Co dac nacl 1 noi hoan chinh

Đồ án môn học: GVHD:Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl Thầy Lê Đức Trung

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

[1]


I. GIỚI THIỆU MỞ ĐẦU

Để nâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu

cầu của sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng

biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung

dịch. Phương pháp phổ biến là dùng nhiệt để

làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi,

khi đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu

cầu mong muốn.

Thiết bị thường sử dụng chủ yếu trong nâng

cao nồng độ dung dịch hóa chất là thiết bị cô

đặc. Thiết bị cô đặc gồm nhiều loại và được

phân loại theo nhiều phương pháp khác nhau

như: thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm,

tuần hoàn cưỡng bức…, trong đó thiết bị cô

đặc tuần hoàn có ống tuần hoàn ngoài được

dùng phổ biến. Vì thiết bị này có nguyên lý

đơn giản, dễ vận hành và sữa chữa, hiệu suất

sử dụng cao… dây chuyền thiết bị có thể dùng

1 nồi, 2 nồi, 3 nồi… nối tiếp nhau để tạo

thành sản phẩm theo yêu cầu. Trong thực tế

người ta thường thiết kế sử dụng hệ thống cô

[2]


đặc 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất sử dụng

hơi đốt cao nhất, giảm tổn thất trong quá

trình sản xuất.

Đồ án quá trình và thiết bị công nghệ thực

phẩm là một môn học giúp cho sinh viên làm

quen với việc thiết kế một thiết bị hay hệ

thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất,

có những kỹ năng tính toán cần thiết sau khi

ra làm việc thực tế. Làm đồ án giúp cho sinh

viên biết hệ thống hóa kiến thức đã được học

vào trong thực tế, mỗi sinh viên sẽ tự biết

sử dụng trong việc tra cứu các thong số cần

thiết, vận dụng đúng các kiến thức đã được

học trong tính toán một cách chính xác, tỉ mỉ

từng bước tránh những sai sót đáng tiếc về

sau, nâng cao kỹ năng trình bày và đọc được

bản vẽ thiết bị một cách có hệ thống.

II. TỔNG QUAN

1. Nhiệm vụ đồ án:

Nhiệm vụ của đồ án này là thiết kế thiết bị

cô đặc NaCl một nồi từ nồng độ 5% đến 20% với

[3]


năng suất 1500 kg/h tính theo nguyên liệu đầu

vào.

2. Tính chất nguyên liệu sản phẩm

Nguyên liệu:

NaCl là khối tinh thể màu trắng, có vị mặn, tan

trong nước và phân ly thành ion

Là thành phần của muối ăn hằng ngày

Khối lượng riêng của dung dịch 5% là 1035 (kg/m3)

Độ nhớt là 1,07*10-3 (Ns/m2) ở 200C ( dung dịch

10%)

Ở 1000C dung dịch bão hòa ở 28.15%, ở 200C dung

dịc bão hòa ở 26.4%

Nguyên liệu đem đi cô đặc là dung dịch NaCl 5%

với dung môi là nước

Sản phẩm:

Ta thấy độ hòa tan ở nhiệt độ thường của NaCl

là khoảng 26,3%, trong khi đó dung dịch cô

đặc yêu cầu là 20%, cho nên sau khi làm nguội

nguyên liệu vẫn còn ở dạng dung dịch. Vì thế

mục đích của quá trình cô đặc này chủ yếu để

chuẩn bị cho quá trình sản xuất khác NaOH,

[4]


các hợp chất chứa Cl và sử dụng làm muối dạng

dịch truyền sử dụng trong y tế. Ngoài ra NaC

còn được dùng làm chất tải lạnh.

Những biến đổi xẩy ra trong quá trình cô đặc:

Trong quá trình cô đặc thì tính chất cuả

nguyên liệu luôn luôn thay đổi, thơi gian cô

đặc càng lâu làm cho nồng độ dung dịch tăng

lên dẫn đến tính chất cũng có sự biến đổi

theo. khi nồng độ tăng lên làm cho hệ số dẫn

nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ

số truyền nhiệt giảm đi. Đồng thời các đại

lượng như khối lượng riêng, độ nhớt, độ sôi,

tổn thất nhiệt lại tăng lên.

