Năng suất của qui trình cô đặc là 1m3/h

Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất hố chất cơbản. Nó đóng vai trò rất lớn trong sựphát triển của các ngành công nghiệp khác nhưdệt , tổng hợp tơnhân tạo, lọc hốdầu, sản xuất phèn. NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khảnăng ăn mòn thiết bịcao. Vì vậy cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an tồn lao động trong quá trình sản xuất. Trước đây trong công nghiệp NaOH thường được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 lỗng và nóng .Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa. Tuy nhiên dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độrất lỗng , khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Đểthuận tiện cho chuyên chởvà sửdụng người ta phải cô đặc dung dịch đến một nồng độnhất định theo yêu cầu. Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độcủa chất hồtan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi hoặc dạng kết tinh. Trong khuôn khổ đồán này ta sẽtiến hành cô đặc theo cách tách dung môi dưới dạng hơi. Quá trình cô đặc thường tiến hành ởtrạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt thống dung dịch bừng với áp suất làm việc của thiết bị. Quá trình cô đặc thường được dùng phổbiến trong công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độcác dung dịch lỗng, hoặc đểtách các chất rắn hồtan. Quá trình cô đặc thường tiến hành ởcác áp suất khác nhau. Khi làm việc ởáp suất thường ( áp suất khí quyển) ta dùng thiết bịhở, còn khi làm việc ởáp suất khác ( vd áp suất chân không ) người ta dùng thiết bịkín.

pdf34 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Ngày: 18/10/2013 | Lượt xem: 2469 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Năng suất của qui trình cô đặc là 1m3/h, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 1 I. MỞ ĐẦU: Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất hố chất cơ bản. Nó đóng vai trò rất lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt , tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hố dầu, sản xuất phèn... NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao. Vì vậy cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an tồn lao động trong quá trình sản xuất. Trước đây trong công nghiệp NaOH thường được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 lỗng và nóng . Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa. Tuy nhiên dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ rất lỗng , khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng người ta phải cô đặc dung dịch đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu. Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hồ tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi hoặc dạng kết tinh. Trong khuôn khổ đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc theo cách tách dung môi dưới dạng hơi. Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt thống dung dịch bừng với áp suất làm việc của thiết bị. Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ các dung dịch lỗng, hoặc để tách các chất rắn hồ tan. Quá trình cô đặc thường tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường ( áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở , còn khi làm việc ở áp suất khác ( vd áp suất chân không ) người ta dùng thiết bị kín. Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Thiết kế đồ án môn học máy và thiết bị hố chất giúp sinh viên làm quen với phương pháp tính tốn máy thiết bị hố chất. Tập đồ án này thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc dung dịch xút NaOH có nồng độ đầu 15% đến nồng độ cuối 30%. Năng suất đầu vào là 1m3/hour. II. CHỌN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ : 1. Qui trình công nghệ : Năng suất của qui trình cô đặc là 1m3/h. Đây là năng suất nhỏ do đó ta chọn qui trình công nghệ như sau. