bài tập lớn môn quá trình thiết bị truyền nhiệt

Lời mở
đầu

Bài tập lớn “ Quá trình & thiết bị truyền nhiệt trong công
nghệ hóa chất ” là cơ hội tốt cho sinh viên ngành Kỹ Thuật Hoá
Học nắm vững kiến thức đã học; tiếp cận với thực tế thông qua
việc tính toán, lựa chọn quy trình & các thiết bị với số liệu cụ
thể. Đây là cơ sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nghệ và giải
quyết những vấn đề kỹ thuật tổng hợp một cách nhanh chóng,
phục vụ cho công việc sau này.
Công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu về hóa chất
ngày càng tăng. Do đó ngành công nghiệp hóa chất cơ bản cũng
phát triển không ngừng, nhu cầu về sản phẩm ngày càng phong
phú. Trên cơ sở đó, quy trình sản xuất luôn được cải tiến và đổi
mới để ngày càng hoàn thiện hơn. Vấn đề đặt ra là sử dụng quy
trình công nghệ phù hợp xong phải tiên tiến và hiện đại. Trong
đó các thiết bị được sử dụng trong quy trình cũng rất quan trọng
cụ thể là trong hệ thống cô đặc thiết bị baromet tuy chỉ là thiết bị
phụ nhưng có vai trò rất quan trong trong cả quy trình cô đặc.
Sau đây chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu về thiết bị baromet.
Em xin chân thành cảm ơn thầy ………………………... đã
chỉ dẫn tận tình trong quá trình em thực hiện bài tập lớn, thầy đã
giúp đỡ, cho em những ý kiến tư vấn bổ ích trong quá trình hoàn
thành bài tập lớn này. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp nên
trong bài tập lớn còn khá nhiều thiếu sót, chúng em rất mong
nhận được nhiều ý kiến đóng góp chỉ dẫn của thầy !
1


MỤC LỤC


Lời mở đầu.................................................................................................................1
Mục lục ...........................................................................................................................2
Nhận xét của giáo viên................................................................................................3
Câu 1 : Vẽ thiết bị ngưng tụ............................................................................................4
Câu 2 : Nguyên tăc làm việc ............................................................................................5
Câu 3 : Ưu nhược điểm ..................................................................................................6
Câu 4 : Ứng dụng ............................................................................................................6
Câu 5: Thiết bị là thiết bị chân không la do tại sao?.......................................................7
Câu 6: Tính toán thiết bị baromet..................................................................................8

2


NHẬN XÉT CỦA GV:

...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................................................................

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

Hải Dương, ngày…..tháng…..năm 2014.
Giảng viên nhận xét
3


4


Câu 2: Nguyên tắc làm việc
Hơi vào thiết bị ngưng tụ đi từ dưới lên, nước chảy từ
trên xuống chảy tràn qua cạnh tấm ngăn và đồng thời phần chui
qua các lỗ của tấm ngăn. Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng
đã ngưng tụ chảy xuống ống barômet, khí không ngưng đi lên
qua ống 5 sang thiết bị thu hồi bọt 2 và tập trung chảy xuống
ống barômet.
Khí không ngưng ( hoặc không khí) được hút ra qua phía
trên bằng bơm chân không.
Các tấm ngăn trong thiết bị ngưng tụ barômet có thể là
hình vành khan hoặc hình viên phân. Nhưng thường là hình viên
phân được dùng nhiều hơn vì lắp nó đơn giản hơn, không cần
ống trung tâm.

Cột chứa nước trong ống với độ cao H, giữ cho không khí
lhông chui vào, đi ngược lên trong thiết bị còn gọi là van thủy
lực. Cột lỏng H cân bằng với mức độ chân không bên trong thiết
bị. Khí không ngưng được hút ở trên qua hệ thống bơm chhân
không ra ngoài.

5


Câu 3: Ưu và nhược điểm của thiết bị này ?
•

Ưu điểm:

+, Nước sẽ tự chảy không cần bơm nên sẽ tiêu tốn ít năng lượng
+, Năng suất lớn.
+, Tấm ngăn hình viên phân có ưu điểm là nắp đặt đơn giản hơn
không cần ống trung tâm.
•

Nhược điểm:

+, Phải xây dựng trên cao
+, Phải làm việc trong môi trường có áp suất chân không
Câu 4 : Ứng dụng thiết bị này trong công nghệ thực phẩm
(CNKTHH) ?
Trong công nghiệp hóa chất thiết bị ngưng tụ baromet chân
cao ngược chiều loại khô thường được dùng trong hệ thống cô
đặc nhiều nồi đặt ở vị trí cuối hệ thống vì các nồi cuối thường
làm việc ở áp suất chân không.