3.Hệ thống cô đặc:

3.1. Định nghĩa.

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất

rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách

bớt một phần dung môi sang dạng hơi.

Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng

thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của

[5]


dung môi trên mặt dung dịch bằng áp suất làm

việc của thiết bị.

Quá trình cô đặc được dùng phổ biến trong

công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ các

dung dịch loãng hoặc để tách các chất rắn hòa

tan (trường hợp này có kèm theo quá trình kết

tinh), ví dụ: cô đặc dung dịch đường, cô đặc

xút, cô đặc các dung dịch muối…

Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp

suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường

(áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở; còn

khi làm việc ở các áp suất khác ta dùng thiết

bị kín.

Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở hệ thống

cô đặc 1 nồi hoặc hệ thống cô đặc nhiều nồi.

3.2. Các phương pháp cô đặc.

Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển

từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới

tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của

[6]


nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chât

lỏng.

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến

một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng

tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết

tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy

tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác

dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó

xảy ra ở nhiệt đọ cao hay thấp và đôi khi

phải dùng đến máy lạnh.

3.2.1.Phân loại.

Người ta thường tiến hành phân loại thiết bị cô

đặc theo các cách sau:

- Theo cấu tạo:

+ Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần

hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá

loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự

nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền

nhiệt. Gồm:

[7]


Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc),

có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.

Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng đốt).

+ Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng

bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 – 3,5 m/s

tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng

cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch

đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh

trên bề mặt truyền nhiệt. 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,

chảy một lần tránh tiếp xúc lâu làm biến chất

sản phẩm. Đặt biệt thích hợp chho các dung

dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây,

nước ép hoa quả…. Gồm:

Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt

trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó

vỡ.

[8]


Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt

trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và

bọt dễ vỡ.

- Theo phương pháp thực hiện quá trình:

+ Cô đặc ở áp suất thường (thiết bị hở): có

nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng

cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung

dịch để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng

suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn

nhất. Tuy nhiên nồng độ dung dịch đạt được là

không cao.

+ Cô đặc ở áp suất chân không: dung dịch có

nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không.

Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn sự bay

hơi nước liên tục.

+ Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết

kiệm hơi đốt. Số nồi không quá lớn và sẽ làm

giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân

không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương

[9]


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 kết quả sản phẩm tốt

hơn và quá trình cô đặc ổn định hơn cô đặc

gián đoạn và có thể áp dụng điều khiển tự

động nhưng chưa có cảm biến tin cậy.

- Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang,

thẳng đứng, nghiêng.

- Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi

nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói lò, chất

tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất

cao…) bằn dòng điện.

- Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống

xoắn, ống chùm.

3.2.2.Bản chất của sự cô đặc do nhiệt.

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ

chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng

gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử

khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên

kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do

[10]


đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng

lượng thực hiện quá trình này.

Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do

các bọt khí hình thành trong quá trình cấp

nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch

khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và

dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong

nồi cô đặc. Tách không khí và lắng keo

(protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.

3.2.3.Ứng dụng cô đặc.

Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các

dung dịch đường, mì chính, nước trái cây…

Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các

dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ…

Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá

chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị 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

liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự

[11]


phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu

quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó

đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm

bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu

được đặt ra cho người kỹ sư là phải có kiến

thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động

khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô

đặc.

3.2.4.Cấu tạo của thiết bị cô đặc

3.2.4.1. Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung

tâm

Cấu tạo

Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm

gồm phần trên là phòng bốc 1 phần dưới của

thiết bị là phòng đốt 2 có các ống truyền

nhiệt 3 và ống tuần hoàn trung tâm 4 có đường

kính lớn hơn từ 7-10 lần ống truyền nhiệt,

trong phòng bốc có bộ phận tách giọt 5 có tác

dụng tách giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn

theo.

