Đồ án Thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCl từ 10% lên 27%, năng suất 1200kg /mẻ, sử dụng ống chum

Khi kết thúc quá trình cô đặc ,dung dịch ởnhiệt độtừ75-80 o C ,khi đó độhòa tan của dung dịch khoảng 27,5% .Nhưng độhòa tan cuảdung dịch ởnhiệt độthường chừng 26,3%.Vì vậy ,quá trình cô đặc NaCl này là đểtạo dung dịch bão hòa ,và khi làm nguội thì sẽcó NaCl tinh thểkết tinh .Trong khi các muối tạp chất khác nhưMgCl2hay CaCl2lại tan ởnhiệt độthường ,vì vậy quá trình này có thể được sửdụng vừa thu dung dịch muối bão hòa vừa tách tạp chất đểsản xuất muối tinh khiết khi hạnhiệt độ. Muối tinh khiết thường được sửdụng trong thực phẩm và y tế.

pdf49 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Ngày: 18/10/2013 | Lượt xem: 3241 | Lượt tải: 19download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCl từ 10% lên 27%, năng suất 1200kg /mẻ, sử dụng ống chum, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án môn học Máy và Thiết bị “Thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chum” Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 2 MỤC LỤC Lời nói đầu 2 Chương I: Giới thiệu tổng quan I.Nhiệm vụ của đồ án 3 II.Tính chất nguyên liệu và sản phẩm 3 III.Cô đặc 4 IV.Quy trình công nghệ 5 Chương II : Thiết kế thiết bị chính A.Cân bằng vật chất và năng lượng 8 I. Cân bằng vật chất 8 II. Cân bằng năng lượng 9 B. Tính thiết kế thiết bị chính I.Hệ số truyền nhiệt 14 II.Bề mặt truyền nhiệt và thời gian cô đặc 21 III.Buồng đốt và đáy 23 IV. Buồng bốc và nắp 24 C. Tính cơ khí cho thiết bị chính 27 I.Buồng đốt 27 II.Buồng bốc 28 III.Đáy 30 IV.Nắp 32 V. Tính cách nhiệt cho thân 32 VI.Mối ghép bích 33 VII.Vỉ ống 34 VIII.Khối lượng và tai treo 35 IX.Các ống dẫn ,cửa 37 Chương III :Tính chi tiết thiết bị phụ I.Thiết bị ngưng tụ Baromet 39 II.Bơm 44 Chương IV : Tính giá thành thiết bị 49 Kết luận 51 Tài liệu tham khảo 52 Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 3 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 Natri Clorua (NaCl) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.NaCl tinh khiết được sử dụng nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều trong ngành y tế dưới dạng dịch truyền.đ Nhiệm vu cụ thể của đồ án môn học là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chùm. Đồ án gồm 4 chương : • Chương I:Giới thiệu tổng quan • Chương II :Thiết kế thiết bị chính • Chương III :Thiết kế các chi tiết phụ • Chương IV: Tính tốn giá thành thiết bị Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại tồn bộ các kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học. Ngồi ra đây còn là dịp mà sinh viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính tốn và thiết kế các chi tiết của một thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế. Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn Nghệ , và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bị 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 Trần Văn Nghệ và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án. CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN I. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 4 Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 27%, năng suất 1200kg/mẻ, sử dụng ống chùm. II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM: 1 .Nguyên liệu : - NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành ion - Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày - Khối lượng riêng dd 10% là 1073 (kg/m3) - Độ nhớt là 1,07 *10-3 (Ns/m2) ở 200C (dung dịch 10%). - Độ hòa tan ở 60oC là 27,1% ,ở 20oC là 26,3% - Nguyên liệu đem đi cô đặc là dd NaCl 10% với dung môi là nước . 2. Sản Phẩm: • Khi kết thúc quá trình cô đặc ,dung dịch ở nhiệt độ từ 75-80oC ,khi đó độ hòa tan của dung dịch khoảng 27,5% .Nhưng độ hòa tan cuả dung dịch ở nhiệt độ thường chừng 26,3%.Vì vậy ,quá trình cô đặc NaCl này là để tạo dung dịch bão hòa ,và khi làm nguội thì sẽ có NaCl tinh thể kết tinh .Trong khi các muối tạp chất khác như MgCl2 hay CaCl2 lại tan ở nhiệt độ thường ,vì vậy quá trình này có thể được sử dụng vừa thu dung dịch muối bão hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ. Muối tinh khiết thường được sử dụng trong thực phẩm và y tế. 3.Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc: Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng. Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi: Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt. Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi. Yêu cầu chất lượng sản phẩm : Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu. Thành phần hố học chủ yếu không thay đổi. III. CÔ ĐẶC: 1. Định nghĩa Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch 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. Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 5 Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch 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 thống 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 ngồi tác dụng lên mặt thống mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh. 3. Phân loại và ứng dụng a. Theo cấu tạo • Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hồn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm: - Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hồn trong hoặc ngồi. - Có buồng đốt ngồi ( không đồng trục buồng bốc). • Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm: - Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi. - Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi. • Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm: - Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngồi: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ. - Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngồi: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ. b. Theo phương pháp thực hiện quá trình Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao. Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không. Dung dịch tuần hồn 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. Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 6 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 định lưu lượng. - Thao tác dễ dàng. - Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau. - Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch. - Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp. • Nhược điểm - Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch 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 bị. IV. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Thuyết minh quy trình công nghệ - Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,7 at. - Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 10% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc bằng bơm ly tâm. Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 20 phút đến khi nhập đủ 3240 kg thì ngừng. - Khi đã nhập liệu đủ 3240 kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) và một ống tuần hồn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung dịch chảy trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngồi ống. Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hồn qua ống tuần hồn (do ống tuần hồn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống tuần hồn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch trong ống tuần hồn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hồn sang các ống truyền nhiệt). Dung môi là nước bốc hơi và thốt ra ngồi qua ống dẫn hơi thứ sau khi 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 lỏng sẽ chảy ra ngồi 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 ngồi. Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngồi qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngồi. - Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 27% (sau thời gian cô đặc đã tính: 121,3 phút) thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu. 2. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ a Bơm Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không. Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 7 + 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 dịch NaCl 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 bị cô đặc Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ. Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc và buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hồn trung tâm 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 hồn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hồn trong thiết bị. c 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 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 ngồi khí quyển mà không cần máy bơm. d Thiết bị tách lỏng Thiết bị tách lỏng 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. e Các thiết bị phụ trợ khác - Bẫy hơi - Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van. Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 8 CHƯƠNG II. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH A. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các số liệu ban đầu: • Dung dịch NaCl có: - Nhiệt độ đầu 25oC, nồng độ đầu 10%. - Nồng độ cuối 27%. • Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at. • Aùp suất ngưng tụ: Pck = 0,7 at. Cô đặc gián đoạn với năng suất 1200 kg/mẻ 1. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ Nồng độ, % 10 15 20 27 Khối lượng riêng, kg/m3 1073 1110 1150 1205 2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn G đ= Gc + W Gđ.xđ = Gc.xc 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 Gđ.xđ, Gc.xc : khối lượng NaCl trong dung dịch (kg) • Khối lượng dd đầu : Gđ = 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg) a Giai đoạn 10% đến 15% Gđ = 3240 (kg) xđ = 0,1 ; xc = 0,15 • Lượng sản phẩm ( là dung dịch NaCl 15% ): Gc = Gđ . 216015,0 1,0*3240 == c ñ x x (kg) • Lượng hơi thứ: Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 9 W = Gđ - Gc = 3240 – 2160 = 1080 (kg) b Giai đoạn 15% đến 20% Gđ = 2160(kg) ; xđ = 0,15 ; xc = 0,2 ⇒ Gc = 16202,0 15,0*2160. == c ñ ñ x x G (kg) W = Gđ – Gc = 2160 – 1620 = 540 (kg) c Giai đoạn 20% đến 27% Gđ = 1620 (kg) ; xđ = 0,2 ; xc = 0,27 1200 27,0 2,0*1620. ===⇒ c ñ ñc x x GG (kg) W = 1620 – 1200 = 420 (kg) • Tổng lượng hơi thứ bốc hơi Wt = 1080+540+420 = 2040 (kg) • Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất Nồng độ dung dịch, % 10 15 20 27 Thể tích dung dịch trong nồi, m3 3,02 1,946 1,4 1 Khối lượng dung dịch, kg 3240 2160 1620 1200 Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg 0 1080 1620 2040 Khối lượng riêng dung dịch, kg/m3 1073 1110 1150 1205 II. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Aùp suất làm việc trong buồng bốc thiết bị cô đặc P1 = 0,3 at. ⇒Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t1 = 68,7oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ). Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thống dung dịch )P(sdm 1t = 68,7 oC Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ K1''' =Δ . ⇒Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ : t0 = 68,7 - 1 = 67,7oC. 1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch a Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch NaCl theo nồng độ ở áp suất P1 = 0,3 at ( 'Δ ) : Theo tài liệu [3] trang 149: 'Δ = o'Δ *f Với f tra ở tài liệu [3] trang 147 : Với )P(sdm 1t = 68,7 oC ,f = 0,81 Nồng độ dung dịch, % 10 15 20 27 Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 10 Tổn thất o'Δ , oC 1,9 3,25 4,85 8 Tổn thất 'Δ ,oC 1,54 2,63 3,9 6,48 Nhiệt độ sôi dd , oC 70,2 71,3 72,6 75,2 b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh ''Δ . Nhiệt độ sôi dung dịch 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 −=−=Δ Với: Ptb = P1 + 0,5 hhρ .g.Hop = P1 + ΔP • ΔP = 0,5 hhρ .g.Hop • ddhh 2 1 ρρ = Trong đó ddρ : Khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ )PP(sdd 1t Δ+ • Hop : Chiều cao lớp chất lỏng sôi Trong thiết bị tuần hồn tự nhiên Hop = ( )[ ] odmdd H.0014,026,0 ρρ −+ Với Ho : Chiều cao ống truyền nhiệt dmρ : Khối lượng riêng dung môi ở tsdm * Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho = 1,5m ƒ Tính cho trường hợp dung dịch NaCl 10 % Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số dmdd ρρ − thay đổi không đáng kể nên : )/(999 3mkgdm =ρ )/(1073 3%)25( mkgdd =ρ [ ] 5454,05.1*)9991073(*0014.026.0 =−+=⇒ opH (m) ⇒ atmNHgP ophh 015,0/24,14355454,0*81,9*1073*2 1*5,0***5,0 2 ====Δ ρ atPPPtb 315,0015,03,01 =+=Δ+=⇒ Nhiệt độ sôi của H2O ở 0,315 at là 69,7 oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh 17,687,69)()( '' 1 =−=−=Δ PsdmPsdm tt tb oC ⇒ nhiệt độ sôi dung dịch NaCl 10 % ở áp suất P1+ PΔ 2,7112,70)( 1 =+=Δ+ PPsddt oC ƒ Tính tương tự ta được Nồng độ dung dịch, % 10 15 20 27 Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 11 ''Δ , oC 1 1,14 1,34 1,7 )2( 1 PPsdd t Δ+ 72,2 73,6 75,3 78,6 2. Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn Tính theo công thức 2.4 trang 104 Tài liệu [4]: * Phương trình cân bằng nhiệt cñtwcccñññD QQcDiWtcGtcGiDcD ±+++=+−+ θϕθϕ ......).1.(... ''.'' Với D : lượng hơi đốt sử dụng (kg) %5=ϕ : tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo θ : nhiệt độ nước ngưng (oC) C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở Coθ (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 (oC) ''Di : entanpi của hơi đốt (J/kg) ''wi : 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 5% hơi nước ngưng cuốn theo ) QD = D.(1-ϕ ).( θ.ci ''D − ) = D.(1-ϕ ).r =Gđ(cctc - c đ t đ ) +W (iw’’- cctc) ± Qcd r = θ.ci ''D − : nhiệt hóa hơi của nước ở áp PĐ * Nhiệt dung riêng của dung dịch Tính theo công thức 2.11 trang 106 Tài liệu [4] cdd = 4190.(1-x) + c1.x Trong đó x: nồng độ dung dịch c1: nhiệt dung riêng NaCl khan (J/kg độ) Theo công thức 2.12 trang 183 Tài liệu [4] c1 = 89,88 5,58 10*2610*26 33 =+ (J/kg độ) Vậy nhiệt dung riêng dung dịch theo nồng độ Nồng độ dung dịch. % 10 15 20 27 Nhiệt dung riêng dung dịch, J/kg độ 3771 3652 3370 3082,7 * Chọn hơi đốt có áp suất PD =3 at ⇒ tD =132,9oC * Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at r = 2171*103 J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 12 * Entanpi của hơi thứ ở 73,05oC '' wi =2620*10 3 J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] ) * Tổn thất nhiệt Qt = 0,05*QD * Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể a Giai đoạn đưa dung dịch 10% từ 25oC đến 72,2oC Gđ = Gc = 3240 (kg) cđ = cc =3771 (J/kg độ) tđ = 25oC ; tc =72,2oC ; W = 0 kg Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình: Q1 =3240*3771*(72,2-25) =5,77*108 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất ): QD1 = 81 10*07,695,0 =Q (J) Lượng hơi đốt sử dụng: D1 = 3,294 10*2171*)05,01( 10*07,6 3 8 =− (kg) b Giai đoạn đưa dung dịch từ 10% đến 15%: Gđ = 3240 (kg) ; cđ =3771 (J/kg độ ); tđ =72,2 (oC) Gc = 2160 (kg) ; cc = 3562 (J/kg độ) ; tc = 73,6 (oC) W = 1080 (kg) Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình: Q2 = 2160*3562*73,6 – 3240*3771*72,2 + 1080*2620*103 Q2 =25,14*108 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất ) QD2 = 8 8 2 10*46,26 95,0 10*14,25 95,0 ==Q (J) Lượng hơi đốt sử dụng D2 = 1283 10*2171*)05,01( 10*46,26 3 8 =− (kg) c Giai đoạn đưa dung dịch từ 15% đến 20%: Gđ = 2160 (kg) ; cđ = 3562 (J/kg độ) ; tđ = 72,2(oC) Gc = 1620 (kg) ; cc = 3370 (J/kg độ ); tc = 75,3(oC) W = 540 (kg) Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình Q3 = 1620*3370*75,3 – 2160*3370*72,2 + 540*2620*103 Q3 = 12,6*108 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ): QD3 = 8 8 10*26,13 95,0 10*6,12 = (J) Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 13 Lượng hơi đốt sử dụng D3 = 643 10*2171*)05,01( 10*26,13 3 8 =− (kg) d Giai đoạn đưa dung dịch từ 20% đến 27%: Gđ = 1620 (kg) ; cđ = 3370 (J/kg độ ); tđ = 75,3(oC) Gc = 1200 (kg) ; cc = 3082,7 (J/kg độ ); tc = 78,6 (oC) W = 420 (kg) Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình Q4 = 1200*3082,7*78,6 – 1620*3370*75,3 + 420*2620*103 Q4 = 9,8*108 (J) Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ): QD4 = 8 8 10*32,10 95,0 10*8,9 = (J) Lượng hơi đốt sử dụng: D4 = 500 10*2171*)05,01( 10*32,10 3 8 =− (kg) * Tổng nhiệt lượng: QD = 6,07*108 + 26,46*108 + 13,26*108 + 9,8*108 =56,11*108 (J) * Tổng lượng hơi đốt: D = 294,3 + 1283 + 643 + 500 =2720,3 (kg) * Lượng hơi đốt riêng: Driêng = 33,1 2040 3,2720 == W D (kg/kg hơi thứ) * Tóm tắt cân bằng năng lượng: Nồng độ dung dịch. % 10(25oC) 10(72,2oC) 15 20 27 Nhiệt lượng hữu ích, J*10-8 0 5,77 30,9 43,5 53,3 Tổng nhiệt lượng cung cấp, J*10-8 6,07 32,53 45,79 56,11 Lượng hơi đốt sử dụng, kg 294,3 1577,3 2220,0 2720,3 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 1α : hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (W/m2K) 2α : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi( W/m2K) q1 : nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (W/m2) q2 : nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi(W/m2) Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị trang 14 qv : nhệt tải ri