Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH

Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập -Tự do-Hạnh phúc
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Số…………
Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN XUÂN HUY
Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Xuân
Lớp : ĐH Công Nghệ Hóa 1 – K3
Khoa : Công Nghệ Hóa Học
NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn
ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất 11000 kg/h , chiều cao
ống gia nhiệt h =2m .
Các số liệu ban đầu :
- Nồng độ đầu của dung dịch là 8%
- Nồng độ cuối là : 30 %
- Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4,1 at
- Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,2 at
TT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Dây chuyền sản xuất A 01
2 Nồi cô đặc A 01
PHẦN THUYẾT MINH
1 . Mở đầu
2 . Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất
3 . Tính toán thiết bị chính
4 . Tính toán thiết bị phụ
5 . Tính toán cơ khí
6 . Tỏng kết

1
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Ngày giao đề :……………………ngày hoàn thành:…………………
TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
*********
Hà Nội , Ngày … Tháng … Năm 2011
Người nhận xét

Mục lục
2
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
1. Giới thiệu chung
 Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH
 Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh
2. Tính toán thiết bị chính
*Cân bằng vật liệu
 tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống
 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi
 Nồng độ cuối của dung dịch
*Tính nhiệt độ, áp suất
 Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р)
 Nhiệt độ, áp suất hơi đốt
 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ :
 hệ số truyền nhiệt
3.Tính toán thiết bị phụ
 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :
*) Nhiệt lượng trao đổi : ( Q)

*) Hiệu số nhiệt độ hữu ích :
*) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể :
*) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ :
*) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :
*) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch :
*) Bề mặt truyền nhiệt :
*) Số ống truyền nhiệt :
*) Đường kính trong của thiết bị đun nóng
 Chiều cao thùng cao vị :
*)Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến cô đặc :
*)Trở lực dẫn từ thùng cao vị đén thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :
*)Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :
 Tính thiết bị ngưng tụ
 Tính bơm :
1 - Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra :
2 - Năng suất yêu cầu trên trục bơm :
3- công suất động cơ điện :
4. Tính toán cơ khí và lựa chọn
 Tính buồng đốt :
 Tính buồng bốc
 mặt bích
 đường kính ống dẫn
 Tính tai treo và chọn tai treo :
 Tính thiết bị phụ khác :
1-Đoạn côn nối buồng đốt và buồng bốc :
2-Kính quan sát :
3-Tính bề dày lớp cách nhiệt
5.Tổng kết
6.Tài liệu tham khảo:

3
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
1. Giới thiệu chung
● Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH
- Lời mở đầu
Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác, thường
phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng , hoặc lỏng trong lỏng . Để
nâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật người ta cần
dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch . Phương pháp phổ biến là
dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi , khi đó nồng độ dung
dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn .
Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm , tuần hoàn
cưỡng bức , phòng đốt ngoài , …trong đó thiết bị cô đặc có tuần hoàn có ống
tuần hoàn ngoài được dùng phổ biến vì thiết bị này có nguyên lý đơn giản , dễ
vận hành và sửa chữa , hiệu suất sử dụng cao… dây truyền thiết bị có thể dùng 1
nồi , 2 nồi , 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu. trong thực tế
người ta thường xử dụng thiết hệ thống 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất sử dụng
hơi đốt cao nhất , giảm tổn thất trong quá trình sản xuất .
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế
một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất , em được nhận
đồ án môn học : “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học”. Việc thực hiện đồ
án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc
thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các
quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học “ trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến
thức của một số môn khoa học khác có liên quan , mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế
một thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong
quá trình công 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
4

Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
định trong tính toán và thiết kế , tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo
văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống .
Trong đồ án môn học này, em cần thực hiện là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi
xuôi chiều , thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH
, năng suất 11000kg/h , nồng độ dung dịch ban đầu 8% , nồng độ sản phẩm 30%
- Giới thiệu về dung dịch KOH
As proven experts, Ward Chemical can produce various concentrations of liquid
calcium chloride . Uses of Calcium Chlor
The innate properties of liquid calcium chloride CaCl2 lend this substance to a
variety of applications.KOH có dạng tinh thể không màu , t
nc
= 404
o
C , t
s
=
1324
o
C. Dễ tan trong nước và phát nhiệt mạnh : ở 20
o
C, 100 g nước hoà tan
được 112 g KOH . Thuộc loại kiềm mạnh ; hấp thụ nước và khí cacbonic (CO
2
)
trong không khí , tạo thành kali cacbonat (K
2
CO
3

