Thiet Ke Thiet Bi Co Dac Dung Dich Naoh Co Ong Tuan Hoan Trung Tam 5866

Đồ án môn học quá ế t bị quá tr tr ì nh thi ế

TS VŨ ĐÌNH TIẾ N GVHD:TS GVHD:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘ N ỘI ĐẠI HỌ

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Viện Viện Kĩ Thuật Thuật Hóa họ học

Độc lậ p - Tự do - Hạnh phúc

B ộ môn môn M áy và và Thi Thi ế t bị Công Công nghi ệ p H óa chấ t

̀ A ́ N QTTB NHIỆ NHIỆM VỤ VỤ THIẾ THIẾT K Ế ĐÔ Họ và tên sinh viên: Lớ p:

Ho a ̀ ng Trung Ha Hoa Ha ̉ i KTHH 5 – K56 K56

1. Đầu đề thi đề thiếết k ế: ết k ế ế thi ế ết bị cô ị cô đặc dung ị ch Thi ế dung d ị ch NaOH có ố ng ng tuần hoàn hoàn trung tr ung tâm tâm đầu: 2. Các số số liệu liệu ban đầu: - Năng suất thiết bị: 6 m3/h - Nồng độ ban độ ban đầu 15%, nồng độ sau cô đặc 30% - Chất tải nhiệt: Hơi nướ c bão hòa - Các thông số khác sinh viên tự tra cứu

3. Yêu cầ cầu về về phầ phần thuyế thuyết minh và tính toán - Tìm hiểu tính chất vật lý, tính ch ất hóa học, điều chế và ứng dụng của xút ăn da. - Tính toán công nghệ và xác định bề mặt trao đổi nhiệt, phân bố ống và các kích thướ c

cơ bản của thiết bị. - Tính bền các chi tiết của thiết bị bằ ng ng tay) 4. Yêu cầ cầu về về trình bày bả bản vẽ vẽ (Yêu cầu vẽ b - Thể hiện bản vẽ lắ p thiết bị trên 01 bản vẽ khổ Ao (V ẽ trích các k ế ẽ trích ết cấu điể n hình)

5. Các yêu cầ cầu khác: - Thực hiện và thông qua đồ án đồ án đúng tiến độ

5. Ngày giao nhiệ nhiệm vụ vụ: 6. Ngày hoàn thành: Giảng Giảng viên hướ ng ng dẫ dẫ n

TS. VŨ ĐÌNH TIẾN TIẾN

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56 K56

1



MỤC LỤ LỤC LỜI MỞ ĐẦU .............................................. ............................................................................................... ................................................................................ ............................... 4 1. TỔ NG QUAN VỀ NaOH .......................................................... ......................................................................................................... ............................................... 5 1.1 Tính chất vật lý .................................................... ....................................................................................................... ................................................................ ............. 5 1.2 Tính chất hóa học ................................................ ................................................................................................... ................................................................ ............. 5 1.3 Phươ ng ng pháp sản xuất .................................................. .................................................................................................... ....................................................... ..... 6 1.3.1 Cơ s sở ph phươ ng ng pháp ........................................................................................ ....................................................................................................... ............... 6 1.3.2 Các kiểu buồng điện phân.............................................. ............................................................................................. ............................................... 7 1.4 Ứ ng ng dụng của NaOH .................................................................... ........................................................................................................... ....................................... 7 1.4.1 Một số nét v ề sản xuất kinh doanh Xút - Clo trên th ế giớ i ........................................... 7 1.4.2 Triển vọng tươ ng ng lai ..................................................................................................... ..................................................................................................... 9

1.4.3 Thực trạng sản xuất xút NaOH ở Việt Nam: ................................................................ ................................................................ 9 2. TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC ............................................. .............................................................................................. ..................................................... .... 10 2.1 Định nghĩa cô đặ c.............................................................................................................. .............................................................................................................. 10 2.2 Ứ ng ng dụng của cô đặc......................................................................................................... ......................................................................................................... 11 2.3 Các thiết bị trong cô đặc............................................... c................................................................................................. ..................................................... ... 11 2.3.1 Phân loại và ứng dụng ............................................................................................. ................................................................................................ ... 11 3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .................................................................................................. ................................................................................................. 14 3.1 Cơ s sở l lựa chọn quy trình công nghệ: ................................................. .............................................................................. ............................. 14

ơ đồ và thuyết minh quy trình công ngh ệ: ................................................ 3.2 Sơ đồ ..................................................................... ..................... 14 ơ đồ công nghệ: ........................................................................................... 3.2.1 Sơ đồ ........................................................................................................ ............. 14 3.2.2 Thuyết minh quy trình: .................................. .................................................................................... ............................................................. ........... 16 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ............................................................................................ ......................................................................................................... ............. 17 4.1 Cân bằng vật chất và năng lượ ng ng ................................................. ...................................................................................... ..................................... 17 4.1.1 Dữ kiện ban đầu ............................................ ............................................................................................. .............................................................. ............. 17 4.1.2 Cân bằng vật chất........................................................................................................ ........................................................................................................ 17 4.1.3 Tổn thất nhiệt độ ............................................................................................ ......................................................................................................... ............. 17 4.1.4 Cân bằng năng lượ ng ng ............................................. .............................................................................................. ..................................................... .... 20 4.2 Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc......................................................................... ......................................................................... 22 4.2.1 Tính hệ số cấ p nhiệt cho hai phía ............................................................................... ............................................................................... 22 Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56 K56

2



4.2.2 Nhiệt tải riêng trung bình ............................................... ............................................................................................ ............................................. 27 4.2.3 Hệ số truyền nhiệt K cho quá trình cô đặ c.................................................................. c.................................................................. 27 4.2.4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt...................................................................................... ...................................................................................... 27 4.2.5 Số ống truyền nhiệt ................................................ .................................................................................................. ..................................................... ... 27

4.2.6 Đườ ng ng kính ống tuần hoàn trung tâm ............................................ ......................................................................... ............................. 28 4.3 Tính cơ khí khí của thiết bị cô đặc ............................................. .......................................................................................... ............................................. 29 4.3.1 Buồng đốt nồi cô đặc ............................................. .............................................................................................. ..................................................... .... 29 4.3.2 Buồng bốc nồi cô đặc............................................. c.............................................................................................. ..................................................... .... 35

ợ ............................................................................................... 4.4 Tính toán thi ết bị phụ tr ợ ................................................................................................... .... 39 4.4.1. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .............................................. ................................................................................... ..................................... 39 4.1.2 Thiết bị ngưng tụ Bazomet ......................................................................................... ......................................................................................... 48 4.1.3 Thùng cao v ị ................................................. .................................................................................................... .............................................................. ........... 53 4.1.4 Bơ m.......................................................................................................................... ............................................................................................................................. ... 56

ợ .............................................. 4.5 Các chi ti ết phụ tr ợ ............................................................................................... .............................................................. ............. 57 4.5.1 Ống dẫn ................................................. .................................................................................................... ...................................................................... ................... 57 4.5.2 Tính toán và ch ọn tai treo ........................................................................................ ........................................................................................... ... 59 4.5.3 Cửa quan sát........................................................................................... ................................................................................................................ ..................... 63 4.5.4 Lớ p cách nhiệt............................................... t.................................................................................................. .............................................................. ........... 63 5. K ẾT LUẬ N .............................................................. ................................................................................................................. .............................................................. ........... 65 6. DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... ............................................................................... 66

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56 K56

3

Đồ án môn học quá trình thi ế t bị

GVHD:TS VŨ ĐÌNH TIẾ N

LỜ I MỞ ĐẦU Trong k ế hoạch đào tạo đối với sinh viên trình độ năm thứ 4, Đồ án quá trình thi ế t bị trong công nghiệ p hóa chấ t và th ự c phẩ m là m ột cơ hội tốt để sinh viên có th ể tiế p cận vớ i việc tính toán, thiết k ế và chon l ựa các chi ti ết của một thiết b ị theeo các thông s ố cụ thể. Qua đó sinh viên có th ể tích lũy đượ c những kiến thức cần thiết như: khả năng đọc, tra cứu tài liệu và kĩ

năng tính toán, trình bày theo phong cách khoa họ c. Những kĩ năng này rấ t có ích cho sinh viên sau này khi ra trường đi làm việ c. Trong đồ án này , nhiệm v ụ của em là “Tính toán, thiế t k ế h ệ th ống cô đặc một n ồi, làm việc liên tục để cô đặc dung dịch NaOH từ n ồng độ 15% lên 30% . Đồ án đượ c th ực hi ện dướ i s ự

hướ ng d ẫn của thầy TS. Vũ Đình Tiến trưở ng bộ môn Máy và thiết bị trong công nghiệ p hóa chất trường Đạ i học Bách Khoa Hà N ội

Vì đồ án quán trình thi ết b ị trong công nghiệ p hóa chất và thực ph ẩm là đề tài lớ n dầu tiên mà sinh viên đả m nhận nên không tránh kh ỏi những thiếu xót và hạn chế. Do đó em rất mong đượ c sự chỉ dẫn, góp s từ các thầy cô để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.

Hà N ội, ngày 3/10/2014 Sinh viên thực hiện

Hoàng Trung Hải

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

4



1. TỔNG QUAN VỀ NaOH Công thức phân tử

NaOH

Danh pháp IUPAC

Sodium hydroxide

Tên khác

Xút, xút ăn da, kiề m

Phân tử gam

39,9971 g/mol

Bề ngoài

Tinh thể màu trắng

Tỷ trọng

2,1 g/cm³, rắn

Điểm nóng chảy

318 °C (591 K)

Điểm sôi

1.390 °C (1.663 K)

Độ hòa tan trong nước

111 g/100 ml (20 °C)

Độ bazơ (p K b)

-2.43

Natri hiđroxit hay hyđroxit natri (công thức hóa học NaOH) hay thường được gọi là xút hoặc xút ăn da. NaOH tạo thành dung dịch kiềm mạnh khi hòa tan trong dung môi như nước. Nó được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như giấy, dệt nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa. Sản lượng trên thế giới năm 1998 vào khoảng 45 triệu tấn. NaOH cũng được sử dụng chủ yếu trong các phòng thí nghiệm. NaOH tinh khiết là chất rắn có màu trắng ở dạng viên, vảy hoặc hạt hoặc ở dạng dung dịch bão hòa 50%. NaOH rất dễ hấp thụ CO2 trong không khí vì vậy nó thường được bảo quản ở

trong bình có nắp kín. Nó phản ứng mãnh liệt với nước và giải phóng một lượng nhiệt lớn, hòa tan trong etanol và metanol. Nó cũng hòa tan trong ete và các dung môi không phân cực .

1.1 Tính chất vật lý 

Entanpi hòa tan ΔHo -44,5kJ/mol



Ở trong dung dịch nó tạo thành dạng monohydrat ở 12,3 -61,8 °C với nhiệt độ nóng chảy 65,1 °C và tỷ trọng trong dung dịch là 1,829 g/cm 3



Một số tính chất vật lý quan trọng của NaOH

1.2 Tính chất hóa học 

Phản ứng với các axít và ôxít axít tạo thành muối và nước NaOH(dd) + HCl(dd) → NaCl(dd) + H2O

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

5

Đồ án môn học quá trình thi ế t bị 


Phản ứng với cacbon điôxít 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O NaOH + CO2 → NaHCO3



Phản ứng với các axít hữu cơ tạo thành muối của nó và thủy phân este:



Phản ứng với muối tạo thành bazơ mới và muối mới: 2 NaOH + CuCl2 → 2 NaCl + Cu(OH) 2↓

1.3 Phương pháp sản xuất 1.3.1 Cơ sở phương pháp Toàn bộ dây chuyền sản xuất xút ăn da (NaOH) là dựa trên phản ứng điện phân nước muối (nước cái). Trong quá trình này dung dịch muối (NaCl) được điện phân thành clo nguyên tố (trong buồng anốt), dung dịch NaOH, và hiđrô nguyên tố (trong buồng catôt) . Nhà máy có thiết bị để sản xuất đồng thời xút và clo thường được gọi là nhà máy xút -clo. Phản ứng tổng thể để sản xuất xút và clo bằng điện phân là: 2 Na+ + 2 H2O + 2 e- → H2 + NaOH

Phản ứng điện phân dung dịch muối ăn trong bình điện phân có màng ngăn: 2NaCl + 2 H2O → 2 NaOH + H2 + Cl2

Sơ đồ điện phân có màng ngăn Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

6



buồng điện phân 1.3.2 Các ki ểu Điểm phân biệt giữa các công nghệ này là ở phương pháp ngăn cản không cho natri hyđroxit và khí clo lẫn lộn với nhau, nhằm tạo ra các sản phẩm tinh khiết. 

Buồng điện phân kiểu thuỷ ngân

Trong buồng điện phân kiểu thuỷ ngân thì không sử dụng màng hoặc màn chắn mà sử dụng thuỷ ngân như một phương tiện chia tách. Xem thêm Công nghệ Castner -Kellner. 

Buồng điện phân kiểu màng chắn

Trong buồng điện phân kiểu màng chắn, nước muối từ khoang anôt chảy qua màng chia tách để đến khoang catôt; vật liệu làm màng chia tách là amian phủ trên catôt có nhiều lỗ 

Buồng điện phân kiểu màng ngăn

Còn trong buồng điện phân kiểu màng ngăn thì màng chia tách là một màng trao đổi ion 1.4 Ứng dụng của NaOH NaOH ứng dụng trong sản xuất xà phòng, chất tẩy r ửa, bột giặt, tơ nhân tạo, sản xuất giấy, sản xuất nhôm (làm s ạch quặng nhôm trướ c khi sản xu ất), trong chế biến dầu mỏ và nhiều ngành công nghiệ p hóa chất khác. 1.4.1 M ột số nét v ề sản xuấ t kinh doanh Xút - Clo trên thế gi ớ i

1.4.2.1 Tình hình s ản xuất và xu hướ ng công nghệ hiện nay Toàn thế giớ i hiện có khoảng 500 công ty s ản xuất xút - clo l ớ n vớ i công suất danh định 45 triệu tấn xút năm. Một phần ba tổng sản lượ ng xút toàn cầu đượ c sản xuất tại Mỹ vớ i giá cả r ất cạnh tranh.

