THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc một nồi GIÁN đoạn LOẠI PHÒNG đốt TREO DÙNG để cô đặc MgSO4 từ NỒNG độ 5% đến 15%
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (349.12 KB, 52 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN LOẠI PHÒNG
ĐỐT TREO DÙNG ĐỂ CÔ ĐẶC MgSO4 TỪ NỒNG ĐỘ 5% ĐẾN 15%
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
SVTH:
Đỗ Thanh Tâm
Phạm Tâm
Nguyễn Chí Tâm
Lớp: DH11H1
Vũng Tàu, tháng 5 năm 2014
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HOÁ HỌC VÀ CNTP
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ tên SV
Giới tính
Nơi sinh
-
Đỗ Thanh Tâm
Nam
Đồng Tháp
-
Phạm Tâm
Nam
Sóc Trăng
-
Nguyễn Chí Tâm
Nam
Đồng Tháp
Khoa: Hoá học và Công nghệ Thực Phẩm
1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc một nồi gián đoạn loại phòng đốt treo dùng để cô
đặc MgSO4 từ nồng độ đầu 5% đến 15%, năng suất 1200/mẻ.
2. Nhiệm vụ đồ án
-
Giới thiệu công nghệ
-
Căng bằng vật chất, năng lượng
-
Tính toán thiết kế nồi cô đặc:
-
-
+
Đường kính, chiều cao nồi
+
Tai treo, đáy, nắp
+
Các đường ống dẫn, cửa
Tính toán các thiết bị truyền nhiệt:
+
Ống dẫn hơi đốt
+
Ống trao đổi nhiệt
Thiết bị phụ:
-
+
Thiết bị ngưng tụ Baromet
+
Bơm
Kết luận
Ngày giao đề tài: 20/03/2014
Ngày hoàn thành: 08/05/2014
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Th.s Nguyễn Văn Toàn
Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 08 tháng 05 năm 2013
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)
TRƯỞNG BỘ MÔN
TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Qua gần ba tháng thực hiện đồ án với sự nổ lực của cả nhóm,chúng tôi đã nhận
được sự giúp đỡ quý báu của quý thầy cô và bạn bè. Nhân đây, chúng tôi xin chân thành
bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Th.s Nguyễn Văn Toàn, người mà trực tiếp hướng dẫn chúng
tôi thực hiện đồ án này.
Chúng tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến quý thầy cô đã giảng dạy và truyền thụ
những kiến thức quý báu để chúng tôi cỏ thể thực hiện tốt đồ án này.
LỜI MỞI 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 MgSO4 do khả năng sử dụng rộng rãi của nó. Trong quy trình sản xuất
MgSO4, quá trình cô đặc thường được sử dụng để thu được dung dịch MgSO4 có nồng độ
cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ.
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong
quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học trong tương lai. Môn học này giúp
sinh viên có thể tính toán cụ thể: quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị
trong sản xuất hóa chất – thực phẩm. Đây là lần đầu tiên sinh viên được vận dụng các
kiến thức đại học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiêm vụ cụ thể đồ án môn học nay là thiết kế hệ thống cô đặc một nồi gián đoạn loại
phòng đốt treo dùng để cô đặc MgSO4 từ nồng độ 5% đến nồng độ 15%, năng suất
1200kg/mẻ.
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
7
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 1: Thiết kế sơ đố công nghệ
CHƯƠNG 1
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
I. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
8
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 1: Thiết kế sơ đố công nghệ
II. THIẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
Khởi động bơm chân không đen áp suât Pck = 0,5at.
Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 5% 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 3600kg thì ngừng.
Khi đã nhập liệu đủ 3600kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ờ áp
suất3at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch.Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ
truyền nhiệt, hơi đốt. Dung dịch chảy trong ốngđược gia nhiệt bời hơi đốt đi ngoài
ống. Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua thành ống có đường kinh lớn
hơn các ông truyên nhiệt nên dung dịch thành ống sẽ sôi ít hơn trong ống truyền
nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch thành ống sẽ lớn hơn khối lượng riêng
dung dịch trong ống truyền nhiệt. Vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ thành ống
sang các ông truyền nhiệt. Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn
hơi thứ sau khi đi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt. Hơi thứ được dẫn qua thiết
bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành
lòng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa. Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị 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 15% (sau thời gian cô đặc đã tính:
150phút) thì ngừng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách
mở van tháo liệu.
