Xemtailieu Tải về Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều buồng đốt ngoài
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh MỤC LỤC Ket-noi.com CHƯƠNG 1 ................................................................................................................ 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN. .................................................................................... 1 1.1. Tổng quan về sản phẩm: ................................................................................. 1 1.1.1.Các tính chất vật lý cơ bản của NaOH.................................................................... 1 1.1.2.Điều chế và ứng dụng của NaOH ........................................................................... 1 1.2. Khái niệm chung về cô đặc: ............................................................................ 2 1.2.1. Định nghĩa ............................................................................................................ 2 1.2.2. Các phương pháp cô đặc ....................................................................................... 2 1.2.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt ............................................................................ 2 1.3. Phân loại và ứng dụng. .................................................................................... 2 1.3.1. Theo cấu tạo. ....................................................................................................... 2 1.3.2. Theo phương pháp thực hiện quá trình. ............................................................ 3 1.4. Cô đặc nhiều nồi. ............................................................................................. 3 1.4.1. Định nghĩa. ........................................................................................................... 3 1.4.2. Nhận xét quá trình ................................................................................................ 3 1.5. Lựa chọn phương án thiết kế. ......................................................................... 4 1.6. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ. ................................. 4 1.6.1. Bơm. .................................................................................................................... 4 1.6.2. Thiết bị cô đặc. ..................................................................................................... 4 1.6.3. Thiết bị gia nhiệt. .................................................................................................. 5 1.6.4. Thiết bị ngưng tụ. ................................................................................................. 5 1.6.5. Thiết bị tách lỏng. ................................................................................................. 5 1.6.6. Các thiết bị phụ trợ khác ....................................................................................... 5 1.7.Thuyết minh sơ đồ công nghệ: ......................................................................... 5 CHƯƠNG 2 ................................................................................................................ 7 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH ..................................................... 7 2.1. Cân bằng vật liệu: ........................................................................................... 7 2.1.1. Lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống: ............................................................... 7 2.1.2. Sự phân bố hơi thứ trong các nồi : ........................................................................ 7 2.1.3. Nồng độ dung dịch ở từng nồi:.............................................................................. 8 2.2. Cân bằng năng lượng ...................................................................................... 8 2.2.1. Phân bố áp suất làm việc trong các nồi:................................................................. 8 2.3. Tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi: ......................................................................... 10 2.3.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (Δ'):........................................................................ 