Đồ Án Quá Trình Thiết bị
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (387.97 KB, 103 trang )
BỘ CƠNG THƯƠNG
Cộng hịa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Độc lập-Tự do-Hạnh phúc
ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ
Số: ……………….
Họ và tên sinh viên
: Vũ Tiến Sơn
Lớp
: 2019DHKTHH02
Khoa
: Cơng nghệ Hóa học
Giáo viên hướng dẫn
: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống cơ đặc 2 nồi xi chiều có ống tuần hồn trung tâm dùng để
cô đặc dung dịch NH4NO3 với năng suất 7455 kg/giờ. Chiều cao ống gia nhiệt: 2
m.
Các số liệu ban đầu:
- Nồng độ đầu của dung dịch: 10%
- Nồng độ cuối của dung dịch: 34%
- áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at.
- áp suất hơi ngưng tụ: 0,18 at.
STT
Tên bản vẽ
Khổ giấy
Số lượng
1
Bản vẽ dây chuyền sản xuất
A4
01
2
Bản vẽ nồi cô đặc
A0
01
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
PHẦN THUYẾT MINH
1. Mở đầu.
2. Vẽ và thuyết minh về dây truyền sản xuất.
3. Tính tốn thiết bị chính.
4. Tính tốn và chọn các thiết bị phụ.
5. Tính tốn cơ khí.
6. Kết luận.
Người giao đề tài:................................. Ngày hoàn thành: ....................................
TRƯỞNG KHOA
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................2
PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG..............................................................................8
1.LỜI MỞ ĐẦU:....................................................................................................8
2. GIỚI THIỆU VỀ DUNG DỊCH NH4NO3:.........................................................9
2.1. Tính chất vật lý của NH4NO3:......................................................................9
2.2. Tính chất hóa học của NH4NO3:................................................................10
2.3. Các ứng dụng của NH4NO3:.......................................................................10
2.4. Lưu ý:.........................................................................................................11
3. SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT..............................................................12
3.1. Sơ đồ hệ thống cơ đặc 2 nồi xi chiều có ống tuần hồn trung tâm dùng
để cơ đặc dung dịch NH4NO3:...........................................................................12
3.2. Ngun lý làm việc:...................................................................................13
PHẦN 2. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH.............................................................14
1.TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU:.......................................................................14
1.1. Tính tốn lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống:.................................................14
1.2. Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi:..................................................................14
1.3. Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi:............................................15
2.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG...............................................................15
2.1. Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (:.............................................15
2.2. Nhiệt độ, áp suất hơi đốt của mỗi nồi........................................................16
2.3. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi:.......................................................17
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Mơn học QTTB
2.4. Tính tổn thất nhiệt độ của từng nồi:...........................................................17
2.4.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ: .............................................................17
2.4.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh: ................................................19
2.4.3. Nhiệt độ tổn thất do đường ống: .........................................................21
2.5. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi:......................21
2.5.1. Xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống:..............................21
2.5.2. Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi:.....................................................21
2.5.3. Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:..................................................22
2.6. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:....................................................22
2.6.1. Nhiệt lượng vào gồm có:......................................................................23
2.6.2. Nhiệt lượng mang ra:...........................................................................23
2.6.3. Hệ phương trình cân bằng nhiệt:..........................................................24
2.7. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi:..............................27
2.7.1. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi:........................28
2.7.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:.....................................29
2.7.3. Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch:...................................................30
2.7.4. Xác định nhiệt tải riêng về phía dung dịch:.........................................38
2.7.5. Xác định hệ số truyền nhiệt của từng nồi:...........................................38
2.7.6. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi :..............................................39
2.8. Tính bề mặt truyền nhiệt :..........................................................................41
PHẦN 3. TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ.................................................................42
