Đồ án Quá trình thiết bị cô đặc

Đồ án Quá trình thiết bị cô đặcLỜI MỞ ĐẦU Việc thiết kế hệ thống thiết bị, phục vụ cho một nhiệm vụ kỹ thuật là một yêu cầu không thể thiếu đối với một kỹ sư máy hoá chất. Để trở thành một người kỹ sư như vậy, việc nắm vững các kiến thức về môn học Quá Trình - Thiết Bị trong công nghệ hóa chất là thực sự cần thiết. Không chỉ thế, việc giải các bài toán công nghệ, hay việc thực hiện công tác thiết kế máy móc, thiết bị và dây chuyền công nghệ cũng rất cần đối với một kĩ sư trong tương lai. Chính vì thế, để thiết kế được một đề tài, sinh viên chúng em cần phải nắm vững tổng quát các kiến thức về các quá trình trong thủy lực, truyền nhiệt và chuyển khối. Cũng như ở đồ án môn học này, chúng em nhận nhiệm vụ “ thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 ba nồi xuôi chiều”. Cấu trúc của tập đồ án này, chúng em xin chia ra làm như sau: Mục lục. Chương I: Tổng quan về sản phẩm, phương pháp điều chế, chọn phương án thiết kế. Chương II: Tính toán công nghệ thiết bị chính. Chương III: Tính và chọn thiết bị phụ. Chương IV: Kết luận. Tài liệu tham khảo. Đây cũng là những bước đi đầu tiên để thực hiện một công việc hết sức mới mẻ nên có thể có rất nhiều sai sót. Nhưng sự xem xét và đánh giá khách quan của các thầy cô sẽ là nguồn động viên và khích lệ đối với chúng em, để những lần thiết kế sau được thực hiện tốt đẹp hơn, hoàn thiện hơn. Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các thầy cô bộ môn Công nghệ Hóa Học- Dầu và Khí đã trang bị cho chúng em những kiến thức nền tảng làm cơ sở, cho chúng em thực hiện đồ án này. Chúng em cũng xin rất cảm ơn thầy Lê Ngọc Trung đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thiết kế. CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 1.1. Tổng quan về sản phẩm. Vấn đề hóa chất trong thực phẩm là mối quan tâm của rất nhiều người trong chúng ta. Dù ăn ở nhà hay ăn ở tiệm chúng ta cũng không thể nào tránh khỏi được hóa chất...Hầu như hóa chất hiện diện khắp mọi nơi, mọi chỗ. Ăn một tô phở, ăn một gói mì, uống một lon coca, thậm chí nhai một thỏi chewing gum, chúng ta cũng đã vô tình nuốt vào người một số chất hóa học nào đó. Tùy loại hóa chất, tùy theo ăn uống nhiều hay ít, ăn uống có thường xuyên hay không và đôi khi cũng còn tùy theo người ăn, có người ăn vào thì không hề hấn gì, có người khác thì bị phản ứng ngay lập tức, chẳng hạn như ngứa ngáy, nổi mề đay, khó thở… Cuộc sống càng văn minh tiến bộ, con người càng phải đối đầu nhiều hơn với hiểm hoạ hóa chất cũng như chất phụ gia… Trên thị trường có 4 dạng muối nitrit, nitrat dùng trong bảo quản thực phẩm nhưsau: KNO2, NaNO2, KNO3, NaNO3 . Ở đây chúng em chỉ đề cập đến NaNO3. 1.1.1 Nhận dạng hóa học. Tên khoa học: Sodium Nitrate. Tên thường gọi: Muối natri nitrat, Sô đa nitơ. Muối này còn được biết đến với cái tên diêm tiêu Chile hay diêm tiêu Peru ( do 2 nơi này có lượng trầm tích lớn nhất). CTHH: NaNO3 1.1.2 Tính chất vật lý cơ bản. Dạng tồn tại: tinh thể trắng dạng hạt hoặc bột màu trắng. Mùi: không mùi. Vị: ngọt. Phân tử lượng: 84.9947 g/mol. Tỉ trọng: 2.257 g/cm3, rắn. Điểm nóng chảy: 3080C. 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2 Ở trạng thái nóng chảy muối NaNO3 là chất oxi hóa mạnh nó có thể oxi hóa Mn2+ → MnO42- , Cr3+ → CrO42- .  