Thiết Bị Cô đặc Hai Nồi Xuôi Chiều ống Tuần Hoàn Trung Tâm - 123doc

Tải bản đầy đủ (.doc) (63 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ thuật
>>
3. Kiến trúc - Xây dựng

Thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (434.21 KB, 63 trang )

Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt NamKHOA CƠ KHÍ- CÔNG NGHỆ Độc lập –Tự do –Hạnh phúc_______________________  NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊHọ và tên sinh viên : Lớp : CNTP43Ngành học : công nghệ thực phẩm1. Tên đề tài: thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm.2. Số liệu ban đầu:-Năng suất: 24000 kg/h-Dung dịch cô đặc: NaNO3-Nồng độ nguyên liệu ban đầu: 3,5 %-Nồng độ sản phẩm: 17 %-Áp suất hơi đốt và áp suất hơi thiết bị:3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:- Đặc vấn đề- Tổng quan các phương pháp và công nghệ thực hiện- Tính cân bằng vật chất của quá trình- Tính cân bằng năng lượng- Tính thiết bị chính- Tính thiết bị phụ trợ- Kết luận- Tài liệu tham khảo4. Các bản vẽ:-Sơ đồ công nghệ: A1, A3-Bản vẽ chi tiết thiết bị (hay cụm thiết bị và mặt cắt): A15. Ngày giao nhiệm vụ: 6. Ngày hoàn thành:Huế, ngày… tháng… năm 2012Trưởng bộ môn CSCN Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thủy TiênKetnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệĐẶT VẤN ĐỀNgày nay ngành công nghệ sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệpquan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành công nghiệp khác . một trong những hóachất được sản xuất và sử dụng là NaNO3 vì khả năng sản xuất và ứng dụng củanó.Trong quá trình sản xuất NaNO3 ở quy mô công nghiệp thì quá trình côđặc là cục kỳ quan trọng. vì nhờ có quá trình này người ta sẽ đưa được nồng độcủa NaNO3 đến một nồng độ cao hơn, để đáp ứng được nhu cầu sử dụng đa dạngcủa nó, đồng thời nhờ đó để tiết kiệm được chi phí vận chuyển, vận chuyển vàtạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần.Nhiệm vụ cụ thể của đồ án mà em được giao là thiết kế hệ thống cô đăchai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằmcô đặc NaNO3 từ 3,5% lên 17%.Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm như chúng em thì việcthực hiện một đò án thiết bị như thế này là cực kỳ quan trọng. Nó vừa tạo cơ hộichi sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc kiến thức đã học về các quá trìnhthiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tínhtoán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹ thuật cụ thể.Tuy nhiên, đồ án thiết bị là các môn học rất khó và kiến thức thực tế củasinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót. Vìvậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo vàcác để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao. 2Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệPHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶCI. Giới thiệu về nguyên thiệu1. Tên gọi và công thức hóa học của Natri NitoratTên khoa học: sodium Nitrate.Tên thường gọi: Natri Nitorat, sô đa NitoCông thức hóa học: NaNO3NaNO3 la một chất rắn màu trắng tan trong nước. dạng khoáng có tên là nitratine, nitratite, sodaniter.Natri nitrat được dùng như một chất nguyên liệu trong phân bón, pháo hoa, bom khói, chất bảo quản.Ứng dụng:− Được dùng trong phạm vi rộng như là một loại phân bón và nguyên liệukhô cho quá trình sản xuất thuốc sung.− Kết hợp với sắc hidroxid tạo nhựa thông.− Sản xuất axid nitric.− Điều chế nước cường toan trong quá trình khai that vàng.− Chất Oxy hóa thay thế trong pháo hoa.− Là thành phần cấu tạo túi lạnh trong sản xuất thuốc nổ đen.− Kết hợp với KNO3 ứng dụng trong bảo quản nhiệt, chuyển đổi nhiệt trong tháp năng lượng mặt trời.− Dùng trong công nghiệp nước thải.2. Tính chất hóa lý của Natri Nitrat− Dạng tồn tại: tinh thể rắn hoặc hạt bột màu trắng.