1.THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỐN HỢP ĐẦU:........................................................42
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
1.1. Nhiệt lượng trao đổi (Q):...........................................................................42
1.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích:...........................................................................42
1.3. Bề mặt truyền nhiệt:...................................................................................47
1.4. Số ống chảy truyền:....................................................................................48
1.5. Đường kính trong của thiết bị đun nóng:...................................................49
1.6. Tính vận tốc và chia ngăn:.........................................................................49
2.THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET:...............................................................51
2.1. Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ:....................................................53
2.2. Thể tích khơng khí và khí khơng ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ
Baromet.............................................................................................................53
2.3. Đường kính của thiết bị:.............................................................................54
2.4. Kích thước tấm ngăn:.................................................................................55
2.5. Chiều cao của thiết bị ngưng tụ:................................................................56
2.6. Kích thước ống Baromet:...........................................................................58
2.6.1. Đường kính trong của ống:..................................................................58
2.6.1. Chiều cao ống Baronet:........................................................................59
3. BƠM.................................................................................................................61
3.1. Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra:................................................61
3.2. Năng suất trên trục bơm:............................................................................65
3.3. Công suất động cơ điện:.............................................................................66
4. THÙNG CAO VỊ:............................................................................................66
4.1. Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nồi cô đặc:....67
4.2. Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp.................71
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
4.3. Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu:................................................73
4.4. Chiều cao của thùng cao vị:.......................................................................77
5. CÁC CHI TIẾT PHỤ:......................................................................................78
5.1. Kính quan sát:............................................................................................78
5.2. Bề dày lớp cách nhiệt:................................................................................78
PHẦN 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ.............................................................................80
1. BUỒNG ĐỐT NỒI CƠ ĐẶC:.........................................................................80
1.1. Tính số ống trong buồng đốt:.....................................................................80
1.2. Đường kính trong buồng đốt:.....................................................................81
1.3. Tính bề dày buồng đốt:..............................................................................82
1.4. Chiều dày lưới đỡ ống:...............................................................................85
1.5. Chiều dày đáy nồi phịng đốt:....................................................................86
1.6. Đường kính ống tuần hồn trung tâm:.......................................................90
1.7. Tra bích để lắp đáy và thân, số bulong cần thiết để lắp ghép bích đáy:.....90
2. BUỒNG BỐC HƠI:.........................................................................................91
2.1. Thể tích khơng gian hơi:............................................................................91
2.2. Chiều cao phịng bốc hơi:..........................................................................92
2.3. Bề dày thân buồng bốc:..............................................................................92
2.4. Bề dày nắp buồng bốc:...............................................................................93
2.5. Tra bích để nắp đáy và thân buồng bốc:.....................................................95
3. ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN:...................................................................96
3.1. Đường kính ống dẫn hơi đốt vào:..............................................................97
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Mơn học QTTB
3.2. Đường kính ống dẫn dung dịch vào:..........................................................97
3.3. Đường kính ống dẫn hơi thứ ra:.................................................................98
3.4. Đường kính ống dẫn dung dịch ra:.............................................................99
3.5. Đường kính ống tháo nước ngưng:..........................................................100
3.6. Đường kính ống tuần hồn:......................................................................100
4. TÍNH TAI TREO VÀ CHÂN ĐỠ:.................................................................101
4.1. Tính trọng lượng nồi khơng:....................................................................101
