GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Mục lục
1.Giới thiệu chung……………………………………………………………...1
Lời mở đầu và giới hiệu về dung dịch CaCl2…………………………….2
Hình vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất dung dịch…………………5
2.Tính toán thiết bị chính
*Cân bằng vật liệu……………………………………………………………..7
Lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống
Lượng hơi thứ ra khỏi từng nồi cô đặc
Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi thiết bị
*Tính nhiệt cân bằng……………………………………………………….....8
Áp suất chung của hệ thống
Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt vào mỗi nồi
Áp suất, nhiệt độ của hơi thứ ra khỏi mỗi nồi
Hệ số truyền nhiệt của từng nồi
Bề mặt truyền niệt của từng nồi
3.Tính thiết bị phụ…………………………………………………………….25
Tính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu(ống chùm)………………………….25
Thùng cao vị……………………………………………………………..31
Bơm……………………………………………………………………...38
Thiết bị ngưng tụ baromet ………………………………………………40
Bơm chân không………………………………………………………...47
4.Tính toán cơ khí và lựa chọn thiết bị………………………………………48
Tính buồng đốt…………………………………………………………..48
Tính buồng bốc…………………………………………………….........53
Các thiết bị khác…………………………………………………………58
5.Kết luận……………………………………………………………………...67
6.Tài liệu tham khảo…………………………………………………………..68
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
1
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
*
*
*
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế một
thiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên
khoa công nghệ Hóa học trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội được nhận đồ án
môn học: “Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học”. Việc thực hiện đồ án là
điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau
khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “ Cở sở các quá trình và
thiết bị công nghệ Hóa học” Trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một
số môn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ thiết kế một thiết bị, hệ
thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn trong quá trình công
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 toán
và thiết kế, tự nâng cao kỹ năng trình bày bản thiết kế theo văn phong khoa học
Trong đồ án môn học này nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệ
thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều,ông tuần hoàn trung tâm với dung dịch CaCl 2 ,
năng suất đầu 15000(k/h), nồng độ đầu vào là 8%, nồng độ sản phẩm là 22%.
Áp suất hơi đốt nồi 1 là 4,8 (at), áp suất ngưng tụ là 0,28 (at)
QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan
không bay hơi, ở nhiệt độ sôi.
Mục đích của quá trình cô đặc là:
-Làm tăng nồng độ chất tan,
-Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể ,
-Thu được dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất).
Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất
thường, áp suất dư), trong hệ thống thiết bị cô đặc (nồi), hay trong hệ thống
nhiều thiết bị cô đặc. Quá trình có thể gián đoạn hay liên tục. Hơi bay ra trong
quá trình cô đặc thường là hơi nước, gọi là hơi thứ, thường có nhiệt độ cao, ẩn
nhiệt hóa hơi lớn nên thường làm hơi đốt cho các nồi cô đặc. Nếu hơi thứ được
sử dụng ngoài dây chuyền công nghệ cô đặc gọi là hơi phụ.
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
2
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Cô đặc chân không được dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung
dịch dễ bị phân hủy về nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt
và nhiệt độ trung bình của dung dịch (gọi là hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đến
giảm bề mặt truyền nhiệt. Mặt khác, cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung
dịch thấp hơn có thể tận dụng nhiệt thừa của quá trình sản xuất khác (hoặc sử
dụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc.
Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch
không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi
thứ cho cô đặc và các quá trình đun nóng khác.
Cô đặc nhiều nồi:
Khi cô đặc một nồi sẽ gây lãng phí nhiên liệu, làm cho quá trình sản xuất không
đạt được hiệu quả cao. Do đó để tận dụng hơi thứ thay cho hơi đốt , chúng ta sử
dụng hệ thống cô đặc nhiều nồi.