Hơn 95% sản lượ ng xút - clo c ủa thế giới đượ c sản xuất bằng phương pháp điệ n phân dung dịch muối ăn vớ i ba công nghệ chính: điện cực thủy ngân, điện phân màng ngăn và màng trao

đổi ion. ở châu Âu, hiện nay khoảng 54% tổng công suất xút - clo là theo công ngh ệ điện c ực thủy ngân, 22% theo công ngh ệ điện phân màng ngăn và 22% theo công nghệ điện phân màng

trao đổi ion. Nhưng trướ c áp lực của các quy định nghiêm ngặt về bảo vệ môi trườ ng, Hiệ p hội các nhà sản xuất xút - clo châu Âu đã cam kết đến năm 2025 sẽ đóng cửa hoặc chuyển đổi toàn bộ các nhà máy xút-clo theo công ngh ệ điện c ực thủy ngân sang công nghệ màng trao đổi ion. Hiện nay, hầu như tất cả những nhà máy xút - clo m ớ i xây dựng trên thế giới đều áp dụng công nghệ màng trao đổi ion, vì đây là cô ng nghệ có mức tiêu hao nhiên li ệu thấ p nhất, giá thành sản phẩm thấ p và không ảnh hưởng đến môi trườ ng. Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

7



Để đánh giá tổng chi phí s ản xuất xút-clo, ngườ i ta tính toán chi phí s ản xuất theo đơn vị ECU (1 ECU = 1,0 tấn clo + 1,1 t ấn xút). 1.4.2.2 Tình hình kinh doanh xút trên th ế giớ i Trong số 45 - 50 tri ệu tấn xút đượ c s ản xuất hàng năm, có khoả ng 16% (7 - 8 triệu t ấn) đượ c buôn bán trên thị trườ ng, chủ yếu là xút s ản xuất ở Mỹ và châu Âu (chi ếm 80% thị trườ ng). Khoảng 94% xút đượ c buôn bán ở dạng lỏng (thướng là 50% NaOH), trong đó gầ n 2 triệu t ấn

đượ c vận chuyển bằng đườ ng biển và trên 5 tri ệu tấn đượ c vận chuyển bằng đườ ng bộ. Giá xút r ắn thường cao hơn giá xút lỏ ng (tính theo d ạng khô) 100 - 200 USD/tấn. Thị trường đối vớ i xút r ắn chủ yếu là các nước đang phát triển do cơ sở hạ tầng không thích hợ p cho việc vận chuyển và sử d ụng xút lỏng. Nhưng với cơ sở h ạ t ầng đang ngày càng đượ c phát triển, những thị trườ ng lớn như Trung Quốc và các nước SNG đang giả m tiêu th ụ xút r ắn và chuyển sang nhậ p xút l ỏng. Ngày nay, Cuba, Angiêri và châu Phi là nh ững thị trườ ng tiêu thụ chính đối v ớ i xút r ắn. Ở châu Á, Inđônêxia là nướ c duy nhất còn nhậ p kh ẩu xút r ắn v ớ i kh ối lượ ng l ớ n. Do giá xút r ắn cao nên kh ối lượ ng buôn bán sản phẩm này trên thế giớ i chỉ đạt 400.000 tấn/năm và

đang giảm vớ i tốc độ 8%/năm. Xút lỏng đượ c buôn bán trên th ế giớ i chủ yếu phục vụ nhu cầu sản xuất nhôm oxit (alumin) t ại

các nước như Ôxtrâylia, Braxin, Vênêzuêla, Surinam, Giamaica và Ghinê, trong đó đáng kể nhất là Ôxtrâylia. Các nướ c nhậ p khẩu lớ n khác, phản ánh sự bất cân bằng xút-clo trong các khu vực là Hàn Quốc và Côlômbia. 1.4.2.3 S ản xuấ t và kinh doanh xút - clo t ại châu Á Nhìn tổng thể, nếu sản xuất đủ clo để có thể đảm bảo nhu cầu đối vớ i sản phẩm này thì châu Á lại không thể tiêu thụ hết sản phẩm đồng hành là xút. châu Á đang phải nhậ p các hóa chất chứa clo (chủ yếu là PVC) với lượng ngày càng tăng. Trên thự c tế, nhiều nước châu Á đang xuất khẩu sản phẩm xút giá cao (do chi phí điện năng cao) để cân bằng nhu cầu lớ n của mình về các sản phẩm chứa clo. Nhưng giá điệ n cao khiến cho xuất khẩu xút chỉ h ạn ch ế ở m ức khiêm t ốn và khó có thể cạnh tranh đượ c vớ i các nhà s ản xuất giá thành thấ p ở Mỹ và Ảr ậ p Xêút. Thị

trườ ng nhậ p khẩu xút lớ n nhất thế giớ i là Ôxtrâylia v ớ i nhu cầu mỗi năm 1 triệ u tấn xút cho ngành sản xuất các s ản phẩm nhôm. Hiện nay Ôxtrâylia nh ậ p khẩu xút chủ yếu từ Nhật Bản,

Ảr ậ p Xêút, châu Âu và M ỹ, nhưng cũng sẽ là thị trường đích cho các nhà sả n xuất mớ i ở châu

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

8



Á. Tuy nhiên, Ôxtrâylia đang có kế hoạch xây dựng nhà máy xút - clo công su ất l ớ n, nhà máy này sẽ có ảnh hưở ng quan tr ọng đối vớ i thị trườ ng xút - clo trên th ế giớ i và khu vực. 1.4.2 Tri ể n v ọng tương lai

Triển v ọng c ủa s ản xu ất xút clo th ế gi ớ i ch ịu ảnh hưở ng c ủa nhiều tác động như: nhu cầ u clo cho sản xuất PVC, tình hình cung ứng chất thay thế là sô đa, chi phí điệ n, và việc xây dựng những nhà máy xút clo m ới, như nhà máy xút - clo sắ p xây dựng c ủa Ôxtrâylia. Ngoài ra còn có những yếu tố chu k ỳ và xu hướ ng phát triển trong khu vực, thuế nhậ p khẩu và tỷ giá giữa

các đồng tiền. Những yếu tố then chốt cho khả năng cạnh tranh của các sản ph ẩm xút - clo là giá điện, quy mô công suất nhà máy, sự k ết hợ p một cách hi ệu quả dây chuyền xút - clo vào các tổ hợ p hóa dầu, và triển vọng của sản xuất nhựa P VC trướ c những lo ngại về môi trườ ng. Về trung hạn, các nhà máy m ớ i xây dựng v ớ i giá thành s ản xu ất th ấ p s ẽ gây áp lực mạnh đối vớ i các nhà s ản xuất quy mô nhỏ, giá thành cao. Các nước châu Á như Trung Quốc trước đây

thườ ng nhậ p khẩu xút thì nay đang bắt đầ u xuất khẩu sản phẩm này. Đặc biệt, Trung Quốc đang cơ cấu lại ngành công nghiệ p hóa d ầu c ủa mình, các cơ sở sản xuất hóa dầu n ội địa vớ i công suất thấ p sẽ đượ c thay th ế bằng các nhà máy l ớ n ở vùng duyên hải vớ i khả năng xuất khẩu sản phẩm, do đó nhu cầu clo sẽ tăng đáng kể.

Nhưng vấn đề then ch ốt là giá năng lượng đang làm thay đổi cơ cấ u công nghiệ p xút - clo thế giới. Các nướ c và khu vực có giá năng lượ ng thấ p, ví d ụ Ôxtrâylia, s ẽ xuất kh ẩu clo dư thừ a ở dạng EDC sang các th ị trường đang tăng trưở ng ở châu Á. Đối vớ i nhiều nướ c, k ể cả Ôxtrâylia, việc xuất khẩu clo nhiều khi nhằm mục đích cân bằng cơ cấu xút - clo. Có thể nói, tương lai củ a sản xuất xút liên quan ch ặt chẽ vớ i nhu cầu clo, mà cơ bản vẫn là vớ i ngành công nghiệ p PVC thế giớ i.

1.4.3 Thực trạng sản xuất xút NaOH ở Việt Nam: Hiện nay cả nước ta có 5 cơ sở sản xuất xút lớn và một số cơ sở sản xuất nhỏ khác với tổng năng lực sản xuất khoảng 100.000 tấn/năm. Cụ thể như sau: - Nhà máy Hóa chất Việt Trì (hiện là Công ty Hóa chất Việt Trì) do Trung Quốc giúp đỡ

xây dựng từ đầu những năm 60, với công suất ban đầu 1990 tấn xút lỏng 31%/năm (tính theo 100% NaOH), 1020 tấn HCl 31%/ năm và 145 tấn clo lỏng/năm để cung cấp cho nhà máy giấy tại khu công nghiệp Việt Trì. Trong những năm chiến tranh, nhà máy bị bom Mỹ tàn phá, hư hại nhiều, đến năm 1975 được tiến hành khôi phục mở rộng. Từ giữa năm 1975 đến đầu năm Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

9



1976 các công trình phục hồi được đưa vào sản xuất với quy mô mới. Hiện nhà máy có năng lực sản xuất 6500 tấn NaOH/năm. Sản lượng thực tế đạt khoảng 6000 tấn/năm. Công ty đã có dự án mở rộng công suất lên 10.000 tấn NaOH/năm, dự kiến sẽ hoàn thành trong năm 2003. - Nhà máy Hóa chất Biên Hoà (hiện trực thuộc Công ty Hóa chất cơ bản miền Nam) được

xây dựng với mục đích ban đầu là cung cấp xút và clo cho khu công nghiệp Biên Hoà. Sau khi thống nhất đất nước năm 1975, Nhà máy đã hư hỏng nhiều, đã được cải tạo, mở rộng và lắp đặt trang thiết bị mới. Hiện nhà máy có năng lực sản xuất 15.000 tấn xút /năm, sản lượng thực tế đạt 11000-12000 tấn/năm. - Xưởng sản xuất xút của Công ty Giấy Đồng Nai: Xút được sản xuất chủ yếu để dùng

cho sản xuất giấy. Công suất của xưởng đạt 5.000 tấn/năm - Xưởng xút-clo của Công ty Bột ngọt Vedan: Xưởng xút - clo của Nhà máy Bột ngọt

Vedan được xây dựng vào thời kỳ 1991 -1995 có công suất 20.000 tấn/năm với nhiệm vụ cung cấp axit HCl cho dây chuyền sản xuất bột ngọt của nhà máy. Xưởng xút đã được mở rộng lên công suất 60.000 tấn/năm cân đối theo lượng axit HCl tiêu thụ tại nhà máy. - Nhà máy xút-clo của Công ty Giấy Bãi Bằng có công suất 7.000 tấn xút/năm chủ yếu

phục vụ cho việc nấu bột giấy và dùng clo để tẩy trắng bột giấy. Nhìn chung, tổng công suất sản xuất xút của nước ta còn nhỏ, lại phân tán ở nhiều cơ sở. Do chưa có phương án cân bằng clo về dài hạn nên các cơ sở thường phải sản xuất dưới mức công suất thiết kế, tỷ lệ sử dụng công suất nhiều khi chỉ đạt 55 - 65%, sản phẩm kém tính cạnh tranh và không đáp ứng nhu cầu trong nước. Trong 10 - 15 năm tới, vấn đề cân bằng clo vẫn sẽ là một thách thức rất lớn cho sản xuất xút ở nước ta. Chỉ khi công nghiệp hóa dầu ở nước ta được xây dựng và phát triển thì mới có thể giải quyết về căn bản vấn đề cân bằng clo và nâng công suất sản xuất xút trong nước. Mặt khác, trong tương lai xa, khi công nghiệp hóa dầu phát triển thì nhu cầu về clo sẽ tăng vọt, đòi hỏi các nhà máy xút clo cũng phải nâng công suất xút một cách tương xứng.

2. TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC 2.1 Định nghĩa cô đặc Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi, với mục đích: 

Làm tăng nồng độ chất tan.

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

10


Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (tinh khiết).



Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).


Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp xuất (áp xuất chân không, áp xuất thường, áp xuất dư) trong hệ thống một thiết bị cô đặc (nồi) hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Quá trình có thể gián đoạn hay liên tục.

Cô đặc chân không dung cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, ngoài ra còn làm tang hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch (hiệu số nhiệt độ hữu ích) dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt. Mặt khác, cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt thừa của quá trình sản cuất khác (hoặc sử dụng hơi thứ) cho cô đặc. Cô đặc ở áp xuất cao hơn áp xuất khí quyển thường dung cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ để sử dụng hơi thứ của dung dịch cho các quá trình khác.

Còn cô đặc ở áp xuất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà thải ra ngoài không khí. Đây là phương pháp đơn giản nhưng nhiệu quả kinh tế không cao. 2.2 Ứng dụng của cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung d ịch đường, mì chính, nướ c trái cây Trong sản xuất hoá ch ất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các mu ối vô cơ Hiện nay, phần lớ n các nhà máy sản xuất hoá chất, thực ph ẩm đều sử dụng thiết b ị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn. Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt

động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn li ền vớ i sự tồn tại của nhà máy. Cùng v ớ i sự phát triển của nhà máy, vi ệc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏ i phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hi ệu suất cao. Do đó, yêu cầu được đặ t ra cho

ngườ i k ỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mớ i của thiết bị cô đặc

2.3 Các thiết bị trong cô đặc 2.3.1 Phân loại và ứ ng d ụng

a. Theo cấ u t ạo Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm này có th ể cô

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

11



đặc dung dịch khá loãng, độ nhớ t thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm: 

Có buồng đốt trong (đồ ng tr ục buồng bốc), ống tuần hoàn trong ho ặc ngoài.



Có buồng đốt ngoài (không đồ ng tr ục buồng bốc)

Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡ ng bức (tuần hoàn cưỡ ng bức). Thiết b ị cô đặc nhóm này dùng

bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm chính là tăng cườ ng h ệ s ố truyền nhiệt k, dùng đượ c cho các dung d ịch khá đặc s ệt, độ nh ớ t cao, giảm bám cặn, k ết tinh trên b ề mặt truyền nhiệt. Bao gồm: 

Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.



Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.

Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này ch ỉ cho phép dung d ịch chảy dạng màng qua b ề mặt truyền nhiệt m ột lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt

độ lâu làm biến chất một s ố thành phần của dung dịch. Đặc biệt thích hợ p cho các dung dịch thực phẩm như nướ c trái cây, hoa qu ả ép. Bao g ồm: 

Màng dung dịch chảy ngượ c, có buồng đốt trong hay ngoài: dung d ịch sôi tạo bọt khó vỡ .



Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung d ịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ

vỡ .

b. Theo phương pháp thự c hiện quá trình - Cô đặc áp suất thườ ng (thiết bị hở ): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi; thường đượ c dùng

trong cô đặ c dung dịch liên tục để gi ữ mức dung dịch c ố định, nhằm đạt năng suất c ực đại và thời gian cô đặ c ngắn nhất. - Cô đặc áp suất chân không: dung d ịch có nhiệt độ sôi thấ p ở áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễ n ra liên t ục. - Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiế t kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá l ớ n vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Ngườ i ta có th ể cô chân không, cô áp l ực hay phối hợ p cả hai

phương pháp; đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế. - Cô đặc liên tục: cho k ết quả tốt hơn cô đặc gián đoạ n. Có thể được điều khiển tự động

nhưng hiện chưa có cảm biến đủ tin cậy. Đối vớ i mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết k ế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài, có hoặc không có ống tuần hoàn. Tuỳ theo điều kiện k ỹ Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

12



thuật và tính chất của dung dịch, ta có th ể áp d ụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp su ất

thườ ng hoặc áp suất dư. Trong thực tế người ta thường thiết kế các hệ thống cô đặc nhiều nồi để tang hiệu quả sử dụng hơi đốt.