− Mùi: không mùi.− Vị: đắng, mặn.− Phân tử lượng: 84.99 g/mol.− Tnc = 3120 C.− Ts = 3800C.− Tỷ trọng: 2.265 g/cm3.− Độ hòa tan:• Tan trong nước, độ hòa tan tăng theo nhiệt độ: 3Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệỞ 250C: 92.1 g/100mlỞ 1000C: 180 g/100ml• Ít tan trong methanol (CH3OH): 1g/300 ml.• Rất ít tan trong acetone và glycerol.• Dễ tan trong amoni lỏng.− Độ ổn định:• Phản ứng mạnh với các chất dễ cháy, hữu cơ.• Phản ứng với các chất khử, axid.− Tính độc hại: (khi hít hoạc nuốt nhầm)• Gây nhiễm độc máu, làm mất khả năng vận chuyển Oxy của hồng cầu gây ra hiện tượng tím tái, hôn mê.• Có thể gây đột biến gen (ảnh hưởng tới các tế bào gốc).• Coa thể gây hại cho sức khỏe sinh sản.• Có thể là nguyên nhân gây ung thư.II. Tổng quan về quá trình cô đặc1. Sơ lược về lý thuyết cô đặc1.1. Định nghĩaCô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi,ở nhiệt độ sôi với mục đích:- Làm tăng nồng độ chất tan.- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể.- Thu dung môi ở dạng nguyên chất.Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suấtchân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặchay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó:Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bịphân hủy vì nhiệt.Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bịphân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ chocô đặc và cho các quá trình đun nóng khác.Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thảira ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế. 4Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ1.2. Cấu tạo thiết bị cô đặcTrong công nghệ hóa chất và thực phẩm các loại thiết bị cô đặc đun nóngbằng hơi được dùng phổ biến, loại này gồm 2 phần chính:a) Bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đó bố trí bề mặt truyềnnhiệt để đun sôi dung dịch.b) Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi) là một phòng trống, ở đây hơi thứđược tách khỏi hỗn hợp lỏng – hơi của dung dịch sôi (khác với các thiết bị chỉcó phòng đốt). Tùy theo mức độ cần thiết người ta có thể cấu tạo thêm bộ phậnphân ly hơi – lỏng ở trong phòng bốc hơi hoặc trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồicác hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo.Về phân loại có thể phân loại thiết bị theo 2 cách:- Theo sự phân bố bề mặt truyền nhiệt có loại nằm ngang, thẳng đứng,loại nghiêng.- Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt có loại vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ốngchùm.- Theo chất tải nhiệt có loại đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằnghơi nước, bằng chất tải nhiệt đặc biệt.- Theo tính tuần hoàn dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡngbức, 1.3. Lựa chọn thiết bịTheo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 2 nồi, làm việc liên tục,có ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên. Thiết bị cô đặc dạng có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chửa, làm sạch. Đồngthời, có thể tận dụng triệt để nguồn hơi.Quá trình cô đặc được tiến hành ở áp suất chân không nhằm làm giảmnhiệt độ sôi của dung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế những biếnđổi của chất tan.Tuy nhiên, tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp, vận tốc tuầnhoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.2. Thuyết minh quy trình công nghệ* Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của nồi cô đặc.Nồi cô đặc xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm cấu tạo gồm buồng bốc,buồng đốt và bộ phận thu hồi cấu tử .Trong đó: 5Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ- Buồng đốt ở dưới bao gồm các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàntrung tâm. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt ngoài ống. Nguyên tắc hoạt độngcủa ống tuần hoàn trung tâm là: do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn đườngkính ống truyền nhiệt nên hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch sẽ sôi ít hơn so vớidung dịch trong ống truyền nhiệt. Khi sôi dung dịch sẽ có khối lượng riêng giảmdo đó tạo ra áp lực đẩy dung dịch từ trong ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt.Kết quả, tạo nên dòng chuyển động tuần hoàn đối lưu tự nhiên giữa ống truyềnnhiệt và ống tuần hoàn.- Phía trên thiết bị là buồng bốc. Đây là một phòng trống, ở đây hơi thứđược tách ra khỏi hỗn hợp lỏng - hơi của dung dịch sôi. Bên trong buồng bốccòn có bộ phận thu hồi cấu tử để tách những giọt chất lỏng còn lại do hơi thứmang theo.* Thuyết minh quy trìnhHình 1 : Sơ đồ cô đặc 2 nồi xuôi chiều:1. Thùng chứa dung dịch,2. Bơm,3. Thùng cao vị,4. Thiết bị gia nhiệt,5. Dung dịch vào,6. Hơi đốt vào,7. Buồng bốc,8. Buồng đốt,9. Sản phẩm ra,10.Nước ngưng ra11.Hơi thứ ra,12.Thiết bị ngưng tụ,13.Bình tách lỏng,14.Tấm ngăn,15.Ống Baromet,16.Bể chứa nước ngưng tụ,17.Thùng chứa sản phẩm. 6Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệNguyên liệu đầu tiên là dung dịch natri hydroxit có nồng độ đầu 3,5%được bơm lên thùng cao vị 3 và nhờ sự ổn định dòng chảy theo phương trìnhliên tục mà nguyên liệu được đưa từ từ vào thiết bị gia nhiệt 4 mà không cầnbơm vẫn đảm bảo tốc độ không đổi và nhờ thiết bị này gia nhiệt đưa dung dịchđến nhiệt độ sôi. Thiết bị gia nhiệt 4 là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm cóthân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ; các đầu ống được giữchặt trên vĩ ống và vĩ ống được hàn dính vào thân. Dung dịch được bơm vàothiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên còn hơi đốt đi bên ngoài ống. Hơi đốt saukhi cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi sẽngưng tụ lại. Dung dịch sau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào thiết bị cô đặc thựchiện quá trình bốc hơi.Dung dịch được cô đặc ở nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2. Hơi đốt đượcđưa vào phòng đốt của nồi 1 để đốt nóng dung dịch trong nồi 1. Sau khi cô đặclượng hơi thứ thoát ra ở nồi 1 sẽ dùng làm hơi đốt cho nồi 2, hơi thứ của nồi 2sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ 12. Dung dịch sau khi cô đặc đến nồng độ yêu cầu17% sẽ tháo ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ lực trọng trường.Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra phía trên của thiết bị cô đặc đượcđưa vào thiết bị ngưng tụ baromet và được bơm chân không hút ra ngoài. Khíkhông ngưng còn lại tiếp tục đi qua thiết bị tách bọt 13.Trong quá trình cô đặc lượng hơi đốt sẽ cấp nhiệt cho dung dịch nênngưng tụ lại và được thu hồi ở cửa nước ngưng tụ 10. 7Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệPHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆI. Tính cân bằng vật liệu1. Chuyển đơn vị năng suất từ (tấn/h) sang (kg/h)Năng suất: GD = 24 tấn/h =24000 kg/hNồng độ nguyên liệu ban đầu: XD = 3,5 %Nồng độ cuối của sản phẩm : XC = 17 %Áp dụng phương trình cân bằng vật chất : GD . XD = GC . XCSuy ra: GC= = =4941 kg/h2. Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W)Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:GD= GC +W (1)Trong đó:GD, GC: lưu lượng đi vào, đi ra khỏi thiết bị kg/hW: lượng hơi thứ của toàn hệ thống kg/hViết cho cấu tử phân bố:GD.XD= GC.XC + W.XWTrong đó: XD, XC: nồng độ đầu, cuối của dung dịch (% khối lượng).Xem lượng hơi thứ không mất mát, ta có:GD.XD= GC.XC (2)Vậy lượng hơi thứ bốc ra toàn hệ thống được xác định:)1(CDDxxGW−=Theo giả thiết ta có: GD = 24 tấn/h = 24000 kg/hXD = 3,5 %XC = 17 %Thay vào ta có: 19059)175,31.