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 2 2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc: Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị, từ bồn cao vị dung dịch chảy xuống qua thiết bị gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất làm việc của nồi I. Dung dịch sau đó được đưa vào nồi I. Do có sự chênh lệch áp suất giữa nồi I và nồi II nên dung dịch tiếp tục chảy qua nồi II rồi được bơm hút ra rồi chuyển vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ trong nồi I dùng làm hơi đốt nồi II để tận dụng nhiệt. Hơi thứ nồi II sẽ được đưa qua thiết bị ngưng tụ baromet và được chân không hút ra ngồi. Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc : phần dưới của thiết bị là buồng đốt gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần hồn trung tâm. Dung dịch đi trong ống, hơi đốt sẽ đi trong khoảng không gian phía ngồi ống. Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hồn trung tâm là : do ống tuần hồn có đường kính lớn hơn rất nhiều so với các ống truyền nhiệt do đó hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch sẽ sôi ít hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt. Khi sôi dung dịch sẽ có ρds = 0.5 ρdd do đó sẽ tạo áp lực đẩy dung dịch từ trong ống tuần hồn sang ống truyền nhiệt. Kết quả là tạo một dòng chuyển động tuần hồn trong thiết bị. Để ống tuần hồn trung tâm hoạt động có hiệu quả dung dịch chỉ nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt. Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng bốc còn có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ. A.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH III. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT: 1. Chuyển đơn vị năng suất từ (m3/h) sang (kg/h): Năng suất nhập liệu : G’D =1 m3/h. Khối lượng riêng : ρNaOH= 1159 kg/m3 GD = G’D ∗ ρNaOH= 1159 kg/h Nồng độ nhập liệu : xD = 15 % Nồng độ cuối của sản phẩm : xC = 30% ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 3 Áp dụng phương trình cân bằng vật chất : GD ∗ xD = GC ∗ xC Suy ra: GC= C DD x xG ∗ = 30 151159∗ = 579.5 kg/h . 2. lượng hơi thứ bốc lên trong tồn hệ thống : Áp dụng công thức : )1( C D D x xGW −= kg/h Trong đó: W : Lượng hơi thứ của tồn hệ thống kg/h GD : Lượng dung dịch ban đầu kg/h xD,xC : Nồng độ đầu,cuối của dung dịch % khối lượng Thay số vào ta có: 5.579) 30 151.(1159)1( =−=−= C D D x xGW kg/h. 3. Giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi : Chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi I và II là : 1.1= II I W W Khi đó ta có hệ phương trình: 1.1= II I W W WI + WII = W Giải hệ trên có kết quả : WI = 303.5 kg/h WII = 276 kg/h 4. Xác định nồng độ dung dịch từng nồi : - Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi I : x’C= 32.205.3031159 15.1159. =−=− ID DD WG xG % - Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi II : x’’C= 302765.3031159 15.1159. =−−=−− IIID DD WWG xG % IV.CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG: 1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi: Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc: Theo đầu bài áp suất ngưng tụ là: Png = 0.5 at Chọn áp suất của hơi đốt vào nồi I là : P1= 3.5 at Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là : ΔPt =P1 – Png = 3.5 – 0.5 = 3 at Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là : 5.1 2 1 =Δ Δ P P ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 4 Kết hợp với phương trình : ΔP1 + ΔP2 = ΔPt = 3 at Suy ra : ΔP1 = 1.8 at ΔP2 = 1.2 at Dựa vào các dữ kiện trên và tra sổ tay qúa trình thiết bị tập I ta có bảng sau đây : Loại Nồi I Nồi II Tháp ngưng tụ Áp suất (at) Nhiệt độ (0C) Áp suất (at) Nhiệt độ (0C) Áp suất (at) Nhiệt độ (0C) Hơi đốt P1= 3.50 T1=137.9 P1=1.70 T2=114.5 Png=0.5 tng=80.9 Hơi thứ P’1=1.76 t’1 =115.5 P’2=0.52 t’2 =81.9 2. Xác định nhiệt độ tổn thất : a. Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao (Δ’): Áp dụng công thức của Tiaxenko: Δ’ = Δ’o . f Ở đây : Δ’o : Tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường. f : hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường. f i i r t 2)'273( 2.16 += t’i : nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I ri : ẩn nhiệt hố hơi của hơi ở nhiệt độ t’i . Từ các dữ kiện trên ta lập được bảng sau: Đại lượng Nồi I xC (%k.l) Δ’o (0C ) t’ ( 0C ) r.10-3 (j/kg ) Δ’i (0 C ) Nồi I 20.32 8.457 115.5 2218.7 9.33 Nồi II 30.00 17.0 81.9 2304.6 15.05 Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao : ΣΔ’ = Δ’I +Δ’II = 9.33 +15.05 = 24.38 0C b. Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh (Δ’’ ): Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ΔP (N/m2), ta có: ΔP = 2 1 ρS.g.Hop N/m2 Trong đó: ρs : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , kg/m3 ρs =0.5 ρdd ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 5 ρdd : Khối lượng riêng của dung dịch ,kg/m3 Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m Hop = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho Từ ΔP ta sẽ tính được áp suất trung bình của dung dịch ở từng nồi thông qua công thức: Ptbi= P’i+ΔPi ( i ): nồi thứ i Tra sổ tay ta có được bảng sau: x C ,% t’ ,0C ρdd , kg/m3 ρdm ,kg/m3 Nồi I 20.32 115.5 1173.4 958 Nồi II 30.00 81.9 1276 958 Coi ρdd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến độ sâu trung bình của chất lỏng. Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là Ho=1.5 m. Nồi I: Hop1 = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho=[0.26+0.0014(1173.4-958)]*1.5=0.84234 ,m Áp suất trung bình: Ptb1= P’1+ΔP1=1.76+0,5.0,5.1173.4.10-4.0.84234=1.785 at Tra sổ tay tại Ptb1=1.785 (at) ta có t”1=116.03 0C. Suy ra : Δ”1=(t”1+Δ’1) – (t’1+Δ’1)= 116.03– 115.5 =0.53 0C Nồi II: Hop2 = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho=[0.26+0.0014(1276-958)]*1.5=1.0578 ,m Áp suất trung bình: Ptb2= P’2+ΔP2=0,52+0,5.0,5.1276.10-4.1,0578=0,554 at Tra sổ tay tại Ptb2 = 0.554 (at) ta có t”2= 83.37 0C. Suy ra : Δ”2=(t”2+Δ’2) – (t’2+Δ’2)= 83.37 – 81.9 =1.47 0C Vật tổn thất nhiệt của hai nồi là: ΣΔ” =Δ”1+Δ”2 =0.53+1.47 = 2.00 0C c. Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (Δ”’) Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 10C. Do đó: Δ”’1=1.50C Δ”’2 =1.0 0C d. Tổn thất chung trong tồn hệ thống cô đặc: ΣΔ=ΣΔ’+ΣΔ”+ΣΔ”’=24.38+2.00+2.5=28.88 0C 3. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi: Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi nồi: Nồi I: Δti1=TI – (T2+ΣΔ1) =137.9 – (114.5+9.33+0.53+1.5)=12.04 0C Nồi II: Δti2=T2 – (tng +ΣΔ2) =114.5– (80.9+15.05+1.47+1)=16.08 0C Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi: Nồi I : Δti1=TI –tS1 suy ra tS1=T1 - Δti1=137.9 – 12.04 = 125.86 0C ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 6 Nồi II : Δti2=T2 –tS2 suy ra tS2=T2 - Δti2=114.5 – 16.08 = 98.42 0C 4. Cân bằng nhiệt lượng: a. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi: Nồi I: Nồng độ đầu dung dịch xD=15%<20% nên ta áp dụng công thức: CD=4186 (1-xD) =4186 (1- 0.15) =3558.1 ,j/kg.