MnSO4 + 2KNO3 + 2Na2CO3 = Na2MnO4 + 2KNO2 + Na2SO4 + 2CO2 Điểm sôi: 3800C ( nóng chảy). Độ nhớt ở 300C (nồng độ 15%) NaNO3: 0,94.10-3 N.s/m2. Độ hòa tan: Tăng trong nước nóng. 73.0 g/ 100 ml ở 00C. 92.1 g/ 100 ml ở 250C. 180 g/ 100 ml ở 1000C. Ít tan trong metanol ( CH3OH ) : 1g/ 300 ml. Rất ít tan trong axeton và glycerol. Tan rất tốt trong amoniac. Độ ổn định: Phản ứng mạnh với các chất dễ cháy, hữu cơ. Có phản ứng với các loại chất khử, acid. 1.1.3 Tính chất độc hại. Nguyên nhân: Hít hoặc nuốt nhầm. Tác hại lâu dài: (theo các kết quả thử nghiệm trên động vật). Gây nhiễm độc máu, làm mất khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu  hiện tượng tím tái và hôn mê. Có thể gây đột biến gen (ảnh hưởng tới các tế bào gốc). Có thể gây hại cho sức khỏe sinh sản. Có thể là nguyên nhân gây ung thư. Tác hại khác: Da: gây kích ứng khi tiếp xúc: tấy đỏ, ngứa, đau nhức. Mắt: gây ảnh hưởng tương tự khi rơi vào mắt. Hít nhầm: gây hại cho hệ hô hấp khi hít phải: ho, thở gấp. Nuốt nhầm: có thể gây ngộ độc nghiêm trọng. 1.1.4 Triệu chứng lâm sàng khi ngộ độc nitrat: Viêm dạ dày, đau bụng, buồn nôn và nôn mửa, tiêu chảy, yếu cơ, chóng mặt, mệt mỏi, đau đầu, rối loạn tinh thần, mất tập trung, tăng nhịp tim, tụt huyết áp, khó thở …. 1.1.5 Đặc tính cháy nổ: Cháy: Có thể làm tăng tốc độ cháy của lửa. Tăng khả năng bắt cháy của các chất dễ cháy (gỗ, giấy …). Cháy bùng thành ngọn lửa khi nung nóng đến 540°C. Dễ bắt cháy khi nung nóng nếu trộn lẫn với than củi. Dễ bắt lửa khi tiếp xúc các chất hữu cơ, dễ cháy. Nổ: Gây phản ứng nổ với các hợp chất hydrocarbon. Tương tác với amidosulfate (sulfamate) khi nung nóng có thể gây nổ mạnh do tạo ra N2O và hơi nước. Khi trộn lẫn với bột nhôm hoặc oxit nhôm. 1.1.6 Điều chế và ứng dụng Điều chế Điều chế bằng phản ứng trao đổi giữa KNO3 và NaCl: KNO3 + NaCl = NaNO3 + KCl Hoà tan muối loãng KNO3 và NaCl theo tỉ lệ 1:1 đun nóng, sau đó cho kết tinh KCl ở nhiệt độ 300C. Tách tinh thể KCl ra, làm nguội dung dịch đến nhiệt độ dưới 220C sẽ kết tinh NaNO3. Natri nitrat được sản xuất trong công nghiệp bằng phản ứng trung hoà HNO3 với Na2CO3. HNO3 + Na2CO3 = NaNO3 + CO2 + H2O. Ứng dụng Nó có thể dùng trong sản xuất HNO3 khi phản ứng với H2SO4 rồi tách HNO3 ra thông qua quá trình chưng cất phân đoạn, còn lại là bã NaHSO4 . Những người săn vàng dùng natri nitrat để điều chế nước cường toan có thể hoà tan vàng và các kim loại quý khác. NaNO3 còn được dùng chung với KNO3 cho việc bảo quản nhiệt, và gần đây, cho việc chuyển đổi nhiệt trong các tháp năng lượng mặt trời. Ngoài ra nó còn dùng trong công nghiệp nước thải cho sự hô hấp tuỳ ý của vi sinh vật. 1.2. Khái niệm chung về cô đặc Cô đặc là quá trình đun sôi dung dịch, làm bay hơi một phần dung môi trong dung dịch, kết quả thu được dung dịch đậm đặc hơn dung dịch ban đầu, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ. Ứng dụng của quá trình bay hơi( cô đặc) là làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch; tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn ( kết tinh); tách dung môi ở dạng nguyên chất ( nước cất). Nó có 2 phương pháp cô đặc: Phương pháp nhiệt: 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 thoáng 