4.2. Tính trọng lượng nước được đổ đầy nồi:.................................................106
4.3. Chọn tai treo và chân đỡ:.........................................................................106
4.4. Chọn kính quan sát:..................................................................................107
4.5. Tính bề dày lớp cách nhiệt:......................................................................108
KẾT LUẬN...........................................................................................................112
PHỤ LỤC..............................................................................................................113
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1: Nhiệt độ và áp suất hơi đốt ở từng nồi.......................................................16
Bảng 2: Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở từng nồi và hơi ngưng tụ............................17
Bảng 3: Thông số để xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ........................30
Bảng 4: Thông số dùng để xác định hệ số cấp nhiệt ở từng nồi..............................37
Bảng 5: Số ống trong thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm......................................49
Bảng 6: Trị số mức độ đun nóng nước P trong thiết bị ngưng tụ............................57
Bảng 7: Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet.....................................58
Bảng 8: Các thông số của bơm................................................................................65
Bảng 9: Số ống truyền nhiệt trong buồng đốt nồi cô đặc loại ống chùm................81
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
Bảng 10: Thông số bích lắp đáy và thân buồng đốt nồi cơ đặc...............................90
Bảng 11: Thơng số bích để nắp đáy và thân buồng bốc hơi....................................96
Bảng 12: Kích thước ống dẫn hơi đốt vào...............................................................97
Bảng 13: Kích thước ống dẫn dung dịch vào..........................................................98
Bảng 14: Kích thước kính ống dẫn hơi thứ ra.........................................................99
Bảng 15: Kích thước ống dẫn dung dịch ra...........................................................100
Bảng 16: Kích thước ống tháo nước ngưng..........................................................100
Bảng 17: Kích thước ống tuần hồn......................................................................101
Bảng 18: Kích thước tai treo và chân đỡ...............................................................107
Bảng 19: Kích thước kính quan sát.......................................................................108
Bảng 20: Các thơng số kỹ thuật của hệ thống thiết bị cơ đặc ống tuần hồn cưỡng
bức với dung dịch..................................................................................................110
Bảng 21: Các thông số cấu tạo thiết bị..................................................................111
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình ảnh 1: Sơ đồ hệ thống cơ đặc 2 nồi xi chiều có ống tuần hồn trung tâm
dùng để cơ đặc dung dịch........................................................................................12
Hình ảnh 2: Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống............................................22
Hình ảnh 3: Sơ đồ thiết bị ngưng tụ Baromet..........................................................51
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.LỜI MỞ ĐẦU:
Trong thời kỳ đất nước đang trong q trình phát triển theo hướng cơng
nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì nền cơng nghiệp của nước ta đang phát triển
mạnh kéo theo sự phát triển của ngành sản xuất các hợp chất hóa học, bởi các hợp
chất hóa học có ứng dụng vơ cùng quan trọng để các ngành khác phát triển.
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
năng 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 cịn chất rắn tan khơng 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 hồn trung tâm, tuần hồn
cưỡng bức, phịng đốt ngồi, …trong đó thiết bị cơ đặc tuần hồn có ống trung tâm
được dùng phổ biến vì thiết bị này có cấu tạo và nguyên lý đơn đơn giản, dễ vận
hành và sửa chữa, hiệu suất xử 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 xử dụng hơi đốt cao
nhất, giảm tổn thất trong quá trình sản xuất.
Để bước đầu làm quen với cơng 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 Cơng 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
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Mơn học QTTB
khi đã hồn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các q trình và thiết
bị Cơng nghệ Hóa học “ trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số
mơn 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 q trình cơng 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 định trong tính tốn và thiết kế,tự
nâng cao kĩ năng trình bầy bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề
một cách có hệ thống.
Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ cần phải hồn thành là thiết kế hệ thống
cơ đặc hai nồi xi chiều, ống tuần hồn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch
NH4NO3, năng suất 7455 kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 10%, nồng độ sản phẩm
34%.
2. GIỚI THIỆU VỀ DUNG DỊCH NH4NO3:
Amoni Nitrat (NH4NO3) là hợp chất hóa học mang tinh thể màu trắng, hút
ẩm mạnh và tan được trong nước. NH4NO3 cịn có các tên gọi khác nhau như
Ammonium nitrate, Nitrat Amon, Amoni Nitrate, …
2.1. Tính chất vật lý của NH4NO3:
-
Ammonium nitrate có dạng rắn, màu trắng, hút ẩm mạnh và tan được trong
nước.
-
Khối lượng mol của NH4NO3 là 0.04336 g/mol.
-
Tỷ trọng của NH4NO3 là 1.73 g/cm³, rắn.