Nguyên tắc của hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều:
Nồi thứ nhất, dung dịch được đun bằng hơi đốt; hơi thứ của nồi này vào nồi thứ
hai. Hơi thứ của nồi thứ hai được đưa vào nồi thứ 3,….hơi thứ của nồi cuối cùng
được đưa vào nồi ngưng tụ. Dung dịch được đưa từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi
nồi dung dịch được bốc hơi một phần, nồng độ của dung dịch tăng dần lên.
Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt cho mỗi nồi là phải có sự chênh lệch nhiêt độ
giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói một cách khác là phải có sự chênh lệch
áp suất giữa hơi thứ và hơi đốt trong các nồi. Nghĩa là áp suất làm việc trong các
nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau. Thông
thường thì nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối cùng làm việc ở áp suất
chân không.
Hệ thống cô đặc nhiều nồi được dùng khá phổ biến trong sản xuất.
DUNG DỊCH CANXI CLORUA :CaCl2
Canxi clorua (CaCl2) là một hợp chất ion canxi gồm các yếu tố (một kim
loại kiềm thổ) và clo. Nó là một, không màu không mùi, nontoxic giải
pháp, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau và các
ứng dụng trên thế giới.
Canxi clorua (CaCl2), ở dạng lỏng, là một giải pháp hút ẩm cao hòa
tan được cũng tỏa nhiệt. Khả năng của nó để vẽ ở độ ẩm từ môi trường
xung quanh mình, chống lại sự bốc hơi, và nhiệt phát hành trong một phản
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
3
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
ứng hóa học làm cho nó chất hoàn hảo cho việc xây dựng và bảo trì đường
bộ, bao gồm cả băng và kiểm soát bụi và ổn định cơ bản.
Ứng dụng của Calcium Chloride :
Cơ sở ổn định cho xây dựng đường
Freeze-hiê ̣u đinh cát để áp dụng đường mùa đông
Nước thải tinh chế viện trợ, flocculent, bãi bỏ các phốt phát và
fluorides
Bơm vữa đại lý cho các mỏ và giếng dầu
Môi trường phụ gia cho xi măng lò nung
Nitơ ức chế cho các nhà máy phân bón
Muối thay thế trong thức ăn động vật (như là một bổ sung cho thiếu
hụt canxi)
Phân bón hữu cơ canxi
Khoan muds
Lạnh chất lỏng
Lỏng kiểm soát mùi
Điều chỉnh độ pH đất
Chất chống đông cho xe vui chơi giải trí, quăn & rinks trượt băng và
nhiều hơn nữa ...
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
4
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
PHẦN 2 : SƠ ĐỒ - MÔ TẢ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
Nguyên lý làm việc của hệ thống.
Dung dịch đầu chứa trong thùng (1) qua bơm (2) được bơm lên thùng cao
vị (3). Từ đây nó được điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu qua lưu lượng kế (4)
trước khi vào thiết bị gia nhiệt (5). Tại thiết bị (5), dung dịch được đun nóng đến
nhiệt độ sôi bằng tác nhân hơi nước bão hòa và được cấp vào nồi cô đặc thứ nhất
(6), thực hiện quá trình bốc hơi. Dung dịch ra khỏi nồi 1 được đưa vào nồi thứ
hai (7). Tại đây cũng xảy ra quá trình bốc hơi tương tự như ở nồi 1 với tác nhân
đun nóng chính là hơi thứ của nồi thứ nhất (đây chính là ý nghĩa về mặt sử dụng
nhiệt trong cô đặc nhiều nồi ). Hơi thứ của nồi 2 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ (8).
Ở đây, hơi thứ sẽ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy vào thùng chứa ở ngoài;
còn khi không ngưng đi vào thiết bị thu hồi bọt ( 9 ) rồi vào bơm hút chân không
. Dung dịch sau khi ra khi ra khỏi nồi 2 được bơm ra ở phía dưới thiết bị cô đặc
đi vào thùng chứa sản phẩm . Nước ngưng tạo ra trong hệ thống được chứa
trong các cốc và theo đường nước thải đi xử lý trước khi thải ra môi trường.
Hệ thống cô đặc xuôi chiều (hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau
từ nồi này sang nồi kia) được dùng khá phổ biến trong công nghiệp hóa chất.