10 2.3.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’): ........................................................ 11 2.3.3 Tổn thất do trở lực của đường ống,(Δ”’): ............................................................. 12 2.3.4 Tổn thất do toàn bộ hệ thống: .............................................................................. 12 2.3.5. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi: ................ 12 2.4 Tính cân bằng năng lượng: ............................................................................ 13 2.4.1 Tính nhiệt lượng riêng: ..................................................................................... 13 i Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh 2.4.2 Tính nhiệt dung riêng C, J/kg.độ: ..................................................................... 13 2.5. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết: .. 14 2.6. Tính bề mặt truyền nhiệt : ............................................................................ 16 2.6.1. Độ nhớt: ............................................................................................................ 16 2.6.2 Hệ dẫn nhiệt của dung dịch: ................................................................................. 18 2.6.3 Hệ số cấp nhiệt: ................................................................................................... 19 2.6.4. Hệ số cấp nhiệt( , từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi. ....................................... 21 2.6.5. Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi: ........................................................ 25 2.6.6 Tính toán bề mặt truyền nhiệt: ......................................................................... 26 CHƯƠNG 3 .............................................................................................................. 27 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CƠ KHÍ ........................................................................... 27 3.1.Buồng đốt. ....................................................................................................... 27 3.1.1.Xác định số ống trong buồng đốt ......................................................................... 27 3.1.2.Xác định đường kính trong của buồng đốt............................................................ 27 3.1.3Xác định chiều dày buồng đốt. .............................................................................. 28 3.1.4.Tính chiều dày đáy nồi phòng đốt. ....................................................................... 30 3.2.Buồng bốc hơi. ................................................................................................ 32 3.2.1.Thể tích phòng bốc hơi. ....................................................................................... 32 3.2.2.Chiều cao phòng bốc hơi và đường kính trong của phòng bốc. ............................. 32 3.2.3.Chiều dày phòng bốc hơi: .................................................................................... 33 3.2.4.Chiều dày nắp buồng bốc. .................................................................................... 34 3.2.5.Chiều dày đáy buồng bốc. .................................................................................... 35 3.3.Tính toán một số chi tiết khác. ....................................................................... 36 3.3.1.Đường kính trong các ống dẫn ............................................................................. 36 3.3.2.Tính bề dày lớp cách nhiệt. .................................................................................. 40 3.3.3.Tai treo. ............................................................................................................... 42 3.3.4.Chọn kính quan sát .............................................................................................. 46 CHƯƠNG 4 .............................................................................................................. 47 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ................................................................................. 47 4.1.Thiết bị ngưng tụ Baromet ............................................................................. 