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

13



3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1 Cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ: Quá trình cô đặ c có thể đượ c ti ến hành trong một thiết b ị cô đặc một n ồi hoặc nhiều nồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Quá trình cô đặ c có thể đượ c thực hiện ở áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu k ỹ thuật, khi làm vi ệc ở áp suất thườ ng có thể dùng thiết bị hở nhưng khi làm việc

ở áp suất thấ p thì dùng thiết bị kín cô đặc chân không vì có ưu điể m là có th ể giảm đượ c bề mặt truyền nhiệt (khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm dẫn đến hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng). Theo tính chất c ủa nguyên li ệu và sản ph ẩm, cũng như điều kiện k ỹ thuật của đầu đề, em lựa chọn thiết bị cô đặc chân không 1 n ồi liên tục có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm. Nguyên tắc c ủa quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: hơi nước bão hòa đượ c c ấ p vào thiết b ị để làm bay hơi dung môi của dung dịch. Hơi đốt sau cấ p nhiệt ngưng tụ lại đượ c

tháo qua côc tháo nước ngưng. Dung môi bay hơi qua cơ cấu tách bọt, hơi thứ ra khỏi thiết b ị đi vào thiết b ị ngưng tụ bazomet thành l ỏng. Dung dịch sau cô đắc đạt đượ c n ồng độ c ần thiết sẽ đượ c tháo qua cửa tháo liệu ra ngoài 

Ưu nhược điể m của hệ thống cô đặc nhiề u nồi ngượ c chiề u: 

Ưu điểm: Thiết b ị đơn giản, dễ vận hành. Cô đặc ở áp suất chân không làm gi ảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm chi phí năng lượ ng, hạn chế việc ch ất tan bị lôi cuốn theo và bám lại trên thành thi ết bị (làm hư thiết bị).

 Nhược

điểm: Cô đặc ở áp suất chân không làm gi ảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm

chi phí năng lượ ng, hạn chế việc chất tan bị lôi cuốn theo và bám l ại trên thành thi ết bị (làm hư thiết bị). 3.2 Sơ đồ và thuyết minh quy trình công nghệ: 3 .2.1 Sơ đồ công nghệ:

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

14


Hoàng Trung H ải

20112924


KTHH5 – K56

15



3.2.2 Thuy ết minh quy trình:

- Dung dịch Naoh 15%, ở 30oC, được bơm từ bể chứa nguyên liệu lên bồn cao vị, sau đó

được cho qua lưu lượ ng k ế r ồi vào thiết b ị gia nhiệt ban đầu. Tại đây, dung dịch NaOH đi bên trong ống truyền nhiệt và đượ c gia nhiệt bẳng hơi bão hòa đi bên ngoài ố ng. - Sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt ban đầu, dung dịch sẽ đượ c nhậ p vào thiết bị cô đặc tuần hoàn ống tâm, ở đây dung dịch đi bên trong ố ng tuần hoàn trung tâm và ống truyền nhiệt,

còn hơi đốt là hơi bão hòa sẽ đi bên ngoài ống, tại đây dung dịch được cô đặc đế n nồng độ 30%. - Hơi đốt là hơi bão hòa được đưa vào thiế t bị cô đặc, hơi đốt đi bên ngoài ố ng truyền nhiệt, nước ngưng sẽ được tháo ra bên ngoài, đồ ng thờ i trong ống tháo nước ngưng có cốc tháo

nước ngưng để tránh hơi đốt thoát ra bên ngoài, khí không ngưng cũng sẽ đượ c cho thoát ra bên ngoài qua ống xả. - Hơi thứ của thiết bị cô đặc được đưa vào thiế t bị ngưng tụ baromet, dùng nước để

ngưng tụ, phần hơi không ngưng tụ sẽ được đưa qua thiết bị tách lỏng để ngưng tụ phần hơi còn lại, phần khí sẽ đượ c hút ra ngoài bằng bơm chân không.

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

16



4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 4.1 Cân bằng vật chất và năng lượng 4.1.1 D ữ ki ện ban đầu 

Nồng độ đầu: xđ = 15 %



Nồng độ cuối: xc = 30 %



Năng suất nhậ p liệu: Vđ = 6m3/h



Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: chọn t0 = 30 oC



Áp suất ngưng tụ: pn = 1 – 0,4 = 0,6 at

4.1.2 Cân bằng v ật chấ t 

Xác định lượng hơi thứ bốc lên 

Khối lượ ng riêng của dung dịch NaOH 15 % ở 30 oC: ρđ = 1158,87 kg/m3 (tra bảng I.23[1-35]).

 

Năng suất thiết bị (tính theo kg/h) : G đ = ρđ.Vđ = 1158,87 5.6 = 6593,22 kg/h Theo công thức 5.16, trang 293, [5]: Có Gđ .xđ = Gc.xc =>



Gc

G . x 

đ

xc

đ

6593,22.15 

30



3476,61 (kg/h)

Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi thiết bị Cân bằng vật chất cho thiết bị cô đặc Gđ = Gc + W => W = G đ – Gc = 6953,22 – 3476,61 = 3476,61 (kg/h)

4.1.3 T ổ n thấ t nhi ệt độ 

Tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ. Chọn Δ’’’ = 1 oC 

Ta có áp suất tại thiết b ị ngưng tụ là p n = 0,6 at ⇒ nhiệt độ của hơi thứ trong thiết bị

ngưng tụ là tn = 85,5 oC (Bảng I.251 [1-314]) 

Nhiệt độ sôi của dung môi tại áp suất buồng bốc: tsdm(po) – tn = Δ’’’ ⇒ tsdm(po) = tn + Δ’’’ = 85,5 + 1 = 86,5 oC





Áp suất buồng bốc: tra bảng [1-312] ở nhiệt độ 86,5 oC ⇒ po = 0,6275 at

Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng (Δ’) Theo công thức của Tisencô (VI.10), [2- 59] Δ’ = Δ’o . f

Trong đó: Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

17



- Δ’o: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi

ở áp suất khí quyển. - Dung dịch được cô đặc có tuần hoàn nên a = x c = 30 %. Tra bảng VI.2, [2-67]: Δ’o = 17oC - f – hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, đượ c tính theo công th ức VI.11 [2-59]: f  16,2.

 t  273

2

r

Trong đó: o

t - nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất đã cho (tsdm(po) = 86,5 oC)

o

r - ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên ch ất ở áp suất làm việc. Tra bảng I.25[1-314]: r = 2293,25 kJ/kg. f  16,2. ⇒

86,5  273

2

2293,5.1000



0,9130

Δ’ = 17.0,9096 = 15,4632 oC

tsdd(po) = tsdm(po) + Δ’ = 86,5 + 15,4632 = 101,9632 oC

⇒



Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ’’) Gọi chênh l ệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là Δp (N/m2), Ta có:

 p 

1 2

 s .g.H op ; N/m2

Trong đó: - ρs – khối lượ ng riêng trung bình c ủa dung dịch khi sôi bọt; kg/m3 ρs = 0,5.ρdd

ρdd – khối lượ ng riêng thực của dung dịch đặc không có bọt hơi; kg/m 3 Giả thiết tsdd(po+ Δp) = 104oC, C% = xc = 30 %,

Ta có ρdd = 1273,29 kg/m3 (tra bảng I.23[1-35]). ⇒

ρs = 0,5.1273,29 = 636,645 kg/m3

- Hop – chiều cao thích h ợ p của dung dịch sôi tính theo kính quan sát m ực chất lỏng; m Hop = [0,26 + 0,0014.(ρ dd – ρdm)].ho Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là ho = 3,0 m (b ảng VI.6 [2-80]) ρdm Khối lượ ng riêng của dung môi tại nhiệt độ sôi của dung dịch 104 oC. Tra bảng I.249 [1-311], ρdm = 955,5 kg/m3 Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

18



Hop = [0,26 + 0,0014.(1273,29 – 955,5)].3,0 = 1,595 m

⇒

 p 

1 2

636, 645.9,81.

1,595 9,81.10

4

 0, 05

at

Ptb = Po + ΔP = 0,6275 + 0,05 = 0,6775 Tra bảng I.251[1-314], ptb = 0,6775 at => tsdm(ptb) = 88,445 oC

Ta có: Δ’’ = tsdm(po + Δp) – tsdm(po) = tsdd(po + Δp) – tsdd(po) = 88,445 – 86,5 = 1,945 oC tsdd(ptb) = tsdd(po) + Δ’’ = 102,021 + 1,945 = 103,966

⇒

Sai số 0,30% đượ c chấ p nhận. Vậy tsdd(ptb) = 104 oC. Sản phẩm đượ c lấy ra tại đáy ⇒ tsdd(po + 2Δp) = 102,021 + 2.1,945 105,911 oC 

Tổng tổn thất nhiệt độ: ΣΔ = Δ’ + Δ’’ + Δ’’’ ⇒

ΣΔ = 15,521 + 1,945 + 1 = 18,466 oC

K ế t luận:

Vớ i nhiệt độ sôi của dung dịch NaOH 30% ở ấ p xuất Ptb = 0,6611 at => tsdd(Ptb) = 104oC Chọn áp xuất của hơi nước bão hòa đảm bảo tD > tsdd(Ptb) từ 10- 15oC => áp xuất hơi đốt: PĐ = 4 at => t Đ =142,9 oC (tra b ảng T.251[1-314]) Chênh lệch nhiệt độ hữu ích: Δthi = tD – (tc + ΣΔ) = 142,9 – (85,5 +18,466) = 38,934 oC

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

19



Thông số

Ký hiệu

Nồng độ đầu Nồng độ cuối Năng suấ t nhậ p liệu Năng suấ t tháo liệu

xđ xc Gđ Gc HƠI THỨ W po tsdm(po)

Suất lượ ng Áp suất Nhiệt độ Enthalpy Ẩn nhiệt ngưng tụ

iW r W

Đơn vị %wt %wt kg/h kg/h

Giá trị 15 30 6953,22 3476,61

kg/h at oC kJ/kg kJ/kg

3476,61 0,6275 86,5 2655,7 2293,25

at oC kJ/kg

4 142,9 2141

oC oC at oC oC oC o C oC o C

102,021 15,521 0,6775 88,445 1,945 104 1 18,466 38,934

HƠI ĐỐT Áp suất Nhiệt độ Ẩn nhiệt ngưng tụ

pD tD r D

TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ tsdd(po) Nhiệt độ sôi của dung dịch ở po Δ’ Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ptb Áp suất trung bình Nhiệt độ sôi của dung môi ở ptb tsdm(ptb) Δ’’ Tổn thất nhiệt độ do cột thuỷ tĩnh Nhiệt độ sôi của dung dịch ở ptb tsdd(ptb) Δ’’’ Tổn thất nhiệt độ trên đườ ng ống ΣΔ Tổng tổn thất nhiệt độ Δthi Chênh lệch nhiệt độ hữu ích 4.1.4 Cân bằng năng lượ ng

4.1.4.1 Cân bằ ng nhiệt lượ ng  Dòng nhiệt vào (W):





Do dung dịch đầu

Gđcđtđ



Do hơi đốt

D i"



Do hơi ngưng trong đườ ng ống dẫn hơi đốt

DφDctD

Dòng nhiệt ra (W): 

Do sản phẩm mang ra

Gccctc



Do hơi thứ mang ra

W i"



Do nước ngưng

Dcθ

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

20







Nhiệt cô đặc

Qcđ



Nhiệt tổn thất

Qtt

Nhiệt độ của dung d ịch NaOH 18 % trước và sau khi đi qua thiế t bị gia nhiệt: 

tvào = 30 oC



tra = tsdd(po) = 102,021 oC



Nhiệt độ của dung dịch NaOH 15 % đi vào thiết bị cô đặc là tđ = 101,9632 oC



Nhiệt độ của dung dịch NaOH 30 % đi ra ở đáy thiết bị cô đặc là: tc = tsdd(po) + 2Δ’’ = 101,9632 + 2.1,322 = 104,61 oC



Nhiệt dung riêng c ủa dung d ịch NaOH:

Nhiệt dung riêng c ủa dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau đượ c tính theo công thức(I.43) và (I.44) [1-152]: a = 15 % (a < 0,2):



cđ = 4186.(1 - a) = 4186.(1 - 0,15) = 3558,1 J/(kg.K) a = 30 % (a > 0,2):



cc = 4186 - (4186 - c ct).a = 4186 – (4186 – 1310,75).0,3 = 3323,425 J/(kg.K) Vớ i cct

là nhiệt dung riêng của NaOH khan, đượ c tính theo công th ức (I.41) và

bảng I.141 [1-152]: cct



c Na .1  cO .1  cH .1 Mct



26000  16800  9630 40



1310,75

4.1.4.2 Phương trình cân bằ ng nhiệt Gđcđtđ + D i D" + φDctD = Gccctc + W iW " + Dcθ ± Qcđ + Qtt (+Qcđ ứng vớ i quá trình thu nhi ệt, - Qcđ ứng vớ i quá trình toả nhiệt)  

Có thể bỏ qua:

Nhiệt lượng do hơi nước bão hoà ngưng tụ trong đườ ng ống dẫn hơi đốt vào buồng

đốt: φDctD = 0  

Nhiệt cô đặc: Qcđ = 0

Trong hơi nướ c bão hoà, bao gi ờ cũng có một lượng nước đã ngưng bị cuốn theo

khoảng φ = 0,05 (độ ẩm của hơi). Nhiệt lượng do hơi nướ c bão hoà cung cấ p là D(1 - φ)( i D" - cθ); W

⇒

Nước ngưng chả y ra có nhi ệt độ bằng nhiệt độ của hơi đốt vào (không có quá l ạnh sau Hoàng Trung H ải 20112924 KTHH5 – K56 21



khi ngưng) thì ( i D" - cθ) = r D = 2171 kJ/kg ( ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt). 