Loại này có ưu điểm là dung dịch tự chảy từ nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó,
dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều 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 thêm
một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch vào nồi đầu có
nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch, thì cần phải đun nóng dung dịch
do đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt. Vì vậy, khi cô đặc xuôi chiều, dung dịch
trước khi vào nồi nấu đầu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước
ngưng tụ.
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
5
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau
thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịch
tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.
Ghi chú:
1- Thùng chứa dung dịch đầu
2- Bơm chân không
3- Thùng cao vị
4- Lưu lượng kế
5- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6- Thiết bị cô đặc 1
7- Thiết bị cô đặc 2
8- Thiết bị ngưng tụ (bazomet)
9- Thiết bị tách bọt
Sơ đồ dây truyền hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
6
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
PHẦN ΙΙI: TÍNH CÔNG NGHỆ
+)Các thông số và số liệu ban đầu:
Dung dịch cô đặc:CaCl2
Nồng độ đầu của dung dịch (xđ): 8%
Nồng độ cuối của dung dịch (xc): 22%
Áp suất hơi đốt nồi 1 (at): 4.8
Áp suất hơi ngưng tụ (at):0.28
Năng suất tính theo dung dịch đầu ( Tấn/h): 15
Chiều cao ống gia nhiệt (m): 2
3.1:Cân bằng vật liệu
3.1.1:Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ
dung dịch thay đổi từ xđ đến xc :
W=Gđ(1-
xd
xc
) (kg/h)
(VI.1 STQTTB T2)
8
=15000.(1- 22 )=9545,4545 (kg/h)
Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/s;
xđ , xc - nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, % khối lượng.
Chọn tỉ lệ phân bố hơi thứ cho các nồi như sau:W1:W2=1:1
Ta có:
W1=W2=
9545,4545
2
=4772,73
(kg/h)
3.1.2:Nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi:
x1
Gd xd
Gd W1
(% khối lượng) (CT3.22 QTTBT3-T151)
15000.8
4772,73 =
= 15000
x2
G1 x d
G ( W1 W2 )
15000.8
15000 9545,4545
11,733 (% khối lượng)
( % khối lượng) (CT3.23 QTTBT3-T151)
=
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
22
( % khối lượng)
7
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
x1, x2 - nồng độ cuối của dung dịch trong các % khối lượng; W 1, W2 - lượng
hơi thứ bốc lên từ các nồi kg/h; xđ - nồng độ đầu của dung dịch, % khối lượng;
Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/h;
3.2: Xác định nhiệt độ và áp suất của mỗi nồi:
Chênh lệch áp suất chung của hệ thống:
P = P1 – Png = 4,8 - 0,28 = 4,52 (at)
P = 1 2 =4,52 (at)
(1)
Chọn tỷ số :
1
2
=
2,5
1
(2)
Từ (1) và (2) ta có :
1 3.23( at )
2 1,29(at )
1 1 2 2 1 1 4,8 3,23 1,57(at )
2 2 ng ng 2 2 1,57 1,29 0,28( at )
Trong đó:P1,P2,Png là áp suất hơi đốt của nồi 1, nồi 2, và thiết bị barômet.
Nhiệt độ của hơi đốt nồi 1, nồi 2, và hơi ngưng tụ được xác định bằng cách tra
bảng I.251 STQTTBT1- T314. Ta có:
Với P1= 4,8 (at) ta có:
t1=151,86 ºC
i1=2752.10 3 (J/kg)
r1=2121,8.10 3 (J/kg)
Với P2=1,57(at), ta có:
t2=112,1 ºC
i2=2701,5.10 3 (J/kg)
r2=2228,5.10 3 (J/kg)
Với Png =0,28 (at), ta có:
tng =66,9ºC
i3=2617,4.10 3 (J/kg)
r3=2318,4.10 3 (J/kg)
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
8
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
3.3:Xác định áp suất, nhiệt độ hơi thứ ra khỏi mỗi nồi:
Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi mỗi nồi:
Công thức tính:
Trong đó:
ti´ =ti+1 + ''i'
ti+1 nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ (i+1)
''i'
:Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống trong nồi thứ i
Giả sử tổn thất 2 nồi bằng nhau: thông thường ta thưòng lấy '1'' = ''2'
Thay số vào ta có: t1’= t2 + '1'' =112,1+1,1=113,2ºC
t2’ =tng + ''2' =66,9+1,1 =68ºC
Áp suất hơi thứ ra khỏi mỗi nồi:
Tra bảng I.250_STQTTBT1 _T312,313.