47 4.1.1.Tính toán trong Baromet ............................................................................ 47 4.1.2.Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị :............................................................ 48 4.1.3.Đường kính thiết bị ngưng tụ: .............................................................................. 48 4.1.4.Kích thước tấm ngăn............................................................................................ 50 4.1.5.Chiều cao thiết bị ngưng tụ: ................................................................................. 50 4.1.6.Kích thước ống Baromet ...................................................................................... 51 4.2.Tính toán và chọn bơm: ................................................................................. 53 4.2.1.Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị Baromet: ................................................... 53 4.2.2.Bơm dung dịch vào thùng cao vị: ......................................................................... 56 Tài Liệu Tham Khảo ............................................................................................... 58 ii Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh DANH MỤC HÌNH ẢNH iii Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số hơi đốt và hơi thứ ....................................................................... 10 Bảng 2.2: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ..................................................................... 10 Bảng 2.3: Áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch ............................................ 12 Bảng 2.4: So sánh lượng hơi thứ thực tế và lí thuyết. ................................................. 16 Bảng 2.5. Thông số ẩn nhiệt hóa hơi. ......................................................................... 20 Bảng 2.6. Thông số để tính hệ số cấp nhiệt. ............................................................... 20 Bảng 2.7: Thông số của dung dịch: ............................................................................ 21 Bảng 2.8. Tính sai số nhiệt tải riêng. .......................................................................... 23 Bảng 2.9. Tính sai số nhiệt độ. ................................................................................... 25 Bảng 3.1. Thông số ống dẫn hơi đốt........................................................................... 40 Bảng 3.2. Thông số ống dẫn hơi thứ. ......................................................................... 41 Bảng 3.3. Thông số ống dẫn dung dịch. ..................................................................... 41 Bảng 4 1. Số liệu chính của thiết bị. ........................................................................... 49 iv Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh LỜI MỞ ĐẦU Công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu về hóa chất ngày càng tăng. Do đó ngành công nghiệp hóa chất cơ bản củng phát triển không ngừng, nhu cầu về sản phẩm ngày càng phong phú. Trên cơ sở đó, quy trình công nghệ luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn. Vấn đề đặt ra là việc sử dụng hiệu quả năng lượng cho quá trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo năng suất. Natri hidroxit còn có tên gọi khác là xút ăn da với công thức hóa học NaOH là một trong những hóa chất thông dụng. Với nhiều ứng dụng thực tiễn, hiện nay NaOH được sản xuất với số lượng ngày càng lớn. NaOH được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hóa chất, thuốc trừ sâu, y học, dệt nhuộm … Vậy làm thế nào để thu được NaOH có nồng độ cao và tinh khiết. Một trong những phương pháp được sử dụng hiệu quả để tăng nồng độ là phương pháp cô đặc. Đây cũng là đề tài mà nhóm chúng tôi thực hiện trong đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều dung dịch NaOH bằng thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài. Cấu trúc của đồ án có thể chia thành các phần như sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tính toán công nghệ, Chương 3: Ttính và chọn thiết bị chính. Chương 4 Tính và chọn thiết bị phụ. v Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN. 1.1. Tổng quan về sản phẩm: Natri hidroxit có tên danh pháp quốc tế là Sodium hydroxide(công thức hóa học NaOH). Natri hydroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnh khi hòa tan trong dung môi như nước.Có tính ăn da và ăn mòn cao vì vậy cần có biện pháp bảo quản và sử dụng hợp lí 1.1.1.Các tính chất vật lý cơ bản của NaOH Dạng tồn tại: tinh thể trắng dạng hạt, hoặc dạng bột màu trắng. Phân tử lượng: 39,9997 g/mol Tỷ trọng: 1,1 g/cm3 Điểm nóng chảy: 3180C Điểm sôi: 13880C Độ tan trong nước: 111 g/100ml( 100C) 1.1.2.