độ Nồi II: Coi C1≈C2. Do xC=30%>20% nên áp dụng công thức: C1=C2=4186 – ( 4186 – Cht)xC1 Cht : Nhiệt dung riêng của chất hồ tan ,j/kg.độ M.Cht =n1.c1+ n2.c2+ n3.c3+. . . nn.cn (*) Tra sổ tay tập I ta có: MNaOH =40 n1=n2=n3 =1 c1=cNa = 26 j/kg n.tửû.độ c2=cO = 16.8 j/kg n.tửû.độ c3=cH = 9.6 j/kg n.tửû.độ Thay vào (*) ta có: Cht= 131010. 40 6.98.1626 3 =++ j/kg.độ Nhiệt dung riêng dung dịch ra khỏi nồi II là: C2=C1 =4186 – ( 4186 – Cht )xC2 =4186 – (4186 – 1310)0.3 =3323.2 j/kg.độ b. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL): Nồi I: D.i+GD.CD.tD=W1.i1+(GD – W1)C1.t1+D.Cng1. θ1+Qxq1 Nồi II: W1.i1+(GD –W1)C1.t1=W2.i2+(GD – W)C2.t2+W1.Cng2.θ2+Qxq2 Trong đó: D: lượng hơi đốt dùng co hệ thống ,kg/h i,i1,i2: hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ nồi I và nồi II ,j/kg tD, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, rakhỏi nồi I và nồi II của dung dịch , 0C CD, C1, C2:nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung dịch , j/kg.độ θ1, θ2:nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I và nồi II ,0C Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi I và nồi II ,j/kg.độ. Qxq1,Qxq2 :nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh , J GD : lượng dung dịch lúc ban đầu ,kg/h Chọn hơi đốt , hơi thứ là hơi bão hồ, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ, khi đó ta có: i- Cng1. θ1=r (θ1) và i1- Cng2. θ2=r(θ2) tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây: đầu vào Đầu ra nồi I Đầu ra nồi II Dung dịch NaOH : + tD=125.33 0C + CD= 3558.1 j/kg.độ Dung dịch NaOH : + t1=125.86 0C + C1= 3323.2 j/kg.độ Dung dịch NaOH: + t2=98.42 0C + C2= 3323.2 j/kg.độ ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 7 + GD=1159 kg/h Hơi đốt: + θ1=137.9 0C + i= 2737000 j/kg + Cng1=4290 j/kg.độ Hơi thứ : +θ2 =114.5 0C + i1 =2706000 j/kg +Cng2 = 4290 j/kg.độ + W1=303.5 kg/h + G2=579.5 kg/h Hơi thứ : + t’2=81.9 0C + i2=2643740 j/kg + W2=276 kg/h Cho : Qxp1=0.05.D.(i – Cng1. θ1) =0.05.D.r(θ1). Qxp1=0.05.W.(i1 – Cng2. θ2) =0.05.W1.r(θ2). Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi I là : =−+ −−+= 1121 11222 1 .)(.95.0 ...).(. tCir tCGtCWGiWW DD θ = =−+ −+ 86.125*2.332326437402156000*95.0 86.125*2.3323*115942.98*2.3323*5.5792643740*5.579 289.9 kg/h Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi II là: W2=W-W1=579.5 – 289.9 = 289.6 kg/h Lượng hơi đốt tiêu đốt chung là: D’= =− −−+ ).(95.0 ...).(. 111 11111 θng DDDD Ci tCGtCWGiW = )9.137*42902700600(*95.0 33.125*1.3558*115986.125*2.3323*)9.2891159(2706000*9.289 − −−+ =314.6 kg/h c. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi: C%(I) = %5%5.4%100 5.303 9.2895.303 <=− C%(II) = %5%7.4%100 6.289 2766.289 <=− Vậy : Lượng hơi thứ nồi I là : WI = 289.9 kg/h Lượng hơi thứ nồi II là : WII = 289.6 kg/h Lượng hơi đốt nồi I là : D = 314.6kg/h V. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT 1. Tính nhiệt lượng do hơt đốt cung cấp: - Nồi I : Q1= D.r(θ1) =314.6*2156=678277.6 kj/h =188.41 kW - Nồi II: Q2=W1.r(θ2) = 289.9*2221.5=644012.85 kj/h = 178.89 kW 2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi : tm1 T q2 Công thức tổng quát: Đáp ứng yêu cầu ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 8 tT1 tT2 K= i tb t q Δ W/m 2.độ q1 t2 q tm2 Công thức tính tổng nhiệt trở : rΣ =Σrcáu1 + λ δ + Σrcáu2 Chọn : Σrcáu1 =Σrcáu2 =1/5000 m2.h.độ / Kcal=1/4300 m2 .độ /W δ = 2 mm Ống làm bằng thép không rỉ mã hiệu 40XH: λ = 44 W/m.độ Ö rΣ = 5.106*10-04 m2.độ /W Nhiệt tải riêng trung bình: - Nồi I : qtb1= 2 21 qq + Trong đó : + q1 : nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bị. Ta có công thức tính q1: q1=α1.