Xemtailieu Tải về Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nacl có phòng đốt ngoài
Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- MỤC LỤC PHẦN 1. MỞ ĐẦU..............................................................................................3 PHẦN 2. SƠ ĐỒ - MÔ TẢ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT....................................6 PHẦN 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH......................................................7 I. Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống.................................................7 II. Lượng hơi thứ mỗi nồi.............................................................................................7 III. Nồng độ cưối của dung dịch trong mỗi nồi............................................................8 IV. Chênh lệch áp suất chung.......................................................................................8 V. Áp suất và nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi..................................................................8 VI. Nhiệt độ t’i (oC), áp suất hơi thứ (at) ra khỏi từng nồi.........................................9 VII. Tổn thất nhiệt độ cho từng nồi............................................................................11 1. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh dâng cao ∆i” :........................................11 2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆i’.......................................................................13 3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực đưòng ống..............................................................14 VIII. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống .............................................................15 1. Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi..............................................................15 2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho cả hệ thống..........................................................15 3. Bảng tổng hợp số liệu 2 ...................................................................................15 IX. Tính nhiệt lượng hơi đốt D [kg/h], hơi thứ Wi [kg/h] ........................................16 1. Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng...............................................................................16 2. Phương trình cân bằng nhiệt lượng....................................................................16 3. Xác định lại tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa các nồi .............................................18 4. Bảng tổng hợp số liệu 3:.....................................................................................18 X. Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi .................................................19 1. Hệ số hiệu chỉnh ở các nồi..................................................................................19 2. Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt.........................................................21 3. Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình ở nồi 1.................................................22 4. Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình của nồi 2.............................................24 5) Bảng tổng hợp số liệu 6......................................................................................25 XI. Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi...................................................................26 1. Hệ số truyền nhiệt Ki..........................................................................................26 2. Lượng nhiệt tiêu tốn............................................................................................26 XII. Nhiệt độ hữu ích từng nồi...................................................................................26 1. Lập tỉ số: Li = .....................................................................................................27 2. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi .......................................................27 XIII. So sánh ∆Ti* và ∆Ti.........................................................................................27 1. Nồi 1 .......................................................................................................27 2. Nồi 2 ...............................................................................................................27 3. Bảng số liệu 7......................................................................................................27 XIV. Tính bề mặt truyền nhiệt F................................................................................28 PHẦN 4. TÍNH THIẾT BỊ PHỤ......................................................................29 I.Hệ thống thiết bị.......................................................................................................29 II. Tính toán.................................................................................................................29 1. Tính lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ......................................................30 1 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------2. Đường kính trong của thiết bị.............................................................................30 3. Kích thước tấm ngăn...........................................................................................31 4. Chiều cao thiết bị ngưng tụ.................................................................................32 5. Kích thước ống Baromet ....................................................................................33 6. Lượng hơi và khí không ngưng .........................................................................35 7. Tính toán bơm chân không ................................................................................36 PHẦN 5. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ......................................................................38 A.Buồng đốt...............................................................................................................38 I. Xác định số ống trong buồng đốt............................................................................38 II. Xác định đường kính trong buồng đốt...................................................................38 III. Chiều dày phòng đốt.............................................................................................39 1. Kiểu buồng đốt....................................................................................................39 2. Tính chất cơ học của vật liệu .............................................................................39 3. Các số liệu...........................................................................................................40 4. Chiều dày phòng đốt...........................................................................................41 5. Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử.....................................................................41 IV. Tính chiều dày lưới đỡ ống.................................................................................41 1. Để đáp ứng yêu cầu 1..........................................................................................42 2.Để đáp ứng yêu cầu 4...........................................................................................42 3. Để đáp ứng yêu cầu 2..........................................................................................42 4. Để đáp ứng yêu cầu 3..........................................................................................42 V. Chiều dày đáy lồi phòng đốt .................................................................................43 VI.Tra bích để lắp đáy và thân, số bulông cần thiết để lắp ghép bích đáy ...............45 B. Buồng bốc hơi .......................................................................................................45 I.Thể tích buồng bốc hơi.............................................................................................45 II.Tính chiều cao phòng bay hơi.................................................................................46 III.Chiều dày phòng bốc ............................................................................................46 IV. Chiều dày nắp buồng bốc.....................................................................................47 IV.Tra bích để lắp đáy, nắp và thân buồng bốc..........................................................49 C. Một số chi tiết khác................................................................................................49 I. Đường kính các ống nối dẫn hơi và dung dịch vào và ra thiết bị...........................49 