Với t1’=113,2ºC, ta có:
P1’ =1,63 (at)
i1’ = 2703,833.10 3 (J/kg)
r1’ = 2325,611.10 3 (J/kg)
Với t2’ = 68ºC, ta có:
P2’ = 0,2922 (at)
i2’ = 2618,9889.10 3 (J/kg)
r2’ = 2337,711.10 3 (J/kg)
Bảng tổng hợp số liệu 1:
Nồ Hơi đốt
i
P
T
(at) (ºC)
1
4,8
151,86
i.10
(J/kg)
2752
2
2701,5
1,57
112,1
3
Hơi thứ
r.10
P’
T’
(J/kg) (at) (ºC)
2121,8 1,63 113,
2
i’.10
(J/kg)
2703,83
3
2228,5 0,29
22
2618,98 2337,71 22
89
1
3
68
x%
3
r’.10
(J/kg)
2325,61 11,733
1
3
3.4: Tổn thất nhiệt độ:
Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm: tổn thất nồng độ, tổn thất do
áp suất thuỷ tĩnh và tổn thất do trở lực của đường ống.
3.41:Tổn thất nhiệt độ do nồng độ:( ’)
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
9
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Ở cùng một áp suất nhiệt độ của dung dịch bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi
của dung môi nguyên chất
Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và nhiệt độ sôi của dung môi
nguyên chất gọi là tổn thất nồng độ :
’ = o’ .f
Ts2
Với f = 16.2.
r
Trong đó : 0’ là tổn thất nhiệt độ do tsdd > tsdm ở áp suất thường.
f :Hệ số hiệu chỉnh
Tra STQTTB T2/T59,T61 ta có :
Bảng 1.2:
Nồi 1
Nồng độ %
o’
Nhiệt độ ºC
2F
’ = o’ . f
I
11,733
1,71
113,2
0,8936
1,528
II
22
5,5
68
0,8058
4,432
’ = 1’+ 2’ = 1,528 + 4,432 = 5,96 ºC
3.4.2: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh:
Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh ’’ (tổn
thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao):
Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:
Ptb P0 (h1
h2
) dds g
2
, N/m2;
trong đó P0 – áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, N/m 2; h1 - chiều
cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của
dung dịch, m; h2 - chiều cao ống truyền nhiệt, m; dds - khối lượng riêng của
dung dịch khi sôi, kg/m3; g – gia tốc trọng trường, m/s2.
Vậy ta có: ’’ = ttb – t0 , độ;
ở đây ttb - nhiệt độ sôi dung dịch ứng với áp suất ptb, 0C; t0 - nhiệt độ sôi của
dung môi ứng với áp suất p0, 0C.