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 ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh. Quá trình cô đặc khác quá trình chưng cất ở chỗ: trong qúa trình chưng cất cả 2 cấu tử đều bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp. Còn cô đặc chỉ cho dung môi bay hơi, còn chất tan không bay hơi. Cô đặc bao gồm hệ thống cô đặc một nồi và nhiều nồi. Với cô đặc một nồi thường được ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng không có giá trị kinh tế. Còn cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. 1.3. Cấu tạo thiết bị cô đặc Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi nước phổ biến, loại này gồm 2 bộ phận chính: Bộ phận đun sôi dung dịch ( phòng đốt) . Bộ phận bốc hơi( phòng bốc hơi) là 1 phòng trống. Khi cấu tạo thiết bị cần chú ý những yêu cầu sau: Đơn giản, gọn, chắc, dễ chế tạo, sửa chữa và lắp ghép, các chi tiết phải quy chuẩn hóa, giá thành rẻ. Đáp ứng yêu cầu kĩ thuật: chế độ làm việc ổn định ít bám cặn, dễ làm sạch, dễ điều chỉnh và kiểm tra. Cường độ truyền nhiệt lớn. Có thể phân loại hệ thống cô đặc nhiều nồi theo các cách khác nhau: Theo sự bố trí bề mặt truyền nhiệt: loại nằm ngang, loại thẳng đứng, loại nằm nghiêng… Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi( hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói lò, bằng dòng điện, bằng các chất tải nhiệt đặc biệt( dầu, hydrocacbon). Theo tính chất tuần hoàn của dung dịch: tuần hoàn tự nhiên hay cưỡng bức. Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt: loại vỏ bọc ngoài, ống chùm, ống xoắn… 1.4. Nhiệm vụ thiết kế. Trong đồ án này, yêu cầu đặt ra là thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 ba nồi xuôi chiều phòng đốt trong ống tuần hoàn ngoài kiểu đứng với yêu cầu công nghệ như sau: Năng suất tính theo dung dịch đầu: 14 tấn/h. Nồng độ đầu của dung dịch: 10% khối lượng. Nồng độ cuối của dung dịch: 36% khối lượng. Áp suất hơi đốt nồi 1: 4,5 at. Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng tụ: 0,1 at. 1.4.1.Ưu - nhược điểm của thiết bị a. Ưu điểm Dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi, chính vì thế mà ở thiết bị này không dùng bơm. Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nhiệt độ sôi của nồi sau, do đó dung dịch đi vào mỗi nồi( trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, do đó dung dịch được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước, gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu, có nhiệt độ tháp hơn nhiệt độ sôi, do đó cần phải tốn 1 lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hay nước ngưng tụ. Quá trình cô đặc rất tiết kiệm năng lượng cần sử dụng, vận tốc tuần hoàn lớn vì ống tuần hoàn không bị đôt nóng dẫn đến đối lưu dễ dàng. Nhược điểm Nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối. 1.5. Thuyết minh hệ thống cô đặc. Dung dịch đầu NaNO3 10% được bơm đưa vào thùng cao vị từ thùng chứa, sau đó chảy qua lưu lượng kế vào thiết bị trao đổi nhiệt. Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi 1. Ở nồi này dung dịch tiếp tục được đun nóng bằng thiết bị đun nóng, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt, hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch. Một phần khí không ngưng được đưa qua cửa tháo khí không ngưng. Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng. Dung dịch sôi, dung môi bốc lên trong phòng 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 1 tự di chuyển qua nồi thứ 2 do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < 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 sôi , 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. Hơi thứ bay lên ở nồi 1 được đưa vào phòng đốt của nồi 2, làm hơi đốt cho nồi 2, hơi thứ bay lên ở nồi 2 được đưa vào phòng đốt của nồi 3, làm hơi đốt cho nồi 3 và hơi thứ bay lên của nồi 3 được đưa vào thiết bị baromet ngưng tụ, có tác dụng tạo độ chân không cho hệ thống cô đặc. Dung dịch sản phẩm của nồi 3 được đưa vào thùng chứa sản phẩm. Hơi thứ bốc ra khỏi nồi 3 được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet, lúc nayg nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ra ngoài còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt rồi đi vào bơm hút chân không. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cân bằng vật liệu Mục đích: tính được lượng hơi đốt và hơi thứ Các số liệu ban đầu như sau: Năng suất tính theo dung dịch đầu: 14 tấn/h = 14000 kg/h. Nồng độ đầu của dung dịch: 10% khối lượng. Nồng độ cuối của dung dịch: 36% khối lượng. Áp suất hơi đốt nồi 1: 4.5 at. Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng tụ: 0.10 at. 2.1.1 Xác định lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống Gọi: Gđ, Gc - lượng dung dịch đầu và cuối, kg/h xđ, xc - nồng độ đầu và cuối, % khối lượng W - lượng hơi thứ bốc hơi, kg/h Ở đây, ta coi quá trình bốc hơi chất hòa tan không bị mất mát theo hơi thứ, khi đó phương trình cân bằng vật liệu của quá trình bốc hơi sẽ là: Gđ = Gc + W (1) Đối với chất hòa tan: Gđ .xđ = Gc.xc + W (2) Từ 2 phương trình này ta rút ra: W = Gđ.( 1 - ) Thay các giá trị ban đầu vào, ta được: W = 14000. ( 1- ) = 10111.11 (kg/h) Vậy lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống là 10111.11 kg/h. 2.1.2 Sự phân phối hơi thứ trong các nồi Gọi W1 ,W2, W3 là lượng hơi thứ của các nồi tương ứng 1, 2, 3 (kg/h). Ta chọn sự phân phối hơi thứ theo tỉ lệ: Ta có lượng nước bốc hơi của các nồi: W = W1 + W2 + W3 = W1 + =10111,11 3,006004.W1 = 10151,595 W1 = 3377,106 (kg/h) Ở nồi 2: W2 = = 3370,365(kg/h). Ở nồi 3: W3 = = 3363,639( kg/h). 2.1.3 Xác định nồng độ cuối của mỗi nồi Gọi x1 , x2 , x3: là nồng độ tương ứng trong nồi 1, 2, 3, % khối lượng Ở nồi 1: Ở nồi 2: . Ở nồi 3: . 2.2 Cân bằng nhiệt lượng Mục đích: tính được lượng nhiệt cần tiêu tốn, hệ số, nhiệt độ hữu ích. Tính được hệ số truyền nhiệt K để từ đó tính được bề mặt truyền nhiệt. 2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi : hiệu áp suất chung, at. P1, P2, P3: áp suất hơi đốt nồi 1, 2, 3, at. Pnt: áp suất hơi ở thiết bị ngưng tụ, at. Bằng cách giả thiết hệ số áp suất giữa các nồi là 1 đại lượng thích hợp. Cho Ta có: Mà Suy ra: Vậy: = 0,677 + 0,1 = 0,777 at. = 1,354 + 0,777 = 2,131 at. = 2,3695 + 2,131 = 4,5005 at. Gọi là nhiệt độ của hơi đốt đi vào các nồi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ là nhiệt độ của hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2, 3 Với Dựa vào bảng I250,STQTTB,T1/312 và bảng I251,STQTTB,T1/314 Bảng 1.1 Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 TB ngưng tụ Hơi đốt 4,5 147 2,131 121,342 0,777 92,149 0,1 45,4 Hơi thứ 2,185 122,342 0,8076 93,149 0,1056 46,4 - - 2.2.2 Xác định nhiệt độ tổn thất 2.2.