Xemtailieu Tải về Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều làm việc liên tục dung dịch KNO3 bằng thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập- Tự do- Hạnh phúc BỘ MÔN CN HÓA HỌC VÀ HÓA DẦU NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC 1. Họ và tên: 1. Ngô Tiến Việt Anh 2. Nguyễn Hoàng Anh 3. Nguyễn Huỳnh Tuấn Anh Nhóm 1 - Lớp DH10H1 Môn học: Các quá trình và thiết bị trong CNHH và Thực phẩm 2. Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều làm việc liên tục dung dịch KNO 3 bằng thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm. 3. Dữ kiện ban đầu - Năng suất theo dung dịch đầu: Gđ = 30000kg/h - Nồng độ đầu: xđ = 8% khối lượng - Nồng độ cuối: xc = 48% khối lượng - Áp suất hơi đốt: P1 = 12 at - Áp suất hơi ngưng tụ baromet: Png = 0,2 at 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán - Sơ đồ dây truyền công nghệ cô đặc và cấu tạo thiết bị chính (kèm bản vẽ mô tả ) - Tính toán bề mặt truyền nhiệt bề mặt truyền nhiệt thiết bị cô đặc - Tính toán bề dày lớp cách nhiệt - Tính toán thiệt bị ngưng tụ baromet và bơm chân không - Tính cơ khí 5. Bản vẽ - Sơ đồ dây truyền công nghệ hệ thống cô đặc: khổ A1 ( 1 bản) - Nồi cô đặc và các chi tiết: khổ A1 (1 bản ) Ngày giao nhiệm vụ: 21/1/2013 Ngày hoàn thành: 29/4/2013 Vũng Tàu, ngày 22 tháng 12 năm 2013 Xác nhận của trưởng khoa Xác nhận của giảng viên hướng dẫn: Sinh viên đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................... 3 CHƯƠNG I....................................................................................................................... 3 TỔNG QUAN................................................................................................................... 3 I. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM...............................................................................3 I.1. Các tính chất vật lí của KNO3..............................................................................3 I.2. Các ứng dụng của KNO3.....................................................................................3 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC..........................................3 II.1. Định nghĩa........................................................................................................3 II.2. Lựa chọn phương án thiết kế...........................................................................3 II.3. Thuyết minh sơ đồ công nghệ..........................................................................3 CHƯƠNG II.....................................................................................................................3 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ...........................................................................................3 I. ĐỀ BÀI VÀ CÁC GIẢ THUYẾT BAN ĐẦU.........................................................3 II. TÍNH TOÁN.............................................................................................................3 II.1. Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống.........................................3 II.2. Sự phân bố hơi thứ trong các nồi :..................................................................3 II.3. Nồng độ dung dịch ở từng nồi:........................................................................3 II.4. Tính chênh lệch áp suất chung của toàn hệ thống.........................................3 II.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi...............................................3 II.6. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ mỗi nồi.........................................................3 II.7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi.................................................................3 II.7.1 Tổn thất nhiệt do nhiệt độ ( )........................................................................3 II.7.