Nguyên lý làm việc

[12]


Dung dịch được đưa vào đáy phòng bốc rồi chảy

trong các ống truyền nhiệt và ống trung tâm,

còn hơi đốt được đưa vào phòng đốt đi ở

khoảng giữa các ống và vỏ, do đó dung dịch

được đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng hơi trong

ống truyền nhiệt và làm khối lượng riêng của

dung dịch sẽ giảm đi và chuyển động từ dưới

lên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể

tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền

nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó

nhiệt độ dung dịch nhỏ hơn so với dung dịch

trong ống truyền nhiệt và lượng hơi tạo ra ít

hơn vì vậy khối lượng của hỗn hợp hơi lỏng ở

đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt do đó chất

lỏng sẽ di chuyển từ trên xuống dưới rồi đi

vào ống truyền nhiệt lên trên và trở lại ống

tuần hoàn tạo lên dòng hơi thứ tách ra khỏi

dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt sang

thiết bị ngưng tụ baromet. Bộ phận tách giọt

có tác dụng giữ lại những giọt chất lỏng do

hơi thứ cuốn theo và chảy trở về đáy phòng

[13]


bốc, còn dung dịch có nồng độ tăng dần tới

nồng độ yêu cầu được lấy ra một phần ở đáy

thiết bị làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ

sung thêm một lượng dung dịch mới vào thiết

bị. Còn với quá trình làm việc gián đoạn thì

dung dịch được đưa vào thiết bị gián đoạn và

sản phẩm cũng được lấy ra gián đoạn. Tốc độ

tuần hoàn càng lớn thì hệ số cấp nhiệt phía

dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặn

trên bề mặt cũng giảm. Tốc độ tuần hoàn loại

này thường không quá 1.5m/s.

Ưu điểm

Cấu tạo đơn giản đễ sửa chữa và làm sạch

Nhược điểm

Năng suất thấp, tốc độ tuần hoàn giảm vì ống tuần

hoàn cũng bị đốt nóng.

3.2.4.2. Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn cưỡng

bức

Cấu tạo

Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức gồm phòng

bốc 1 và trong phòng bốc có bộ phận tách

[14]


giọt, phía dưới phòng đốt 2, trong phòng đốt

có các ống truyền nhiệt 3, bên ngoài thiết bị

có ống tuần hoàn ngoài 5 và bơm tuần hoàn 4.


Dung dịch được bơm vào phòng đốt liên tục và

đi trong các ống trao đổi nhiệt từ dưới lên

phòng bốc, còn hơi đốt được đưa vào phòng đốt

ở khoảng giữa các ống truyền nhiệt với vỏ

thiết bị. Dung dịch được đun sôi trong ống

truyền nhiệt với cường độ sôi cao và lên

phòng bốc. Tại bề mặt thoáng dung dịch ở

phòng bốc, dung môi tách ra bay lên và đi qua

bộ phận tách giọt rồi sang thiết bị ngưng tụ

baromet, còn dung dịch trở nên đậm đặc hơn

trở về ống tuần hoàn ngoài trộn lẫn với dung

dịch đầu tiếp tục được bơm đưa vào phòng đốt.

Khi dung dịch đạt nồng độ yêu cầu thì ta luôn

lấy một phần dung dịch ra ở đáy phòng bốc ra

làm sản phẩm. Tốc độ dung dịch trong ống

truyền nhiệt khoảng từ 1.5-3.5m/s do đó hệ số

cấp nhiệt lớn hơn tuần hoàn tự nhiên từ 3-4

[15]


lần và có thể làm việc trong điều kiện nhiệt

độ hữu ích nhỏ từ 3-5 độ vì cường độ tuần

hoàn chỉ phụ thuộc vào năng suất của bơm.

Ưu điểm

Năng suất cao cô đặc được dung dịch có độ

nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện.

Nhược điểm

Tốn nhiều năng lượng cung cấp cho bơm.