Điều chế và ứng dụng của NaOH Điều chế Trước kia người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hidroxit tác dụng với dung dịch natri cacbornat loãng và nóng. Ca(OH)2 + Na2CO3 2NaOH + CaCO3. Ngày nay người ta thường dùng phương pháp điện phân dung dịch NaCl bão hòa. NaCl + H2O = 2NaOH + H2 + Cl2. Các ứng dụng của NaOH NaOH là một trong nguyên liệu hóa chất cơ bản của nền kinh tế quốc dân, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhẹ,công nghiệp hóa chất và luyện kim,ngành dệt nhuộm, y dược, thuốc trừ sâu,hóa hữu cơ tổng hợp … Nhóm 3 Trang 1 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh 1.2. Khái niệm chung về cô đặc: 1.2.1. Định nghĩa Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi ) bằng phương pháp nhiệt hay làm lạnh kết tinh. 1.2.2. Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng):dung môi chyển 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 làm 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 có khi dùng đến máy lạnh. Quá trình cô đặc được tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) người ta thường dùng thiết bị hở khi làm việc ở áp suất chân không thì thường dùng thiết bị kín. 1.2.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài.Vì vậy cần cung cấp đủ nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này Ngoài ra, sự bay hơi chủ yếu là do bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không khí và lắng keo khi đun sơ bộ sẽ ngăn chặn dược sự tạo bọt khi cô đặc. 1.3. Phân loại và ứng dụng. 1.3.1. Theo cấu tạo. Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên, dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Nhóm 3 Trang 2 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Thiết bị trong nhóm này được dung cho các dung dịch khá sệt, độ nhớt cao,giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt. Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, màng có thể chảy ngược lên hay xuôi xuống. Thiết bị này chỉ cho phép dung dịch chảy màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần tránh tiếp xúc với nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. 1.3.2. Theo phương pháp thực hiện quá trình. Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ áp suất không đổi.Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục, để năng suất cực đại, và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên nồng độ đạt chưa cao. Cô đặc áp suất chân không(thiết bị kín): dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 1000C, áp suất chân không, dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì nhiệt. Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều khiển tự động. 1.4. Cô đặc nhiều nồi. 1.4.1. Định nghĩa. Khi cô đặc một nồi thì tiêu hao hơi đốt quá lớn, không kinh tế. Mặt khác trong hơi đốt còn mang một lượng nhiệt khá lớn. Vì vậy sử dụng thiết bị cô đặc nhiều nồi tận dụng được hơi thứ làm hơi đốt, mang hiệu suất cao, chất lượng sản phẩm tốt. Trong công nghiệp hệ thống cô đặc nhiều nồi chia làm ba loại: Hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều. Hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều. Hệ thống cô đặc nhiều nồi song song 1.4.2. Nhận xét quá trình + Ưu điểm. Nhóm 3 Trang 3 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh - Để hệ thống làm việc được thì nhiệt độ và áp suất nồi trước phải lớn hơn nồi sau, vì vậy dung dịch từ nồi đầu tự chảy sang nồi sau mà không cần bơm. - Nhiệt độ sản phẩm thấp nên chất lượng tốt. - Hệ thống đơn giản chi phí đầu tư thấp. + Nhược điểm. Các nồi sau có nồng độ tăng dần, và nhiệt độ giảm nên sẽ làm độ nhớt tăng, hệ số truyền nhiệt giảm, không khai thác hết công suất thiết bị. 1.5. Lựa chọn phương án thiết kế. Sau khi tham khảo các thiết bị và hệ thống làm việc của từng