(24000=−=W kg/h. 8Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ3. Xác định nồng độ cuối của dung dịch ở từng nồi Ta có: W= W1+ W2Với W1, W2 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2 kg/h .Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp. 3,11,121÷≥WWGiả sử chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và 2 là : 1,121=WWKhi đó ta có hệ phương trình:1,121=WWW1 + W2 = WGiải hệ trên có kết quả :W1 = 9983,3 kg/hW2 = 9075,7 kg/hNồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1:XC1=63,9983240005,3.24000.1=−=−WGxGDDD%Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2 :XC2=177,90753,9983240005,3.24000.21=−−=−−WWGxGDDD%II. Cân bằng nhiệt lượng1. Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồiGọi P1, P2, Pnt là áp suất ở nồi 1, 2, và thiết bị ngưng tụ.∆P1: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2.∆P2: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ.∆Pt: hiệu số áp suất của cả hệ thống.Giả sử chọn:Áp suất của hơi đốt vào nồi 1 là P1=3,2 at.Áp suất hơi của thiết bị ngưng tụ là Pnt= 0,3 at. 9Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệKhi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là :∆Pt =P1 – Pnt = 3,2 – 0,3 = 2,9 atChọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là: 8,121=∆∆PPKết hợp với phương trình: ∆P1 + ∆P2 = ∆Pt = 2,9 at Suy ra: ∆P1 = 1,86 at∆P2 = 1,04 atGọi: tht1, thd2, tnt là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ.tht1, tht2 là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2.tht1= thd2+ 1tht2= tnt+ 1Ta có: ∆P1 =P1-P2 => P2 = P1- ∆P1 => P2 = 3.2- 1.86 = 1.34 at.Tra bảng : I. 250, STQTTB, T1/ Trang 312.I. 251, STQTTB, T1/ Trang 314.Bảng 1: Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) của các dòng hơiLoạiNồi 1 Nồi 2 Tháp ngưng tụÁp suấtP1(at)Nhiệt đột(0C)Áp suấtP2(at)Nhiệt đột(0C)Áp suấtPnt(at)Nhiệt độtnt(0C)Hơi đốt 3,2 135,5 1,34 107,410,3 68,7Hơi thứ 1,39 108,41 0,31 69,72. Xác định tổn thất nhiệt độ2.1. Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra ( ∆ ’)Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất. Hiệu số nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra.Ta có: ∆’= osdmncosđtt− (ở cùng áp suất).Áp dụng công thức của Tiaxenko:rTso2,,.2,16.∆=∆Trong đó ∆’0 : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường gây ra.Ts : là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất (0K). 10Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệr: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất làm việc (J/kg).Bảng 2: Tra bảng VI.2, STQTTB, T2/Trang 63Nồi 1 Nồi 2Nồng độ dung dịch (% khối lượng) 6 17∆’0 (0C)0,67 2,15Bảng 3: Tra bảng I.251, STQTTB, T1/Trang 314Nồi 1 Nồi 2Áp suất hơi thứ (at) 1,39 0,31Nhiệt hóa hơi r (J/kg) 2237,6.1032334,4.103Nồi 1: ( )121,,1273.2,16.rthto+∆=∆=( )3210.6,223727341,108.2,16.67,0+= 0,706 0CNồi 2: ( )32,210.4,23342737,69.2,16.15,2+=∆= 1,7520CVậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn hệ thống:Σ∆’ = ∆’1 +∆’2 = 0,674 + 1,753 = 2,458 0C2.2. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ( ∆ ’’ )Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh ∆’’ (tổnthất nhiệt độ do âp suất thủy tĩnh tăng cao): Âp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:ghhPPddstb⋅+∆+=ρ)2(0 , N/m2; Trong đó P0 – áp suất hơi thứ trín mặt thoáng dung dịch, N/m2;∆h - chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặtthoáng của dung dịch, m;h - chiều cao ống truyền nhiệt, m;ddsρ - khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3;g – gia tốc trọng trường, m/s2.Với:ddsρ= Vậy ta có: ∆’’ = ttb – t0 , độ; 11Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệỞ đây ttb - nhiệt độ sôi dung dịch ứng với âp suất Ptb, 0C; t0 - nhiệt độ sôi củadung môi ứng với áp suất P0, 0C.t0 nhiệt độ sôi của dung môi ứng với áp suất P0, 0C tra được ở bảngI.22,STQTTB1/46Bảng 4:Nồi i x% p0(at) T0(0C) ρddρddsPtb1 6 1,39 108,41 989,4 494,7 1,5132 17 0,31 69,7 1097,3 548,65 0,447Hơi đốt 3,2 135,5Để tính Ptb, chọn:Áp suất thủy tĩnh của từng nồi: Nồi 1:24,989=ddsρ= 494,7++=+∆+=44010.81,981,9.7,494245,039,110.81,9.2ghhPPddstbρ = 1,513 atNồi 2: = 23,1097 = 548,65++=+∆+=44010.81,981,9.65,548245,031,010.81,9.2ghhPPddstbρ = 0,447 atĐể tính nhiệt độ sôi của NaNO3 ứng với Ptb ta dùng công thức BaBo: t =KVới : P áp suất hơi bảo hòa của dung môi trên bề mặt dung dịch.Ps áp suất hơi của dung môi nguyên chất ớ áp suất thường.Tra STQTTB1 bảng I.204/236& bảng I.249/311Nồng độ dung dịch bằng 6% nhiệt độ sôi ts= 100,50C cũng ở nhiệt độ đó áp suất hơi bảo hòa của nước là: 1,0515.Nồi 1: SPP =0515,11=> Ps = 1,0515 P 12h= 0,5h=4mKetnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ• P= Ptb => Ps1 = 1,0513 x 1,513 = 1,59 at T0tb1= 112,280C (tra STQTTB bảng I.251/314)• P=P0 => P0s1 = 1,0515 x 1,39 = 1,46 at T0s1 = 1100C ( tra STQTTB bảng I.251/314)”1 = t0tb1 – t0s1 = 112,28 – 110 = 2,28 0CTra STQTTB1 bảng I.204/236 & bảng I.249/311Nồng độ dung dịch là 17% thì nhiệt độ sôi t0s = 102,220C, tại đó áp suất hơi bão hòa của nước là: 1,12 atNồi 2: :SPP = 12,11 => Ps = 1,12 P• P=Ptb2 = > Ps2 = 1,12 x 0,447 = 0,5 at T0tb2 = 80,6 0C (tra STQTTB bảng I.251/314)• P= P0 => P0S2 =1,12 x 0,31 = 0,3472 at T0s2 = 72,80C (tra STQTTB bảng I.251/314)”2 = t0tb2 – t0s2 = 80,6 – 72,8 = 7,80CTổn thất do áp suất thủy tĩnh:” = ”1 + ”2 = 2,28 + 7,8 =10,080C2.3. Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống ( ∆ ”’) 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:∆”’1=1,0 0C∆”’2 =1,0 0C,,,2,,,1,,,∆+∆=∆∑= 1+1= 2 0C2.4. Tổn thất chung trong toàn hệ thống cô đặcΣ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’= 2,458 + 10,08 + 2= 14,538 0C.2.5. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồiHiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi:Nồi 1:ti1 = T1 – (T2 +∑1) = 135,5 – (107,41+0,706+2,28+1)= 24,1040CNồi 2:ti2= t1 –(tng+ ∑2) =107,41-(68,7+1,753+7,8+1)= 28,1480C 13Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệNhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi:Nồi 1: ti1 =t1-ts1 => ts1= t1- ti1 =135,5-24,136= 111,3960CNồi 2: ti2 =t2-ts2 => ts2= t2- ti2 = 107,41- 28,157 = 79,2520CCho toàn hệ thống: h1 = 135,5-69,7-14,538= 51,2620C3. Cân bằng nhiệt lượng3.1. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi- Nhiệt dung của dung dịch ban đầu:Vì XD= 3,5% <20% nên ta áp dụng công thức:CD= 4186 (1- XD) = 4186 (1- 0,035) = 4039,49 J/kg.độ- Nhiệt dung của dung dịch ra khỏi nồi 1:Vì XC1= 6 % <20% nên ta có:CC1= 4186.(1- XC1) = 4186.(1- 0,06) = 3934,84 J/kg.độ- Nhiệt dung của dung dịch ra khỏi nồi 2:Vì XC2= 17 % <20% nên ta có:CC2= 4186.(1- XC2) = 4186.(1- 0,17) = 3474,38 J/kg.độ3.2. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL)Lập bảng nhiệt lượng riêng của hơi đốt, hơi thứ và nước ngưng tụ, nhiệtđộ sôi của dung dịchBảng 5 : Tra bảng I248 và I249,STQTTB,T1/Trang 310 và 312NồiHơi đốt Hơi thứ Dung dịchT(0C) I.103(K/kg) Cn(J/kg.độ) T(0c) i.103(K/kg)C(J/kg.