III. CÁC THIÉT BỊ ĐƯỢC LỰA CHỌN TRONG QUY TRÌNH CỘNG
NGHỆ
III.1. Bơm
- 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 đỏ cỏ 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 dịch MgSO 4 từ bể chứa nguyên liệu
vào nồi cô đặc.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
9
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
-
Chương 1: Thiết kế sơ đố công nghệ
Bơm chân không được dùng đề tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu
làm việc.
III.2. Thiết bị cô đặc
Đây là thiết bị chính trong quy mô cồng nghệ. Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng
bốc và buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một
ống dẫn hơi đốt có đường kính lớn hơn.
Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, 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 sư dụng tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bị.
III.3. Thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị
ngưng tụ trực tiếp(thiết bị ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được đưa vào
ngăn trên cùng của thiết bị. Thiết bị 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.
III.4. Thiết bị tách lỏng
Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị baromet nhằm để tách các cấu tử bay
hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không.
III.5. Các thiết bị phụ trợ khác
-
Bẩy hơi.
-
Các loại van .
-
Thiết bị làm lạnh bằng không khí.
-
Nhiệt kế, áp kế.
-
Các loại bể chứa.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
10
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng
CHƯƠNG 2
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I.CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các số liệu ban đầu:
Dung dịch MgSO4 có:
-
Nhiệt độ đầu 25°C,nồng độ đầu 5%
-
Nồng độ cuối 15%
Chọn hơi đốt là hơi nước bãohòa ở áp suất 3at
Áp suất ngưng tụ: pck= 0,5at
Cô đặc gián đoạn với năng suất 1200kg/mẻ.
I.1. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ
Bảng 2.1. Khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ
Nồng độ, %
Khối lượng riêng, kg/m3
5
8
12
15
1043,6
1081,6
1125.6
1164.5
I.2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn
Gđ=Gc+W
Gđxđ=Gcxc
Trong đó:
•
Gđ,Gc : lượng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, kg
•
W: lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn, kg
•
xđ, xc: nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn
•
Gđxđ, Gcxc: khối lượng MgSO4trong dung dịch, kg
Khối lượng dung dịch đầu:
I.2.1.Giai đoạn 5% đến8%:
Gđ= 3600kg , xđ=5% , xc= 8%
Lượng sản phẩm(là dung dịch MgSO48%):
Lượng hơi thứ:
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
11
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng
I.2.2.Giai đoạn8% đến 12%:
Gđ= 2250kg , xđ=8%, xc= 12%
I.2.3.Giai đoạn 12% đến 15%:
Gđ= 100kg , xđ= 12%,xc= 15%
Tổng lượng hơi thứ bốc hơi:
Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất.
Bảng 2.2. Tóm tắt kết quả cân bằng vật chất
Nồng độ dung dịch, %
5%
8%
12%
15%
Thể tích dung dịch trong nồi, m3
3,450
2,080
1,333
1,030
Khối lượng dung địch, kg
3600
2250
1500
1200
0
1350
750
300
1043,6
1081,6
1125,6
1164,5
Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg
Khối lượng riêng dung dịch, kg/m3
II. CÂN BẲNG NĂNG LƯỢNG
- Áp suất thiết bị ngưng tụ P0= 0,5at.
=>Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ to= 80,9°C(Bảng 1.251,trang 314, [1]).
-
Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ .
=>Nhiệt độ hơi thứ ở buồng đốt t1= 80,9 + 1= 81,9°C.
Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi trên mặt thoáng dung dịch
o
C.
=>Áp suất trên mặt thoáng dung dịch trong buồng bốc P1=0,512at (Bảng 1.250,
trang 312, [1]).