) . Dung dịch nước KOH ăn
mòn thủy tinh ; KOH nóng chảy ăn mòn sứ (trong môi trường có không khí) ,
platin . Điều chế bằng cách điện phân dung dịch kali clorua (KCl) có màng ngăn
. Dùng trong phòng thí nghiệm , sản xuất xà phòng mềm, các muối kali ; KOH
ăn da và rất nguy hiểm khi bắn vào mắt .
Antifreeze for recreation vehicles, curling & skating
● Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh
Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục :
Dung dịch đầu KOH 8% được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ thùng chứa
(1) , sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) . Ở thiết bị
trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi (6).
Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung 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 không ngưng được đưa qua của tháo
khí không ngưng . Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước
ngưng . Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ . Hơi
thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần
dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt .
Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ 2 do đó sự chênh lệch áp suất
làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < áp suất nồi trước . Nhiệt độ của nồi
trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (2) có nhiệt độ cao
hơn nhiệt độ sôi , kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này
5
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi .
Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (10) .
Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (8) . Trong
thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đi xuống , ở đây hời thứ được ngưng tụ
lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ra ngoài còn khí không ngưng đi qua thiết

bị thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không (11)


6
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị

SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
Chú thích
1. Thùng chứa dung dịch đầu
2. Bơm
3. Thùng cao vị
4. Lưu lượng kế
5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6,7. Thiết bị cô đặc
8. Thùng chứa nước
9. Thùng chứa sản phẩm
10.Thiết bị ngưng tụ Baromet
11. Thiết bị tách bọt
12. Bơm chân không
13. Ống tuần hoàn
2. Tính toán thiết bị chính
Các số liệu ban đầu:
Năng suất tính theo dung dịch đầu : G
đ
= 11000 kg/h
Nồng độ đầu : x
đ
= 8 %
x

c
= 30%
P hơi đốt nồi 1 = 4,1 at .
P hơi ngưng tụ = 0,2 at .
*Cân bằng vật liệu
● tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống
7
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
từ công thức: ( VI.1 - Tr.55 - Stttt2 )

● Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi
Chọn tỷ lệ hơi thứ:

● Nồng độ cuối của dung dịch
Nồi 1:
(VI.2a - Tr57 - Stttt2)
(khối lượng )
Nồi 2:
== 30% ( khối lượng)
W: tổng lượng hơi thứ của hệ thống
W
1
: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1
W
2
: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2
: nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1
: nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi
*Tính nhiệt độ, áp suất

● Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р)

(at ) (1)
Р
hd1
: áp suất hơi đốt nồi 1
Р
ng
áp suất hơi nước ngưng
● Nhiệt độ, áp suất hơi đốt
Ta có: chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi :
= (at) (2)
từ (1) và(2) ta có hệ phương trình :
8
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Giải ra ta được :
Áp suất hơi đốt nồi 2 :
-= 4,1- 2,68125 = 1,41875 (at)
Trong đó:
: chênh lệch áp suất của nồi 1 và nồi 2
: chênh lệch áp suất của nồi 2 và thiết bị ngưng
Hơi đốt nồi 1 được được cấp từ nồi hơi , hơi thứ ra khỏi nồi 1 được đưa sang
nồi 2 làm hơi đốt để tận dụng nhiệt . Tra bảng (I.251 - Tr 314 – stttt1) ta có :
Nồi
P
hdi

at
T

hdi
o
C
i
hdi
J/kg
r
hdi
J/kg
1 4,1 143 2744010 2140995,8
2 1,41875 109 2691285,5 2235326,4
ngưng 0,2 59,7 2596000 2358000