độ)ts(0C)1 135,5 2605,35 4277,55 108,41 2664,657 3934,84111111,3642 107,41 2666,957 4229,633 69,7 2746,51 3474,38 79,253 14Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệSơ đồ cân bằng nhiệt của quá trình cô đặcd.Cd.tdTrong đó D : lượng hơi đốt (kg/h) I, i : nhiệt hàm hơi đốt và hơi thứ (J/Kg) tđ , tc : nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch (oC) t1, t2 : nhiệt độ của nước ngưng nồi 1,2 lấy bằng nhiệt độ hơi đốt (oC) Qxq : nhiệt tổn thất ra môi trường ngoài Cn : nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ( J/kgđộ) Cđ, Cc: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu cuối (J/kg độ)Phương trình cân bằng nhiệt lượng :∑nhiệt vào = ∑nhiệt ra - Nhiệt vào bao gồm Nồi 1: + Nhiệt do hơi đốt mang vào D1I1 + Nhiệt do dung dịch đầu mang vào Gđ.tđ.Cđ (Cđ=Co)Nồi 2: + Nhiệt do lượng hơi thứ mang vào D2I2 = W1i1 + Nhiệt do dung dịch nồi 1 mang vào (Gđ-W1)C1ts1- Nhiệt ra bao gồm Nồi 1: + do hơi thứ mang ra W1i1 + do dung dịch mang ra (Gđ-W1)C1ts1 + do hơi nước ngưng tụ D1Cn1t1 + do tổn thất chung Qxq1Nồi 2 : + do hơi thứ mang ra W2i2 + do lượng dung dịch mang ra (Gđ-W)C2ts2 + do nước ngưng tụ mang ra : D2Cn2t 2= W1Cn2t2 + do tổn thất chung Qxq2 15Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệPhương trình cân bằng nhiệt lượng: Nồi 1: D1I1+ Gđ.tđ.Cđ = W1.i1+ (Gđ-W1) C1ts1+D1.C1.t 1+Qxq1Nồi 2: D2.I2 + (Gđ-W1) C1ts1 = W2.i2 + ( Gđ-W) C2.ts2 + D2Cn2.t 2+ Qxq2Với W1 = D2; W= W1+W2 Qxp1 = 0.05.D.(i – Cn1. θ1) Qxp2 = 0.05.W1.(i1 – Cn2. θ2)Từ các phương trình trên ta có: Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1 là: →W1=122111122222 95,0.C -I.95.0) ().(θnSSSđSCittCtCGtCiW−+−+− →W1=5.135.633,4229.95,02746510364,111.84,39342605350.95,0)364,111.84,3934253.79.38,3474.(24000)253,79.38,34742746510.(19059−+−−+−=10188,76 W1= 10188,76 (kg/h) W2= W−W1=19059-10188,76 = 8870,24 (kg/h)3.3. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồiSai số là: η1 = 76,10188286,998376,10188−*100% = 2,016% < 5%η2 = 24,8870714,907524,8870−*100% = 2,316% < 5%Vậy giả thiết phân phối hơi ban đầu(W1/W2=1,1) đã phù hợp.Nên lượng hơi đốt tiêu tốn chung là: D= ).(95.0 ).(.1111111θnđđđđCItCGtCWGiW−−−+ D= ( )5,135.55,4277266465795,05,135.49,4039.24000634,111.84,3934).76,1018824000(2664657.76,10188−−−+ D= 10137,276 (kg/h). ⇒ x1= Gđ1W−ddGx=24000.10188,76-240005,3= 6 (%). x2= Gđ)WW(21+−ddGx=24000) 8873,5(10188,76-240005,3+= 17 (%) 16Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệIII. Tính bề mặt truyền nhiệt1. Độ nhớtTa sử dụng công thức Pavolov: constKtt==−−2121θθVới t1, t2 là nhiệt độ chất lỏng có độ nhớt μ1, μ2.21,θθlà nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt tương ứng.Nên: 2222θθθθ+−=→=−−KttKttssssNồi 1: Nồng độ dung dịch x1= 6 %Chọn chất chuẩn là H20Tra bảng của nước phụ thuộc nhiệt độ.I.102, STQTTB T1/ Trang 94I.101, STQTTB T1/ Trang 91)(93,44)/.(10.598,0)(5012311CmsNCtoo=→=→=→−θµ)(73,38)/.(10.672,0)(4022322CmsNCtoo=→=→=→−θµ61,173,3893,444050=−−=→KTừ đó ta có: )(075,8373,3861,140364,111221Ckttoss=+−=+−=θθ ⇒ µs1 = 0,332.10-3 (N.s/m2) Nồi 2: Nồng độ dung dịch x2= 17%Chọn chất chuẩn là H20Tra bảng :I.101, STQTTB T1/ Trang 91 và sử dụng phương pháp ngoại suy.I.102, STQTTB T1/ Trang 94.)(27,45)/.(10.596,0)(6012311CmsNCtoo=→=→=→−θµ)(32,38)/.(10.69,0)(5022322CmsNCtoo=→=→=→−θµ44,132,3827,455060=−−=→KTừ đó ta có: )(63,5832,3844,150252,79222Ckttoss=+−=+−=θθ ⇒ µs2 = 0,609.10-3 (N.s/m2) 17Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ2. Hệ số truyền nhiệt của dung dịchÁp dụng công thức I.32 ST QTTB T1/ Trang 1233 MCpAddρρλ= W/m.độVới: A:là hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nướcCp:nhiêt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg. độ)ρ:khối lượng riêng (kg/m3)M:là khối lượng mol của chất lỏngChọn A=3,58.10-8OHiddiMmMmM2).1(.−+=Mà OHididiiMxMxMxm2221−+=Nồi 1:Tra bảng I.59 STQTTB1/46 :dung dich NaNO3 có 6% có ts1 =111,396 oC,có ρ1 =987,3 kg/m3 0133,01806,018506,08506,01=−+=m89,1818).0133,01(85.0133,01=−+=→M52,089,183,987.3,987.84,3934.10.58,3381==→−λ(W/m.độ)Nồi 2: Tra bảng I.59 STQTTB1/46 :dung dich NaNO3 có 17% có ts2 =79,252 noC,có ρ2 = 1083,5 kg/m3 0416,01817,018517,08517,02=−+=m7872,2018).0416,01(85.0416,02=−+=→M5034,07872,205,10835,1083.38,3474.10.58,3382==→−λ(W/m.