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ () Ta có: : là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi nguyên chất ở cùng 1 áp suất, gọi là tổn thất nhiệt độ do nồng độ Theo phương pháp Tiasenco: Trong đó: - tổn thất nhiệt độ do áp suất thường gây ra f- hệ số hiệu chỉnh, với - nhiệt độ sôi của dung dịch nguyên chất (K) r- ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất làm việc (J/kg). Tra bảng VI.2,STQTTB,T2/64 ta sẽ biết được tổn thất nhiệt độ theo nồng độ a ( % kl). Dựa vào bảng I251,STQTTB,T1/314- 315 ta xác định được nhiệt hóa hơi r theo áp suất hơi thứ. Vậy ta tính được tổn thất nhiệt độ do nồng độ theo công thức trên: Các số liệu tương ứng Bảng 1.2 (0C) (0C) r (J/kg) Nồi 1 1,58394 122,342 2201155 Nồi 2 2,4956 93,149 2277392 Nồi 3 5,80 46,4 2459760 Ở nồi 1: Ở nồi 2: Ở nồi 3: Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ là: 2.2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh Trong lòng dung dịch, càng xuống sâu nhiệt độ sôi của dung dịch càng tăng do áp lực của cột chất lỏng. Hiệu số của dung dịch ở giữa ống truyền nhiệt và trên mặt thoáng gọi là tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh. , độ. Với: - nhiệt độ sôi ứng với - nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng. Theo CT VI.12,STQTTB,T2/60, ta có: Với: - áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch. - chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch, = 0.5m - chiều cao ống truyền nhiệt, = 3m. g- gia tốc trọng trường, m/s2. - khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3. . được nội suy và ngoại suy từ bảng I59,STQTTB,T1/46 Để tính của dung dịch NaNO3 ứng với ta dùng công thức Balo: Trong đó: P0 = 1 at: giá trị áp suất ở điều kiện chuẩn. Ps0 – áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ sôi của dung dịch ở điều kiện chuẩn, at. Nội suy từ bảng I250,STQTTB,T1/312. P – áp suất môi trường( hơi thứ), at. Ps - áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất P, at. Ở nồi 1: Ứng với x1= 13,171% bảng I204, STQTTB,T1/236, chất NaNO3. Ta có: và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất ứng với là (kg/m3) 521,01(kg/m3) Vậy: (bảng I251,STQTTB,T1/315). Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng: Vậy : Ở nồi 2: Ứng với x2= 19,304% bảng I204, STQTTB,T1/236, chất NaNO3. Ta có: và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất ứng với là (kg/m3) 542,553(kg/m3) Vậy: (bảng I251,STQTTB,T1/314). Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng: Vậy : Ở nồi 3: Ứng với x3=36 % bảng I204, STQTTB,T1/236, chất NaNO3. Ta có: và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất ứng với là (kg/m3) (kg/m3) Vậy: Mặt khác: (bảng I251,STQTTB,T1/314). Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng: Vậy : Vậy . 2.2.2.3 Tổn thất do trở lực của đường ống Chọn tổn thất áp suất do trở lực của đường ống trong từng nồi là 10C 2.2.2.4 Tổng tổn thất nhiệt độ cho toàn bộ hệ thống 2.2.2.