Δt1 (1) Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hồ ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo công thức của Nusselt: α1=1.13.A.( 1. tH r Δ ) .025 Kcal/ m2.h.độ (*) Chọn : tT1 = 137.56 0C. Khi đó : Δt1= T – tT1 = 137.9 – 137.54 = 0.36 0C TW = 0.5(T+tT1) =137.72 0C r = r(θ1)=2156 kj/kg =514.95 Kcal/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt. H =1.5 m chiều cao bề mặt truyền nhiệt. A = 2362.02 trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước. Thay các giá trị vào công thức (*) ta có: α1=1.13*2362.05*( 36.0*5.1 95.514 )0.25 = 14832.17 Kcal/m2.h.độ. Thay α1 vào công thức (1) ta có: q1 = 14832.17* 0.36 =5339.58 Kcal/m2.h = 6199.85 W/m2 + q2 : nhiệt tải phía dung dịch sôi. Ta có công thức tính q2: q2=α2.Δt2 (2) Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch α2 được tính bởi công thức: α2 = 1.6 .ϕ. p0.4.q2 0.7 kcal/m2.h.độ (**) Trong đó : ΔT = q1.rΣ= 6199.85*5.106.10-4=3.16 0C ϕ = 0.76 thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH. p = 1.76 at áp suất hơi trên bề mặt thống của dung dịch sôi ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 9 Thay vào (**) ta có : α2= 1.6*0.76*(1.76)0.4.(5339.58) 0.7=620 Kcal/m2.h.độ= 719.89 W/m2.độ Thay vào (2)ta có : q2 = 719.89*(137.54 –3.16 – 125.86) =6133.46 W/m2 + kiểm tra lại giả thiết Δt1: có %5%07.1%100 85.6199 46.613385.6199%100* 1 21 ≤=−=− q qq thoả mãn điều kiện sai số. vậy nhiệt tải trung bình nồi I là: qtb1= 2 21 qq + = 2 46.613385.6199 + =6166.65 W/m2. - Nồi II : qtb2= 2 21 qq + Trong đó : + q1 : nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bị. Ta có công thức tính q1: q1=α1.Δt1 (3) Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hồ ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo công thức của Nusselt: α1=1.13.A.( 1. tH r Δ ) .025 Kcal/ m2.h.độ (*) Chọn : tT1 = 114.18 0C. Khi đó : Δt1= T - tT1= 114.5 – 114.18 = 0.32 0C TW = 0.5(T+tT1) =114.34 0C r = r(θ1)=2221.5j/kg=530.6 kcal/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt. H =1.5 m chiều cao bề mặt truyền nhiệt. A = 2268.87 trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước. Thay các giá trị vào công thức (*) ta có: α1=1.13*2268.87( 32.0*5.1 60.530 )0.25 = 14783.24 Kcal/m2.h.độ. Thay α1 vào công thức (3) ta có: q1 = 14783.24* 0.32 =4730.64 Kcal/m2.h =5492.79W/m2 + q2 : nhiệt tải phía dung dịch sôi. Ta có công thức tính q2: q2=α2.Δt2 (4) Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch α2 được tính bởi công thức: α2 = 1.6 .ϕ. p0.4.q2 0.7 kcal/m2.h.độ (**) Trong đó : ΔT = q1.rΣ=5492.79*5.106.10-4=2.8 0C ϕ = 0.76 thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH. p = 0.52 at áp suất hơi trên bề mặt thống của dung dịch sôi Thay vào (**) ta có : ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 10 α2= 1.6*0.76*(0.52)0.4.(4730.64) 0.7=349.77 Kcal/m2.h.độ= 406.12 W/m2.độ Thay vào (4)ta có : q2 = 406.12.(114.2 – 2.8 – 98.42) =5271.44 W/m2 + kiểm tra lại giả thiết Δt1: có %5%03.4%100 79.5492 44.527179.5492%100* 2 21 ≤=−=− q qq thoả mãn điều kiện sai số. vậy nhiệt tải trung bình nồi I là: qtb1= 2 21 qq + = 2 44.527179.5492 + =5382.1 W/m2. a. Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi: - Nồi I : K1= 04.12 6166.651 =Δ iI tb t q =512.18 W/m2.độ - Nồi II : K2= 08.16 5382.12 =Δ iII tb t q =334.71 W/m2.độ 3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi: - Công thức chung: ∑ ∑Δ=Δ i i i m m im K Q t K Qt .' 0C trong đó : ΣΔti = ΔtiI+ΔtiII = 12.04+16.08=28.12 0C. Σ i i K Q = 32.90246.53486.367 71.334 178890 18.512 188410 =+=+ - Tính cho nồi I: 46.11 32.902 12.28*86.367.' ==Δ=Δ ∑ ∑ i i i I I iI K Q t K Qt 0C - Tính cho nồi II: 66.16 32.902 12.28*46.534.' ==Δ=Δ ∑ ∑ i i i II II iII K Q t K Qt 0C 4. Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích : - Nồi I : %5%8.4%100 04.12 46.1104.12%100* ' <=−=Δ Δ−Δ iI iIiI t tt Thoả mãn điều kiện ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 11 - Nồi II : %5%5.3%100 66.16 08.1666.16%100 ' ' <=−=Δ Δ−Δ iII iIIiII t tt 5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt: - Nồi I: F! = 11 1 '. itK Q Δ = 1.3246.11*18.512 188410 = m2 - Nồi II: F2 = 22 2 '. itK Q Δ = 08.3266.16*71.334 178890 = m2 Chọn : F1=F2 = 40 m2. VI. TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT : 1. Kích thước buồng bốc : Do lượng hơi thứ bốc lên ở hai nồi gần xấp xỉ bằng nhau, nhiệt độ nồi hai nhỏ hơn nên khối lượng riêng của hơi ở nồi II sẽ nhỏ hơn nồi I suy ra thể tích hơi thóat ra ở nồi II sẽ lớn hơn nồi I. Do vậy ta chỉ cần tính đại diện nồi II. Vận tốc hơi (ωhmax) của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 – 80% vận tốc lắng(ω0). ω0= h hl dg ρξ ρρ ..3 )..(.4 − m/s ρl,ρh : khối lượng riêng của giọt lỏng và hơi thứ (kg/m3). d : đường kính giọt lỏng, chọn d =0.0003 m ξ : hệ số trở lực 0.2< Re < 500 → ξ= 6.0Re 5.18 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 12 500< Re <150000 → ξ =0.44 với : Re= h hh d μ ρϖ .. chọn đường kính buồng bốc : Db =1400 mm diện tích buồng bốc: Fb= 4 4.1*14.3 4 . 22 =bDπ =1.54 m2. Lưu lượng thể tích :Vb= 25.03600*3158.0 6.289 == h lW ρ m 3/s Vận tốc hơi : ωh= == 54.1 25.0 b h F V 0.165 m/s Chuẩn số Reynolds: Re= h hh d μ ρϖ .. = =−510*29.1 3158.0*0003.0*165.0 1.216 Vì 0.2<Re=1.216<500 nên ξ= 6.0Re 5.18 = 45.16 216.1 5.18 6.0 = Vận tốc lắng : ω0= h hl dg ρξ ρρ ..3 )..(.4 − = =− 3158.0*45.16*3 0003.0*)3158.01276(*81.9*4 0.96 m/s thấy : ωh = 0.09 m/s < ω0=0.96 m/s ( thoả điều kiện ) chọn U’t= 1600m3/m3.h : cường độ bốc hơi thể tích. Do dung dịch sôi tạo bọt nên cường độ bốc hơi thể tích giảm còn : Ut=U’t/1.5 = 1066.7 m3/m3.h Thay vào công thức tính Vb có: Vb= th U W .ρ = 86.07.1066*3158.0 6.289 = m3 Vậy chiều cao buồng bốc là: Hb= 56.0 4.1*14.3 86.0*4 . .4 22 == b b D V π m Do trong thiết bị có hiện tượng dung dịch sôi tràn cả lên phần buồng bốc do đó đòi hỏi thiết bị phải cao hơn so với tính tốn . Vậy đó chọn Hb=1500 m (QTTB T5 trang 182 ). 2. Kích thước buồng đốt: a. Xác định số ống truyền nhiệt : Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức : n= ld F ..π F= 40 m2 : bề mặt truyền nhiệt l = 1.5m : chiều dài của ống truyền nhiệt d : đường kính ống truyền nhiệt chọn loại ống có đường kính : 38 x 2 mm do α1> α2 nên lấy d = dt = 34 mm. Vậy số ống truyền nhiệt là : ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Trang 13 n= ld F ..π = 2505.1*034.0*14.3 40 = ống. Chọn số ống n= 271 ống ( STQTTB T2 trang 46 ) b. Đường kính ống tuần hồn trung tâm : π t th f D .4= Chọn ft = 0.3 FD =0.3 4 .. 2 ndπ =0.3 4 271*034.0*14.3 2 =0.0738 m2. Vậy : π t th fD .4= = 14.3 0738.0*4 =0.307 m Chọn Dth=0.325 m = 325 mm (QTTB T5 trang 180 ) c. Đường kính buồng đốt : Đối với thiết bị cô đặc tuần hồn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác đều thì đường kính trong của buồng đốt có thể tính theo công thức : Dt= l dFdd nnth . ..60sin..4.0 ).2( 02 2 ψ ββ ++ m Trong đó : β= nd t = 1.4 : Hệ số, thường β = 1.3 –1.5. t =1.4*dn : Bước ống , m ( thường t = 1.2 – 1.5dn) dn =0.038 m : Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt , m ψ = 0.8 : Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψ = 0.7 – 0.9 l =1.5 m : Chiều dài của ống truyền nhiệt m dth = 0.325 : Đường kính ngồi của ống tuần hồn trung tâm. F = 40 m2 : Diện tích bề mặt truyền nhiệt , m2 Thay vào ta có : Dt= 057.1 5.1*8.0 038.0*40*.60sin*4.1*4