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’):.....................................................3 II.7.3 Tổn thất do trở lực của đường ống,(Δ”’):........................................................3 II.7.4. Tổn thất do toàn bộ hệ thống:..........................................................................3 II.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích trong toàn hệ thống.........................................3 II.9. Phương trình cân bằng nhiệt lượng................................................................3 II.10. Các thông số kĩ thuật chính.............................................................................3 II.10.1. Sức căng bề mặt.............................................................................................3 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 2 II.10.2. Độ nhớt:........................................................................................................3 II.10.3. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch:.....................................................................3 II.10.4. Hệ số cấp nhiệt:.............................................................................................3 II.10.5. Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi:......................................................3 II.10.6 Tính toán bề mặt truyền nhiệt:........................................................................3 CHƯƠNG III................................................................................................................ 3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH................................................................3 III.1. Buồng đốt.............................................................................................................3 III.1.1 Số ống trong buồng đốt:..................................................................................3 III.1.2. Tính thiết bị ống tuần hoàn trung tâm.( tính theo bề mặt trong)....................3 III.1.3. Đường kính trong buồng đốt.........................................................................3 III.1.4. Chiều dày buồng đốt.......................................................................................3 II.1.5. Bề dày đáy buồng đốt:.....................................................................................3 III.2. Buồng bốc............................................................................................................3 III.2.1. Thể tích buồng đốt..........................................................................................3 III.2.2. Chiều cao buồng bốc:.....................................................................................3 III.2.3. Bề dày buồng bốc:..........................................................................................3 III.2.4. Bề dày nắp buồng bốc:...................................................................................3 III.3. Cửa làm vệ sinh...................................................................................................3 III.4. Đường kính các ống dẫn.....................................................................................3 III.4.1. Đường kính ống dẫn hơi đốt...........................................................................3 III.4.2. Đường kính ống dẫn dung dịch......................................................................3 III.4.3. Đường kính ống dẫn hơi thứ ra......................................................................3 III.4.4. Đường kính ống dẫn dung dịch ra..................................................................3 III.4.5. Đường kính ống tháo nước ngưng..................................................................3 III.5. Bề dày lớp cách nhiệt của thiết bị.......................................................................3 III.5.1. Bề dày lớp cách nhiết cho các ống dẫn:.........................................................3 III.5.2. Bề dày lớp cách nhiệt cho thân thiết bị:.........................................................3 III.6. Mặt bích...............................................................................................................3 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 3 III.7. Tai treo.................................................................................................................3 IV.1 Thiết bị ngưng tụ Baromet....................................................................................3 IV.1.1. Lượng nước lạnh cần để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ:...............................3 IV.1.2. Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị :......................................................3 IV.1.3. Đường kính thiết bị ngưng tụ:.........................................................................3 IV.1.4. Kích thước tấm chắn:.....................................................................................3 IV.1.5. Chiều cao thiết bị ngưng tụ:...........................................................................3 IV.1.6. Kích thước ống baromet:................................................................................3 IV.1.7. Chiều cao ống Baromet :................................................................................3 IV.2 Tính toán và chọn bơm.........................................................................................3 IV.2.1. Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị Baromet:..............................................3 IV.2.2. Bơm dung dịch vào thùng cao vị:...................................................................3 Tài Liệu Tham Khảo........................................................................................................3 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 4 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. Kali nitrat (potassium nitrate) còn có tên gọi khác là diêm sinh với công thức hóa học KNO3 là một trong những hóa chất thông dụng. Với nhiều ứng dụng thực tiễn, hiện nay KNO3 được sản xuất với số lượng ngày càng lớn. KNO 3 được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như phân bón, thực phẩm, thuốc súng … Vậy làm thế nào để thu được KNO3 có nồng độ cao và tinh khiết. Một trong những phương pháp được sử dụng hiệu quả để tăng nồng độ KNO3 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 KNO3 bằng thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm. Cấu trúc của đồ án có thể chia thành các phần như sau: Chương I: Tổng quan Chương II: Tính toán công nghệ, Chương III: Tính và chọn thiết bị chính. Chương IV: Tính và chọn thiết bị phụ. Tài liệu tham khảo. Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 5 CHƯƠNG I TỔNG QUAN I. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM I.1. Các tính chất vật lí của KNO3 Bảng 1: Các tính chất vật lí của KNO3 Công thức phân tử KNO3 Phân tử gam 101,1032 g/mol Bề ngoài Tinh thể trong suốt, không màu Mùi Chua hay mặn Tỷ trọng 2,106 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 3360C (609 K) Nhiệt độ sôi 4000C ( 673 K) Độ hòa tan trong nước 32 mg/ 100ml ( 200C) pH ca. 7 I.2. Các ứng dụng của KNO3 Phân bón: Nitrat kali được sử dụng chủ yếu trong phân bón , như là một nguồn nitơ và kali - hai trong số những chất dinh dưỡng cho cây trồng. Chất oxi hóa: Nitrat kali là một chất oxy hóa hiệu quả, sản xuất ra một ngọn lửa màu hoa cà khi đốt cháy do sự hiện diện của kali. Đây là một trong ba thành phần của bột màu đen, cùng với than bột (đáng kể carbon) và lưu huỳnh. Như vậy nó được sử dụng trong bột màu đen động cơ tên lửa. Nó cũng được sử dụng trong pháo hoa như bom khói , với một hỗn hợp sucroe và kali nitrat. Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 6 Bảo quản thực phẩm Ngoài ra, KNO3 còn có một số ứng dụng khác như: là thành phần hạt chính vững chắc của aerosol ức chế đặc cháy hệ thống, là thành phần chính (thường là khoảng 98%) của một số sản phẩm loại bỏ gốc cây. Nó làm tăng tốc sự phân hủy tự nhiên của gốc cây bằng cách cung cấp nitơ cho nấm tấn công gỗ của gốc cây, xử lý nhiệt kim loại như một dung môi rửa, là một phương tiện lưu trữ nhiệt. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC II.1. Định nghĩa Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi với mục đích: Làm tăng nồng độ chất tan. Tách chất rắn hòa tan ở dang tinh thể (kết tinh). Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước). Thông thường có 2 loại cô đặc để làm bốc hơi dung môi: Cô đặc dùng tác nhân là nhiệt để cung cấp năng lượng cho hơi dung môi (cô đặc ở trạng thái hơi). Cô đặc kết tinh, bằng cách làm lạnh và giảm áp suất riêng phần hơi trên mặt thoáng của dung dịch để làm tăng quá trình bốc hơi. Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng thái sôi nghĩa là áp suất riêng phần của dung môi cần bằng với áp suát chung trên bề mặt thoáng của chất lỏng. Khác với quá trình chưng luyện, trong quá trình cô đặc, chỉ có dung môi bay hơi. Đáng lưu ý là trong quá trình cô đặc, nồng độ chất tan tăng, ảnh hưởng đến quá trình tính toán của thiết bị. Khi đó hệ số dẫn nhiệt , nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt giảm, đồng thời khối lượng riêng , độ nhớt , tổn thất nhiệt ’ tăng. II.2. Lựa chọn phương án thiết kế Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 7 Có thể sử dụng cô đặc dung dịch bằng một nồi hay nhiều nồi, ở đề tài này, chúng ta chỉ xét hệ thống cô đặc nhiều nồi. Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai đưa vào nồi thứ ba… hơi thứ cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi này sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên. Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong mỗi nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển. Có thể phân loại hệ thống cô đặc nhiều nồi theo các cách khác nhau: Theo sự bố trí bề mặt đun: nằm ngang, thẳng đứng, nằm nghiêng. Theo chất tải nhiệt: hơi (hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), khói lò, dòng điện, các chất tải nhiệt đặc biệt (dầu, hydrocarbon). Theo chế độ tuần hoàn: xuôi chiều, chéo chiều, ngược chiều. Cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống chùm, ống xoắn. Trong đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch KNO 3 này, ta sử dụng hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều ( tuần hoàn tự nhiên), buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm vì những ưu điểm sau: Dung dịch tự di chuyển từ nồi này sang nồi khác nhờ sự chênh lệch áp suất và nhiệt độ giữa các nồi. Nhiệt độ nồi trước lớn hơn nồi sau, tức là áp suất nồi trước lớn hơn nồi sau. Dung dịch vào nồi đầu tiên ở nhiệt độ sôi nhờ được gia nhiệt trước bằng hơi nước, ngoại trừ nồi đầu tiên, dung dịch đi vào nồi thứ 2, 3 có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, do đó dung dịch được làm lạnh, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một phần nước, gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 8 Cô đặc ống tuần hoàn trung tâm có ưu điểm là dung dịch tuần hoàn trong nồi dễ dàng, vận tốc tuần hoàn lớn vì ống tuần hoàn không bị đốt nóng dẫn đến đối lưu dễ dàng. Tuy nhiên, phương pháp cô đặc xuôi chiều cũng có nhược điểm là nhiệt độ dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ dung dịch tăng dần, làm cho độ nhớt dung dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối. II.3. Thuyết minh sơ đồ công nghệ Hệ thống cô đặc 3 nồi, làm việc xuôi chiều liên tục. Dung dịch đầu KNO 3 8% khối lượng được chứa thùng chứa nguyên liệu (3), sau đó được bơm ly tâm (6) bơm lên thùng cao vị (4). Dung dịch sau đó đi qua lưu lượng kế (7) chả vão thiết bị gia nhiệt (8). Ở đây, dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi, sau đó đi vào nồi cô đặc (1), (2), (3). Tại nồi cô đặc, dung dịch được đun sôi bằng thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, buồng đốt trong, trong đó các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn tương đối lớn. Dung dịch đi ở trong ống còn hơi đốt đi vào khoảng không gian phía ngoài ống. Khi làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn trung tâm thể tích theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó lượng hơi tạo ra trong ống ít hơn, vì vậy khối lượng riêng của hồn