loại. Chúng tôi đả quyết định chọn đề tài thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaOH ba nồi xuôi chiều có phòng đốt ngoài, bằng phương pháp nhiệt. Vì những ưu việt của chúng. - Quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt. - Nguyên tắc: + Nồi đầu dung dịch sẽ được nung nóng bằng hơi đốt. + Hơi thứ của nồi 1 sẽ làm hơi đốt cho nồi 3. + Hơi thứ nồi cuối sẽ đưa vào thiết bị ngưng tụ. - Dung dịch đi vào từ nồi đầu đến nồi cuối, qua mỗi nồi nồng độ tăng dần vì do một phần dung môi đã bay hơi. - Sử dụng buồng đốt ngoài nhằm giảm bớt chiều cao của tháp và hiệu suất tách bọt tốt do buồng đốt ở cách xa không gian hơi. 1.6. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ. 1.6.1. Bơm. Bơm được sử dụng trong quy trinh công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không. Bơm li tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng dòng, bánh guồng được gắn trên trục chuyển động. Ống hút và ống đẩy. Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dịch NaOH lên bồn cao vị. Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc. 1.6.2. Thiết bị cô đặc. Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ, Thiết bị gồm đáy, nắp,buồng đốt và buồng bốc. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt. Nhóm 3 Trang 4 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ. Ống tuần hoàn sử dụng để tuần hoàn lượng bọt sau khi được tách khỏi hơi thứ. 1.6.3. Thiết bị gia nhiệt. Thiết bị gia nhiệt được sử dụng là thiết bị gia nhiệt ống chùm, đặt thẳng đứng, bên trong gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ, được xếp theo hình tròn. Các ống này được giữ cố định nhờ các vĩ ống gắn với thân. 1.6.4. Thiết bị ngưng tụ. Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình là loại thiết bị ngưng tụ trực tiếp(Baromet). Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng thiết bị. Hơi sẽ trao đổi nhiệt với nước lạnh, ở áp suất thấp do bơm chân không tạo ra, sẽ ngưng tụ lại theo ống baromet chảy ra ngoài. 1.6.5. Thiết bị tách lỏng. Thiết bị tách lỏng được đặc sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không. 1.6.6. Các thiết bị phụ trợ khác - Bẫy hơi. - Thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ,các loại van. 1.7.Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Dung dịch từ thùng chứa (1) với nồng độ thấp ( NaOH= 10%) được bơm (2) đưa lên thùng cao vị (3) rồi đưa đến thiết bị gia nhiệt bằng hơi nước (4) sau khi qua lưu kế. Tại đây dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi, rồi đi vào nồi cô đặc 5,6,7. Tại đây dung dịch được đun sôi bằng thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài, có ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn. Dung dịch đi trong ống, hơi nước đi ngoài ống, nước ngưng được tháo ra ngoài.Dung môi bốc lên gọi là hơi thứ, hơi thứ trước khi ra khỏi phòng bốc, thì qua bộ phận tách bọt, nhằm hồi lưu lượng chất tan đi theo hơi. Hơi thứ nồi thứ nhất làm hơi đốt cho nồi thứ hai, tương tự với nồi thứ ba.Dung dịch từ nồi thứ 1 di chuyển sang nồi thứ 2 do sự chênh lệch áp suất, áp suất nồi sau nhỏ hơn áp suất nồi trước. Nhiệt độ nồi trước lớn hơn nhiệt độ nồi sau.Do đó dung dịch đi vào nồi thứ 2 có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ sôi.Vì vậy mà dung dịch được làm lạnh. Hơi thứ ra khỏi nồi ba được đưa và baromet ngưng tụ (8),Thiết bị baromat được chọn là thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô.Lúc này dòng hơi thứ được đi từ dưới lên, tiếp xúc trực tiếp với dòng Nhóm 3 Trang 5 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh lỏng được cấp vào từ trên xuống. Sau khi qua thiết bị ngưng tụ, dòng khí không ngưng sẽ qua thiết bị tách lỏng(9). Do áp suất bên trong thiết bị thấp hơn áp suất bên ngoài nên khí không ngưng không tự thoát ra ngoài vì vậy ở đây ta sử dụng bơm hút chân không (10) để hút khí ra ngoài để áp suất ổn định cả hệ thống. Dung dịch sau khi cô đặc được đưa vào bể chứa (15). Lượng nước ngưng được cho vào bể chứa (16) Nhóm 3 Trang 6 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 2.1. Cân bằng vật liệu: Các số liệu ban ban đầu: Dung dịch cô đặc: NaOH Năng suất dung dịch đầu: 30000 kg/h. Nồng độ đầu: 10% Nồng độ cuối: 50% Áp suất hơi nồi: 12at Áp suất tháp ngưng tụ chân không: 0.2at 