t0 nhiệt độ sôi của dung môi ứng với áp suất p0, 0C tra được ở bảng
I.32,STQTTB1/38
Bảng 1.3:
Nồi i
x%
P0(at)
T0(ºC)
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
dd
dds
10
Ptb
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
1
11,733
2
22
Hơi đốt
Để tính Ptb:
Khoa Công Nghệ Hoá
1,63
113,2
0,2922 68
4,8
151,86
1099,124
1197,86
549,562
598,93
1,712
0,382
h = 0,5 (m)
H = 2 (m)
Áp suất thuỷ tĩnh của từng nồi:
Nồi 1 :
Chọn :
Ptb P0 (h
h
( h 2 ) dds .g
Ptb Po
9.81.10 4
Nồi 2:
2
) dds g
(N/m2)
2
(0.5 2 ).549,562.9.81
== 1,63
9.81.10 4
Ptb P0 (h
h
( h 2 ) dds .g
Ptb Po
9.81.10 4
h
h
2
) dds g
=1,712(at)
(N/m2)
2
(0.5 2 ).598,93.9.81
= 0,2922
9.81.10 4
=0,382(at)
Từ Ptb1 =1,712 at ttb1 =114,732 ºC
Ptb2 =0,382 at ttb2 = 74,194 ºC
P01 = 1,63 at t01= 113,2ºC
P02 = 0,2922at t02= 68ºC
Ta có:
'1' = ttb1 -t01 = 114,732 - 113,2= 1,532ºC
''2 = ttb2 - t02 =
74,194 – 68
= 6,194ºC
Ta có : Tổng tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh gây ra:
’’ =’’1 + ’’2 = 1,532 + 6,194 = 7,726ºC
3.4.3:Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra:
Chọn tổn thất nhiệt độ mỗi nồi: 1,1ºC
Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra cả hệ thống ’’’ = 2,2 0C
Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống:
’ + ’’ + ’’’ = 5,96 + 7,726 + 2,2 = 15,886 0C
3.5:Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi:
Nhiệt độ sôi của dung dịch trong mỗi nồi:
tsi = t i' +
'i
+ ''i
,
0
C công thức [3-283]
Thay số ta có:
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
11
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
ts1 = 113,2 + 1,528 + 1,532 = 116,26 0C
ts2 = 68 +4,432 + 6,194 = 78,626 0C
Hiệu số nhiệt độ hữư ích trong từng nồi :
i = Ti - tsi , 0C công thức [3-282]
Thay số vào ta có :
Nồi 1:
t1 = 151,86 - 116,26 = 35,6 0C
Nồi 2:
t 2 = 112,1 - 78,626= 33,4740C
Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho cả hệ thống:
tht = 35,6 + 33,474 = 69,074 0C
Bảng tổng hợp số liệu 2:
Nồi
’ ,0C
’’ , 0C
’’’ , 0C
i
,0C
1
2
1,528
4,432
1,532
6,194
1,1
1,1
35,6
33,474
tsi ,0C
116,26
78,626
3.6:Tính nhiệt lượng hơi đốt D [kg/h], hơi thứ W1 [kg/h]
3.6.1:Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng:
Di1
W1i1'
W2i2'
W1t1i2
Qm2
Qm1
1
2
(Gd-W1-W2)C2ts2
(Gd-Cd)C1ts1
GdCotso
DCnc
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
W1Cnc
12
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2, và ra khỏi nồi 2:
Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20% được tính theo công
thức sau:
C = 4186.(1 - x), J/kg.độ; ( 1.43-STQTTB T1/152)
Trong đó:x là nồng độ chất hoà tan, phần khối lượng(%);
Nồi 1:
C1 = 4186( 1-0,11733) = 3693,68(J/kg.độ)