độ) 18Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ3. Hệ số cấp nhiệt (α)3.1. Về phía hơi ngưng tụ (α1)Áp dụng công thức V.101, STQTTB, T2/ Trang 28411. 04,2tHrA∆=α W/m2.độVới r: ẩn nhiệt ngưng (J/kg)H: chiều cao ống truyền nhiệt (chọn H = 4m )432.µλρ=A : là hệ số phụ thuộc nhiệt độ nước ngưng tụ.tm = 0,5(tT1 +thd)11 Thdttt−=∆Nồi 1: Chọn ∆t1 = 2,71 oCtT1 = thđ1 - ∆t1 = 135,5 – 2,72 = 132,79 oCtm1 = 0,5.(tT1+ thd)= Co145,13425,13579,132=+→A1=192,2435Tra bảng I.250 STQTTB, T1 / Trang 312.→ r1,n1 = 2167,394.103 J/kg → 95,829271,2.4 02167,394.1.2435,192.04,2431,1==nαW/m2.độ→ q1,n1 = α1,n1.∆t1 = 8292,95.2,71= 22473,8945 W/m2Nồi 2: Chọn ∆t1 = 3,23 oCtT1 = thđ2- ∆t1= 107,41 – 3,23= 104,18 oC tm2= 795,105241,10718,104=+ oC → A2 = 181,61 Tra bảng I.250 STQTTB, T1 / Trang 312.→ r1,n2 = 2245,774.103 J/kg → 77,746423,3.4 02245,774.1.61,181.04,2432,1==nα W/m2.độ→ q1,n2 = α1,n2.∆t1 = 7564,77.3,23= 24434,2071 W/m2 19Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ3.2. Về phía dung dịch sôi ( α2) Ta có: nαϕα.2=Với: ϕ là hệ số hiệu chỉnh.nα là hệ số cấp nhiệt của nước.Mà theo CT VI.27, STQTTB, T2/Trang 71Ta có: 435,02565,02222 =dnndndndCCµµρρλλϕTheo CT V.91, STQTTB, T2/Trang 265,033,22 145,0 ptn∆=α W/m2.độTrong đó : P là áp suất hơi thứTa có: ∑ r = r1 + r2 + r3Chọn theo bảng V.I, STQTTB, T2/ Trang 4. 31rrr++=∑λδTrong đó r1: nhiệt trở của lớp hơi nướcγδ=2r: nhiệt trở của tườngλ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhệtδ: bề dày ống truyền nhiệt (δ=2 mm)r3 : nhiệt trở của lớp cặn bẩnChọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 λ = 50 W/m độ (Tra bảngXII.7,STQTTB, T2/ Trang 313) → ∑ r1 = 333310.659,010.387,010.50210.232,0−−−−=++m2độ/WNồi 1: Tại ts1= t2= 111,396 oC.Ta có : ∆t = q1.∑ r1= 22535,92.0,659.10-3= 14,81 oC→ tT2= tT1- ∆t = 132,79 – 14,81 = 117,98 oCHệ số cấp nhiệt của nước :∆t2= tT2- t2= 117,98 – 111,396 = 6,584 oCÁp suất hơi thứ tại nồi 1 :Pht1= 1,39.98100= 1,36.105 N/m2 20Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệVậy =1,nnα0,145.6.584 2,33.(1,36.105)0,5= 4317,36 W/m2 độ Tra bảng I.249, STQTTB, T1/Trang 311Cn1= 4235,3 J/kg.độ µn1= 2,56.10-4 N.s/m2λn1= 0,684 W/m2.độρn1 = 949,9 kg/m3435,0332565,0110.332,010.256,0.3,423584,39349,9493,987.684,052,0=−−nϕ= 0,766==1,11,2.nnnαϕα0,8.4317,36 = 3307,1 W/m2 độ → q2,n1 = α2,n1.∆t2,n1 = 6,584.3307,1 = 21773,9464 W/m2Nên ta có: %2.3%100.9464,217738945,224739464,217731=−=η< 5% nên đạtVậy nhiệt tải trung bình:92,2212328945,224739464,2177321,21,11=+=+=nnqqQW/m2Nồi 2: Tại ts2= t2= 79,252 oC.Ta có : ∆t = q1,n2.∑ r1= 24434,2071 .0,659.10-3= 16,1 oC→ tT2= tT1- ∆t = 104,18- 16,1 = 88,08 oCHệ số cấp nhiệt của nước :∆t2= tT2- t2= 88,08 – 79,253 = 8,827 oCÁp suất hơi thứ tại nồi 1 :Pht2= 0,31.98100= 0,304.105 N/m2Vậy =2,nnα0,145.8,827 2,33.(0,304.105 )0,5= 4041,56 W/m2 độ Tra bảng I.249, STQTTB, T1/Trang 311Cn2= 4194,4024 J/kg.độ µn2= 3,58.10-4 N.s/m2λn2= 0,6744 W/m2.độρn2 = 972,25 kg/m3435,0332565,0210.609,010.358,0.4024,419438,347425,9725,1083.674,05034,0=−−nϕ= 0,68==2,22,2.nnnnαϕα0,68.4041,56= 2748,2608 W/m2 độ 21Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ→ q2,n2 = α2,n2.∆t2 = 8,827 . 2748,2608 = 24258,8981 W/m2Nên ta có: %717,0%100.2071,244342071,244348981,242581=−=η< 5% nên đạtVậy nhiệt tải trung bình: 5526,2434622071,244348981,2425822,22,12=−=+=nnqqQW/m23.3. Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồiXem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi như nhau: F1= F2 nên nhiệt độ hữu ích phân bố trong các nồi là: hiniiihitKQkt∆∑∑=∆==.)