2.1.1. Lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống: Gọi: Gđ, Gc : lượng dung dịch lúc đầu và cuối, kg/h xđ, xc : nồng độ đầu và cuối, % khối lượng W : lượng hơi thứ bốc hơi, kg/h Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống: Gđ = G c + W (1) Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử phân bố: Gđ.xđ = Gcxc + W xw (2) Ở đây ta coi quá trình cô đặc coi khối lượng chất tan không bị mất theo lượng hơi bốc ra nên ta có: Gđ xđ = Gc xc Từ (1) và (2) ta có : W = Gđ (1 – xd ) xc (VI.1/55-[2]) Theo số liệu đề tài ta có lượng hơi thứ bốc ra toàn hệ thống là : W = 30000 (1 – 10/50) = 24000 (kg/h) 2.1.2. Sự phân bố hơi thứ trong các nồi : Gọi W1, W2, W3 là lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2, nồi 3 kg/h. Chọn sự phân bố hơi thứ tương ứng theo tỷ lệ a1:a2:a3, 1: 1,1: 1,2 Từ cách chọn tỷ lệ này ta tính được lượng hơi thứ bốc ra từng nồi: Nhóm 3 Trang 7 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh Nồi 1: W1 W 24000 7272,73(kg / h) 1 1.1 1.2 3,3 Nồi 2: W2 1,1.W 1,1.24000 8000(kg / h) 1 1,1 1,2 3,3 Nồi 3: W3 1,2.24000 8727,27(kg / h) 1 1,1 1,2 2.1.3. Nồng độ dung dịch ở từng nồi: Theo đầu bài dung dịch có nồng độ đầu xđ =10% và nồng độ cuối, tức khi ra khỏi nồi 3 là xc = 50%. Gọi: X1, X2, X3, là nồng độ tương ứng trong nồi 1, nồi 2, nồi 3. Vậy: Nồng độ của nồi 1: X1 = G đ xđ Gđ W1 = 30000 (4) 10 30000 7272,73 = 13,2 (%khối lượng) Nồng độ của nồi 2: X2 = Gđ xđ Gđ W1 W2 = 30000 (5) 10 30000 7272,73 8000 =20,37 (% khối lượng) Nồng độ của nồi 3: X3 = G đ xđ Gđ W1 W2 W3 = 30000 (6) 10 30000 7272,73 8000 8727,27 = 50 (%khối lượng) 2.2. Cân bằng năng lượng 2.2.1. Phân bố áp suất làm việc trong các nồi: Gọi:P1, P2, P3, Pnt, là áp suất hơi đốt trong các nồi I, II, III và thiết bị ngưng tụ. Chọn tỉ lệ hiệu số áp suất giữa các nồi như sau: Nhóm 3 Trang 8 Đồ án quá trình thiết bị P1 2 P 2 GVHD: Lê Thanh Thanh P 2 2 P3 (*) Chênh lệch áp suất chung của hệ thống: Ta có: P = Phđ-Pnt = 12 - 0,2 = 11,8at Từ (*) ta có. Vậy chênh lệch áp suất từng nồi. Áp suất hơi đốt: Phd1= 12at Phd2= Phd1 - ∆P1= 12- 6,74= 5,26at Phd3= Phd2 - ∆P2= 5,26 – 3,37= 1,89at Gọi Thđ1, Thđ2, Thđ3, Tnt là nhiệt độ của hơi đốt đi vào nồi 1, nồi 2, nồi 3 và thiết bị ngưng tụ. Tht1, Tht2, Tht3, là nhiệt độ của hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 2, nồi 3. Coi sự tổn thất nhiệt độ do mất mát khi vận chuyển hơi từ thiết bị này sang thiết bị khác là 10C Do đó:Thđ2 = Tht1 - 1 Thđ3 = Tht2 - 1 Tnt = Tht3 -1 Theo [1- 314] ta tìm được nhiệt độ Thdi,Thti, nhiệt lượng riêng ihdi, ihti và nhiệt hóa hơi Rhdi, Rhti tương ứng với Phdi và Phti. Nhóm 3 Trang 9 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh Bảng 2.1: Thông số hơi đốt và hơi thứ Nồi Hơi đốt Hơi thứ Phd Thd ihd Rhd Pht Tht iht Rht (at) (0C) (at) (kJ/kg) (at) (0C) (kJ/kg) (kJ/kg) 1 12 187,07 2790 1995 5,32 154,7 2758,36 2113,32 2 5,26 153,7 2758 2109 1,88 118 2710,85 3 1,89 117 0,203 60,7 2608,25 2355,65 2709,2 2215,25 2212,5 2.3. Tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi: 2.3.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (Δ'): Δ' = t0sdd – t0sdm Ta sử dụng công thức Tisencô: Δ’ = Δ0’.f (VI.10/59 –[2]) Trong đó Δ’0 – tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất thường. T2 f = 16,2 R (VI.11/59 – [2]) Trong đó T- nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho, 0K; R- là ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc,J.kg. Dựa vào bảng (VI.2/65 – [2]) ta biết được tổn thất nhiệt độ Δ’0 theo nồng độ a (% khối lượng) Bảng 2.2: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ Nồi 0 Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 Nồng độ của dung dịch(%kl) 10% 13,2 20,37 50 Δ’0 (0C) 2 2,63 4,25 8,13 Vậy: Δ’1 = Δ’0.16,2 (Tht1 + 273)2/R1 = = 3,690C Tương tự ta có: Δ’2 = = 4.740C Nhóm 3 Trang 10 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh Δ’3 = = 6.220C Vậy tổn thất nhiệt do nồng độ cả ba nồi: Δ’ = Δ’1 + Δ’2 +Δ’3 = 3,69 + 4,74 + 6,22 = 14,650C 2.3.2. 