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong toàn hệ thống và từng nồi Nồi 1: 147- 121,342- (1,822+2,317+1) = 20,519C Nồi 2: 121,342 – 92,149 – (2,38 +4,611 + 1) = 21,202 0C Nồi 3: 92,149 – 45,4 – (3,9 + 17,77 + 1)= 24,0790C Cho toàn hệ thống: 147- 45,4 – 35,8= 65,80C. 2.2.3 Cân bằng nhiệt lượng. 2.2.3.1 Tính nhiệt lượng riêng. I: nhiệt lượng riêng của hơi đốt, J/kg i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ, J/kg Các giá trị trên được tra theo bảng I250,STQTTB,T1/312. 2.2.3.2 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc. Vì nên áp dụng CT I.43,STQTTB,T1/152 (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi 1. Ta có: (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi 2. Ta có: (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi 3. Ta có: nên áp dụng CT I.44,STQTTB,T1/152. = Với - nhiệt dung riêng của chất hòa tan khan, ở đây là NaNO3 , J/kg.độ. Tính theo CT I.41,STQTTB,T1/152: Trong đó: - số nguyên tử của Na, N, O trong hợp chất. Mhc – khối lượng mol của hợp chất - nhiệt dung riêng của các nguyên tố trong hợp chất. Tra theo bảng I.141,STQTTB,T1/152 ta có: J/kg.độ ; J/kg.độ. Vậy: (J/kg.độ) Do đó: = (J/kg.độ) 2.2.3.3 Lập bảng nhiệt lượng riêng hơi đốt, hơi thứ, nhiệt dung của nước ngưng và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi. Chọn tổn thất nhiệt độ khi hơi thứ nồi trước di chuyển trong hệ thống ống đi làm hơi đôt cho nồi sau là 10C. Dựa vào nhiệt độ hơi đốt và hơi thứ đã tính được ở CBVL, tra bảng và nội suy, ta được các giá trị I, i, Cn. Tính I và i bằng phương pháp nội suy ( tra theo bảng I.250, STQTTB,T1/312 - 313). Tính Cn theo bảng I.249,STQTTB,T1/311. Bảng 1.3 Nồi Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch t0C I.10-3 (J/kg.độ) C (J/kg.độ) t0C i.10-3 (J/kg.độ) t0C C (J/kg.độ) 1 147 2749,4 4304,5 122,342 2714,279 126,481 3634,662 2 121,342 2712,879 4252,147 93,149 2667,668 100,14 3377,935 3 92,149 2665,868 4211,438 46,4 2582,516 68,07 3112,736 2.2.3.4 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết. Ta có: - : lượng hơi đốt vào nồi 1, nồi 2, nồi 3 ,kg/h - : lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống ,kg/h. - W: lượng hơi thứ bốc ra của toàn hệ thống, kg/h - : lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2 và nồi 3, kg/h. - : nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1, 2, 3, J/kg.độ - : nhiệt dung riêng của dung dịch vào và ra, J/kg.độ - : nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3, J/kg.độ - : hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3, J/kg.độ - : hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, 2, 3, J/kg.độ - : nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, 0C. - : nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1, 2, 3 ở Ptb, 0C - θ1, θ2, θ3: nhiệt độ nước ngưng nồi 1, 2, 3, 0C. - : nhiệt độ tổn thất ra môi trường nồi 1, 2, 3, J. Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho từng nồi: Ở nồi 1. + = + + θ1 + θ1) θ1) + = Ở nồi 2. +=++θ2+ .θ2) θ2) (*) Ở nồi 3. +=++θ3 + θ3) θ3)+ (đặt là **). Giả thiết nhiệt cung cấp cho quá trình cô đặc chỉ là nhiệt ngưng tụ thì có thể xem nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt: θ = . 1965619,956.W - 2329401,589.W= -1700289829 (1) 2244249,589.W+ 4308148,379.W= 22200366930 (2) Giải hệ phương trình (1) và (2), có: W =