II.1.Các tổn thất nhiệt độ - Nhiệt độ sôi dung dịch
Ta có tổn thất nhiệt độ sôi theo nồng độ dung dịch MgSO4 ở áp suất khí quyển. Từ
đó suy ra nhiệt độ sôi dung địch MgSO4ở áp suất khí quyển theo nồng độ là:
o
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
C
12
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng
Bảng 2.3. Nhiệt độ sôi dung dịch MgSO4 theo nồng độ
Nồng độ dung dịch, %
Nhiệt độ sôi dung dịch ở Pa,°C
5%
8%
12%
15%
4,522
4,687
4,878
5,046
104,522
104,878
105,286
105,876
II.1.1. Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch
MgSO4 theo nồng độ ở áp suất P1 = 0,512at
Theo phương pháp Babo (công thức VI, trang 59, [2]).
Xét dung dịch MgSO4 5%
Nhiệt độ dung dịch MgSO45% ở Pa = 1,033at là 104,522oC.
Ở 104,522oC ở áp suất hơi bão hòa là1,211at (bảng I.250 trang 312 ,[1]).
Ta cần xác định nhiệt độ sôi dung dịch ở P1 = 0,512at.
=>0,6at
Vậy nhiệt độ sôi của nước ở 0,6at là t = 85,5oC (bảng I.251 trang 314, [2]).
=>Nhiệt độ sôi của dung dịch MgSO4 5% ở P1 = 0,512at là 85,5oC.
=>Tổn thất nhiệt độ sôi: oC.
Tính tương tự ở các nồng độ 8%, 12%, 15% ta được bảng số liệu sau:
Bảng2.4. Tính tổn thất nhiệt theo nồng độ
Nồng độ dung dịch ,%
5
8
12
15
Nhiệt độ dung dịch, oC
85,5
85,7
85,8
85,9
Tổn thất , oC
3,6
3,8
3,9
4,0
II.1.2. Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh. Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất trung
bình
Tính theo ví dụ 4.8, trang 207,[4]
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
13
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng
Với:
•
•
Trong đó:
-
•
: khối lượng riêng của dung dịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ.
•
: chiều cao lớp chất lỏng sôi.
Trong thiết bi tuần hoàn tự nhiên:
Với:
•
Ho: chiều cao ống truyền nhiệt.
•
: khối lượng riêng của dung môi ở tsdm.
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho= 1,5m.
Tính cho truờng hơp MgSO45%:
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ thay đổi không đáng kể nên:
1043,6
0,54456
=>0,525755
=>Nhiệt độ sôi của H2OỞ0,525755at là82,1°C (Bảng 1.251 trang 314,[1])
-
Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh:
o
C
=> Nhiệt độ sôi dung dịchMgSO45% ở áp suất :
0,2= 85,7oC
Tính tương tự ta được:
Bảng 2.5. Nhiệt độ sôi dung dịch MgSO4 ở áp suất trung bình
Nồng độ dung dịch, %
5%
8%
12%
15%
, oC
0,2
0,32
0,47
0,6
85,7
86,0
86,3
86,5
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
14
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng
III. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO CÁC GIAI ĐOẠN
Tính theo công thức 4.4,trang 181, [4]
-
Phương trình cân bằng nhiệt:
Với:
-
•
D: lượng hơi đốt sử dụng, kg.
•
=%: ti lệ nước ngưng bị cuốn theo.
•
: nhiệt độ nước ngưng,°C.
•
C: nhiệt dung riêng nước ngưng ở °C, J/kg độ.
•
Cđ, Cc: nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, J/kg độ.
•
tđ, tc: nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, °C.
•
:entanpi của hơi đốt, J/kg.
•
: entanpi của hơi thứ, J/kg.
•
Qt: nhiệt lượng tổn thất, J.
•
Qcđ: nhiệt lượng cô đặc, J.
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (do có % hơi nước ngưng cuốn theo):
: nhiệt hóa hơi của nước ở áp PĐ
-
Nhiệt dung riêng của dung dịch:
Tính theo công thức 4.11 trang 182, [4]
Trong đó:
•
: nồng độ dung dịch
•
C1: nhiệt dung riêngMgSO4khan, J/kg.độ
Theo công thức 4.12, trang 183, [4].
Vậy nhiệt dungriêng dung dịch theo nồng độ.
Bảng 2.6. Thể hiện nhiệt dung riêng dung dịch theo nồng độ
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
15
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng
Nông độ dung dịch, %
5%
8%
12%
15%
Nhiệt dung riêng dung
dịch, J/kg.độ
3980,569
3854,910
3687,364
3561,706
Chọn hơi đốt có áp suất PD= 3at => tD= 132,9°C.