3.2.4.3. Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài

a.Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài kiểu đứng

Cấu tạo

Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài kiểu đứng

gồm phòng đốt 1 và phòng bốc 2, phòng đốt là

thiết bị trao đổi nhiệt ống chum, nhưng các

ống truyền nhiệt có thể dài tới 7m, còn trong

phòng bốc có bộ phận tách giọt 4 và nối giữa

hai phòng đốt và phòng đốt có ống dẫn 3 và

ống tuần hoàn 5.

Nguyên tắc làm việc

Dung dịch được đưa vào phòng đốt 1 liên tục

và đi trong các ống truyền nhiệt, còn hơi đốt

[16]


được đi vào trong phòng đốt và đi ở khoảng

giữa ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị để đun

sôi dung dịch. Dung dịch tạo thành hỗn hợp

hơi lỏng đi qua ống 3 vào phòng bốc hơi 2, ở

đây hơi thứ tách ra đi lên phía trên, còn

dung dịch đi theo ống tuần hoàn 5 trộn lẫn

với dung dịch mới đi vào phòng đốt. Khi nồng

độ dung dịch đạt yêu cầu được trích một phần

ra ở đáy phòng bốc làm sản phẩm, đồng thời

liên tục bổ sung dung dịch mới vào thiết bị.

Do chiều dài ống truyền nhiệt lớn nên cường

độ tuần hoàn lớn và cường độ bốc hơi lớn.

Ưu điểm

Năng suất cao.

Nhược điểm

Cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu chế tạo.

b.Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài nằm ngang

Cấu tạo

Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài nằm ngang

gồm phòng đốt 1 là thiết bị truyền nhiệt ống

[17]


chữ U và phòng bốc 2, trong phòng bốc có bộ

phận tách giọt.


Dung dịch được đưa vào thiết bị và đi vào ống

truyền nhiệt chữ U từ trái sang phải ở nhánh

dưới lên nhánh trên rồi lại chảy về phòng bốc

ở trạng thái sôi, dung môi tách ra khỏi dun

dịch bay lên qua bộ phận tách giọt và ra

ngoài, tháo phần dung dịch tăng dần tới nồng

độ yêu cầu, sau đó tháo phần dung dịch ra làm

sản phẩm và tiếp tục cho dung dịch mới vào

thực hiện một mẻ mới.

Ưu điểm

Phòng bốc có thể tách ra khỏi phòng đốt dễ dàng

để làm sạch và sửa chữa.

Nhược điểm

Cồng kềnh, cấu tạo phức tạp làm việc gián đoạn,

năng suất thấp.

3.2.4.4. Thiết bị cô đặc loại màng

Cấu tạo

[18]


Thiết bị cô đặc loại màng có cấu tạo tương tự

thiết bị cô đặc cưỡng bức, nhưng với các ống

trao đổi nhiệt cao từ 6-9m.

Nguyên tắc làm việc

Dung dịch được đưa từ đáy phòng đốt vào trong

các ống trao đổi nhiệt với mức chất lỏng

chiếm khoảng từ 1/4 - 1/5 chiều cao của ống

truyền nhiệt. Hơi đốt đi vào phòng đốt ở

khoảng giữa các ống truyền nhiệt với vỏ thiết

bị, dung dịch được đun sôi với cường độ lớn

và hơi thứ tách ra ngay trên bề mặt thoáng

của dung dịch ở trong ống truyền nhiệt và hơi

chiếm hầu hết tiết diện của ống và chuyển

động từ dưới lên với vận tốc rất lớn khoảng

20m/s kéo theo màng chất lỏng ở bề mặt ống

cùng đi lên và màng chất lỏng đi từ dưới lên

tiếp tục bay hơi làm nồng độ dung dịch tăng

lên dần đến miệng ống là đạt nồng độ cần

thiết, hơi thứ đi lên đỉnh tháp qua bộ phận

tách giọt sang thiết bị ngưng tụ baromet, còn

dung dịch chảy xuống ống tuần hoàn ngoài và

[19]