D(1 - φ).(i” - C.θ) + GĐ.CĐ.tĐ = Gc.Cc.tc + W.i”w + Qtt Thay Qtt = ε.QD = 0,005. QD



QD = D.(1 – ε).(1 – φ).(i”D – Cθ) = GĐ(Cc.tc - CĐ.tĐ) + W(i”w - Cc.tc)

Lượng hơi đốt tiêu t ốn biểu kiến



D





1

–

6953, 22 3600





  W  i” w  C .t    . 1 –   .  i” D – C  

G Đ Cc .tc  CĐ .tĐ

c

c

 3323, 425.105, 911  3558,1.102,021 

3476, 61

 2655700  3323,425.105,911  3600 1  0, 05 . 1  0, 05 .2141000

1,1403

Nhiệt lượng do hơi đố t cung cấ p



QD = D.(1 – ε).(1 – φ).r D = 1,1403.(1 – 0,05).(1 – 0,05).2141000 = 2203480,657 (W)

Lượng hơi đốt tiêu t ốn riêng



d

D 

W



1,1403 3476,61



1,1808

(kg hơi đốt/kg hơi thứ )

3600

Thông số

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

Nhiệt độ vào buồng bốc

tđ

oC

102,021

Nhiệt độ ra ở đáy buồng đố t

tc

o

C

105,911

Nhiệt dung riêng dung d ịch 15%

cđ

J/(kg.K)

3558,1

Nhiệt dung riêng dung d ịch 30%

cc

J/(kg.K)

3323,453

Nhiệt tổn thất

Qtt

W

1101740,329

Nhiệt lượng do hơi đố t cung cấ p

QD

W

2203480,657

Lượng hơi đốt biểu kiến

D

kg/s

1,1403

Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng

d

kg/kg

1,1808

4.2 Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 4.2.1 Tí nh hệ số c ấ p nhi ệt cho hai phía

Giả sự điề u kiện làm vệc của phòng đố t thỏa mãn 

Thông số ống truyền nhiệt H = 3m; d = 32x2 mm

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

22


 


Hơi ngưng tụ trên bề mặt chảy dòng.

TÍNH LẶP LẦN 1. Gi ả sử Δt1 = 3,1oC Nhiệt tải phía hơi nướ c bão hòa  r   1  2,04. A.    t1.H 



0,25

(Công thức V.101 [2 – 28])

Trong đó: - α1: Hệ số cấ p nhiệt phía hơi nước ngưng; W/m 2.K - r: Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nướ c bão hòa ở áp suất 4at Tra bảng I.251 [1-314] có r =2141 KJ/kg - H: chiều cao của ống truyền nhiệt H = 3m - A: Hệ số phụ thuộc vào màng nước ngưng. tm



1 2

t

t1

 t D



Trong đó tt1: Nhiệt độ của mặt tườ ng 1 tD: Nhiệt độ của hơi đố t; tD = 142,9oC 

tt1 = tđ – Δt1 = 142,9 – 3,1 = 139,8 (oC)

 tm



1 2

 t 1  t   t

142,9  139,8

D

2



141,35 ( oC)

Vớ i tm = 141,35 tra b ảng [2-29] ta đượ c A = 194,05 

 r   1  2,04. A.   t1.H 

0,25

 2141000   2,04.194,05.    3,1.3 

0,25

 8671,785

Nhiệt tải phía hơi ngưng Q1 = α1 . Δt1 = 8671,785.3,1 = 26880,599 (W/m2) 

Nhiệt tải riêng từ bề mặt đốt đến lòng chất lỏng sôi

Áp dụng công thức VI.27[2-71]    2   n . dd   dm 

0,565

   2  C     .  dd  .  dd  .  dm   dm   C dm    dd 

0,455

(W/m2.k)


20112924

KTHH5 – K56

23



- αn: Hệ số cấ p nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch. Do nướ c sôi sủi bọt

nên αn đượ c tính theo công th ức V.91[2-26]  n

 0,145. p

0 ,5

.t 2,33 vớ i

p = 0,6275 at = 61536,73 N/m

Δt = Δt2 = tt2 – t tsdd(ptb) tt2 = tt1 - Δtt

Trong đó: 

Δt2: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung d ịch sôi



Δt1: Chênh l ệch nhiệt độ giữa hơi đố t và thành ống



Δtt: hiệu số truyền nhiệt giữa 2 mặt ống truyền nhiệt Δt = Q1 . Σr Σr: Tổng nhiệt tr ở ở ccủa thaanhf ống truyền nhiệt r 

r

1



 

 r 2

ở c r 1, r 2 nhiệt tr ở cặn bẩn 2 phía tườ ng ng Tra bảng VI [2-4] 

ở c r 1 = 0,232.10-3; Nhiệt tr ở của nướ c sạch



ở c r 2 = 0,387.10-3; Nhiệt tr ở của cặn bẩn

Tra bảng VI.6[2-80] 

Chọn ống truyền nhiệt có bề dày δ = 0,002m



Vật liệu thép OX18H10T có λ = 163,3 W/m.K

  r  0,232.10

3



0,002 16,3

3

 0,387. ,387.1 10

4

 7,42.1 ,42.10 0



Δtt = 268800,599.7,42.10-4 = 19,945 (oC)



– Δtt = 139,8 – 19,945 tt2 = tt1 – Δt 19,945 = 119,854 ( oC)



Δt2 = tt2 – t tsdd(ptb) = 119,84 – 104 104 = 15,854(oC)



αn = 0,145.61536,730,5.15,8552,33 = 22505,919 (W/m2.k)

Tại tsdd(ptb) = 104 (oC) và tsdm(ptb) = 88,445 (oC) ta có

ρ

λ

C

µ

Dung dịch

3323,425

0,001769

1271,57

0,59

Dung môi

4239,688

0,320.10-3

966,3263

0,6794

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56 K56

24



G hi chú chú::

- Cdm, µdm, λdm, ρdm: Tra bảng I.249[1-311] - µdd: Tra bảng I.23[1-35] - λdd: Đượ c tính theo công th ức I.32[1-123]  dd



A.C dd .  dd . 3

 dd M

Trong đó: A: Hệ số phụ thuộc vào mức độ lien k ết của chất lỏng. Đối vớ i chất lỏng lien k ết



A = 3,58.10-8

ở đây là NaOH và H2O) M: Khối lượ ng ng mol của hỗn hợ p (ở đây



M = a.M NaOH + (1- a).MH2O) = a.40 + (1- a).18 a: là phần mol của NaOH x

a



M NaOH x M NaOH



0,3



1 x



0, 3

40 0, 7

40

18

M H

2O





0,16167

M = 0,161677.40 + (1- 0,161677).18 = 21,55689

 dd     dm 

0 ,565

   2  C     .  dd  .  dd  .  dm   dm   C dm    dd 

0,455

59   0, 59   ,6794   0,67

0,505

2 3  1272, 57 57  3323, 42 425 0, 32 32.10  .  .   . 4239,68 9 6 6 ,32 ,3 2 6 3 ,6 8 8 0 ,00 ,0 0 1 7 6 9    

0,435

 0,182

Do đó: α2 = 22505,919.0,182 = 4096,077 Q2 = 4096,077.15,855 = 64943,305 (W/m2)



N hận xét: xét: Q1 = 26880,599 W/m2 khác xa vớ i Q2 = 64943,305 W/m2 nên cần tính lặp để chọn

Δt1 thích hợp để Q1 = Q2   

5oC TÍNH LẶ LẶP LẦ LẦN 2. G i ả sử Δt1 Δt1 = 3, 5

Nhiệt tải phía hơi nướ c bão hòa

– Δt1 = 142,9 – 3,5 tt1 = tđ – Δt 3,5 = 139,4 (oC)

 tm



1 2

 t 1  t   t

142, 9  139, 4

D

2



141,15 ( oC)

Vớ i tm = 141,15 tra b ảng [2-29] ta đượ c A = 194,1725 

 r   1  2,04 ,04.. A.    t1.H 

Hoàng Trung H ải

0,25

 2141000   2, 04 04.194,1725.    3,5.3 

20112924

0,25

 8417, 337

KTHH5 – K56 K56

25



Nhiệt tải phía hơi ngưng Q1 = α1 . Δt1 = 8417,334.3,5 = 29460,679 (W/m2) Nhiệt tải riêng từ bề mặt đốt đến lòng chất lỏng sôi

 

Δtt = 29460,679.7,42.10-4 = 21,8598 (oC)



– Δtt = 139,4 – 21,8598 tt2 = tt1 – Δt 21,8598 = 117,540 ( oC)



Δt2 = tt2 – t tsdd(ptb) = 117,540 – 104 104 = 13,54(oC)



αn = 0,145.61536,730,5. 13,542,33 = 15581,879 (W/m2.k)

Do đó: α2 = 15581,879.0,182 = 2835,902 Q2 = 2835,902.13,51 = 38398,1136 (W/m2)



Từ dữ kiện tính lặ p 2 lần trên ta có đồ thị q

q2

q1

∆t 0 Từ đồ thị chon Δt1 = 3,63oC   

TÍNH LẶ LẶP LẦ LẦN 3. G i ả sử Δt1 Δt1 = 3,63oC Nhiệt tải phía hơi nướ c bão hòa

– Δt1 = 142,9 – 3,63 tt1 = tđ – Δt 3,63 = 139,27 ( oC)

 tm



1 2

 t 1  t   t

D

142, 9  139, 27 2



141,09 ( oC)

Vớ i tm = 141,09 tra b ảng [2-29] ta đượ c A = 194,1635

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56 K56

26

Đồ án môn học quá trình thi ế t bị 

 r   1  2,04. A.   t1.H 

0,25


 2141000   2, 04.194,1635.    3,63.3 

0,25

 8340, 309

Nhiệt tải phía hơi ngưng Q1 = α1 . Δt1 = 8340,309.3,63 = 30297,102 (W/m2) 

Nhiệt tải riêng từ bề mặt đốt đến lòng chất lỏng sôi



Δtt = 30297,102.7,42.10 -4 = 22,480 (oC)



tt2 = tt1 – Δtt = 139,27 – 22,480 = 116,789 ( oC)



Δt2 = tt2 – tsdd(ptb) = 16,789 – 104 = 12,789(oC)



αn = 0,145.61536,730,5. 12,7892,33 = 13641,57 (W/m2.k)

Do đó: α2 = 13641,57.0,182 = 2482,766 

Q2 = 2482,766.12,7891 = 31752,098 (W/m2)

Nhận xét:

Sai số tương đối của Q1 và Q2 sau 3 lần tính lặ p  

Q1  Q2 2



31752,098  30297,102 30297,102

.100%  4,58%  5%

Chấ p nhận sai số. 4.2.2 Nhi ệt t ải riêng trung bình Qtb



Q1  Q2 2



31752, 098  30297,102 2



31024,6

4.2.3 H ệ số truy ền nhi ệt K cho quá trình cô đặc 1

1

1  1 1    1 4   r     K   7, 42.10   8346,309   790, 771  2  2482, 76   1 

4.2.4 Di ện tích bề mặt truy ền nhi ệt F 

Q D K .t hi



2203480,657 790, 771.38, 934

 71,479( m2 )

4.2.5 Số ố ng truy ền nhi ệt n

F 

 . H .Dn

(α 1> α2)

Trong đó: - dn: Đưuòng kính ngoài củ a ống truyền nhiệt; m - H: chiều cao của ống truyền nhiệt; H = 3m Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

27



- F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt; F = 41,479 m2  n

71, 479

F

 . H .Dn



3,14.3, 0, 032



237 (ống)

Quy chuẩn theo bảng VII[2-48] chọn số ống truyền nhiệt n = 241 ống, bố trí theo hình l ục giác

đều. - Số ống trên đườ ng xuyên tâm: - Tổng số ống không k ể các ống trên hình viên phân: - Số ống trong hình viên phân:

Dãy 1 Dãy 2

- Tổng số ống trên tất cả các hình viên phân: - Số hình lục giác: - Tổng số ống truyền nhiệt: 4.2.6 Đườ ng kính ố ng tuần hoàn trung tâm 3

Theo công thức III.50 [3-134]

n dtr



17 ống 217 ống 4 ống 0 ống 24 ống 8 hình 241 ống

 Dth

4

4

Trong đó: 

n là số ống truyền nhiệt 241 ống



dtr : đườ ng kính ống truyền nhiệt



Dth : đườ ng kính ống tuần hoàn



φ : Hệ số hiệu chỉnh φ. = 0,25 ÷ 0,35 241.

4

dtr = 28 mm

2

3

 .28

32x2mm;



 Dth

4.0,3



238

Quy chuẩn bảng XIII.26[2] →D th = 273 mm

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

28


Thông số Nhiệt độ phía hơi ngưng tụ Nhiệt độ phía dung dịch sôi Hệ số cấ p nhiệt phía hơi ngưng tụ Hệ số cấ p nhiệt phíadung dịch sôi Bề dày của ống trao đổi nhiệt Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống Nhiệt tr ở phía hơi ngưng Nhiệt tr ở phía dung dịch sôi Hệ số truyền nhiệt tổng quát Nhiệt tải riêng trung bình Diện tích bề mặt truyền nhiệt Số ống trao đổi nhiệt Đườ ng kính ống tuần hoàn trung tâm


Kí hiệu tt1 tt2 α1 α2 S λ r 1 r 2 K Qtb F n Dth

Đơn vị oC oC W/m2.k W/m2.k m W/m2.k m2.k/W m2.k/W W/m2.k W/m2 m2 ống mm

Giá trị 139,27 116,789 8346,309 2482,766 0,002 16,3 0,232.10-3 3,87.10-3 790,771 31024,6 41,479 241 273

4.3 Tính cơ khí của thiết bị cô đặc 4.3.1 Buồng đố t nồi cô đặc

4.3.1.1 Đườ ng kính trong buồng đố t nồi cô đặc Đối vớ i thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, ống truyền nhiệt đượ c bố trí theo hình l ục giác đều. Đườ ng kính trong buồng đốt đượ c tính theo công th ức III-52[3-135] Dt



0, 4.  .d n . sin  .F  l



( Dnth  2.  .d n )2

Trong đó: -



t 

d n

Hệ số β = 1,3 – 1,5

→ Chọn β = 1,4 t là bướ c ống - dn = 0,032 m Đườ ng kính ngoài của ống truyền nhiệt - ψ: Hệ số sử dụng vì ống thườ ng có giá tr ị 0,7 – 0,9 → Chọn ψ = 0,8 - l : Chiều dài ống truyền nhiệt - Dnth : Đườ ng kính ngoài ống tuần hoàn trung tâm D nth = 273 +2.2 = 277 mm - α= 600 : Góc ở đỉnh tam giác Hoàng Trung H ải 20112924

KTHH5 – K56

29



0,4.1, 4 2.0, 032.sin60 0.71, 479

Suy ra: Dt 

0,8.3



(0, 277  2.1, 4.0,032) 2



0,88

Quy chuẩn theo bảng XIII.6 Dt = 0,9 m. 4.3.1.2 Tính bề dày buồng đố t Chọn vật liệu làm thân bu ồng đốt là thép OX18H10T Bề dày buồng đốt tính theo công th ức XIII.8 [2-360];

S



Dt P

2[ ]  P

 C

; m

Trong đó: - Dt : Đườ ng kính trong của thiết bị (m) Dt = 900 mm =0,9 m - φ: Hệ số bền của thân tr ụ theo phương dọc, φ=0,95 tra bả ng VIII.8[2-262] - P: Áp suất trong của thiết bị (N/m2) -

[σ]: Ứ ng suất cho phép

- C: Hệ số ăn mòn và dung sai về chiều dày (m) Vớ i

C  C1  C2  C3 (Công



thức XIII.7 [2-360])

C1: Bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trườ ng và thờ i gian làm vi ệc của thiết bị. Chọn C1 = 1 mm



C2: Đại lượ ng bổ sung do hao mòn. C 2 chỉ tính đến trong trườ ng hợ p nguyên liệu chứa các hạt r ắn chuyển động vớ i vận tốc lớ n trong thiết bị. Chọn C2 = 0.