1. Ống d ẫn hơi đốt vào...........................................................................................49 2. Đối với ống dẫn dung dịch vào :........................................................................50 3. Đối với ống dẫn hơi thứ ra .................................................................................51 4. Đối với ống dẫn dung dịch ra ............................................................................52 5. Đối với ống tháo nước ngưng.............................................................................52 II. Tính và chọn tai treo...............................................................................................53 1 Tính Gnk .............................................................................................................53 2. Tính Gnd.............................................................................................................56 3. Khối lượng nồi khi thử thuỷ lực ........................................................................57 4. Chọn tai treo........................................................................................................57 III. Chọn kính quan sát ...............................................................................................58 IV.Tính bề dày lớp cách nhiệt....................................................................................58 PHẦN 6. KẾT LUẬN........................................................................................59 PHẦN PHỤ LỤC..............................................................................................62 2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- PHẦN 1. MỞ ĐẦU * * * Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá 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 Hoá học trường Đại học Bách Khoa Hà nội được nhận đồ án môn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá 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 “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá 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 tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong các 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 kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống. Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, phòng đốt ngoài làm việc liên tục với dung dịch NaCl, năng suất 16000 kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 10%, nồng độ sản phẩm 25%. Quá trình cô đặc Quá trình cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan (không hoặc khó bay hơi) trong dung môi bay hơi. Đặc điểm của quá 3 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- trình cô đặ là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn chất hoà tan trong dung dịch không bay hơi do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên. Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ. Hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác. Nếu hơi thứ dùng để đun nóng một thiết bị khác ngoài hệ thống cô đặc thì gọi đó là hơi phụ. Cô đặc nhiều nồi Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó có ý nghĩa cao về mặt sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi : Nồi đầu dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ bốc lên ở nồi nay được đưa vào làm hơi đốt của nồi thứ hai, hơi thứ của nồi thứ hai sẽ được đưa vào làm hơi đốt của nồi thứ ba,... hơi thứ ở nồi cuối trong hệ thống được đưa vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi trước đến nồi sau, qua mỗi nồi nồng độ của dung dịch tăng dần lên do dung môi bốc hơi một phần. Hệ thống cô đặc nhiều nồi được sử dụng khá phổ biến trong thực tế sản xuất. Ưu điểm nổi bật của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước ra nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi. Nhược điểm của nó là nhiệt độ của nồi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn so với nồi trước nên đọ nhớt của dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối. Dung dịch NaCl NaCl (Natri clorua) là muối của axit HCl (axit clohidric) và bazơ NaOH (Natri hidroxit) còn có tên gọi quen thuộc khác là muối ăn. NaCl là muối kết tinh rắn, không màu, dễ tan trong nước, nóng chảy ở 4 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 800oC. Dung dịch NaCl có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của nước. NaCl là chất rất cần thiết cho cuộc sống của người và động vật. Là nguyên liệu để điều chế ra NaOH, Cl2, axit HCl và nước Javen,..., được dùng phổ biến trong các ngành công nghiệp lạnh. 5 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- PHẦN 2. SƠ ĐỒ - MÔ TẢ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT * * * • Hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều làm việc liên tục. Dung dịch đầu (NaCl10%) được bơm (4) đưa vào thùng cao vị (5) từ thùng chứa (3), sau đó chảy qua lưu lượng kế (6) vào thiết bị trao đổi nhiệt (7). Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi (1). Ở nồi (1), dung dịch tiếp tục được đun nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt, hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch. Một phần khí không ngưng được đưa qua cửa tháo khí không ngưng. Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng cửa tháo nước ngưng. Dung dịch sôi, dung môi bốc hơi lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ. Hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt. Dung dịch từ nồi (1) tự di chuyển sang nồi thứ hai do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau nhỏ hơn áp suất nồi trước. Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau, do đó dung dịch di vào nồi (2) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi ; kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Dung dịch sản phẩm ở nồi (2) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (11). Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (2) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (thiết bị ngung tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao). 6 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Trong thiết bị ngưng tụ, nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet (10) ra ngoài còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (9) rồi vào bơm hút chân không (12) *Chú thích: 1, 2 3 : nồi cô đặc 7 : thiết bị trao đổi nhiệt : thùng chứa dung dịch 8 : thiết bị ngưng tụ đầu baromet 4, 10 : bơm 9 : bộ phận thu hồi bọt 5 : thùng cao vị 11 : ống baromet 6 : lưu lượng kế 12 : bơm chân không PHẦN 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH * * * Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 8700kg/h Nồng độ đầu : 10% khối lượng. Nồng độ cuối 28 % khối lượng. Áp suất của hơi đốt P1 = 6 at. Áp suất của hơi ngưng tụ Png = 0,19 at. I. Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống. W=G(1-xđ/xc)=8700[1-0.1/0.28]=5592.86[kg/h] II. Lượng hơi thứ mỗi nồi. 7 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở hai nồi là như nhau. Vậy W1 = W2 = W/2 = 5592.86/2 = 4800 (kg/h). III. Nồng độ cưối của dung dịch trong mỗi nồi. Gọi nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1 là xc1. Gọi nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 2 là xc2. Từ (1) ta có xc1 = Gđ. xd Gd − W1 VI2[2-57] Thay số ta có xc1 = 14,74% Tương tự xc2 = Gđ. xd Gd − W1 − W2 Thay số ta có xc2 = 28 %. IV. Chênh lệch áp suất chung Chênh lệch áp suất chung của hệ thống ∆p là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ png ∆p = p1 – png, at thay số ta có : ∆p = 4 – 0.19 = 3.81at V. Áp suất và nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi a)Áp suất Giả thiết phân bố hiệu số áp suất hơi đốt giữa các nồi: ∆p1: ∆p2 = a1:a2 = 2,6:1. ∆p.ai −1 ∆pi= ∑ a j ,[at]4[5-9] 2 j =1 (2) 8 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Thay số vào (2) ta có: ∆p1 = ∆p. a1/(a1 +a2) = 3,81. 2,6 /(2,6+1) = 2,752 at ∆p2 = ∆p. a2/(a1+a2) = 3,8.1 /(2,6+1) = 1,058 at Áp suất hơi đốt từng nồi được tính: Pi = pi-1 - ∆pi-1 at 4[5-9] (3) Thay số vào (3) ta có p2 = p1- ∆p1 = 4 – 2,752 = 1,248 at p1 = 4 at b) Nhiệt độ hơi đốt T ( 0 C), nhiệt lượng riêng i (J/kg), nhiệt hoá hơi r(J/kg) : Tra bảng (I-251) trong [1 - 314] theo áp suất, ta có tại p1 = 4 at ta có: T1 = 142,9 0 C. i1 = 2744.103 J/kg r1 = 2141.103 J/kg tại p2 = 1,248 at ta có T2 = 105,28 0 C i2 = 2687,68.103 J/kg r2 = 2246,12.103 J/kg tại png = 0,19 at ta có Tng = 58,48 0 C VI. Nhiệt độ t’i (oC), áp suất hơi thứ (at) ra khỏi từng nồi. a) Nhiệt độ Theo công thức: t i’ = Ti+1+ ∆i”’, 0 C (4) ∆i”’ : Là tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống. 9 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Thường chọn ∆ i”’ = 1 0 C Thay số vào công thức (4) ta có t 1’ = T2 + 1,4 = 105,28 + 1 = 106,28 oC t 2’ = Tng + 1,4 = 58,48 + 1 = 59,48 oC Áp suất, nhiệt lượng riêng, nhiệt hoá hơi của hơi thứ trong mỗi nồi Tra bảng (I-250) trong [1 –312] theo nhiệt độ Tại t1’ = 106,28 0 C Ta có p1’= 1,29 at i1’ = 2689,3.103 J/kg r1’ = 2244,42.103 J/kg. Tại t2’ = 59,48 0 C Ta có p2’= 0,1987 at i2’ = 2607,3.103 J/kg r2’ = 2358,075.103 J/kg c) Ta có bảng tổng hợp số liệu 1: Hơi đốt Hơi thứ x Nồi % P At 1 2 4 1,24 8 -3 -3 ’ T C i.10 J/kg r.10 J/kg P at 142,9 2744 2141 1,29 o 105,2 2687,6 2246,1 0,198 8 8 2 7 ’ t C 106,2 -3 i .10 J/kg 2689, r .10 J/kg 2244,4 8 3 2607, 2 2358,0 3 75 o 59,48 ’ ’ -3 x 14,74 10 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 28 Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- VII. Tổn thất nhiệt độ cho từng nồi 1. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh dâng cao ∆i” : Tôn thât nhiêt đô do nhiêt đô sôi dung dich lơn hơn nhiêt đô sôi dung môi a)Áp suất trung bình ở giữa ống truyền nhiệt được xác định theo công thức [3-283] ptb = p0 + 0,5. (h1+H/2) ρdd.g , N/m2 (5) p0 : Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch , N/m2 *) Nồi 1 p01 = p’1 = 1,29at = 194238 N/m2 *) Nồi 2 p02 = p’2 = 0.1987 at = 20797 N/m2 h1 :Chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch và thường chọn h 1 = 0,5 m H: Chiều cao ống truyền nhiệt H = 2 m g : gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2 ρdd : khối lượng riêng của dung dịch tại nhiệt độ sôi. Lấy gần đúng bằng ½ khối lượng riêng của dung dịch ở 25 o C Tra bảng (I-64) trong [1- 48] ta có : ρdd1(25oC) = 1,1356.103 kg/m3 ρdd2 (25oC) = 1,26675.103 kg/m3 Vậy : ρdd1 = 1,1356.103 / 2 = 567,8 kg/m3 ρdd2 = 1,26675.103 / 2 = 633,375 kg/m3 11 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Thay số vào công thức (5) ta có : *) Nồi 1 ptb1 = p01 + 0,5. (h1+H/2) ρdd1.g , N/m2 Ptb1 = 1,29 + 0,5. (0,5 + 2/2). 567,8.9.81 2.98100 = 1,3326 at *) Nồi 2 ptb2 = p02 + 0,5. (h1+H/2) ρdd2.g , N/m2 ptb2 = 0,1987 + 0,5. (0,5+2/2). 633,375.9,81 2.98100 = 0,246 at b) Nhiệt độ trunh bình ứng với ptb Tra bảng (I-251) trong [1- 314] theo áp suất và nồng độ ở trên ta có : *) Nồi 1 ttb1 = 107,184 0C *) Nồi 2 ttb2 = 63,84 0C Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh dâng cao được xác định theo công thức : [2-60] , ∆i” = ttbi – t0i = ttbi – t’i , 0 C (6) Thay số vào công thứ (6) ta có : *) Nồi 1 ∆1” = 107,184-106,28= 0,904 0C *) Nồi 2 ∆2” = 1063,84-59,48 = 4,36 0C 12 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- *) Cho cả hệ thống 2 ∑ ∆ = ∆1” + ∆ 2” = 4.36 + 0,904 = 5,264 0C " i 1 2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆i’. Do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất [2- 59] ' ∆ i=16,2 ∆ 0i . ’ Ti 2 ri ' 0 C [VI.10](2-59) (7) a) Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất khí quyển Tra bảng (VI- 2) , [2-66] ta có : Với dung dịch NaCl thì *) Nồi 1 x1 = 14,29% thì ∆01’ = 1,294C *) Nồi 2 x2 = 28 % thì ∆02’ = 2,66 oC T i' :nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho T 1' =106,28+273=379,28 0 K T '2 = 59,48+273 0 K r 1' =2244,42.10 3 .(J/kg) r '2 =2358,075.10 3 (J/kg) ∆ 1' =16,2 1,294.379,28 2 2244,42.10 3 =1,3436 o C 332,48 2 ∆ =16,2.2,66. 2358,075.10 3 ' 2 ∑∆ = =2,02 0 C ∆'1 + ∆'2 =1,3436+2,02=3,3636 0 C 13 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- b) Hệ số hiệu chỉnh f f là hệ số hiệu chỉnh tra bảng (VI –1) trong [2- 59] theo nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất Theo bảng (I-197) trong [1- 272] thì : Tại p1’ = 1,98 at thì ts1= 142,9 0C Tại p2’ = 0,212 at thì ts2= 99,2 0C Vậy ta có : *) Nồi 1 f1= 1,3 *) Nồi 2 f2 = 1 c) Tổn thất nhiệt độ ∆’ trong mỗi nồi Thay số vào công thức (7) ta có : *) Nồi 1 ∆ 1’ = 1,3. 3 = 3,9 0C *) Nồi 2 ∆ 2’ = 1. 7 = 7 0C *) Cho cả hệ thống 2 ∑ ∆ =∆1’+ ∆ 2’ = 3,9 + 7 = 10,9 0C ' i 1 3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực đưòng ống Ở trên ta đã giả thiết ∆ ”’ trong mỗi nồi bằng nhau và bằng 1 do đó cả hệ thống thì : ∑ ∆ ’’’ = 1 + 1 = 2 oC 4. Tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống là 14 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- ∑ ∆ = ∑ ∆ + ∑ ∆ + ∑ ∆ ’’’ = 10,9 + 12 + 2,4 = 25,3 ' " o C VIII. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống 1. Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi a)Nhiệt độ sôi của dung dịch trong mỗi nồi tsi = t’i + ∆ [3-283] i ’ + ∆i” , o C [3-283] (8) Thay số vào (8) ta có : *) Nồi 1 ts1 = 106,28+1,3436+0,904 = 108,5276 oC *) Nồi 2 ts2 = 59,48 + 2,02 + 4,36 = 65,86 oC b)Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi ∆ Ti = Ti – tsi , [5-103] 0 C (9) Thay số vào (9) ta có : *) Nồi 1 ∆ T1 = 142,9 – 108,5276 = 34,37 oC *) Nồi 2 ∆ T2 = 105,28– 65,86 = 39,42oC 2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho cả hệ thống ∆tht = 34,37 + 39,42 = 73,79 oC 3. Bảng tổng hợp số liệu 2 Nồ i ∆’ 0 C ∆” 0 C ∆”’ 0 C ∆T 0 C ts C 0 15 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 2 1,34 0,90 4 4 2,02 4,36 1 1 34,3 7 39,4 108,5276 65,86 2 IX. Tính nhiệt lượng hơi đốt D [kg/h], hơi thứ Wi [kg/h] 1. Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng W1i1’ Di1 W1t1i2 W2i2’ Qm1 1 2 Qm2 (Gđ –W1) C1ts1 W1Cncθ2 Gđ C0ts0 (Gđ –W1-W2) C2ts2 DCncθ1 Hình 3.1 :Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống. 2. Phương trình cân bằng nhiệt lượng Nồi 1: Di1+Gđ C0tso = W1i1’ + (Gđ –W1) C1ts1 +DCncθ1 +Qm1 (*) Nồi 2: W1i2 +(Gđ –W1) C1ts1 = W2i2’ +(Gđ –W1-W2) C2ts2+W1Cncθ2+Qm2 W1 + W 2 = W 16 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Trong đó: *) Chọn : Qm1 =0,05W1(i 1 -C nc1 . θ ) Qm2 =0,05W 1 (i 2 -C nc 2 . θ ) *) D:Lượng hơi đốt ở nồi 1, kg/h *) Gđ : Lượng dung dịch đầu bằng 16000 kg/h *) C0,C1,C2: Nhiệt dung riêng của dung dịch vào nồi 1 nồi 2 và ra khỏi nồi 2 Tra bảng (I-163) , [1-207] ta có : Với x = 10% và t = 158,1oC thì C0 = 3986 J/kg.độ Với x = 14,74% và t = 124,3 oC thì C1 = 3852,3 J/kg.độ Với x = 25% và t = 78,7 oC thì C2 = 3567 J/kg.độ *) i1, i2: Nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1 và nồi 2 , J/kg Theo bảng số liệu 1 thì : i1 = 2744.103 J/kg i2 = 2687,68.103 J/kg *) i1’, i2’ : Nhiệt dung riêng của hơi thứ nồi 1 và nồi 2 , J/kg Theo bảng số liệu 1 thì i’1 = 2689,3.103 J/kg i’2 = 2607,3.103 J/kg *) θ1, θ2 : Nhiệt độ nước ngưng nồi 1 và nồi 2 lấy bằng nhiệt độ hơi đốt θ1 = 142,9 oC θ2 = 105,28 oC *) Cnc1, Cnc2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1 và nồi 2 , J/kg.độ Tra bảng (I-148) , [1-195] ta có : 17 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- θ1 = 142,9 oC thì Cnc1 = 4294,25 J/kg.độ θ2 = 105,28 oC thì Cnc2 = 4226,864 J/kg.độ *) ts0, ts1,ts2 : Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, ra nồi 1 và ra nồi 2 ts0 tra bảng (I-249) trong [1- 311] ta có ts0 = 108,5276 0C Thay số liệu vào hệ phương trình (*), giải ra ta được : W1 = 2731,95 kg/h W2 = 2860,91 kg/h D = 2901,509 kg/h 3. Xác định lại tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa các nồi a) Sai số so với giả thiết ban đầu ε1= 2796,43 − 2731,95 2796,43 .100% ε2 = 2860 − 2796,43 .100% 2796,43 = 2,3% = 2,3% Vì sai số nhỏ hơn 5% nên giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi ban đầu là có thể chấp nhận được b) Tỉ lệ phân phối hơi thứ trong các nồi : W1/W2 = 2731,95/2860,91 = 1/1,047 4. Bảng tổng hợp số liệu 3: Nồ C i 1 3570, Cnc θ W, kg/h Giả Tính thiết 4294,25 142, 2796,4 2731,9 2,3 18 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 66 3293, 9 3 4226,86 105, 2796,4 53 4 28 5 2786,9 3 2,3 1 X. Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi 1. Hệ số hiệu chỉnh ở các nồi. [3-324] ψ= λdd λ nc 0.565 ρ dd ρ nc 2 C dd C nc µ nc µ dd 0.435 (10) Tra bảng (I – 64), [1-48] ta có : ρdd 1 = 1086,4.103 kg/m3 ρdd 2 = 1145,45.103 kg/m3 Tra bảng (I .249) [1-310], Khối lượng riêng và thể tích riêng của nước ta có: ρnc1 = 952,089 kg/m3 ts1 = 108,5276 —> ts2 = 65,85 —> ρnc2= 980,03 kg/m3 Tra bảng (I – 148) , [1-49] ta có: Cnc1 = 4231,86 J/kg độ Cnc2 = 4183,68 J/kg độ Theo bảng kết quả 3: Cdd1 = 3570,66 J/kg độ Cdd2 = 3293,53 J/kg độ Tra bảng hệ số dẫn nhiệt của nước và hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất [ I.129] [1-133] λnc1 = 58,87.10-2 W/m độ λnc2 = 57,1095.10-2 W/m độ 19 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Đồ án quá trình và thiết bị Công nghệ hoá học Mai Kiện Khang -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được tính theo công thức(I32) [1123] λ = A.C dd .ρ 3 ρ M W/m độ (11) Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng Cp1 = 3852,3 J/kg độ Cp2 = 3567 J/kg độ ρ: Khối lượng riêng chất lỏng (dung dịch NaCl từng nồi) ρdd 1 = 1.0475.103 kg/m3 ρdd 2 = 1.1573.103 kg/m3 A: Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng A = 3,58.10-8 M: Khối lượng mol từng nồi. *) Nồi 1 N Na2 SO4 M1 = = 14,74 / 142 = 14,74 / 142 + 85,3 / 18 N Na2 SO4 . M NaSO4 2 + 0,0214 N H 2O. .M H 2O = 0.0214 + 0,9786.18 = 20,65 *) Nồi 2 N Na2 SO4 = M2 = . 28 / 142 = 28 / 141 + 72 / 18 N Na2 SO4 . M NaSO4 2 + 0,04698 N H 2O. .M H 2O = 0,06498.142+0.95302.18=23.83 Thay vào công thức (11) λ dd 1 = 3,58.10-8. 3570,66.1086,4.103. 3 1086,4 / 20,65 = 0,5204 W/m độ 20 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tải về bản full