C0 = 4186 ( 1- 0,08) = 3851,12(J/kg.độ)
Khi x > 20% thì C = Cht.x + 4186 (1-x)
Trong đó: M.Cht = n1.C1 + n2.C2 +n3.C3 (1.41-STQTTB T1/152)
Trong đó: M là khối lượng phân tử chất đó
Ci: nhiệt dung riêng của các đơn chất
ni: số nguyên tử trong phân tử
CCa =CCl2 =26000
Vậy : Cht =
=
nca .C ca ncl .Ccl
M CaCl 2
1.26000 2.26000
111
=
702,702 (J/kg.độ)
Vậy C2 =702,702.0,22 + 4186 (1 -0,22) =3419.6746 (J/kg.độ)
Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt:
1=151,860C tra bảng I.249-QTTBT1- T311.Ta có:
Cn1= 4301,937 (J/kg.độ)
2 = 112,1 0C bảng I.249-QTTBT1- T311.Ta có:
Cn2 = 4238,93 (J/kg.độ)
Nhiệt độ sôi từng nồi:
ts1 = 116,26 0C
ts2 = 78,626 0C
ts0 là nhiệt độ sôi dung dịch đầu.Tra bảng I.204-Tr236-T1:
ts0 = 101,513 0C
3.6.2:Phương trình cân bằng nhiệt lượng ở mỗi nồi như sau:
nhiệt vào = nhiệt ra
Nhiệt lượng vào gồm có:
Nồi 1:
-Nhiệt do hơi đốt mang vào: D.ih
- Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: GđCđtđ
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
13
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Nồi2 :
Nhiệt do hơi thứ mang vào : W1i1
Nhiệt do dung dịch sau nồi 2 mang vào: (Gđ - W1)Cđts1
Nhiệt mang ra gồm:
nồi 1 :
Hơi thứ mang ra: W1i1
Do dung dịch mang ra : (Gđ –W1)C1ts1
Do hơi nước ngưng tụ : D1Cn1Ө1
Do tổn thất chung:
Qm1 = 0,05.D.(i1 - Cn1Ө1)
Nồi 2:
Hơi thứ mang ra : W2i2
Do dung dịch mang ra: (Gđ-W)C2ts2
Do hơi nước ngưng tụ: D2Cn2Ө2
Do tổn thất chung : Qm2 = 0,05. W1(i2 – Cn2Ө2)
Trong đó:
D - Lượng hơi đốt tiêu tốn ,(kg/h) ;
Gđ - Lượng dung dịch đầu vào, (kg/h);
W, W1, W2 - Lượng hơi thứ bốc lên trong cả hệ thống ,nồi 1 và nồi 2; Kg/h
tso, ts1,ts2 -Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu ra khỏi nồi 1, nồi2;0C
i1,i2 - Nhiệt lượng riêng của hơi đốt nồi1, nồi2; J/kg
i1’,i2’ - Nhiệt lượng riêng của hơi thứ nồi1, nồi2; J/kg
Ө1, Ө2 - Nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2; 0C
Phương trình cân bàng nhiệt lượng ở mỗi nồi như sau;
Nồi 1:
Di1 + GđC0ts0 = W1.i1’ + (Gđ -W1)C1ts1 + DCn1Ө1 + Qm1 (1)
Nồi 2:
W1i2+(Gđ –W1)C1ts1 = W2i2’+(Gđ – W1-W2)C2ts2 +W1Cn2Ө2+Qm2 (2)
Với : W =W1 + W2
W2i2 + (Gđ-W1)C1(ts1-1) = Wi2 + (Gđ-W)c2ts2 - W1cn2W1(i2-Cn22)
W(i '2 C 2 .ts 2 ) Gd (C 2 ts 2 C1ts1 )
W1 =
0,95.(i 2 Cn 2 . 2 ) (i 2' C1ts1 )
Thay số vào ta có:
W1=
9545,4545(2618988,9 3419,6746.78,626) 15000(3419,6746.78,626 3693,68.116,26)
0,95(2701500 4238,93.112,1) (2618988,9 3693,68.116,26)
W1
= 4651,9185
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
(kg/h)
14
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
W2 = W -W1
Từ (1) và (2) ta có:
Khoa Công Nghệ Hoá
=9545,4545 – 4651,9185 = 4893,536 (kg/h)
W1(i1' C1t s1 ) Gd (C1t s1 C 0 t s 0 )