C3: Đại lượ ng bổ sung do dung sai chi ều dày. C3 phụ thuộc vào chiều dày của tấm vật liệu. Tra bảng XIII.9 [2-364] có C 3 = 0,40

→ C = 1,40 mm. 

Ứ ng suất cho phép khi kéo: [ k ]

 k 

nb



σk giớ i hạn bền khi kéo( Tra b ảng XII.4 [2-310] vớ i thép dày từ 4 – 20 mm → σk = 550 . 104 N/m2 

Ứ ng suất cho phép theo gi ớ i hạn chảy: [ c ] 

 c nc




20112924

KTHH5 – K56

30



- σc = 220 . 104 N/m2 (Tra bảng XII.4 [2-304] v ớ i thép dày từ 4 – 20 mm) - η: Hệ số hiệ chỉnh η = 0,9 (tra bảng XII.2[2-356] chọn thiết bị loại I) - n b, nc: hệ số an toàn theo gi ớ i hạn bền và giớ i hạn chảy. n b = 2,6; nc = 1,5 (tra b ảng XII.3[2-356]) Thay số vào ta đượ c

  k

  c





 k

.

nb

 c nb

.

550.10 

2,6 220.10



6

0,9



0,9



6

6

2,6



190, 38.10 N / m

6



132.10 N / m

2

2





So sánh 2 giá tr ị [σk ] và [σc] chọn [σ] = 132.106(N/m2) 

Áp xuất tính toán cho thiết bị p = pD = 4 at = 4.9,81.104 = 39,2.104 (N/m)



Bề dày của buồng đốt là S



Dt P

2[ ]  P

 C 

0,9.39,2.10 6

2.132.10



4 4

39, 2.10



1,4.10

3





2,7.10

3



 m

Chọn bề dày buồng đốt S =4 mm 

Kiểm tra ứng xuất 



 S  C  .]po 2.  S  C  

[ Dt







1, 2

(Công thức XII.26[2-365])

Vớ i p0 = pth + p1 pth: Áp suất thủy lực; pth = 1,5.p (Bảng XIII.5[2-358]) pth = 1,5.29,43.104 = 44,15.104 (N/m2) p1: Áp suất thủy tĩnh của nướ c; p1 = ρ.g.h; (N/m2)

ρ: Khối lượ ng riêng của hơi nướ c bão hòa; p =4 at nên ρ = 2120 kg/m3 h: chiều cao cảu cột lỏng h = 3m  

p1 = 3.2120.9,81 = 62391,6(N/m2) p0 = 62391,6 + 44,15.104 = 50,39.104 (N/m2) 3

[0,9   4  1,4  .10 ].50,39.10 132.106 4



 



92.106 < 110.106 (thỏa mãn điều kiện)



Vậy bề dày buồng đốt là S = 4 mm

3

2.  4  1, 4  .10 .0,95

Hoàng Trung H ải



20112924

1, 2

KTHH5 – K56

31



4.3.1.3 Chiều dày lưới đươc ố ng Chiều dày của lưới đỡ ống phải thỏa mãn những yêu cầu sau: - Giữ chặt ống khi nung, b ền. - Chịu ăn mòn. - Giữ nguyên hình dạng khi khoan. - Bền dướ i tác dụng của các loại ứng suất a. Để đáp ứng yêu cầu 1 Chọn S’ = 10 mm

b. Để đáp ứng yêu cầu 2 S =S’ + C = 10+1,40 = 11,4 mm Chọn S = 12 mm

c. Để đáp ứng yêu cầu 3 f = S.(t – dn) > f min = 4,4.dn +12 f = 12.(44,8 – 32) = 153,6 f min = 4,4.32 + 12 = 152,8 Thỏa mãn yêu cầu f > f min

d. Để thỏa mãn yêu cầu 4 ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giớ i hạn bền uốn điều kiện P

'

 

3,61 1  0,7

dn  l

 S   . l   

2

 1, 4.

Trong đó: -

P: áp xuất làm việc của thiết bị Pb = 39,2 N/m2

-

dn: Đườ ng kính ngoài của ống truyền nhiệt dn = 32 mm = 0, 32m

-

Theo hình trên có AB = t.cos30o = 44,8.cos30o = 38,10 mm AD = t +ED = 44,8 44,8.0,5 = 67,2 mm l

-



AB  AD

2



38,10  67,2



52,6  mm

S =12 mm  ' 

39,2.104



3, 611  0, 7



Hoàng Trung H ải

32   12  .   52,65   52,65 

2

 3, 6.106  1, 4.132.10 6

20112924

KTHH5 – K56

32



Chiều dày mạng lưới đỡ ống là 12 mm

4.3.1.4 Chiều dày đáy phòng đố t Nắp và đáy thiết bị là những bộ phận quan tr ọng của thiết bị thường đượ c chế tạo cùng loại vật liệu vớ i thân thiết bị

Đáy và nắ p thiết bị có thể nối vớ i than bằng cách hàn hoặc ghép bích Chọn đáy dạng elip có gờ , làm bằng vật liệu OX18H10T Chiều dày đáy phòng đốt đượ c tính theo công th ức 47[2-385] S

Dt P



.

Dt

3,8[ ]  P 2.hb

 C

Trong đó: - h b: Chiều cao phần lồi đáy thiết bị; h b đượ c tra theo bảng XII.10[2-382]. Vớ i Dt = 900mm nên có h b =225mm, và h = 0,95 mm - φh: Hệ số bền hàn hướng tâm φh = 0,95 - K: hệ số không thứ nguyên, được xác định theo công th ức k



1

d 

Dt

(Công thức XII.48[2-358]; d: đườ ng kính lớ n nhất (hay kích thướ c lớ n nhất

của lỗ không phải hình tròn) d

V 

0,785.

(Công thức VII.42[2-74])

Trong đó: + V: lưu lượ ng dung dịch ra khỏi nồi cô đặc (NaOH 30% ở 105,91oC) V 

Gd  W





6593, 22  3476,61 1273,29.3600



4



7,47.10

+ ω: Vận tốc thích hợ p của dung dịch trong ống; với đung dịch NaOH ta chon

ω = 0,5 m/s 7,47.10

4



Do đó ta có d Suy ra k 1 

0,044 

0,9





0,785.0,5



0,044  m 

0,95

- p: áp suất hơi ra khỏi buồng đốt p =0,6 at = 5,89.10 4(N/m2) Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

33



4

 S



0, 9.5,89.10

0, 9 .  C  2,6.10 3,8.132.106.0,95.0,95  5,89.104 2.0, 225

4



 C

Đại lượ ng bổ sung C khi S – C < 10 mm. Nên ta thêm 2 mm so với C. Do đó C = 2 +1,4 = 3,4 

S = 2,64.10-4 + 3,4 = 3,66.10-3

Chọn chiều dày thực tế S = 4 mm Kiểm tra ứng suất thành thi ết bị theo áp su ất thử bằng thủy lực theo công thưc XII.49[2 -386]  Dt2  2.hb  s  c   po     7, 6.k . n .hb . s  c  1, 2

Vớ i po = 1,5.p = 1,5.5,89.104 = 8,835.104 0,92  2.0,225  4  3,4 .10 3  8,835.10 4 132.106    3 7,6.0,935.0,95.0,225.  4  3,4 .10 1,2 

78,55.106 < 132.106

Đảm bảo độ an toàn ta ch ọn S = 4 mm 4.3.1.5 Tra bích để l ắp đáy vào thân Kiểu bích

Kích thướ c nối p b.106

Dt

(N/m2)

0,4

D

D b

D1

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

900

1030

980

950

911

Hoàng Trung H ải

20112924

Bu lông

D0

1

d b

z

h

(mm)

(cái)

(mm)

M20

24

22

KTHH5 – K56

34



4.3.2 Buồng bố c nồi cô đặc

4.3.2.1 Thể tích không gian hơi Thể tích không gian hơi củ a buồng bốc đượ c tính theo công th ức VI.32[2-71] Vkgh



W

 .U tt

m  3

Trong đó - Vkgh: Thể tích không gian hơi ; m3 - W: Lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị W = 3476,61 kg/h - ρ: khối lượ ng riêng của hơi thứ ; ρ = 0,3743 kg/m3 - Utt: Cường độ bốc hơi thể tích cho phép của không gian hơi (thể tích hơi bốc trên một đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong một đơn vị ) ; m3/m3.h

Cường độ bốc hơi phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch và áp xu ất hơi thứ. Ở điiều kiện áp xuất P = 1 at tra hình VI.3[2- 72] ta đượ c Utt (1at)= 1700 m3/m3.h Khi P ≠ 1 at thì Utt = f. Utt (1at) (công thức VI.33[2-72]) Vớ i f là h ệ số hiệu chỉnh. Tra hình VI.3[2-72] có f = 1,3 

Utt = 1,.3.1700 = 2210 (m3/m3.h)

 V



W

 .U tt



3476,61 0, 3747.2210



 

4,1 m

3

4.3.2.2 Chiề u cao của buồng bố c. H

4V 

 Dt 2

( Công thức VI.34[2-72])

Với Dt là đườ ng kính buồng bốc. Chọn Dt = 1,3 m 

Chiều cao của buồng bốc là: H

4V 

2

4.4,1 

 Dt



3,14.1,3

4,0  m 

Chọn chiều cao buồng bốc là H = 4 m 4.3.2.3 Bề dày thân bu ồng bố c Chọn nhiệt độ thành thiết bị là nhiệt độ của môi trường (đối vớ i thiết bị đun nóng có cách nhiệt bên ngoài). Thân thi ết bị hình tr ụ hàn, làm vi ệc chiu áp suất trong vớ i kiểu hàn giáp mối 2 bên, tay hàn bằng hồ quang điện, vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T 

Chiều dày của thiết bị được xác định theo công th ức XII.8[2-206] Vớ i p = 0,6275 at = 6,2.10 4 (N/m2)

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

35

Đồ án môn học quá trình thi ế t bị S 

GVHD:TS VŨ ĐÌNH TIẾ N 4

Dt P

2[ ]  P

 C 

1,3.6,2.10 6



4

2.132.10 .095  6.2.10

1, 4.10

3





3



1,72.10

(m)

Chon theo chuẩn bề dày buồng đốt s = 4mm 

Kiểm tra lại điều kiện ứng suất.  Dt   S  C   po  (Công thức XII.26[2-36])    2.  S  C  . 1, 2

Vớ i po = 1,5.P = 1,5.6,2.104 = 9,3.104(N/m2) 1, 3   4  1, 4  .10 3  .9, 3.10 4 132.10 6    3 2.  4  1, 4 .10 .0,95 1, 2 

24,5.106<110.106

Thỏa mãn điều kiện. Vậy chon bề dày buồn bốc là S = 4mm 4.3.2.3 Bề dày nắ p buồng bố c Chọn vật liệu là thép không gỉ OX18H10T. Nắ p elip có gờ Chiều dày của nắ p buồng bốc được xác định theo công theo công th ức 47[2-385] S



Dt P

.

Dt

3,8[ ]  P 2.hb

 C

Trong đó: - h b: Chiều cao phần lồi đáy thiết bị; h b đượ c tra theo bảng XII.10[2-382]. Vớ i Dt = 900mm nên có h b =325mm, và h = 1,94 mm - φh: Hệ số bền hàn hướng tâm φh = 0,95 - K: hệ số không thứ nguyên, được xác định theo công th ức k



1

d 

Dt

(Công thức XII.48[2-358]; d: đườ ng kính lớ n nhất (hay kích thướ c lớ n nhất

của lỗ không phải hình tròn) d

V 

0,785.

(Công thức VII.42[2-74])

Trong đó: + V: lưu lượ ng dung dịch ra khỏi nồi cô đặc (NaOH 30% ở 105,91oC) V

W 

Hoàng Trung H ải

 h

3476, 61 

0,3473.3600



2,78

20112924

KTHH5 – K56

36



+ ω: Vận tốc thích hợ p của hơi trong thiế t bị; với hơi bão hòa ta chon

ω = 30 m/s Do đó ta có Suy ra

k



1

0,34 

1,3



d

2,78 

0,785.30



0,34  m 

0, 738

- p: áp suất hơi ra khỏi buồng đốt p =0,6275 at = 5,9.10 4(N/m2) 4

 S



1,3.5,9.10

1,3 .  C  4.10 3,8.132.106 .0,95.0,783  5,9.104 2.0,325

4



 C

Đại lượ ng bổ sung C khi S – C < 10 mm. Nên ta thêm 2 mm so với C. Do đó C = 2 +1,4 = 3,4 

S = 4.10-4 + 3,4 = 3,8.10-3

Chọn chiều dày thực tế S = 4 mm Kiểm tra ứng suất thành thi ết bị theo áp su ất thử bằng thủy lực theo công thưc XII.49[2 -386]  Dt2  2.hb  s  c   po     7, 6.k . n .hb . s  c  1, 2

Vớ i po = 1,5.p = 1,5.5,9.104 = 8,85.104 1,32  2.0,325 4  3,4 .103  8,85.104 132.106    3 7, 6.0,83.0, 95. 4  3, 4 .10 1, 2 

41,6.106 < 110.106

Đảm bảo độ an toàn ta ch ọn S = 4 mm 4.3.2.4 Tra bích để l ắp đáy vào thân Kiểu bích


Dtr

(N/m2)

(mm)

0,1

1300

Hoàng Trung H ải

D

D b

Dt

D0

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1440

1390

1360

1313

20112924

Bu lông

1

d b

z

h

(mm)

(cái)

(mm)

M20

80

22

KTHH5 – K56

37


Hoàng Trung H ải

20112924


KTHH5 – K56

38



4.4 Tính toán thiết bị phụ trợ 4.4.1. Thi ế t bị gi a nhi ệt hỗ n hợp đầu

4.4.1.1 Lự a chọn thiế t bị và các thông số đầu vào Lựa chon thiết bị gia nhiệt là thiết bị ống chùm đặt thẳng đứng. 2 lưu thể chảy ngượ c chiều nhau. Dung dịch cần gia nhiệt đi trong ố ng từ dưới lên, hơi bão hòa đi ngoài ố ng từ trên xuống. 