-
Nhiệt độ nóng chảy của NH4NO3 là 169 °C.
-
Nhiệt độ sơi của NH4NO3 là khoảng. 210 °C.
-
Độ hịa tan trong nước của NH4NO3 là:
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
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),
Đồ án Mơn học QTTB
1024 g/100 ml (100°C).
2.2. Tính chất hóa học của NH4NO3:
- Amoni nitrat có thể bị nhiệt phân dưới tác dụng của nhiệt độ từ 190 đến
245°C làm xuất hiện bọt khí do N2O được sinh ra:
NH4NO3 ⟶ 2H2O + N2O
- Amoni nitrat có thể tác dụng được với Axit như HCl, H2SO4:
HCl + NH4NO3 ⟶ HNO3 + NH4Cl
H2SO4 + 2NH4NO3 ⟶ (NH4)2SO4 + 2HNO3
- Amoni nitrat có thể tác dụng với các bazơ như:
KOH + NH4NO3 ⟶ H2O + KNO3 + NH3
NaOH + NH4NO3 ⟶ NaNO3 + NH4OH
Ca(OH)2 + 2 NH4NO3⟶ Ca(NO3)2+ 2H2O + 2NH3
- Amoni nitrat có thể với các muối như:
Na3PO4 + NH4NO3+ Be(NO3)2 ⟶ 3NaNO3 + Be(NH4PO4).
2.3. Các ứng dụng của NH4NO3:
- Làm nguyên liệu phân bón: Amoni nitrat dưới dạng phân bón sẽ bổ sung
hàm lượng Nitơ cho cây thông qua nitrat và amoni.
- 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 còn được sử dụng trong sản xuất túi ướp lanh gồm 2 lớp; một
lớp chứa amoni nitrat khô và lớp cịn lại chứa nước.
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hồn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
- Amoni nitrat được sử dụng cho ngành công nghiệp dệt may. ngành cơng
nghiệp mạ điện, khai khống, cơng nghiệp hàn, …
- Amoni nitrat được sử dụng cho ngành hóa chất, làm cho oxydol, phèn
amoni.
2.4. Lưu ý:
- NH4NO3 là chất oxy hóa mạnh. Khi tiếp xúc với các vật liệu dễ cháy hoặc
chất hữu cơ sẽ gây cháy.
- Tự động bốc cháy ở nhiệt độ 3000 độ C tương đương 5720 độ F.
- Có khả năng tự gây cháy/nổ khi tiếp xúc trực tiếp với bột kim loại và một
vài chất hữu cơ như Urê và axit axetic.
- Bảo quản NH4NO3 ở nhiệt độ thích hợp và thơng thống.
- Khi xảy ra cháy nổ khơng sử dụng các bình chữa cháy carbon tetrachloride
hoặc có dung dịch axit, bởi amoni nitrat nhiễm các chất này rất nguy hiểm
(dễ nổ).
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
3. SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
3.1. Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xi chiều có ống tuần hồn trung tâm dùng để cơ
đặc dung dịch NH4NO3:
11
10
3
4
12
8
1
2
5
6
7
2
9
Hình ảnh 1: Sơ đồ hệ thống cơ đặc 2 nồi xi chiều có ống tuần hồn trung tâm
dùng để cơ đặc dung dịch.
Chú thích:
1. Thùng chứa dung dịch đầu
8. Thùng chứa nước
2. Bơm
9. Thùng chứa sản phẩm
3. Thùng cao vị
10. Thiết bị ngưng tụ Baromet
4. Lưu lượng kế
11. Thiết bị tách bọt
5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
12. Bơm chân không
6. Thiết bị cơ đặc
13. Ống tuần hồn
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hồn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
7. Thiết bị cô đặc
3.2. Nguyên lý làm việc:
Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục:
Dung dịch đầu NH4NO3 10% 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 khơng ngưng được đưa qua của tháo khí
khơng ngưng. Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng.