Ví dụ : trong sản xuất NaNO3 , KOH, …. hơi thứ của thiết
bị cô đặc thứ III được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet, dùng
nước để ngưng tụ, phần hơi không ngưng tụ sẽ được đưa qua
thiết bị tách lỏng để ngưng tụ phần hơi còn lại, phần khí sẽ được
hút ra ngoài bằng bơm chân không.
6


Câu 5: Giải thích tại sao nói thiết bị baromet là thiết bị chân
không?
Thiết bị ngưng tụ Baromet được gọi là thiết bị ổn định chân
không là vì khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi
giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ giảm và thiết bị ngưng
tụ sẽ là thiết bị duy trì áp suất chân không trong hệ thống.
Thiết bị này làm việc ở áp suất chân không nên nó phải
được lắp đặt ở độ cao H cần thiết ( thông thường là khoảng 11m)
để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần
bơm.
Thiết bị thu hồi bọt được đặt sau thiết bị ngưng tụ Baromet
nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ,
không cho chúng đi vào bơm chân không, chỉ cho chất lỏng đi
vào bơm.

7


Câu 6 : Tính toán thiết bị baromet?
Cho biết: Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ là 2000 kg/h, nhiệt
độ hơi 1350C. Nước làm mát có nhiệt độ vào : 270C; đi ra: 430C
Bài tính

A, Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ:
G=

(kg/s)

Trong đó:
D

: Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s.
=> D = 2000 kg/h = = 0,56 (kg/s)

i

: Hàm nhiệt của hơi ngưng tụ, J/kg.
=> i = 2725,5 kJ/kg.
(tra phần mềm Wasp ở 135 độ C)

8


t2đ, t2c

: Nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, 0C.
t2đ = 270C
t2c = 43 0C
Nhiệt độ trung bình của nước:

Cn : Nhiệt dung riêng trung bình của nước ứng với ttb, (J/kgđộ)
Cn = 4188,7 j/kg.độ

9


= 21,27 ( kg/s )
B, Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi
thiết bị ngưng tụ baromet:
Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:
= 25.1.(21,27 + 0,56) + 0,01.0,56
=6,15. ( kg/s )
(tra sổ tay tập 2/84 – VI.47)
Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:
10


( sổ tay tập 2/84- VI. 49)
Trong đó :
P : Áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ (ở 135 độ)



P = 2347,9 mmHg = 312939 N/

Ph: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp (tra ở tkk )


11

= 4905 N/m2

Nhiệt độ của không khí được tính theo công thức sau (đối với
thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô):
(sổ tay tập 2/84- VI.50)
= 27+ 4+ 0,1. (43 - 27) = 35,

C, Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet :


Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Baromet :
.

12


D: lượng hơi ngưng tụ, kg/s
: khối lượng riêng của hơi ngưng, ở 135C

: tốc độ của hơi đi trong thiết bị ngưng tụ, m/s ;
Chọn trong khoảng 55÷35 m/s


Kích thước tấm ngăn:
Tấm ngăn có dạng hình viên phân với chiều rộng là:
b = + 50 ( mm)
= + 50 = 112,5 (mm)



Chiếu cao cột lỏng trong ống baromet:
* Đường kính ống được tính theo công thức sau:

13


d=

-

Cho ω = 0,5 m/s (tốc độ chảy trong ống )
=> d= = 0,236 m
* Chiều cao cột chất lỏng được tính theo công thức:
Chiếu cao cột lỏng trong ống baromet: độ chân không trong thiết
bị trung bình là 456mmHg, tốc độ nước chảy trong ống 4,5m/s,
hệ số ma sát: 0,5
Chiều cao lý thuyết : 11m

H = H1 + H2 + H3
Trong đó : H: Chiều cao toàn bộ ống barômet, m
H1: Chiều cao quy đổi tương ứng với độ chân không,
H1= 10,3.
( b: độ chân không trong thiết bị, mmHg )
= 10,3 = 6,18 (m)
H2 = (2,5 + λ)
H3 : Chiều cao dư an toàn, (0,5-1)m
λ : Hệ số ma sát nước chảy trong ống, λ= 0,5
d: Đường kính ống, m
14


: tốc độ chảy trong ống, m/s. = 4,5 m/s
=> H2= (2,5 + 0,5.) = 3,67 m

H = H1 + H2 + 0,5 = 6,18 + 3,67 + 0,5= 10,35 (m)

15