Vật liệu: đượ c chế tạo bằng thép không gỉ OX18H10T - Chiều cao của ống truyền nhiệt H = 1,5 m - Đườ ng kính ống truyền nhiệt d = 32x2 mm - Hệ số dẫn nhiệt λ =16,3 W/m.K



Hơi nướ c bão hòa: - p = 4 at - t = 142,9 oC - r = 2141000 J/kg



Dung dịch NaOH 15% - tđ = 30 oC - tc = 102,021 oC - G = 6593,22 kg/h = 1,83 kg/s

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

39



4.1.1.2 Tính toán thi ế t bị 4.1.1.2.1 Hiệu số nhiệt độ trung bình gi ữa hai lưu thể : 

Hiệu số nhiệt độ lớ n:

∆tl = 142,9 – 30 = 112,9 (oC). 

Hiệu số nhiệt độ bé:

∆t b = 142,9 – 102,021 = 40,879 ( oC). 

Nhiệt độ trung bình của hai lưu thể được xác định: 112,9  40,879 tđ  t c ∆ttb = = = 70,9 (oC). 112,9    t đ  2,3lg  2,3lg    t   40,879    c



Nhiệt độ trung bình của từng lưu thể là:

Hơi đô ́t: t1tb = 142,9 oC Ph ́a hỗn hợ p: t2tb = 142,9 – 70,9 = 72 ( oC) 4.1.1.2.2 Tính nhiệt lượng trao đổ i Q. Q = G.C p(tc – tđ)

Trong đó: - G - lưu lượng hỗn hợp ban đầu, G = 1, 83 kg/s; - C p - nhiệt dung riêng của hỗn hợp tại t 2tb = 72 oC suy ra C = 3781,5 - tc, tđ: Nhiệt độ đầu cuối của dung dịch; Vậy : Q = 1,83. 3781,5.(102,021 – 30) = 498395,763 (W) 4.1.1.2.3 Tính hệ số cấ p nhiệt cho t ừng lưu thể .

Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ theo công thức:  1  2, 04. A. 4

r

t1.H

, W/m2.oC

Trong đó: - r - Nhiệt ngưng tụ của hơi lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa, J/kg; - ∆t1 - Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và thành ống truyền nhiệt, oC; - H - chiều cao ống truyền nhiệt (m) ; chọn H = 2 m; - A - hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng. Tính lần 1: giả sử chênh l ệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa là ∆t1 2 oC. Hoàng Trung H ải 20112924 KTHH5 – K56

40



a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ: tt1= t1tb- ∆t1= 142,9 - 2= 140,9 ( oC)



Khi đó ta có nhiệt độ màng nước ngưng là: t m



t1tb

 t

t 1

2



142,9  140,9 2



141,9 (oC)

Từ tm = 141,9oC tra bảng ta đượ c: A = 194,285 Vậy:  1

3



2,04.194,825. 4

2141.10

=11519,756 W/m2.oC

2.1,5

Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: q1 = α1.∆t1 =11519,756 .2 =23039,513

b) Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợ p chảy xoáy α2(Vớ i Re = 10500) Hệ số cấ p nhiệt α đượ c tính theo công th ức: Nu

 0,021. k .Re .Pr 0,8

0,43

 Pr     Pr t 

0,25

và 

2

N u . t



d

Trong đó : - Pr t- chuẩn số Prandtl tính theo nhi ệt độ trung bình c ủa tườ ng, còn các thông số khác tính theo nhiệt độ trung bình của dòng; - εk - hệ số hi ệu ch ỉnh tính đến ảnh hưở ng c ủa t ỷ s ố gi ữa chiều dài l và đườ ng kính d của

ống. L d 



1,5

 583,57  50

0,028

Tính chuẩn số Pr theo công th ức :

Pr =

→ εk = 1

C p . 

Trong đó: - C p - nhiệt độ riêng của hỗn hợ p ở t2tb; Cp = 3781,5 - μ - độ nhớ t của dung dịch ở t2tb; µ = 1,099.10-3 - λ - hệ số dẫn nhiệt độ ở t2tb; λ= 0,5709 



Pr =

C p . 



3781, 5.1, 099.10



0,5709

Tính chuẩn số Pr t : Prt =

Hoàng Trung H ải

3



7, 2795

C pt . hh  t

20112924

KTHH5 – K56

41



- Hiệu số nhiệt độ ở hai phía thành ống:

∆tt = tt1 – tt2 = q1.∑r t Trong đó: + tt2: nhiệt độ thành ống phía hỗn hợ p, oC; + ∑r t - nhiệt tr ở ở hai bên ống truyền nhiệt, m2.oC /W



rt

 rt1 

 

 r t 2

Trong đó: 

r t1, r t2 - nhiệt tr ở của cặn bẩn ở hai phía của tườ ng, m2.độ/W;



δ - bề dày của ống truyền nhiệt, (m); chọn δ = 2 mm = 0,002 m;



λ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống, W/m.oC; λ = 46,5 W/m.độ.

Dựa vào bảng V.1[2-4]ta chọn: r t1 = 0,387 , m2.độ/W r t2 = 0,725 , m2.độ/W

 r  0, 387  t

0,002 16,3

 0, 725  1, 235.103 (m2.độ/W)



∆tt = q1.∑r t= 23039,513.1,235.10-3 = 28,454 (oC)



tt2 = tt1 – ∆tt = 140,9 – 28,454 = 112,446 ( oC)



∆t2 = tt2 – t2tb = 112,446 – 72 = 40,446 (oC)

Tại tt2 = 40,446 oC nội suy ta có: - C pt = 3798,11 J/kg.độ - λt = 0,5801 (W/m2.oC) - µt = 0,5226.10-3  Prt



C pt . hh  t

3789,11.0,5226.10 

3





0,5801

3, 422 0,25



 7,2795  Nu  0,021.10500 .7, 2795 .    3,422 



 2



q2 = α2.∆t2 = 2033,17. 40,466 = 82274,433 (W/m2)

0,8



98,136.0,5801 0,028

Hoàng Trung H ải



0,43

 98,136

2033,17

20112924

KTHH5 – K56

42



Ơ ̉ đây ta thấ y r ằng nhiệt ta ̉i riêng vê ̀ ph ́a hơi ngưng tu ̣ q1= 23039,513 W/m2 kha ́c r â ́t xa vơ ́ i nhiê t ̣ ta ̉i riêng vê ̀ phía hỗn hợ p cha ̉y xoa ́y q2= 82274,433 W/m2. Mà ba ̀i toa ́n ta đang xe ́t la ̀ truyê ̀n nhiê t ̣ ô ̉n đi nh ̣ nên q1= q2= qtb, do vâ y,̣ để t ̀m gia ́ tr i q̣ tb ta pha ̉i t ́nh lă p.̣ Tính lần 2: giả sử chênh l ệch nhiệt độ giữa màng và hơi bão hòa là ∆t1 = 0,8 oC.

a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ theo công thức: tt1= t1tb - ∆t1= 142,9 - 0,8= 142,1 ( oC)




t1tb

 t t 1

2



142,9  142,1 2



142,5 (oC)

Từ tm = 142,5 oC tra bảng ta đượ c: A = 194,42 3

Vậy :

 1



2, 04.194, 42.4

2141.10



0,8.1.5

14495, 392 (W/m2.độ)

Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: q1 = α1.∆t1 = 14495,392. 0,8 = 11596,3135 (W/m2)

b) Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợ p chảy xoáy α2 (vớ i Re = 10500) Hiệu số nhiệt độ ở hai phía thành ống: 

∆tt = tt1 – tt2 = q1.∑r t = 11596,3135.1,235.10-3 = 14,321 (oC)



tt2 = tt1 – ∆tt = 142,9 – 14,321 = 127,779 ( oC)



∆t2 = tt2 – t2tb= 127,779 – 72 = 55,779 (oC)

Tại tt2 = 55,779 oC nội suy ta có: - C pt = 3801,945 J/kg.độ - λt = 0,58197 (W/m2.oC) - µt = 0,30415.10-3  Prt



C pt . hh  t

3801,945.0,30415.10 

3





0,58197

1, 99 0,25



 7,2795  Nu  0,021.10500 .7, 2795 .    1,99 



 2



q2 = α2.∆t2 = 2335,765. 55,779 = 130286,6176 (W/m2)

0,8



112,38.0,58197 0,028

Hoàng Trung H ải

0,43



 112,38

2335,765

20112924

KTHH5 – K56

43



Dư ạ vào 2 lâ ̀n t ́nh ta co ́ đô ̀ thi : ̣

Tính lần 3: Chênh l ệch nhiệt độ giữ a màng và hơi bão hòa d ư ̣a theo đô ̀ th i là ̣ ∆t1 = 4,1 oC. a) Tính hệ số cấp nhiệt cho phía hơi nước ngưng tụ theo công thức: tt1= t1tb - ∆t1= 142,9 - 3,8= 139,1 ( oC)




t1tb

 t t 1

2



142, 9  139,1 2



141 (oC)

Từ tm = 141 oC tra bảng ta đượ c: A = 194,2 Vậy :

 1



2, 04.194, 2. 4

2141.10

3 

3,8.1.5

9807, 65 (W/m2.độ)

Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: q1 = α1.∆t1 = 9807,65. 3,8 = 37269,06 (W/m2)

b) Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợ p chảy xoáy α2 (vớ i Re = 10500) Hiệu số nhiệt độ ở hai phía thành ống: 

∆tt = tt1 – tt2 = q1.∑r t = 37269,06.1,235.10-3 = 46,03 (oC)



tt2 = tt1 – ∆tt = 142,9 – 46,03 = 93,07 ( oC)



∆t2 = tt2 – t2tb= 93,07 – 72 = 21,07 (oC)

Tại tt2 = 93,07 oC nội suy ta có: - C pt = 3792,401 J/kg.độ - λt = 0,57711 (W/m2.oC) - µt = 0,79875.10-3 Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

44

Đồ án môn học quá trình thi ế t bị  Prt



C pt . hh

 t


3792, 401.0,79875.10

3





5, 25



0,57711

0,25



 7,2795  Nu  0,021.10500 .7, 2795 .    5,25 



 2



q2 = α2.∆t2 = 21817,44. 21,07 = 38293,5 (W/m 2)

0,8

0,43

88,18.0,57711 



0,028

 88,18

1817, 44

Nhận xét: Sai số tương đối của Q1 vớ i Q2  

q1  q2 q2

.100 0 0 

38293,5  37269,06 38293,5

.100 0 0  2, 675%  5%

Chấ p nhậ sai số của Q1 và Q2 qtb



q1  q2 2

38293,5  37269,06



2



37781, 28 (W/m2)

4.1.1.2.4 Tính bề mặt truyề n nhiệt. F

Q 

498395,763 

qtb



37781, 28

 

13,192 m

2

4.1.1.2.5 S ố ố ng truyề n nhiệt. dt d



dt



d n

2



0, 032  0, 028 2



0,030  m 

Số ống truyền nhiệt: n

13,192

F 

.d .H





3,14.0,03.1,5



93

Dựa bảng quy chuẩn và chọn tổng số ống vớ i cách sắ p xế p theo hình lục giác là : n = 127 ống - Số ống trên đườ ng xuyên tâm: - Tổng số ống không k ể các ống trên hình viên phân: - Số ống trong hình viên phân:

Dãy 1 Dãy 2

- Tổng số ống trên tất cả các hình viên phân: - Số hình lục giác: - Tổng số ống truyền nhiệt: Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

13 ống 127 ống 0 ống 0 ống 0 ống 6 hình 127 ống 45



4.1.1.2.6 Đườ ng kính trong thi ế t bị đun nóng. D = t.( b – 1 ) + 4.dn, m

Trong đó : - t – bướ c ống, thườ ng lấy t = 1,2 – 1,5 dn ; - dn – đườ ng kính ngoài c ủa ống truyền nhiệt, m; - b – số ống trên đườ ng xuyên tâm sáu c ạnh. Vậy: D = 1,5.0,032.(13 – 1 ) + 4.0,032 = 0,6656 m Quy chuẩn theo bảng XIII.6[2] D = 0,7 m = 700 mm 4.1.1.2.7. Tính chi ề u cao của thiế t bị. Vớ i D = 700 mm cho ṇ nă p ̀ , tra bảng số liệu ta chọn: ́ thiê ́t bi ḥ  ̀nh elip co ́ gơ Chiều cao của nắ p thiết bị: hl = ht + h

Trong đó: - ht = 175 mm. - h = 25 mm Vậy chiều cao của thiết bị: L = H + 2.h l = 1500 + 2.( 175 + 25 ) = 1900 (mm) 4.1.1.2.8 Tính l ại vận t ố c va ̀ chia ngăn: Xác định vận tốc thực:   t



4.G 

4.1,83

2

 .d .n.

2

3,14.0,028 .127.1135,05



0, 02  m / s 

Xác định vận tốc giả thiết:  gt  gt

Vì:



 

 gt

t

.100 0 0



Re. 

0,36  0,02 0,36

d . 



10500.1, 099.10

3





99, 4 0 0

0, 028.1135, 05 



0,36

10 0 0

Nên ta cần phải chia ngăn để quá trình cấ p nhiệt ở chế độ xoáy. 



Số ngăn cần thiết:

m



 gt  t

0,36 

0,02



18

(ngăn)

Quy chuẩn m = 8 ( ngăn ). 

Tính lại chuẩn số Reynolds:

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

46

Đồ án môn học quá trình thi ế t bị Re 



4G  .d .n.



GVHD:TS VŨ ĐÌNH TIẾ N 4.1,83  10737  10500 127 3  .0,028. .1,099.10 18

Lượng hơi cần cung cấ p cho cả quá trính Tại t =142,9 oC ta có I = 2744.10 3; i2 = 601,1.103 Có Q = D.(I – i2)

 

D

Q 

I



i2

498395,763 

 2744



601.10

3



0,233  kg 

K ẾT QUẢ: Các kích thướ c của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu là: - F = 13,192 m2 – bề mặt truyền nhiệt; - n = 127 ống – số ống truyền nhiệt; - D = 700 mm – đườ ng kính trong c ủa thiết bị; - H = 1,5 m – chiều cao giữa hai mặt bích. - L = 1,9 m - chi ều cao cu ̉a thiê ́t bi . ̣

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

47



4.1.2 Thi ế t bị ngưng tụ Bazomet

4.2.1.1 Các thông s ố đầu vào. - Lượng hơi thứ ra khỏi buồng bốc là W = 3471,61 (kg/h) - Áp suất tại thiết bị ngưng tụ là Pn = 0,6 at - Nhiệt độ của hơi thứ tại Pn là t bh = 85,5 oC - Nhiệt lượ ng riêng của hơi thứ tại đó là i’ = 2650000 J/kg - Nhiệt hóa hơi r = 2296.10 3 J/kg 4.2.1.2 Tính toán

4.2.1.2.1 Lượng nướ c l ạnh cần để ngưng tụ Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

48


GVHD:TS VŨ ĐÌNH TIẾ N Gn

i 



Cn .t c



Cn . tc



t d



.Wn

Trong đó: - Nhiệt lượ ng riêng của hơi thứ là i’ = 2650000 J/kg - tc, tđ nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu nước ngưng tụ chon tđ = 25 oC và tc = 50oC - Cm là nhiệt dung riêng c ủa nướ c tại ttb t tb



Gn



td



t c



2

25  50 2

2650000  4178.50



4178  50  25



37,5 suy ra C n = 4178 (J/kg.K)

.3471,61  81134,966  kg / h 

4.2.1.2.2 Đườ ng kính thiế t bị ngưng tụ Dtr



1,383.

