là
T
t
= 15 + 4.5 + 40 + 15 = 74.5 phút
Ta chọn tổng thời gian cô đặc là 75 phút
III. BUỒNG ĐỐT
Diện tích bề mặt truyền nhiệt : F = 28.04 m
2
Ta lấy an toàn : F = 33.65 m
2
( 20%)
Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 1.5m
Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : d
ng
= 45mm
: d
tr
= 41mm
⇒
Số ống cần :
H.d nF
tr
π
=
175
5.1.041.0.
65.33
H.d.
F
n
tr
=
π
=
π
=⇒
ống
• Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo Tài liệu [2] trang 48 )
Số hình lục giác đều : 8 hình
Số ống trên đường chéo : 17 ống
⇒
Tổng số ống : 217 ống
• Chọn bước ống t = (1.2
5.1→
).d
ng
SVTH : trang 22
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Chọn t = 58 mm
• Chọn ống tuần hoàn
Đường kính ống tuần hoàn
Chọn d
tr (th)
= 315 mm
d
ng(th)
= 325 mm
Kiểm tra điều kiện : tiết diện ngang ống tuần hoàn bằng 0.25
35.0→
tiết diện ngang
tất cả các ống truyền nhiệt :
27.0
41.217
315
4
d
217
4
d.
S
S
2
2
2
tr
2
)th(tr
o
th
==
π
π
=
thỏa
Số ống truyền nhiệt bò chiếm chỗ
Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn
( )
( )
1m.td
thng
−=
( )
6.61
58
325
1
t
d
m
thng
=+=+=⇒
⇒
có 7 ống trên đường chéo ống tuần hoàn
⇒
a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )
Tổng số ống bò chiếm chỗ
371)14(*4*31)1a.(a3n
'
=+−=+−=
(công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48)
Số ống truyền nhiệt còn lại
18037217n =−=
ống
Cần 175 ống (bỏ 5 ống)
• Đường kính trong buồng đốt
D
t
= t.(b-1) + 4.d
ng
= 58*(17-1) + 4*45 =1108 mm
Với b = 17 , số ống trên đøng chéo lục giác
Chọn đường kính buồng đốt D
t (bđ)
= 1100 mm
• Đáy
Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 90
o
Tra bảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2]
Chiều cao gờ h
gờ
= 50 mm
Chiều cao phần nón h
n
= 618 mm
Thể tích đáy nón V
đáy
= 0.282 m
3
Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hoàn
V
ô
=
463.05.1*
4
315.0
*5.1*
4
041.0*
*175
22
=π+
π
m
3
Cuối quá trình cô đặc V
dd
= 1.38 > 0.282 +0.463
SVTH : trang 23
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
⇒
dung dòch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt
IV. BUỒNG BỐC
Đường kính buồng bốc xác đònh từ điều kiện phân li được giọt lỏng đường kính 0.3
mm trở lên
Chiều cao buồng bốc xác đònh từ cường độ bốc hơi trung bình và thể tích buồng bốc
1. Đường kính
Lưu lượng hơi thứ
Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này
là lớn nhất )
1hơi
WV =
/(
1
ρ
. T
1
) , m
3
/s
Trong đó
W
1
: lượng hơi thứ trong giai đầu, kg
W
1
= 516.25 kg
1
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ ở áp suất P
1
= 0.36 at
1
ρ
= 0.2224 kg/m
3
( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
T
1
: thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 25% đến 30% )
T
1
= 936.8 s
478.2
8.936*2224.0
25.516
V
hơi
==⇒
m
3
/s
Vận tốc hơi
4
D
V
bốc_buồng_ngang_diện_tiết
V
2
)bb(tr
hhơi
hơi
π
ω
==
2
)bb(tr
hơi
D.
478.2*4
π
=ω
Vận tốc lắng
Xác đònh theo công thức 5.14 trang 157 Tài liệu [3]
( )
h
lhl
o
3
d g.4
ρξ
ρρ
ω
−
=
Trong đó
l
ρ
: khối lượng riêng giọt lỏng, kg/m
3
h
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ,
h
ρ
= 0.2224 kg/m
3
d
l
: đường kính giọt lỏng, d
l
= 0.3 mm = 3*10
-4
m
ξ
: hệ số trở lực
SVTH : trang 24
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải
Ta có
l
ρ
= 976.57 kg/m
3
, tra ở nhiệt độ 72.05
o
C (Bảng I.249 trang 310 Tài liệu [1])
ξ
tính theo Re
h
hh
.d.
Re
µ
ρω
=
Với
h
µ
=0.0106*10
-3
Pa.s : độ nhớt động lực học của hơi thứ
2
)bb(tr
3
4
2
)bb(tr
D
86.19
10*0106.0
2224.0*10*3
*
D.
478.2*4
Re =
π
=
−
−
• Giả sử 0.2< Re < 500
⇒
Vận tốc lắng
6.0
)bb(tr
2.1
)bb(tr
4
o
)D(
37.2
2224.0*D*0788.3*3
10*3*)2224.057.976(*81.9*4
=
−
=ω
−
Mà
( )
oh
%80%70
ωω
→≤
[ ]
6.0
)bb(tr
2
)bb(tr
D
37.2
*7.0
D.
478.2*4
≤
π
⇒
58.1D
)bb(tr
≥⇒
m
* Vậy chọn đường kính buồng bốc
D
tr(bb)
=1.6 m = 1600 mm
Kiểm tra Re
( )
500,2.076.7
6.1
86.19
Re
2
∈==
thỏa
2. Chiều cao
Tính theo trang 71,72 Tài liệu [2]
Thể tích không gian hơi
tth
kgh
U.
W
V
ρ
=
, m
3
Với W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bò, kg/h
U
tt
: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi, m
3
/m
2
h
h
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ,
2224.0
h
=
ρ
kg/m
3
Ta có W =
34375.1742
67.0
5625.1161
=
kg/h
U
tt
= f.(U
tt (1at)
)
SVTH : trang 25
2.1
)bb(tr
6.0
2
)bb(tr
6.0
D*0788.3
D
86.19
5.18
Re
5.18
=
==ξ