Dung dịch sơi, dung mơi bốc lên trong phịng 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 nhỏ hơn 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 sơi, 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.
Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sp (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 hơi thứ được ngưng tụ lại thành
lỏng chảy qua ống Baromet ra ngồi cịn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi
bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân khơng.
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hồn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Mơn học QTTB
PHẦN 2. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
Các số liệu ban đầu:
- Nồng độ đầu của dung dịch: xđ = 10%
- Nồng độ cuối của dung dịch: xc = 34%
- Áp suất hơi đốt nồi 1: Phd1 = 4 at.
- Áp suất hơi ngưng tụ: Png = 0,18 at.
- Năng suất tính theo dung dịch đầu: Gd = 7455 kg/h
1.TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU:
1.1. Tính tốn lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống:
Từ cơng thức (VI.1-ST2- T55):
Ta có tổng lượng hơi thứ của hệ thống là:
1.2. Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi:
Chọn tỷ lệ phân bố hơi thứ của hai nồi như sau:
W1:W2 = 1:1
Trong đó:
W1: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1
W2: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2
Từ cách chọn tỷ lệ đó thì ta tính được lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi là:
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
1.3. Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi:
Lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là:
Từ công thức (VI.2a-tr57-T2) ta có:
Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là:
Lượng dung dịch ra khỏi nồi 2 là:
Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 2 là :
Đúng như bài ra ban đầu đã cho nồng độ cuối của nồi 2 là 34%.
2.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG.
2.1. Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (:
Trong đó: : áp suất hơi đốt nồi 1
: áp suất hơi nước ngưng.
Trong trường hợp này:
2.2. Nhiệt độ, áp suất hơi đốt của mỗi nồi
Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:
Mà:
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
Vậy áp suất hơi đốt ở từng nồi là:
Ở nồi 1:
Ở nồi 2:
Xác định nhiệt độ hơi đốt ở mỗi nồi:
Từ bảng (I.251/ST1-T315) ta có bảng sau:
Nồi
Phd (at)
Thd (℃)
1
4
142,9
2
1,2714
104,2
Hơi ngưng tụ
0,18
59,7
Bảng 1: Nhiệt độ và áp suất hơi đốt ở từng nồi.
2.3. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi:
Nhận xét: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết
bị ngưng tụ thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là: ∆ = 1 ÷ 1,5 ℃ và khi đó nó sẽ trở
thành hơi đốt cho nồi 2: chọn ∆ =1℃.
Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là: .
Ta có:
.
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
Tra bảng (I.250/ST1-T312), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứcủa mỗi nồi sẽ cho
áp hơi thứ tương ứng:
Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:
Nồi I
Nồi II
Hơi ngưng tụ
Áp suất
Nhiệt độ
Áp suất
Nhiệt độ
Áp suất
Nhiệt độ
(at)
(℃)
(at)
(℃)
(at)
(℃)
Hơi đốt
4
142,9
1,2714
104,2
Hơi thứ
1,232
105,2
0,2031
60,7
0,18
59,7
Loại
Bảng 2: Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở từng nồi và hơi ngưng tụ.
2.4. Tính tổn thất nhiệt độ của từng nồi:
2.4.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ:
Áp dụng công thức (VI.10/ST2 – T59):
Trong đó:
: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sơi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của
dung môi ở áp suất thường.
: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho .
: ẩn nhiệt hố hơi của dung mơi ngun chất ở áp suất làm việc (J/kg).
Tra bảng (VI.2/ST2 – T61-T62):
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
- Xác định nhiệt độ Ti:
- Xác định ri:
Tra bảng (I.250/ST1 – T312)
.
.