D =
0,95(i1 C n11 )
Thay số vào ta có:
D = 5772,923 (kg/h)
Tính sai số so với giả thiết ban đầu:
1 =
2 =
W gt W1
W gt
W gt W2
W gt
.100% =
.100% =
4772,73 4651,9185
4772,73
4772,73 4893,536
4772,73
.100% = 2,53 %
.100% = 2,53 %
Ta có: i < 5% nên ta chấp nhận giả thiết phân bố hơi thứ ban đầu
làW1:W2=1:1
3.7:Bề mặt truyền nhiệt:
3.7.1:Các thông số vật lý:
Tra bảng I.102 và I.104 –Tr96-T1 ta có đọ nhớt của nước là:
Ts1=116,26 0C thì µnc1=0,241.10-3 N.s/m
Ts2=78,626 0C thì µnc2=0,3627 .10-3 N.s/m
Tra bảng I.107-Tr100-T1 ta có :
Ts1= 116,26 0C thì µdd1=0,3852.10-3 Ns/m
Ts2= 78.626 0C thì µdd2=0,6112.10-3 Ns/m
3.7.2:Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch :
Hầu hết các chất lỏng đều có độ dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng ( trừ nước và
glyxêrin). Đối với chất lỏng, độ dẫn nhiệt có thể được tính theo công thức sau:
dd = Acp 3
M
(W/m.độ) công thức [1.4 -CQTTB- T3-T9]
Trong đó: A – là hệ phụ thuộc vào mức độ lien kết của chất lỏng; A=3.58.10-8;
Cp - Nhiệt dung riêng của chất lỏng, J/kg.độ
- Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3;
M - Phân tử lượng của chất lỏng;
Mi - nồng độ phần mol;
M = mi.Mdd +(1-mi)MH2O
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
15
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Nồi 1:
x1
11,733
M CaCl 2
111
N1 = x
= 11,733 88,267 0,0211 (%mol)
1
x
1
1
111
18
M CaCl 2 M H 2O
M1 = 111.0,0211 + (1- 0,0211).18 = 19,9623 (g)
Nồi 2:
x2
22
M CaCl 2
N2 =
= 2211178 =0,0437 (%mol)
x2
1 x2
M CaCl 2 M CaCl 2 111 18
M2 = 111.0,0437 + (1-0,0437).18 = 22,0641 (g)
(*) Khối lượng riêng của dung dịch mỗi nồi:
Bảng [I- 32] - STQTTB-T1-T38
ts1= 116,26oC và x1 = 11,733% khối lượng ρdd1 = 1045,267(kg/m3);
ts2 = 78,626oC và x2 = 22 % khối lượng ρdd2 = 1167,63 (kg/m3);
(*) Khối lượng riêng của nước ở mỗi nồi:
Bảng [I - 5] –STQTTB –T1- T11
ts1= 116,26oC ρn2 =946,239 (kg/m3);
ts2 = 78,626oC ρn2 = 972,671(kg/m3);
(*) Nhiệt dung riêng của nước ở mỗi nồi:
Tra bảng [I-148] –STQTTB –T1- T116
ts1= 116,26oC Cn1 = 4243,6488 (J/kg.độ)
ts2 = 78,626oC Cn2 = 4193,9 (J/kg.độ)
(*) Nhiệt dung riêng của dung dịch ở mỗi nồi:
Cd1= C1 =3693,68(J/kg.độ)
Cd2 = C2 = 3419,6746 (J/kg.độ)
(*) Hệ số dẫn nhiệt của nước và hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất
Tra bảng [I - 129] –STQTTB-T1-T133
ts1= 116,26oC n1 = 68,547.10 2 (W/m.độ)
ts2 = 78,626oC n 2 = 67,358.10 2 (W/m.độ)
Vậy ta có :
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
16
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Nồi 1:
1 = Acp 3
M
3,58.10-8.3693,68.1047,2 3
1047,2
19,9642
0,5184 (W /m.độ)
2 = Acp 3
M
3,58.10-8..3419,6746.1167,63.