(21Trong đó: hit∆ là nhiệt độ hữu ích trong các nồi (oC )Qi: lượng nhiệt cung cấp (J/s )Ki: hệ số truyền nhiệtTa có: 3600.iiirDQ=Trong đó:Di là lượng hơi đốt mỗi nồiri: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi21111αα+∑+=rKiNồi 1:Ta có: ẩn nhiệt ngưng tụ ứng với nhiệt độ 135,5 0 C là r = 2167408861,610322536002167408.276,101373600.111===rDQ J245,92492,3431110.659,095,82921131=++=−K47,6603924861,610322511==KQNồi 2: 22Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệTa có: ẩn nhiệt ngưng tụ ứng với nhiệt độ 107,41 0 C là r =2245774528,635601436002245774.5,101853600.222===rDQ757,8652608,2748110.659,077,75641132=++=−K57,7341757,865855,635398022==KQNên: 04,1394522,733943,6529221121=+=+=∑==KQKQKQiiniVậy: )(274,2404,1394547,6603.262,511Ctohi==∆)(988,2604,1394557,7341.262,512Ctohi==∆Tính sai số: %7.0%100.274,24274,24104,241=−=η%3,4%100.988,26988,26148,282=−=ηTính bề mặt truyền nhiệt F:)(.2,mtKQFihiii∆=Nồi 1: )(272274,24.245,924861,610322521mF==Nồi 2: )(272988,26.757,865528,635601422mF==Theo quy chuẩn bảng VI.6, STQTTB, T2/ Trang 80Chọn bề mặt truyền nhiệt F= 315 m2 23Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệBảng 6: Tóm tắt:Nồi 1 Nồi 2q1 (W/m2) 22473,8945 24434,2071q2 (W/m2) 21773,9464 24258,8981Sai số 3,2 0,717q (W/m2) 22123,92 24346,5526Di (kg/h) 10137,276 10185.5ri (J/kg) 2167408 2245774Qi (J/s) 6103225,861 6356014,528Ki924,245 865,757Qi/Ki6603,47 7341,57∆thi(i) dự đoán 24,104 28,148∆thi(i) tính toán 24,274 26,988Sai số (%) 0,7 4,3 24Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệPHẦN 3: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNHI. Buồng đốt1. Tính số ống truyền nhiệtChọn đường kính ngoài của ống truyền nhiệt là dn=0,057m,Suy ra dt = 0,057-2.0,0025 = 0,052m.Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là 5 m48214,3.4.052,0315 ===πhdFnt ốngTheo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt V.11, STQTTB T2/Trang 48Chọn n= 517 ống.Chọn cách xếp ống theo hình lục giác đềuSố ống trên đường truyền xuyên tâm là 25Số ống trong tất cả các viên phân là 482. Đường ống tuần hoàn trung tâmπtthfD.4=Chọn ft = 0,3.FD =0,3 4 2ndπ =0,34439.052,0.14,32= 0,32 m2.Vậy : πtthfD.4= = 14,332,0.4= 0,648 mChọn Dth= 700 mm3. Đường kính thiết bị buồng đốtĐối với thiết bị cô đặc tuần hoàn 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=ldFddnnth. 60sin 4,0).2(022ψββ++mTrong đó :β=ndt= 1,2 : Hệ số, thường β = 1,2 –1,5 t =1,3.dn: Bước ống , m (thường t = 1,2 – 1,5dn)dn =0,057 : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt mψ= 0,8 : Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψ = 0,7 – 0,9 l =5 m : Chiều dài của ống truyền nhiệt mdth = 0,6 m : Đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm 25

Tài liệu liên quan

• Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH
  • 64
  • 3
  • 8
• Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NaOH
  • 51
  • 1
  • 4
• Tài liệu Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NaOH ppt
  • 51
  • 1
  • 3
• Thiết kế hệ thống cô đặc KNO3 hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc dung dịch KNO3 từ 3% lên 10%
  • 67
  • 3
  • 8
• Thiết kế hệ thống cô đặc NaOH hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc dung dịch NaOH từ 5% lên 35%
  • 61
  • 1
  • 3
• Thiết kế thiết bị cô đặc ba nồi xuôi chiều, buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm 28 tấn giờ
  • 74
  • 1
  • 5
• Thiết kế hệ thống cô đặc NaOH hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc dung dịch NaOH từ 5% lên 35%
  • 63
  • 736
  • 4
• Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH
  • 54
  • 545
  • 1
• ĐỒ án CÔNG NGHỆ THIẾT bị cô đặc 3 nồi XUÔI CHIỀU làm VIỆC LIÊN tục
  • 58
  • 1
  • 9
• đồ án quá trình thiết bị thiết kế thiết bị cô đặc ba nồi xuôi chiều dung dịch nước mía
  • 68
  • 977
  • 1

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.53 MB - 63 trang) - Thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm Tải bản đầy đủ ngay ×