● Nhiệt độ và áp suất hơi thứ :
Theo sơ đồ nồi cô dặc , nhiệt độ hơi thứ nồi 1(T
ht1
) bằng nhiệt độ hơi đốt nồi
2 (T
hd2
) . Nhưng do quá trình truyền khối cố sự tổn thất nhiệt do trở lực đường
ống ()
chọn = 1°C
= 1°C
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1(T
ht1
)
=
o
C
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2(T

ht2
)
=
o
C
(*)Tra bảng I.251-Tr314-Stttt1.
9
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Nồi
P
hti
at
T
hti
o
C
i
hti
J/kg
r
hti
J/kg
1 1,461 110 2696000 2234000
2 0,210366 60,7 2609588 2356000
- Tổn thất nhiệt :
Tổn thất do nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn dung môi ()
Ta có :
(VI.10 - Tr.59 - Stttt2)
(VI.11 - Tr59 - Stttt2)

T
i:
nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất hơi thứ
r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước
Giá trị được tra từ bảng ( VI.2 – Tr.63 – Stttt2 )
Nồi 1:
x=12,6316% =3,4C
Nồi 2 :
x=30% = 12,2C
- Tổn thất do tăng áp suất thủy tĩnh ()
(VI.12 - Tr.60 -Stttt2)
P
hti
: áp suất hơi thứ nồi i
h
1i
: chiều cao dung dịch trong ống truyền nhiệt , =0,5 (m)
h
2:
chiều cao ống truyền nhiệt , = 2 (m)
khối lượng riêng của dung dịch khi sôi . Lấy gần đúng bằng ½ khối
lượng riêng của dung dịch ở 15C
10
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Tra bảng I.21 - Tr33 - Sttt1 ta có :
= 1116,844( kg/m³)
= 1291 (kg/m³)

Tra bảng I.251 - Tr314 - Sttt1 :
Tổng tổn thất nhiệt của cả hệ thống là :
Hiệu số nhiệt độ hữu ích(:
-Cân bằng nhiệt lượng


W
2
;i
2

Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống
D: lượng hơi đốt vào nồi 1 (kg/h)
I: hàm nhiệt của hơi đốt (j/kg)
t: nhiệt độ của dung dịch (C)
θ: nhiệt độ nước ngưng (C)
i: hàm nhiệt của hơi thứ (j/kg)
Nhiệt dung riêng của nước ngưng tính theo áp suất của hơi đốt
( bảng I.249 - Tr.311- Stttt1)
(J/kg.độ)
(J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của KOH tính theo công thức ( I.41- Tr.152 - Stttt1 )
11
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
M.C=.+.+.
= + +
= 936,25 (J/kg.độ)
Đối với dung dịch loãng có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo công thức
( I.43 - Tr.152 - Stttt1)

Đối với dung dịch có nồng độ lớn hơn 20% tính theo công thức ;
( I.44 - Tr.152 - Stttt1 )
Trong đó n : là số nguyên tử của nguyên tố K, H, O trong KOH
: là nhiệt dung riêng của dung dịch KOH ở nồng độ x
x: là nồng độ % phần khối lượng của
: khối lượng mol của
: nhiệt dung nguyên tử tra bảng (I.141-tr.152-Stttt1)
C=26000 ; C=16800 ; C=9630
Phương trình cân bằng vật liệu nồi 1:
Phương trình cân bằng vật liệu nồi 2:
Ta có :
Hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1 và nồi 2 :
I =2744010 (J/kg)
=2691285,5 (J/kg)
Hàm nhiệt hơi thứ :
=2696000 (J/ kg)
=2609588 (J/ kg)
12
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Nhiệt độ nước ngưng nồi 1 và nồi 2 lấy bằng nhiệt độ hơi đốt :
=143C
=109C
Nhiệt dung riêng của nước ngưng :
=4294,5 ( J/ kg)
=4233 ( J/ kg)
Nhiệt độ đầu vào, ra khỏi nồi1, ra khỏi nồi 2 của dung dịch :
=116,8296C
=84,739C
=116,8296 C

Nhiệt dung riêng của dung dịch :
= 3851,12 (J/kg. độ)
=3657,24122 (J/kg. độ)
=3211,075 (J/kg. độ)
Ta có :
Thay số vào ta được :
=3985,2537 (kg/h)
=8066,6667 -=4081,413 (kg/h)
Lượng hơi đốt tính được :
Thay số vào ta được : D = 4345,3013 (kg/h)
Kiểm tra giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi :

Chọn Cân bằng vật liệu Sai số
W
1
=4033,3333 (kg/h) W
1
=3985,2537 (kg/h)
W
2
=4033,3334 (kg/h) W
2
=4081,413 (kg/h)
13
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Giả thiết phân bố áp suất hơi thứ ban đầu chấp nhận được
(*) lấy nhiệt độ của nước ngưng bằng nhiệt độ của hơi đốt
● hệ số truyền nhiệt

Nhiệt độ sôi của dung dịch ở từng nồi tính theo công thức :
Nồi 1: = - =143 - 26,1704 = 116,8296C
Nồi 2: = - = 109 - 24,261 = 84,739C
Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch
Hơi nước sau khi ngưng tụ sẽ bám lên thành ống truyền nhiệt tạo thành lớp
màng mỏng , với những thiết bị thường gặp như loại phòng đốt trong tuần hoàn
ngoài , phòng đốt trong tuần hoàn trung tâm , phòng đốt treo đều là trường hợp
hơi đốt đi bên ngoài ống truyền nhiệt ( hơi đốt là hơi bão hòa không chứa khí
trơ) , màng nước ngưng chảy thành dòng thì hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt được
tính theo công thức : (V.101 - Tr.28 - Stttt2 )
( V.101 - Tr28 - Stttt2 )
Trong đó là hệ cấp nhiệt từ hơi đốt
chênh lệch nhiệt độ nước ngưng và mặt ngoài ống
A: hệ số phụ thuộc màng nước ngưng
r
i
: ẩn nhiệt ngưng tụ ( lấy bằng ẩn nhiệt hóa hơi )
=chiều cao ống truyền nhiệt , h = 2 m
Nồi 1 :
14
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Giả thiết
Từ bảng ( Tr.29-Stttt2 ) suy ra A
1
= 194,2625

Thiết bị sau một thời gian sử dụng sẽ có cặn bẩn bám ở phía trong và phía
ngoài ống truyền nhiệt gây tổn thất nhiệt .
Giá trị này được tra ở bảng (V.1- Tr.4 - Stttt2 ) (bề dày các chất này là 0.0005m)
Hơi nước có
Cặn bẩn có r
cặn
Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là thép X18H10T dày 0.002m, từ
bảng (XII.7- Tr.362 - Stttt2 ) có (W/m.độ) và khối lượng riêng (kg/m
3
)
Khi đó có trở lực là : (m
2
.độ/W)
Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là :
Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 1 là :
(
P : áp suất làm việc (áp suất hơi thứ) at
: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi
: Hệ số hiệu chỉnh , tính theo công thức (VI.27 - Tr.71 - Stttt2 )


là các hằng số vật lý của nước theo nhiệt độ sôi dung dịch
là các hằng số vật lý của dung dịch
Tổng hợp ta có bảng sau :
T=116,8296
o
C (w/m.độ) (kg/m
3
) (N.s/m

2
) (J/kg.độ)
Nước 0,6778 945,6046 4244,61
Dung dịch 0,56176 1116,6844 3657,24122
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KOH

tính theo công thức ( I.32 - Tr.123 - Stttt1)
15
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
(1 )
(w/m.độ)
hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết
M : khối lượng phân tử mol của dung dịch
phần trăm theo mol
( phần mol ) (1)
(g/mol)
Vậy giá trị có thể chấp nhận .
Nồi 2.
Giả thiết
Từ bảng ( Tr.29 - Sttt2 ) suy ra A
2
= 182,578175
(m
2
.độ/W) theo trên
Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là :
Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 2 là
: hệ số hiệu chỉnh, tính theo công thức ( VI.27 - Tr.71 - Stttt2 )

T=84,739
o
C (w/m.độ) (kg/m
3
) (N.s/m
2
) (J/kg.độ)
Nước 0,68536 968,767 4202,5824
Dung dịch 0,57158 1291 3211,075
16
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KOH

tính theo công thức ( I 32 –Tr.123 - Stttt1)
(w/m.độ)
hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết
M: khối lượng phân tử mol của dung dịch
Áp dụng công thức (1)
(g/mol)
Vậy giá trị có thể chấp nhận
Hệ số truyền nhiệt giữa hai lưu thể :
(w/m
2
.độ)
hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi i
nhiệt tải riêng trung bình nồi i
Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống :
Phân bố nhệt độ hữu ích trong từng nồi :