•
Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3at.
•
r= 2171.103 J/kg.độ (bảng I.251, trang 314, [1]).
•
Entanpi của hơi thứ ở 81,9°C.
•
= 2648.103 J/kg (bảng I.250, trang 312, [1]).
•
Tổn thất nhiệt: Qt= 0,05QD.
•
Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể.
III.1. Giai đoạn đưa dung dịch 5% từ 25oC đến 85,7oC
3980,569J/kg.độ
tđ=25oC; tc =85,7oC
-
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q1 = 3600.3980,569(85,7 – 25) = 869,834.106J
-
Nhiệt lượng cần cung cấp(kể cả tổn thất)
-
Lượng hơi đốt sử dụng
III.2. Giai đoạn dung dịch từ 5% đến 8%
Gđ=3600kg; Cđ=3980,569J/kg.độ; tđ= 85,7°C
Gc= 2250kg; Cc= 3854,910J/kg.độ; tc= 86,0°C
W =1350kg
-
Nhiệt lượng tiêu tổn cho quá trình:
Q2=2250.3854,910.86,0 – 3600.3980,569.85,7+ 1350.2648.103=3092,64.106J
-
Nhiệt lượng cần cung cấp(kể cả tổn thất):
-
Lượng hơi đốt sử dụng:
III.3. Giai đoạn dung dịch từ 8% đến 12%
Gđ= 2250kg; Cđ=3854,91J/kg độ; tđ= 86,0°C
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
16
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng
Gc= 1500kg; Cc= 3687,364J/kg độ; tc= 86,3°C
W =750kg
-
Nhiệt lượng tiêu tổn cho quá trình:
Q3=1500.3687,364.86,3 – 2250.3854,91.86,0 + 750.2648.103=1717,404.106J
-
Nhiệt lượng cần cung cấp(kể cả tổn thất):
-
Lượng hơi đốt sử dụng:
III.4. Giai đoạn dung dịch từ 12% đến 15%
Gđ= 1500 kg; Cđ=3687,364J/kg.độ; tđ= 86,3°C
Qc= 1200kg; Cc= 3561,706J/kg.độ; tc= 86,5°C
W =300kg
-
Nhiệt lượng tiêu tổn cho quá trình:
Q3=1200.3561,706.86,5 – 1500.3687,364.86,5 + 300.2648.103= 686,776.106J
-
Nhiệt lượng cần cung cấp(kể cả tổn thất):
-
Lượng hơi đốt sử dụng:
Tổng nhiệt lượng:
QD= 915,615.106+3255,41.106+1807,794.106+722,922.106=6701,741.106J
Tổng lượng hơi đốt:
D=443,945 + 1578,419 + 876,527 + 350,516 = 3249,408kg
Lượng hơi đốt riêng:
Bảng 2.7. Tóm tắt cân bằng năng lượng
Nồng độ dung dịch, %
Khối lượng dung dịch, Kg
Nhiệt dung riêng,J/kg.độ
Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
5
8
12
15
3600
2250
1500
1200
3980,569
3854,910
3687,364
3561,706
0
1350
750
300
17
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
, oC
Chương 2: Cân bằng vật chất và năng lượng
85,7
86,0
86,3
86,5
Q(10-6), J
869,834
3092,64
1717,404
686,776
QD(10-6), J
915,615
3255,41
1807,794
722,922
D, kg
443,945
1578,419
876,527
350,516
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
18
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 3: Tính thiết kế thiết bị chính
CHƯƠNG 3
TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
I. HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT
I.1. Hệ số truyền trong quá trình sôi
I.1.1. Các kí hiệu và công thức
• : Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi, W/m2K.
•
: Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi, W/m2K.
•
: Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng, W/m2.
•
: Nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi, W/m2.
•
: Nhiệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt, W/m2.
•
: Nhiệt độ tải riêng vách ngoài ống, oC.
•
: Nhiệt độ trung bình vách trong ống, oC.
•
: Nhiệt độ hơi ngưng, tD = 132,9oC.
•
: Nhiệt độ dung dịc sôi, oC.