hợp hơi– lỏng ở đây lớn hơn so với ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dưới. Kết quả là trong thiết bị có sự chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ dưới lên trên ở ống truyền nhiệt và từ trên xuống dưới ở ống tuần hoán trung tâm. Hơi đốt được lấy ra ở nồi hơi (1) cung cấp nhiệt cho thiết bị gia nhiệt (3) và nòi cô đặc (1). Tại nồi 1, hơi đốt ngưng tụ, tỏa nhiệt làm sôi dung dịch, bốc hơi một lượng hơi thứ. Hơi thứ từ nồi thứ (1) được dung làm hơi đốt cho nồi thứ (2) và tương tự thì hơi thứ nồi (2) sẽ là hơi đốt cho nồi (3). Hơi thứ từ nồi (3) được ngưng tụ nhờ thiết bị baromet (13) và được hút chân không nhờ bơm chân không (15). Nước ngưng từ phòng đốt của các nồi cô đặc đi qua của xả nước ngưng, qua bẫy hơi (5) để chả xuống thùng chứ nước ngưng Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 9 (2). Dung dịch từ nồi cô đặc (3) được bơm ly tâm (6) lấy ra cho vào thùng chứa sản phẩm (18). CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ I. ĐỀ BÀI VÀ CÁC GIẢ THUYẾT BAN ĐẦU Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm. Năng suất đầu vào: Gđ = 30000 kg/h Nồng độ đầu: xđ = 8% ( khối lượng) Nồng độ cuối: xc = 48% ( khối lượng) Áp suất hơi đốt nồi 1: Phđ1 = 12at Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 10 Áp suất thiết bị ngưng tụ: Png = 0,2at Dung dịch: KNO3 Phân tử mol: Mpt = 101 kg/kmol II. TÍNH TOÁN II.1. Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống Gọi: Gđ, Gc là lượng dung dịch lúc đầu và cuối, kg/h xđ, xc là nồng độ đầu và cuối, % khối lượng W là lượng hơi thứ bốc hơi, kg/h Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống: Gđ = G c + W Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử phân bố: Gđ.xđ = Gcxc + W xw 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 – xđ/xc) (VI.1/55 – [II]) Theo số liệu đề tài ta có lượng hơi thứ bốc ra toàn hệ thống là : W = 30000 (1 – 8/48) = 25000 (kg/h) II.2. Sự phân bố hơi thứ trong các nồi : Gọi W1, W2, W3 Nhóm 1- Lớp DH10H1 là lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2, nồi 3 kg/h. Page 11 Chọn sự phân bố hơi thứ theo tỷ lệ : W1 : W2 :W3 = 1 : 1,1 : 1,2 Từ cách chọn tỷ lệ này ta tính được lượng hơi thứ bốc ra từng nồi: Nồi 1: W1 W 3,3 Nồi 2: W2 1,1. Nồi 3: W3 1,2. 25000 7575,76kg / h 3,3 W 3,3 W 1,1. 1,2 3,3 25000 8333,33(kg / h) 3,3 25000 9090,91(kg / h) 3,3 II.3. Nồng độ dung dịch ở từng nồi: Áp dụng công thức VI.2/ 57- [II], ta có xi = xđ Gđ 3 Gđ W i , % khối lượng i 1 Với xi là nồng độ dung dịch tại nồi I Vậy: Nồng độ của nồi 1: x1 = Gđ xđ Gđ W 1 =30000 = 10,70 (% khối lượng) Nồng độ của nồi 2: x2 = Gđ Nhóm 1- Lớp DH10H1 xđ Gđ W 1 W2 Page 12 =30000 = 17,03 (% khối lượng) Nồng độ của nồi 3: x3 = Gđ xđ Gđ W 1 W2 W3 = 30000 = 48 (%khối lượng) II.4. Tính chênh lệch áp suất chung của toàn hệ thống Ta có: ∆P = Phđ1 – Png (at) ∆P = 12 – 0,2 = 11,8 (at) II.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi Giả sử áp hiệu số phân bố suất hơi đốt các nồi là: ∆P1 : ∆P2 : ∆P3 = 4,183 : 2,043 : 1 Và ta có: P = P1+ P2+ P3 = 11,8 at P3 = = 1,633 at P2 = = 3,336 at P1 = = 6,831 at Mà ta có: Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 13 Phđ1 = 12 at P1 = Phđ1 - Phđ2 => Phđ2 = Phđ1 - P1 = 12 – 6,831 =5,169 at P2 = Phđ2 - Phđ3 => Phđ3 = Phđ2 - P2 = 5,169 – 3,336 = 1,833 at Gọi: Thđi là nhiệt độ của hơi đốt nồi thứ i ihđi là nhiệt lượng riêng hơi đốt nồi thứ i rhđi là nhiệt hóa hơi tương ứng với áp suất hơi đốt Phđi Theo bảng 57/46 – [III], ta có bảng số liệu sau: Bảng 2: Các thông số của hơi đốt Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 Phđ (at) 12 5,169 1,833 Thđ (0C) 187,1 152,366 116,845 ihđ (kJ/kg) 2790 2756,366 2769,165 rhđ (kJ/kg) 1995 2113,282 2215,515 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 14 Với thiết bị ngưng tụ baromet Png = 0,2 at => Tng = 59,70C II.6. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ mỗi nồi Gọi là tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống. Chọn ∆1 = ∆2 = ∆3 = 10C Gọi thti là nhiệt độ hơi thứ nồi thứ i, 0C Áp dụng công thức: thti = Thđi + Nhiệt độ hơi thứ nồi sau = nhiệt độ hơi đốt nồi trước – 10C Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối = nhiệt độ thiết bị baromet + 10C Vậy từ những dữ kiện trên, ta có: tht1 = Thđ2 + 1 = 152,213 + 1 = 153,2130C tht2 = Thđ3 + 1 = 116,845 + 1 = 117,8450C tht3 = Tng + 1 = 59,7 + 1 = 60,70C Gọi: phti là nhiệt độ của hơi thứ nồi thứ i ihti là nhiệt lượng riêng hơi thứ i rhti là nhiệt hóa hơi tương ứng với áp suất hơi đốt thti Theo bảng 57/46 – [III], ta có bảng số liệu sau: Bảng 3: Các thông số của hơi thứ Tht (0C) Nhóm 1- Lớp DH10H1 Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 153,213 117,845 60,7 Page 15 Pht (at) 5,302 1,894 iht (kJ/kg) 2709,468 2608,444 2110,359 2212,786 0,206 2758,226 rht (kJ/kg) 2355,556 II.7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi Tổn thất nhiệt cho từng nồi gồm: Tổn thất nhiệt do nồng độ Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh Tổn thất nhiệt do trở lực đường ống II.7.1 Tổn thất nhiệt do nhiệt độ ( ) Ta sử dụng công thức Tisencô: Δ’ = Δ0’.f (VI.10/59 –[II]) 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. f = 16,2. T2/r (VI.11/59 – [II]) Trong đó : T là 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.2/63 – [II]) ta biết được tổn thất nhiệt độ Δ’0 theo nồng độ a (% khối lượng) Bảng 4: Tổn thất nhiệt do nhiệt độ Nồng độ của dung dịch (% kl) Nhóm 1- Lớp DH10H1 Nồi1 Nồi 2 Nồi 3 10.70 17.03 48.00 Page 16 Δ’0 (0C) 0,970 1,653 5,75 Vậy: Δ’1 = Δ’0.16,2 = 0,97 . 16,2. = 1,3530C Tương tự ta có Δ’2 = 1,8490C Δ’3 = 4,4040C II.7.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’): Theo CT VI.12/60 – [II] ta có: h Ptb P o h1 2 dds .g (N/m2) 2 Có 1at = 9,81.104 N/m2 Đổi công thức theo đơn vị at h Ptb P o h1 2 dd .10 4 at 2 2 Với: – Polà áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch. Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 17 – h1 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. – h2 là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 4m cho cả 3 nồi. – g là gia tốc trọng trường, =9,81 m/s2. – dds là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3 dds = dd 2 Do chưa xác định được nhiệt độ sôi của dung dịch nên giả thiết lấy khối lượng riêng ở nhiệt độ 200C. xdd1 = 10,7% => ρdd1 = 1059,03 kg/m3 xdd2 = 17,03% => ρdd2 = 1110,92 kg/m3 xdd3 = 48% => ρdd3 = 1502,86 kg/m3 Từ đó, ta có h Ptb1 P ht1 h1 2 dd 1 .10 4 2 2 4 1059,03 Ptb1 5,302 0 C 0,5 .10 4 2 2 Ptb1 = 5,434 at Tương tự, ta có Ptb2 = 2,033 at và Ptb3 = 0,394 at Với Ptbi ta có ttbi là nhiệt độ sôi ứng với Ptbi Ptb1 = 5,434 at => ttb1 = 154,1380C Ptb2 = 2,033 at => ttb2 = 120,03890C Ptb3 = 0,394 at => ttb3 = 74,9980C Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 18 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh tăng cao: = ttbi - thti = ttb1 - tht1 = 154,138 – 153,213 = 0,9250C = ttb2 - tht2 = 120,0359 – 117,845 = 2,19390C = ttb3 - tht3 = 71,998 – 60,7 = 14,2980C II.7.3 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÷ 1,50C "' "' '" o Chọn tổn thất = 10C => 1 2 3 1 C "' "' '" o ' ' ' = 1 2 3 3 C II.7.4. Tổn thất do toàn bộ hệ thống: II.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích trong toàn hệ thống Hiệu số nhiệt độ hữu ích là hiệu số hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình dung dịch: ∆Ti = Thđi – tsi , 0C Với tsi là nhiệt độ sôi của dung dịch tại nổi thứ i tsi = thti + + Vậy ta có: ts1 = tht1 + + = 153,213 + 1,353 + 0,925 = 155,4910C Tương tự, ta có: ts2 = 121,88790C , ts3 = 79,4020C => Hiệu số nhiệt hữu ích : Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 19 ∆T1 = Thđ1 – ts1 = 187,1 – 155,491 = 31,6090C ∆T2 = Thđ2 – ts2 = 152,213 – 121,8879 = 30,32510C ∆T3 = Thđ3 – ts3 = 116,845 – 79,402 = 37,4430C Bảng 5: Hiệu số nhiệt hữu ích Nồi ∆’, 0C ∆’’, 0C ∆’’’, 0C ∆T, 0C ts, 0C 1 1,353 0,925 1 31,609 155,491 2 1,849 2,1939 1 30,3251 121,8879 3 4,404 14,,298 1 37,443 79,402 II.9. Phương trình cân bằng nhiệt lượng 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. Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 20 Tải về bản full