Nồi
1
2

Tổng bề mặt truyền nhiệt các nồi tương ứng :
17
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Nồi
Bề mặt truyền nhiệt bằng nhau Tổng bề mặt truyền nhiệt bé nhất
1
2
Kiểm tra: Kiểm tra:
Sai số nồi 1 :
Sai số nồi 2 :
Nồi Bề mặt truyền nhiệt bằng nhau,
m
2
Tổng bề mặt truyền nhiệt bé nhất,
m
2
1
2

Chọn theo phương pháp bề mặt truyền nhiệt bằng nhau F=108,86 m
2

(buồng
đốt)
Tuy nhiên, theo bảng (VI.6 - Tr.80 - Stttt2) thì F

chuẩn
lấy bằng 125(m
2
) .
3.Tính toán thiết bị phụ
● Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :
Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu vào là thiết bị đun nóng loại ống chùm
ngược chiều dùng hơi nước bão hoà ở 4,1at , hơi nước đi bên ngoài ống từ trên
xuống dưới . Hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên . Hỗn hợp đầu vào
18
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng (25C) khi ra ở nhệt độ sôi 116,8296C
*) Nhiệt lượng trao đổi : ( Q)
Q = F.C
p
.(t
F
– t
f
) [W]
Trong đó :
F: lưu lượng hỗn hợp đầu F = 11000(kg/h)
: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp t
F
= 116,8296 (
o
C)
C
p

: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp C
p
= 3657,24122 (J/kg )

t
F
: Nhiệt độ môi trường
Thay số :
Q= .3657,24122.(116,8296-24,1) = 1036244,353 (W)
*) Hiệu số nhiệt độ hữu ích :
Hiệu số nhiệt độ lớn :

Chọn t
hđ
= t
1
= 143 (
0
C)
=> Δ t
d
= 143 – 24,1 = 118,9 (
0
C)
Hiệu số nhiệt độ bé :
Δ t
c
= 151 – 116,8296 = 26,1704 (
0
C)

Do =
Nên nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là :
t
tb
= = (V.8-Stttt2)
Hơi đốt :
t
1 tb
= 143 (
0
C)
Phía hỗn hợp :
t
2 tb
= 143 – 61,262 = 81,738 (
0
C)
*) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể :
Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :
Công thức tính : α
1
= 2,04.A.()
0,25
Trong đó:
19
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa
r = 2135.10
3

(J/Kg).
Δt
1
: Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống
truyền nhiệt .
Giả sử: Δt
1
= 3,2 (
0
C)
H: Chiều cao ống truyền nhiệt ; H = 2(m)
A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng
Ta có :
t
m
= 143 - = 141,4 (
0
C)
Tra bảng (Tr.29 – Stttt2 ) => A = 194,21
Thay số : α
1
= 2,04.194,21.( = 9521,5188 (W/m
2
.độ)
*) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ :
Công thức tính :
q
1
= α
1

.Δt
1
[W/m
2
]
Thay số :
q
1
= 9521,5188.3,2 = 30468,86 (W/m
2
)
*) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :
Công thức tính : N
u
= 0,021.ε
k
.R
e
0,8
.P
r


0,43
.()
0,25
( V.40-tr24-Stttt2)
α
2
= 0,021

k.
R
e
0,8
.Pr
0,43
.()
0,25
Trong đó :
P
rt
: Chuẩn số Prand tính theo nhiệt độ trung bình của tường
ε
k
: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L và
đường kính d của ống .
Chọn d = 38(mm) ; L = 2(m)
20
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Ta có:
= = 58,8 > 5m → ε
k
= 1 theo (V-2-Tr15-Stttt2)
Tính chuẩn số Pr :
P
r
=
Trong đó :
C

p
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở t
tb
= 81,669
0
C
C
p
= 3657,24122 (J/kg. độ)
Tra bảng (I.107 – Tr 101 – Stttt1) ta có :
µ =
p: khối lượng riêng của hỗn hợp ở t
tb
ρ =1073 kg/m
3
Theo công thức (I.32 – Tr.123 – Stttt1 ) ta có :
λ
1
= ε.C
p
.p.
3
Với ε=3,58 .10
-8
(I.32- Tr.123 – Stttt1)
=3,58.10
-8
.1073.3657,24122. = 0,53868 (W/m.độ )
Thay số :
P

r
= = 2,41249
Hiệu số nhiệt độ ở 2 phía thành ống :
Δt
t
= t
t
- t
t
= q
1
.∑r
t
Trong đó :
t
t
: Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp
∑r
t
: Tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt
∑r
t
= (m
2
.độ/W)
Thay số :
Δt
t
=
21

Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
=>t
t2
= t
t1
– Δt
t
= 143- 3,2- 20,1856=119,6144
0
C
Δt
2
= - t
2tb
= 119,6144 – 81,669 = 37,9454
0
C
- Tính chuẩn số P:
P
r
= .
Trong đó :
C
p
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp
C
p
= 3657,24122(j/kg. độ)
µ : Độ nhớt của hỗn hợp

µ =(N.s/)
λ
2
: hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp ở t
t2
λ
2
= ε.C
p
.p.
3

Trong đó :
p : khối lượng riêng của hỗn hợp ở t
t
=81,738
0
C , ρ= 1073 (kg/m
3
)
λ
2
= 3,58.10
-8
.3657,24122.1073.= 0,53868 ( W/m
2
.độ)
Thay số :
P
r

= = 1,3137
Vậy hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :
α
2
= 0,021 (10500)
0,8
. (2,41249)
0,43
.()
0,25
= 830,769
*) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch :
q
2
= . = 830,769.37,8764=31466,85333 ( W/m
2
)
- Kiểm tra sai số :
<5%
Sai số chấp nhận được
22
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
*) Bề mặt truyền nhiệt :
Công thức tính :
F =
Trong đó :
Nhiệt lượng trao đổi Q = 1026186,939 (W)
q
tb

:Nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dịch
q
tb
= =30967,85667 ( W/m)
Thay số :
= 33,137 m
2

*) Số ống truyền nhiệt :
Công thức tính :
n=
Trong đó :
F: Bề mặt truyền nhiệt , F=33,137 (m
2
)
d : đường kính trong của ống truyền nhiệt d = 0,038 (m)
H: Chiều cao ống truyền nhiệt , H = 2 (m)
Thay số :

= 138,787
Qui chuẩn n = 169 ống .
Theo bảng ( V.11 – Tr 48 – Stttt2) ta có bảng số liệu :
Số
hình 6
Sắp xếp
ống theo
23
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
cạnh hình 6

cạnh
Số ống
trên
đường
xuyên
tâm 6
cạnh
Tổng số ống
không kể các
ống trong các
hình viên phân
Tổng ống trong
tất cả các hình
viên phân
Tổng ống
trong
thiết bị
Dãy 1 Dãy 2 Dãy 3
7 15 169 3 - - - 169
*) Đường kính trong của thiết bị đun nóng
D = t.(b – 1) + 4.d
n
Trong đó :
d
n
: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt , d
n
= d + 2.S = 0,038 (m)
t : Bước ống , lấy t = 1,2 d
n

; t = 1,2 .0,038 = 0,0456
b : số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh , b= 15
Thay số :
D =0,0456.(15-1) + 4.0,038 = 0,7904 (m)
Qui tròn : D = 800 (mm)
Tính lại vận tốc và chia ngăn :
- Xác định lại vận tốc thực :

n=169 ống
24
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
● Xác định vận tốc giả thiết :
Vì :
Do đó cần chia ngăn để quá trình cấp nhịêt ở chế độ xoáy.
Số ngăn cần thiết : (ngăn)
Quy chuẩn : 5 ngăn
Tính lại chuẩn số Reynols :
Vậy các kích thước thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu :
Bề mặt truyền nhiệt : F=33
Số ống truyền nhiệt : n=169 (ống )
Đường kính trong của thiết bị : D= 800 (mm )
Chiều cao ống truyền nhiệt : H=2 (m )
● Chiều cao thùng cao vị :

Áp suất toàn phần cần để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống khi dòng
chảy đẳng nhiệt :
P = ( II.56 - Tr376 - Stttt1 )
Trong đó :
: áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn

Với:
: khối lượng riêng của chất lỏng
w : vận tốc của lưu thể.
: áp suất khắc phục trở lực khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng .
=
Với:
d
td
điều kiện của ống
25
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3