: Nhiệt độ màng nước ngưng, oC.
I.1.1.1. Phía hơi ngưng
(1)
Công thức V.101, trang 28, [2]
(2)
Với phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm (trang 28, [2]).
Bảng 3.1. Thể hiện các thông số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng
tm, oC
40
60
80
100
120
140
160
180
200
A
139
155
169
179
188
194
197
199
199
•
: Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm, kg/m3.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
19
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 3: Tính thiết kế thiết bị chính
•
: Hệ số cấp nhiệt của nhiệt độ tm, W/m.k.
•
: Độ nhớt của nước ở nhiệt độ tm, Pas.
•
r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước ở nhiệt độ tD.
•
r = 2171.103 J/kg.
•
H = 1,5m: chiều cao ống truyền nhiệt.
I.1.1.2. Phía dung dịch
(3)
Theo công thức VI.27, trang 71, Tài liệu [2]
(4)
Trong đó:
•
: Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K) khối lượng riêng (kg/m 3), nhiệt dung riêng
(J/kg.độ), độ nhớt (Pas) của nước.
•
: Các thông số của dung dịch theo nồng độ.
•
: Hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước, W/m2k.
•
(5), (công thức V.90, trang 26, [2]).
Với:
-
-
•
q: nhiệt tải riêng, W/m2.
•
p: áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng, N/m2.
•
p=p1= 0,5at=49050N/m2.
Các thông số của nước (bảng I.249, trang 169, [1]):
•
o
•
kg/m3.
•
J/kg.độ.
•
Ns/m2.
•
W/mK.
C.
Các thông số của dung dịch:
•
tra ở bảng I.107, trang 101, [1] (ở 85,9oC).
•
tính theo công thức I.32, trang 123, [1].
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
20
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 3: Tính thiết kế thiết bị chính
Với:
x: nồng độ dung dịch và được xác định theo nồng độ.
Bảng 3.2.Tóm tắt các thông số của dung dịch theo nồng độ
Nồng độ dung dịch, %
5
8
12
15
85,7
86,0
86,3
86,5
, kg/m3
1043,6
1081,6
1125,6
1164,5
, J/kg.độ
3980,569
3854,91
3687,364
3561,706
, Ns/m2
0,00128
0,001514
0,001898
0,00224
Mdd
18,799
19.313
20,045
20,630
, W/mK
0,56732
0,57108
0,56900
0,56958
,oC
I.1.1.3. Phía vách ống truyền nhiệt
Theo ví dụ 19, trang 148, Tài liệu, [4]
, (6)
Trong đó:
•
Lấy , (W/mK)-1
•
: Bề dày ống truyền nhiệt.
•
W/mK: Hệ số dẫn nhiệt qua vách.
I.1.1.4. Hệ số truyền nhiệt K
Do không biết chính xác nhiệt độ vách truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp
nhưng sau:
•
Chọn
•
Tính theo công thức (2)
•
Tính theo công thức (1)
•
Tính theo công thức (6) với
•
Tính theo công thức (5) với
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
21
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
Chương 3: Tính thiết kế thiết bị chính
•
Tính theo công thức (4)
•
Tính theo công thức (3)
•
Tính
•
Xác định sai số nếu ss > 5% thì chọn lại tv1 và lặp lại quá trình tính đến khi đạt
sai số nhỏ nhất
•
Tính K theo công thứ (7)
I.1.2. Tính K theo các giai đoạn
I.1.2.1. Tính ở nồng độ
Chọn
K
Tính
W/m2K
, W/m2
Bảng 3.3.Tóm tắt các thông số của quá trình tính K qua các giai đoạn
Nồng độ dung
dịch ,%
5
8
12
15
85,7
86
86,3
86,5
W/m2
43177,161
41119,018
37576,985
36150,562
, W/m2
41497,483
41598,628
40816,237
39200,055
, W/m2
42337,322
41358,823
39196,611
37675,309
, W/m2K
9186,630
9345,231
9635,124
9770,422
, W/m2K
2630,374
2412,831
2080,714
1912,878
880,470
834,243
806,828
o
C
K, W/m2K
906,349
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
22
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
ss
Chương 3: Tính thiết kế thiết bị chính
0,019
0,006
0,043
0,042
Bảng 3.4.Tóm tắt kết quả tìm được bằng cách lấy tích phân
Nồng độ
5
8
12
15
Q, 10-6
0
3255,41
5063,204
5786,126
t
85,9
86,3
86,9
87,9
K
906,349
880,47
834,235
806,828
47,2
46,9
46,6
46,4
2,34
2,42
2,57
2,67
T-t
1
K (T − t )
-
-
5
10
Diện tích bề mặt truyền nhiệt trong các giai đoạn là:
•
Giai đoạn 1: (5-8%):=77179,758m2s
•
Giai đoạn 2: (8-12%): =44045,752m2s
•
Giai đoạn 3: (12-15%): =18615,556m2s
Tổng quá trình cô đặc từ 5% đến 15%:
Chọn thời gian cô đặc là 2,5giờ.