W

 h . h

; m

Trong đó: - ρh: khối lượ ng riêng của hơi thứ; ρ h = 0,359 kg/m3 - ωh: tốc độ của hơi thứ trong thiết bị; ωh = 25 m/s 3471,61  Dtr 



1,383.

3600 0,359.25



0, 45  m 

Quy chuẩn theo bảng VI.8[2-88] lấy Dtr = 0,5 m = 500mm

4.2.1.2.3 Kích thướ c t ấm ngăn Tấm ngăn có dạng viên phân để đảm bảo làm việc tốt, chiều r ộng tấm ngăn là b, có đườ ng kính là d. Theo công thức [2-85] b



Dtr 2



50 

500 2





50  300 mm



Vớ i Dtr là đườ ngkính trong của thiết bị ngưng tụ Dtr = 500mm Trên tấm ngăn có nhiều lỗ, đườ ng kính lỗ là 2 mm, chi ều dày tấm ngăn là 4 mm, chiều cao gờ cạnh tấm ngăn là 40 mm Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

49



4.2.1.2.4 T ổ ng diện tích bề mặt các l ỗ trong toàn b ộ mặt cắt ngăn củ a thiế t bị ngưng tụ f



3

Gn

81134,966.10 

 c

0,62.3600



 

0,0363 m

2

Trong đó: - ωC: Tốc độ của tia nướ c. Chon ωC = 0,62 m/s - Gn: Lưu lượ ng cảu hơi thứ

4.2.1.2.5 Tính bướ c l ỗ t Lỗ đượ c xế p theo hình lục giác đều, bướ c lỗ được xác định theo công thức:  f  t  0,866.d .  e   f tb 

0,5

 d l

Trong đó: - dl: đườ ng khính lỗ; dl = 2 mm f e

 t

f tb 

: tỉ số giữa tổng diện tích các l ỗ vớ i diện tích của thiết bị ngưng tụ Chọn 0,5

0,866.2.1



f e f tb

= 0,1

2  2,548  mm

4.2.1.2.6 Chiề u cao của thiế t bị ngưng tụ Mức độ đun nóng nướ c của thiết bị ngưng tụ được xác định theo công thức sau: 



tc tbh



t d



t d

50



25





85,5



25

0,413

Vớ i β= 0,4165; d = 2 mm; tra b ảng VI.7[2-86] ta có bảng số liệu sau: Số bậc

4

Số ngăn

6

Khoảng cách

Thời gian rơi

Mức độ đun

Đườ ng kính

giữa các ngăn

qua 1 bậc

nóng

của tia nướ c

(mm)

(s)

300

0.35

(mm) 0,466

2

Chiều cao của thiết bị ngưng tụ: H = 6x300 = 1800 (mm) Trên thực tế do hơi đi trong thiế t bị ngưng tụ từ dướ i lên thì th ể tích của nó sẽ giảm dần do đó Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

50



khoảng cách hợ p lý giữa các ngăn nên giảm dần từ dướ i lên trên khoảng 50mm cho mỗi ngăn. Chọn lại kích thướ c cho thiết bị ngưng tụ. - Khoảng cách giữa các ngăn: 300 mm - Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắ p của thiết bị: 1300 mm - Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy của thiết bị: 1200 mm - Chiều cao phần gờ của nắ p: 50 mm - Chiều cao nắ p elip: 125 mm - Chiều cao phần đáy nón: 175 mm 

Chiều cao của thiết bị ngưng tụ H = 125 + 50 + 1300 + 300.5 +1200 + 175 = 4350 (mm)

4.2.1.2. 7 Kích thướ c ố ng bazomet Đườ ng kính trong của ống bazomet đượ c xác định theo công th ức [2-86] 0, 004  Gn

d 



Wn 

3600.3,14.



0,004  81134,966  3471, 61 3600.3,14.0,5



0,245

Trong đó: - ω: Tốc độ hỗn hợp hơi nướ c và lỏng đã ngưng tụ đi trong ống bazomet. Thườ ng lấy

ω = 0,5÷ 0,6. Ch ọn ω = 0,5 m/s - Wn, Gn: Lượng nước ngưng và lượng nướ c lạnh vào thiết bị ngưng tụ 4.2.1.2.8 Xác định chiề u cao của ố ng bazomet Chiều cao của ống bazomet được xác định theo công thức VI.58[2-86] H = h1 + h2 + h3 + h4 

Chiều cao cột nướ c trong ống bazomet cân b ằng vớ i hệu số giữa áp xuất khí quyển và áp xuất trong của thiết bị ngưng tụ. h1 được xác đị nh theo công thức VI.59[2-86] h1 10,33.

b



760

;m

Với b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ b = 760 – 0,6.735 = 319 mmHg  h1 



10,33.

319 760



4,34  m 

Chiều cao cột nướ c trong ống bazomet cần khắc phục toàn bộ tr ở lực khi nướ c chảy trong ống h2 được xác định bằng công thức:

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

51

Đồ án môn học quá trình thi ế t bị h2 

H  2  1  .   d 2. g 




 

- Chọn hệ số tr ở lực khi vào ống ξ1 = 0,5 và khi ra kh ỏi ống ξ2 = 1. Suy ra Σξ = 1,5 - Hệ số ma sát λ được xác định theo công thức II.64[1-380]  100     0,1. 1, 46.   Re  d 

0,25

Nướ c lạnh ngưng tụ có + ttb = 37,5 oC + ρ = 993,18 + µ 0,688.10-3  Re



.d . 



0,5.0,245.993 0,688.10

3





176838  10000 (chế độ chảy r ối)

Chọn vật liệu làm ống là thép CT3, ống hàn trong và điều kiện ăn mòn ít, có độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm o

Regh đượ c tính theo công th ức II.60[1-378] 8

8

 0,245  7  d  7 Re gh  6.    6.    20297,83     0,0002  o

Ren đượ c tính theo công th ức II.64[1-378] 9

9

 0,245  8  d  8  220.   0,0002   655504, 7     

Re gh  220. 

Regh < Re < Ren



0,0002 100     0,1. 1, 46.   0, 245 176838  

 h2





0,05 

1  0,02.

2.9,81 

0,25

 0,02

  1,5   9,37.103  2,08.103 H 0, 245  H

Chọn chiều cao dự tr ữ h3 = 0,5 m để ngăn ngừa nướ c dâng lên trong ống và tràn vào ống dẫn khi áp xuất khí quyển tang



Chọn chiều cao của đoạn ốn bazomet ng ặ p trong bể nướ c là h4 = 0,5 m

Suy ra H = 4,34 + 6,37.10 -3 + 2,08.10-3.H + 0,5 + 0,5 = 5,33(m) Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

52



Quy chuẩn H = 6 m Chiều cao của thiết bị ngưng tụ: H = 6 +4,35 = 10,35 m

4.2.1.2.9 Tính lượng hơi và khí không ngưng 

Lượ ng không khí cần hút đượ c tính theo công th ức VI.47[2-84] Gkk = 0,000025.ωn + 0,000025.Gn + 0,01Wn = 0,000025.3471,61 + 0,000025.81134,966 + 0,01.3471,61 = 36,831(kg/h)



Thể tích không khí c ần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ được xác định theo công thức VI.49[2-84] V kk 



288.Gkk . 273  t kk 3600

 p

ng 



ph 

- Đối vớ i thiết bị ngưng tụ tr ực tiế p loại khô thì: tkk = tđ + 4 + 0,1.(tc – tđ) 

tkk = 25 + 4 + 0,1.(50 -25) = 31,5 ( oC) - Ph áp suất hơi riêng phầ n của hơi nướ c trong h ỗn hợ p lấy theo tkk



Ph = 0,04744

Suy ra V

kk



288.36,831. 273  31,5  3600  0,06  0,04744 .10 .9,81 4





3

0,0165 m / s



4.1.3 Thùng cao v ị

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

53



- Bồn cao vị được dùng để ổn định lưu lượ ng c ủa dung dịch nhậ p li ệu. Bồn được đặt ở

độ cao phù hợ p nhằm thắng đượ c các tr ở lực của đườ ng ống và cao hơn so vớ i mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc. - Áp dụng phương trì nh Bernoulli vớ i 2 mặt cắt là 1 – 1 (mặt thoáng của bồn cao vị) và 2 – 2 (mặt thoáng của nồi cô đặc): z1 

2

p1





1.1



2 g

z2



p2 

2



 2 .2 2 g



h1

2

Trong đó: - ω1 = ω2 = 0 - p1 = 1 at - p2 = p0 = 0,6275 at - ρ = ρđ = 1158,87 kg/m3: Khối lượ ng riêng của dung dịch NaOH 15 % ở 30 oC - µ = 2,10.10-3: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 15% ở 30 oC - z2 Khoảng cách từ mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc đến mặt đất; m z2 = z’ + Hđ + H bđ + Hgc + Hc = 1 + 0,325 + 3 + 0,04 + 0,245 = 4,61 (m)

Trong đó: + z’ = 1m; Khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đấy elip đến mặt đất + Hđ = 0,225 + 0,1 = 0,325 Chi ều cao của đáy elip + H bđ: chiều cao của buồng đốt + Hgc : Chiều cao của gờ nón cụt + Hc: Chiều cao của phần nón cụt

Đườ ng kính cảu ống nhậ p liệu d = 40 mm = 0,04m Chiều dài ống từ bồn cao vị đến buồng bốc là l = 20 m Tốc độ chảy của dung dịch trong ống V



4.

Gd 2

 .

d



6593, 22

3600  .0,042.1158,87



1, 258  m / s 

4

Chuẩn số Reynolds Re 

.d . 



1, 258.0,04.1158,87

Hoàng Trung H ải

3



2,1.10



27768,73  4000 (Chế độ chảy xoáy)

20112924

KTHH5 – K56

54



Chọn ống thép CT31 là ống hàn trong điề u kiện ăn mòn it (Bảng II.15[1-381]) độ nhám tuyệt

đối ε = 0,2 mm Regh đượ c tính theo công th ức II.60[1-378] 8

8

 0,04  7  d   6.   0,0002   2557,996      7

Re gh  6. 

Ren đượ c tính theo công th ức II.62[1-379] 9

9

Re gh

 0,04  8  d  220.   85326,007        0,0002 

 220.

8

Có Regh < Re < Ren hệ số ma sát λ đượ c tính theo công th ức sau:  100     0,11, 46.   Re  d 

0,25

0,0002 100    0,1 1, 46.   0,02 27768,73  

0,25

 0,0367

Các hệ số tr ở lực cục bộ

Yếu tố gây trở lự c Kí hiệu Đầu vào ξ vào Đầu ra ξ ra ξ khuỷu 90 Khuỷu 90o ξ van Van cửa  Σξ = 0,5 + 1 + 2.1 + 2.1,5 = 6,5 

 2  l .    2. g  d



 

  

1, 258 2.9,81



.  0,0367



  6,5   1,593  m  0,04  20

Khoảng cách từ mặt thoáng của thùng cao vị tớ i mặt đất: z1  z2 



Số lượ ng 1 1 2 1

Tổng tổn thất trên đườ ng ống: h12



Hệ số trở lự c cục bộ 0,5 1 1 1,5

p2  p1 



h1



2



4,61 

 0,6275  1 .9,81.104 1158,87.9,81



1,593  2,99  m 

Dung dịch NaOH 15 % sẽ luôn tự chảy từ thùng cao vị vào buồng bốc của nồi cô đặc khi

thùng có độ cao trên 3m 

Vậy chọn chiều cao từ mặt thoáng của thùng cao vị tớ i mặt đất là 3,5 m

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

55



4.1.4 Bơm

4.1.4.1 Bơm chân không Công suất của bơm chân không m 1   m   V kk m p  2  1 ; W N  . . p1    p1    Ck m  1  

Trong đó: - m: Chỉ số đa biến. Có giá tr ị m = 1,2÷1,62. Chon m = 1,62 - p1: Áp suất của không khí trong thi ết bị ngưng tụ p1 = pc – ph = 0,6 – 0,056 = 0,544 at Vớ i ph = áp suất của hơi nướ c trong hỗn hợ p - p2 = p1 = 1 at = 9,81.10 4 N/m2: Áp suất cảu khí quyển - Vkk : Lưu lượ ng của không khí cần hút - ηck = 0,8: Hệ số hiệu chỉnh 

1,621   0, 002267 1, 62 1  1,62 4  N   1  103, 6173 ; W . .0,544.9,81.10    0,544   0,8 1, 62  1  

Tốc độ hút ở 0oC và 760 mmHg là S = 0,002267.60 = 0,13602 m3/phút Theo bảng 1.4[6-9] ta chọn bơm có kí hiệ u BH – 025 – 2 vớ i các thong s ố Các thông số Bơm BH – 025 – 2 Sơ cấ p 2 Tốc độ bơm trong vùng áp suất 760 – 1 mmHg; L/s 0,25 Lượ ng dầu; L 0,86 Công suất động cơ; kW 0,15 Kích thướ c tổng cộng chiều dài x r ộng x cao; mm 330x243,5x229 Khối lượ ng; kg 16,5 4.1.4.2 Bơm đưa nướ c vào thiế t bị ngưng tụ 4.1.4.3 Bơm đưa dung dịch lên bồn cao vị 4.1.4.4 Bơm tháo liệu

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

56



4.5 Các chi tiết phụ trợ 4.5.1 Ống d ẫ n

4.5.1.1 Tính kích thướ c ố ng d ẫn Đườ ng kính ống dẫn đượ c tính theo công th ức VI.41[2-74] d

4.G 

 ..