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 thuỷ tĩnh. ' ' = Ttbi - Thti ( C) o (VI.13/60-[2]) Với – Ttb là nhiệt độ sôi ứng với Ptb. – Tht là nhiệt độ sôi của hơi thứ tại mặt thoáng của dung dịch. Tính áp suất thủy tĩnh ở độ sâu trung bình của chất lỏng: Theo CT VI.12, STQTTB, T2/Trang 55;ta có: h 2 Ptb P o h ddsoi.g (N/m ) 2 Với: – Po là áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch. – h là chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch, chọn h=0,5 cho cả 3 nồi. – H là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 4m cho cả 3 nồi. – ddsoi là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3 ddsoi= dd 2 Theo bảng I.250/312 –[1] Ta thu được kết quả sau. Nhóm 3 Trang 11 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh Bảng 2.3: Áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch NỒi Nồng độ Khối lượng Áp suất hơi thứ trên dung dịch riêng dung dịch bể mặt thoáng dung ( dịch(P0) 1 13,2 1142 5,32 2 20,37 1220 1,88 3 49,49 1525 0,203 Theo [1- 125/314] Ptb1 = 5,463at ttb1 = 155,120C Ptb2 = 2,033at ttb2 = 119,70C Ptb3 = 0,394at ttb3 = 75,20C Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao. ''i = Ttbi – Thti , C 0 (VI.13/60-[2]) '1' =Ttb1-Tht1=155.12-154.7 =0,42 C 0 ''2 =Ttb2-Tht2=119.7-118=1,7 C 0 ''3 =Ttb3-Tht3= 75,2 – 60,7 =14,5 C 0 Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh trên toàn bộ hệ thống: ''i = '1' + ''2 + ''3 =0,42+ 1,7 +14,8=16,62 C 0 2.3.3 Tổn thất do trở lực của đường ống,(Δ”’): Chọn tổn thất áp suất do trở lực của đường ống trong từng nồi là 1 oC ' ' ' "'1 "'2 '"3 1 1 1 3o C (VI.14/60-[2]) 2.3.4 Tổn thất do toàn bộ hệ thống: '' '' ' ' 14,668 16,62 3 34,288o C (VI.19/68-[2]) 2.3.5. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi: ∆Ti = Ti - Tsi, 0C (VI.20/68-[2]) Ti = Thdi Tsi : nhiệt độ sôi của dung dịch tại mỗi nồi,0C Tsi = Thti + 'i + ''i , oC Nhóm 3 Trang 12 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh Ts1 = 154,7+3,668+0,42=158,808 0C Ts2 = 118 + 4,757 + 1,7 = 124,457 0C Ts3 = 60,7 + 6,22 + 14,5 = 81,422 0C Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích tại mỗi nồi: ∆T1 = 187,07 – 158,808 = 28,2620C ∆T2 = 153,7 – 124,457 =29,243 0C ∆T3 = 117 – 81,422 = 35,578 Hiệu số hữu ích cho toàn bộ hệ thống. ∆T= ∆T1 + ∆T2 + ∆T3 =28,262+29,243+35,578 =93,0820C 2.4 Tính cân bằng năng lượng: 2.4.1 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 trong bảng: I.250/312 –[1] 2.4.2 Tính nhiệt dung riêng C, J/kg.độ: o Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc: Vì xđ=10% 20% nên ta áp dụng công thức (I.44/152 – [1]) C3 = Chtx3 + 4186(1 – x3) Tính Cht theo công thức I.41/153 – [1] C3 = 1310,75.0,5+ 4186(1- 0,5) = 2748,66J/kg.độ 2.5. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết: Gọi: D1, D2, D3 là lượng hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h. Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối, kg/h. W1, W2, W3 là lượng hơi thứ bốc ra rừ nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h. Cđ, Cc là nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối, j/kg.độ. tđ, tc nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của dung dịch, 0C. i1, i2, i3 là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h. i’1, i’2, i’3 là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3,J/kg. Cn1, Cn2, Cn3 là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3, J/kg.độ. θ1 θ2 θ3 nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1,2,3, 0C. Nhóm 3 Trang 14 Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Lê Thanh Thanh Qtt1, Qtt2, Qtt3 nhiệt tổn thất ra môi trường sung quanh, J Theo phương trình cân bằng nhiệt, lượng nhiệt vào bằng lượng nhiệt ra: Nhiệt lượng vào: Nồi 1: - Do dung dịch đầu: GđCđtđ - Do hơi đốt: D1i1 Nồi 2: - Do hơi đốt mang vào: D2t2 - Do dung dịch ở nồi 1 mang vào: (Gđ – W1)C1t1 Nồi 3: - Do hơi đốt mang vào : D3i3 - Do dung dịch nồi 2 mang vào: (Gđ – W1)C1t1 Nhiệt lựợng ra: Nồi 1: - Do hơi đốt mang ra: W1i’1 - Do dung dịch mang ra: (Gđ – W1)C1t1 - Do nước ngưng mang ra: D1Cn1 θ1 - Do tổn thất nhiệt chung: Qtt1 = 0.05D1(i1- Cn1 θ1) Nồi 2: - Do hơi thứ mang ra: W2i’2 - Do dung dịch mang ra: (Gđ –W1 –W2)C2t2 - Do nước ngưng mang ra: D2Cn2 θ2 - Do tổn thất nhiệt chung: Qtt2 = 0.05D2(i2 – Cn2 θ2) Nồi 3: - Do hơi thứ mang ra: W3i’3 - Do dung dịch mang ra: (Gđ –W1 –W2 –W3)C3t3 - Do nước ngưng mang ra: D3Cn3 θ3 - Do tổn thất nhiệt chung: Qtt3 = 0.05D3(i3 – Cn3 θ3) Phương trình cân bằng nhiệt lượng: ΣQvào = ΣQra Nồi 1: GđCđtđ + D1i1 = W1i’1 + (Gđ – W1)C1t1 + D1Cn1 θ1 + 0.05D1(i1 – Cn1 θ1) Nhóm 3 (1*) Trang 15 Tải về bản full