=>Bề mặt trao đổi nhiệt: F = 15,54m2
-
-
Thời gian các giai đoạn:
•
Giai đoạn 1: T1 = 4967,2s
•
Giai đoạn 2: T2 = 2834,7s
•
Giai đoạn 3: T3 = 1198,1s
Thời gian gia nhiệt ban đầu:
Với:
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
23
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
∆t=
Chương 3: Tính thiết kế thiết bị chính
(132,9 − 25) − (132,9 − 85 ,7)
= 73,4 K
132,9 − 25
ln
132,9 − 85 ,7
t=
915,615.10 6
= 885 ,67 s
15,54.73,4.906,349
Vậy ta chọn thời gian gia nhiệt là 900s = 15phút.
III. BUỒNG ĐỐT
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F= 15,54m2
Ta lấy an toàn: F = 18,65 m2(20%F )
-
Chiều cao ống truyền nhiệt: H = 1,5m
-
Chọn ống truyền nhiệt có đường kính:
dng= 54mm
•
•
-
dtr= 50mm
Số ống cần:
=>n =
18,65
= 79,2
0,05.3,14.1,5
-
Lấy 80 ống
-
Chọn 127 ống
-
Xếp ống theo hình lục giác
-
Số hình 6 cạnh: 6 hình
-
Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh: 13 ống
-
Tổng số ống: 127ống
-
Chọn bước ống:)dng
-
Chọn t = 64,8mm
Công thức V.141, trang 49, [2]
D = t(b – 1) + 4dng
= 64,8(13 – 1) + 4,54 = 993,6mm
=>Chọn Dtb(bd)= 1100mm
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
24
ĐAMH: Quá Trình Thiết Bị
-
Chương 3: Tính thiết kế thiết bị chính
•
b: số ống trên đường xuyên tâm
•
d: đường kính ngoài của ống
•
t: bước ống
Đường kính ống dẫn hơi đốt trong:
•
Đường kính trong: chọn dtr(hd)= 300mm
•
Đường kính ngoài: dng(hd)= 310mm
Kiểm tra điều kiện: tiết diện ngang của ống dẫn hơi đốt bằng 0,25 → 0,35 tiết diện
ngang tất cả các ống truyền nhiệt:
Sd
300 2
=
= 0,283
S tn 127.50 2
-
(thỏa)
Số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ:
dng(hd) = t(m – 1)
m=
d ng ( hd )
t
+1 =
310
+ 1 = 5, 78
64,8
=> lấy m = 6
a=(m+1)/2 = 4 lấy a = 4 (công thức V.139, trang 48, Tài liệu [2]
-
Số ống bị chiếm chỗ:
n’=3a(a – 1) +1 = 3.4(4 – 1) +1 =37
-
Số ống truyền nhiệt còn lại:
n = 127 – 37 = 90 ống
-
Cần 80 ống nên dư 10 ống:
Vô = n
πD 2 tr (tn)
π 0,05 2
H = 80
1,5 = 0,236m 3
4
4
IV. BUỒNG BỐC
- Đường kính buồng bốc xác định từ điều kiện phân li được giọt chất lỏng.
-
Chiều cao buồng bốc xác định từ cường độ bốc hơi trung bình và thể tích buồng
bốc.
IV.1. Đường kính
Ta tính được lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu (do lượng hơi thứ trong giai
đoạn này lớn nhất).
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Toàn
25