Nên ta có tổn thất nhiệt độ do nồng độ của mỗi nồi là:
Vậy tổn thất nhiệt độ do nồng độ của cả hệ thống là:
2.4.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh:
Áp dụng công thức (VI.12/STT2 - T60):
Trong đó:
: áp suất hơi thứ trên bề mặt thống dung dịch (at);
: chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt
(m);
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
: chiều cao của ống truyền nhiệt (m);
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3). Lấy gần đúng bằng
khối lượng riêng của dung dịch ở 20ºC;
: gia tốc trọng trường (m/s2). Lấy gần đúng bằng 9,81 m/s2.
Khối lượng riêng của dung dịch NH4NO3 ứng với mỗi nồng độ được xác
định theo bảng (I.29/ST1 – T38):
Vậy khối lượng riêng của dung dịch sơi là:
Chọn và
Theo đề bài : . Nên ta có:
Từ bảng (I.251/ST1-T314):
Nồi 1:
Nồi 2:
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
Áp dụng công thức (VI.13/STT2-T60) để tính áp suất thủy tĩnh của hệ
thống:
Trong đó:
0
: Nhiệt độ sơi ứng với áp suất ( C )
: Nhiệt độ sôi ứng với áp suất
0
( C)
Vậy tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh của từng nồi là :
Nồi 1:
Nồi 2:
2.4.3. Nhiệt độ tổn thất do đường ống:
Nhận xét: Trở lực ở đây chủ yếu là các đoạn ống nối giữa các thiết bị. Đó là
đoạn nối giữa nồi 1 và nồi 2, giữa nồi 2 và thiết bị ngưng tụ. Ta chọn tổn thất
nhiệt độ do đường ống là 1oC.
.
Vậy tổng nhiệt độ tổn thất của quá trình là:
2.5. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi:
2.5.1. Xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống:
Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định:
: Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ ngưng ở
thiết bị ngưng tụ.
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
Vậy:
2.5.2. Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi:
, : nhiệt độ hơi thứ của từng nồi
2.5.3. Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
2.6. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Hình ảnh 2: Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống.
Trong đó:
D
: Lượng hơi đốt vào (kg/h)
: Nhiệt lượng riêng của hơi đốt vào nồi 1, vào nồi 2
(J/kg)
: hiệt lượng riêng của hơi thứ ra khỏi nồi 1, ra khỏi
nồi 2 (J/kg. độ)
: Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2
Cd, C1,Cn1,Cn2,C2
: Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu, cuối và nước
ngưng.
Qm1,Qm2
Gd
W1 , W2
: Nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2
: Lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị
: Lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2
2.6.1. Nhiệt lượng vào gồm có:
- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào: D.i
Nhiệt do dung dịch mang vào: GđC0 tso
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án Môn học QTTB
- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào: W1.i2
Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang: (Gd – W1)C1ts1
2.6.2. Nhiệt lượng mang ra:
- Nồi 1:
- Hơi thứ mang ra: W1i1
- Nước ngưng: D..Cn1
- Dung dịch mang ra: (Gd – W1)C1ts1
- Nhiệt mất mát : Qm1=0,05D(i - C1)
- Nồi 2:
- Hơi thứ: W2i3
- Nước ngưng : W1..Cn2
- Do dung dịch mang ra: (Gd – W1 – W2)C2.ts2
- Nhiệt mất mát: Qm2 = 0,05W1(i2– Cn2)
2.6.3. Hệ phương trình cân bằng nhiệt:
Được thành lập dựa trên nguyên tắc:
Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra.
- Nồi 1:
(1)
- Nồi 2:
(2)
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hoàn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
Trường ĐHCN Hà Nội
mà ta lại có:
Đồ án Mơn học QTTB
(3)
Kết hợp pt (1), (2), (3) ta được:
Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt:
Nhiệt độ sôi của dung dịch:
Tra bảng I.204/ Tr 236/ ST1:
Đã tính được:
Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi tra theo bảng I.249/ST1 –
T310:
Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2, ra khỏi nồi 2:
- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 10%
Áp dụng cơng thức I.43 /ST1 – T152 ta có:
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hồn
SVTH: Vũ Tiến Sơn