3
1167,63
22,0641
=
=0,5367 (W /m.độ)
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
17
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
3.7.3:Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi
t1
t2
+) Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi:
Giả thiết rằng chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt là ∆t1i
Hệ số cấp nhiệt 1 được tính theo công thức:
1i 2,04. A.(
ri
) 0, 25
H . ti
,
W/m2.độ CT-1.64-CQTTBCNHH-T3-T40
Trong đó:
1i - Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ở nồi thứ i ,W/m2.độ;
∆t1i - Hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường ttiếp xúcvới hơi
ngưng của nồi i (oC)
Trong đó :ti1 = tng -tt1 vớt tng: Nhiệt độ nước ngưng chọn tng=th
tT1: Nhiệt độ bề mặt ống đốt
A- Hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng tm , (oC) với
t m=
t1 t T 1
2
ri - Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hoà,J/kg
H - chiều cao ống gia nhiệt;
Tra ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hoà theo nhiệt độ của hơi đốt ở bảng
I.251-STQTTB- T1 –T314
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
18
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
Khoa Công Nghệ Hoá
Nhiệt độ hơi đốt ,oC r,J/kg.10 3
151,86
2121,8
112,1
2228,5
Nồi
1
2
Giả thiết t1 =4,01 oC
t2 = 3,505oC, ta có:
Nồi
1
2
∆t, oC
4,01
3,505
tn ,oC
151,86
112,1
tT1 ,oC
147,85
108,595
tm ,oC
149,855
110,3475
Từ giá trị của tm ta tra A phụ thuộc vào tm (QT&TBCNHH-T3-T40)
bảng số liệu:
Nồi
tm ,oC
A
1
2
149,855
110,3475
195,478
183,565
Vậy ta có:
Nồi 1
r
11 = 2.04.A1 4 t 1 H =2,04. 195,478 4
11
2121,8.10 3
2.4,01
=9044 (W/m2.độ)
Nồi 2:
r
12 = 2.04.A2 4 t 2 H = 2,04.183,565. 4
12
2228,5.10 3
3,505.2
= 8891,882(W/m2.độ)
3.7.4:Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
q1i = 1i .∆t1i ,
W/m2;
Ta có :
Nồi 1:
q11 = 11. ∆t11
= 9044.4,01 = 36266,44 W/m2
Nồi 2:
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
19
Đồ án môn học
GVHD: Vũ Minh Khôi
q12 = 12 . ∆t12
Khoa Công Nghệ Hoá
= 8891,882.3,505 = 31166,046 W/m2
Bảng số liệu sau:
∆t, oC
4,01
3,505
Nồi
1
2
q,W/m2
36266,44
31166,046
3.7.5:Tính hệ số cấp nhiệt 2i từ bề mặt đốt đến chất lóng sôi.
Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt:
∑r = r1 + r2 +
,
(m2.độ/W) [CT V.3-STQTTBT2-T3]
Trong đó: r1, r2 :Nhiệt trở cặn bẩn 2 bên thành ống;
Tra bảng (V-1), STQTTBT2-T4, ta có:
r1 = 0,387.10 3 (m2.độ/W)
r2 = 0,232.10 3 (m2.độ/W)
Ống dẫn nhiệt làm bằng thép CT3 có chiều dày =2 (mm) nên :
= 50 (W/m.độ)
Vậy ∑r = ( 0,387 + 0,232 +
2
50
).10 3 = 0,659.10 3 (m2.độ/W)
Từ đó:
Nồi1:
Nôi 2:
tT1 = q11 .∑r = 36266,44 . 0,659.10 3 = 23,9 oC
tT2 = q12 .∑r = 31166,046. 0,659.10 3 = 20,538 oC
Vậy:
∆t21 = ∆T1 - tT1 - ∆t1 = 35,6-23,9 -4,01 = 7,69oC
∆t22 = ∆T2 - tT2 - ∆t2 = 33,474 – 20,538 – 3,505 = 9,431oC
3.7.6:Tính hệ số cấp nhiệt 2i :
Hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi, khi dung dịch tuần hoàn trung tâm dùng
công thức 2 sau:
2 I 45,8.PI
0.5
.t 2i
2 , 33
. i
Trong đó:
P:Áp suất hơi thứ
P1= 1,63 at
P2 = 0,2922 at
Hệ số hiệu chỉnh ở các nồi :
: hệ số hiệu chỉnh ,xác định theo công thức(VI.27/ST2 – T71)
SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2
20
Đồ án môn học
- Xem thêm -
.DOC 
69 
1 
55 