(m)

Trong đó: - G: Lưu lượng lưu chấ t; Kg/s - ω: Tốc độ lưu chất; m/s - ρ: Khối lượ ng riêng của lưu chất; kg/m3 4.5.1.1.1 Ống nhậ p liệu Nhậ p liệu dung dịch nhớ t (Dung dịch NaOH 15% ở 102,021 oC) - Gđ = 6593,22 kg/h - ω thuộc khoảng 0,5÷ 1 m/s. Chon ω = 0,5 m/s - ρ = 1170,18 kg/m3  d



4.G

 ..



4.6593, 22

 .0, 5.1170,18.3600

 0,063  m 

Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon d t = 70 mm; dn = 76 mm 4.5.1.1.2 Ống tháo liệu Nhậ p liệu dung dịch nhớ t (Dung dịch NaOH 30% ở 105,911 oC) - Gc = 3476,61 kg/h - ω thuộc khoảng 0,5 ÷ 1 m/s. Chon ω = 0,5 m/s - ρ = 1273,29 kg/m3  d



4.G

 ..



4.3476, 61

 .0 ,5.1273, 29.3600

 0,043  m 

Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon d t = 50 mm; dn = 57 mm 4.5.1.1.3 Ống d ẫn hơi đố t Dẫn hơi nướ c bão hòa ở 4 at. - D = 1,1403 kg/s Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

57



- Chọn ω = 30 m/s - ρ = 0,4718 kg/m3 (Tra bảng I.251[1-135]) 

d

4.G 

 ..

4.1,1403 

 .4 0.0, 4718



0,277  m 

Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon d t = 250 mm; dn = 273 mm 4.5.1.1.4 Ống d ẫn hơi thứ Dẫn hơi nướ c bão hòa ở 0,625 at. - W = 3471,61 kg/s - Chọn ω = 40 m/s - ρ = 0,37423 kg/m3 (Tra bảng I.251[1-135])  d

4.G 

 ..

4.3471, 61 

 .40 .0,37423.3600



0,286  m 

Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon d t = 300 mm; dn = 325 mm 4.5.1.1.5 Ống d ẫn nước ngưng Dẫn chất lỏng cân bằng với hơi nướ c bão hòa ở áp suất 4 at - Gn = D = 1,1403 (kg/s) (Ngưng tụ hoàn toàn) - Chọn ω = 0, 5 m/s - ρ = 923,761 kg/m3 (Tra bảng I.251[1-135])  d

4.G 

 ..

4.1,1403 

 . 0,5.923,461



0,056  m 

Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon d t = 70 mm; dn = 76 mm 4.5.1.2 Tra bích vớ i ố ng d ẫ n bên ngoài

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

58


Ống


Kích thướ c nối Dt D1 Bu lông (mm (mm D Z (mm (cái)

Kiểu bích 1 h(mm)

Py.106 (N/m2)

Dy (mm)

Dn

D (mm)

0,6

250

273

370

335

312

M16

12

24

0,6

70

76

160

130

110

M12

4

16

0,1

300

325

435

395

365

M20

12

22

0,6

50

57

140

110

90

M16

8

20

0,6

70

76

160

130

110

M12

4

16

Ống dẫn hơi đốt vào Ống nhậ p liệu Ống dẫn hơi thứ ra Ống tháo liệu Ống tháo nước ngưng

4.5.2 Tí nh toán và chọn tai treo

Tai treo (giá đỡ ) là bộ phận dung để giữ thiết bị vào một phần vị trí nhất định trong quá trình hoạt dộng. Kích thướ c và hình dáng c ủa tai treo ph ụ thuộc vào các yếu tố nhất định như: đặ c tính của tải tr ọng, vào vật liệu làm tiết bị, tr ọng lượ ng của thiết bị Tai treo thi ết bị: Chọn 4 tai treo làm b ằng vật liệu OX18H10T gắn vớ i buồng đốt. Vị trí gắn tai treo khoảng 2/3 chiều cao buồng đốt. 4.5.2.1 Tai treo thi ế t bị 

Có ρ OX18H10T = 7900 kg/m3 (Tra bảng XII.7[2-313]



Tải tr ọng tác dụng lên tai treo: Q

G.9,81 

4

 N 

4.5.2.1.1 Khối lượ ng của ố ng truyề n nhiệt 

Thể tích của ống truyền nhiệt Vtn



 . H

4



n. d n  dt  2

2

  D

thn

2

 Dtht   2

 .3

 241. 0, 0322  0, 0282    0, 2772  0, 2732   0,1415 m3   4 

Trong đó: - dn, dt: Đường kính ngoài và đườ ng kính trong c ủa ống truyền nhiệt; m - Dthn, Dtht: Đường kính ngoài và đườ ng kính trong của ống trung tâm; m - H: Chiều cao của ống truyền nhiệt Hoàng Trung H ải 20112924

KTHH5 – K56

59



Khối lượ ng của ống truyền nhiệt Gtn = Vtn . ρ =0,1415.7900 = 1117,6(kg)

4.5.2.1.2 Khối lượ ng của buồng đố t 

Thể tích của buồng đốt Vdn

 . H 

4

.3

 

4



. Ddn

2 

 0, 908

2

Ddt



2



0, 900

2





0, 034

  m

3

Trong đó: - Dđn, Dđt: Đường kính ngoài và đườ ng kính trong c ủa buồng đốt; m - H: Chiều cao của buồng đốt 

Khối lượ ng của buồng đốt: Gđn = Vđn . ρ =0,034.7900 = 269,095(kg)

4.5.2.1.3 Khối lượ ng của buồng bố c 

Thể tích của buồng bốc Vbn

 . H 

4

 .4 

4



. Dbn

2

1,308



2



Dbt

2



1,300

2





0,0655

  m

3

Trong đó: - D bn, D bt: Đường kính ngoài và đườ ng kính trong c ủa buồng bốc; m - H: Chiều cao của buồng bốc 

Khối lượ ng của ống truyền nhiệt G bn = V bn . ρ =0,0655.7900 = 517,55(kg)

4.5.2.1.4 Khối lượng thép làm đáy buồng đố t.

Đáy của thiết bị dạng elip có gờ . Vớ i các thông s ố đườ ng kính trong Dt = 900, bề dày S = 4mm, Chiều cao c ủa gờ H = 25 mm. Tra bảng XII.11[2-384]có khối lượ ng của đáy m = 30 (kg) 4.5.2.1.5 Khối lượ ng thép làm n ắ p buồng bố c. Nắ p của thiết bị dạng elip có gờ . Vớ i các thông s ố đườ ng kính trong Dt = 1300, bề dày S = 4mm, Chiều cao c ủa gờ H = 25 mm. Tra bảng XII.11[2-384]có khối lượ ng của đáy m = 61 (kg) 4.5.2.1.6 Khối lượ ng thép làm nón c ụt nố i giữ a buồng bố c và buồng đố t Phần nón cụt đượ c làm bằng thép không gỉ OX18H10T Hoàng Trung H ải 20112924 KTHH5 – K56 

60





Đườ ng kính trong lớn đượ c tính bằng đườ ng kính buồng bốc: Dtb = 1,3 m



Đườ ng kính trong nhỏ đượ c tính bằng đườ ng kính buồng đốt: Dtb = 0,9 m



Bề dày của nón S = 4 mm = 4.10 -3 m



Chiều cao của phần nón cụt (không tính gờ ) Hc = 245mm



Chiều cao của gờ : Hg = 40mm

Vc 



.

12





12

 nb  Dnb .Dnd  Dnd    Dtb  Dtb .Dtd  Dtb   .H c 

 D

2

2

2

2

.  1, 308  1, 308.0, 908  0, 908



2

2

  1, 3

2



D 4

2

nd

 Dtd  .H g 2

 1, 3.0, 9  0, 92   .0, 245 



 0, 908 4

2

 0, 92  0, 040

= 0,0755(m3) Khối lượ ng nón cụt: mc = 0,0755. 7900= 596,35(kg) 4.5.2.1.7 Khối lượ ng thép làm bích và vỉ ố ng Có 6 mặt bích, gồm 2 mặt nối nắ p vớ i buồng bốc, 2 mặt nối đáy vớ i buồng đốt, 2 mặt nối buồng đốt vớ i nón cụt. Ngoài ra còn có 2 v ỉ ống trong buồng đốt Mặt bích làm b ằng thép CT31 

Thể tích thép làm 2 m ặt bích không vỉ ống trong buồng đốt V1



D   2. .

2

 Dt 2  Z .d b 2  4

1,030  .h  2.

2

 0,900 2  24.0,02 2  4

.0,022  8,33.10

3

m  3

Thể tích thép làm 2 m ặt bích có v ỉ ống trong buồng đốt V2

V2





 D .

2



2.

2.

1,030

Dnth

2



n '.Dn

2



4 2



0,277

2



Z .d b

2

 .h 2

241.0,032



2

24.0,02

4

 .0, 022



 

0, 025 m

3

Trong đó: - D, Z, d b, h: là những thong số của bích của buồng đốt; m - Dt: đườ ng kính trong của buồng đốt; m - dn: Đườ ng kính ngoài c ủa ống truyền nhiệt; m - Dnth: đườ ng kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm; m 

Thể tích thép làm bích n ối buồng bốc vớ i nắ p

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

61

Đồ án môn học quá trình thi ế t bị V3



D  2. .

2



Dt

2



Z .d b

2

4


 .h



1, 440  2.

2



1,300

2



80.0, 02

2

4

 .0, 022



  3

0, 012 m

Trong đó: - D, Z, d b, h: là những thong số của bích của buồng bốc; m - Dt: đườ ng kính trong c ủa buồng bốc; m 

Tổng khối lượ ng thép làm bích: V bích = V1 + V2 +V3 = 8,33.10-3 + 0,025 + 0,012 = 0,04533 (m 3)



Khối lượ ng thép làm bích m = V bích . ρ = 0,04533. 7850 = 355,84 (kg)

4.5.2.1.8 Khối lượ ng dung d ịch trong thi ế t bị Khối lượ ng riêng lớ n nhất có thể có của dung dịch trong thiết bị Khối lượ ng riêng lớ n nhất có thể có của dung dịch là khối lượ ng riêng ở nồng độ 30% và nhiệt

độ tsdd(po) : ρddmax = ρdd(30%, 102,021oC) = 1273,97 kg/m3 Thể tích dung dịch trong thiết bị: Vdd = Vc + Vống TN + Vống TH + Vđ

Trong đó: - Vc: Thể tích dung dịch trong phần nón cụt Vc Vc



 D .



 0,9 .

2

b



Db .Dd



Dd

12 2



2

 .H

0,9.1,3  1,3 12

2

c 

 .

 .0, 245

Dd 4 

2

.H gc

 .

0,9 4

2

 

.0, 04  0, 26 m

3

Vớ i: D b, Dd là đườ ng kính trong buồng bốc và buồng đốt - Vống TN: Thể tích dung d ịch trong ống truyền nhiệt; Vống TN = 0,445(m3) - Vống TH: Thể tích dung d ịch trong ống tuần hoàn trung tâm; Vống TH = 0,1755(m3) - Vđ: Thể tích dung dịch ở đáy nón Vđ = 0,111(m3) 

Vdd = 0,26 + 0,445 + 0,1755 +0,111= 0,9915 (m3)



mdd = 0,9915.1273,97 = 1263,141 (kg)



Tổng tải tr ọng của thiết bị: M = 1263,141 + 355,84 + 596,35 + 61 + 30 + 517,55 + 269,095 + 1117,6 = 4210,567 Chọn 4 tai treo làm b ằng thép CT31

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

62



Tải tr ọng tác dụng lên tai treo (chưa tính đến bulong, đai ôc và bộ phận tách bọt) Q

G.9,81 

4

9,81.4210,576 



4

10326, 43( N )

Dựa vào các thông số trên tra b ảng XIII.36[2-438] ta có: G.104 F. 104 q.10-6 L N

m2

2,5

173

B

B1

H

S

N/m2

l

a

d

m1

60

20

30

3,48

mm

1,45

150

120

130

215

8

quan sát 4.5.3 C ửa Ta chọn kính quan sát làm b ằng thủy tinh silicat dày 15 mm, đườ ng kính Φ = 200 mm Chọn bích quan sát Ta bảng XIII.26[2-403]. Bích liền kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn ta có bảng sau: Kiểu bích


Dtr

(N/m2)

(mm)

0,1

D

D b

Dt

D0

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

219

290

255

232

200

Bu lông

1

d b

z

h

(mm)

(cái)

(mm)

M16

8

16

4.5.4 L ớ p cách nhi ệt

Bề dày lớ p cách nhiệt cho thiết bị đượ c tính theo công th ức:



 n . tT 2



 c

t  . t  c .



t kk



n

T1

T

 

 c  c

t T

2



2



t kk



. tT 1





tT2 ( Công thức VI.66[2-92])

 

Trong đó: - tT2: nhiệt độ bề mặt lớ p cách nhiệt phía không khí,khoảng 40 ÷ 50 oC. Chon tT2 = 40oC - tT1: nhiệt độ lớ p cách nhiệt tiế p giáp vớ i bề mặt lớ p vỏ thiết bị vì tr ở lực tườ ng trong thết bị r ất nhỏ so vớ i tr ở lực lớ p cách nhiệt nên tT có thể lấy gần vớ i nhiệt độ hơi đốt tT1 = 142,9 oC Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

63



- tkk : nhiệt độ môi trườ ng xung quanh Tra bảng VII.1[2-97] chọn tkk = 23,4 oC, lấy tại nhiệt độ trung bình năm của Hà Nội - λC: hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhi ệt. Chọn vật lieu cách nhi ệt là bông th ủy tinh. Theo bảng I.126[1-128] ta có λc = 0,0372 W/m.độ - αn = hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngoài của lớ p cách nhiệt đến không khí Theo công thức VI.67[2-92] có: αn = 9,3 + 0,058.t T2 

αn = 9,3 + 0,058.40 = 11,62 W/m2.độ

Thay số vào ta đượ c: 

c



0,0372. 142,9



40 

11,62. 40 23, 4 



0,0198( m) =19,8 mm



Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

64



5. K ẾT LUẬN Các phần tính toán nêu trên cho th ấy: -

Hệ thống cô đặc chân không 1 n ồi liên tục dung dịch NaOH với năng suất nhậ p liệu 6 m3/h khá đơn giản. Vì năng suất này không cao nên kích thướ c của của các thi ết bị đều ở mức độ vừa phải.

-

Chi phí đầu tư không cao, trong đó thiế t bị chính chiếm khoảng 33 % tổng chi phí.

-

K ết cấu thiết bị đơn giả n và có thể được điều khiển tự động.

Vì vậy, nhìn chung hệ thống này phù hợ p vớ i quy mô phòng thí nghi ệm và quy mô pilot.

Hoàng Trung H ải

20112924

KTHH5 – K56

65

Thiet Ke Thiet Bi Co Dac Dung Dich Naoh Co Ong Tuan Hoan Trung Tam 5866

Recommend Documents