một phần được lấy ra làm sản phẩm, một phần

về trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục đi vào

phòng đốt. Hoặc có thể tháo hoàn toàn dung

dịch đậm đặc làm sản phẩm khi chênh lệch giữa

nồng độ đầu và cuối yêu cầu không lớn. Thiết

bị này có hệ số truyền nhiệt lớn khi mức chất

lỏng thích hợp, nếu mức chất lỏng quá cao thì

hệ số truyền nhiệt giảm vì tốc độ chất lỏng

giảm, ngược lại nếu mức chất lỏng quá thấp

thì phía trên sẽ khô, khi đó quá trình cấp

nhiệt ở phía trong ống nghĩa là quá trình cấp

nhiệt từ thành ống tới hơi chứ không phải

lỏng do đó hiệu quả truyền nhiệt giảm đi

nhanh chóng.

Ưu điểm

Áp suất thủy tĩnh nhỏ do đó tổn thất thủy tĩnh

ít.

Nhược điểm

Khó làm sạch vì ống dài, khó điều chỉnh khi áp

suất hơi đốt và mực chất lỏng thay đổi, không cô

[20]


đặc được dung dịch có độ nhớt lớn và dung dịch

kết tinh.

3.3. Các loại thiết bị để thực hiện quy trình công

nghệ.

3.3.1.Thiết bị chính.

Trong công nghiệp hóa chất thường dung các

thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi. Loại này

gồm các phần chính sau:

1. Ống nhập liệu, ống tháo liệu.

2. Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.

3. Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp.

4.Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí

không ngưng.

3.3.2. Thiết bị phụ.

1. Bể chứa nguyên liệu.

2.Bể chứa sản phẩm.

3.Bồn cao vị.

4.Lưu lượng kế.

[21]


5.Thiết bị gia nhiệt.

6.Thiết bị ngưng tụ baromet.

7.Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị.

8.Bơm tháo liệu.

9.Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ.

10. Bơm chân không.

11. Các van.

12. Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất…

3.3.3. Các loại vật liệu dùng để chế tạo thiết bị

có thể dùng để chế tạo thiết bị.

Vật liệu dùng để chế tạo thiết bị sử dụng vật

liệu làm bằng thép không gỉ. Vật liệu này có

thể chịu nhiệt và không bị ăn mòn bởi Nacl và

giá thành cũng rẻ hơn nhiều so với các loại

vật liệu khác.

3.4.Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng

- Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất,

tránh phân hủy sản phẩm.

[22]


- Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn chênh

lệch nhiệt độ.

- Đơn giản, dễ sữa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề

mặt truyền nhiệt.

- Phân bố hơi đều.

- Xả liên tục và ổn định nước ngưng tụ và khí

không ngưng.

- Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo.

- Tổn thất năng lượng (do thất thoát nhiệt là nhỏ

nhất).

- Thao tác, khống chế giản đơn, tự động hóa dễ

dàng

3.5.Lựa chọn thiết bị cô đặc

Mục đích cô đặc dung dịch NaCl từ 5% đến 20%,

với đặc điểm nguyên liệu NaCl là muối trung tính,

tính chất hóa học, vật lý ít bị biến đổi khi cô

đặc ở nhiệt độ cao, độ nhớt dung dịch không cao có

thể tuần hoàn tự nhiên qua bề mặt truyền nhiệt. Vì

vậy lựa chọn thiết bị cô đặc có buồng đốt trong,

[23]


ống tuần hoàn trung tâm, tuần hoàn tự nhiên, làm

việc xuôi chiều.

Ưu điểm của thiết bị cô đặc buồng đốt trong

có ống tuần hoàn trung tâm là cấu tạo đơn

giản, dễ vệ sinh và sửa chữa, chiếm ít diện

tích, có thể cô đặc dung dịch có nhiều váng

cặn.

[24]


Do dung dịch có nồng độ và độ nhớt dung dịch

tương đối thấp, nếu sử dụng hệ thống cô đặc

gián đoạn không cần thiết trong trường hợp này

vì cô đặc gián đoạn dùng khi cần tăng nồng độ

cao đến mức keo, sệt, paste. 1- thùng chứa

dung dịch; 2- buồng đốt; 3- thiết bị cô đặc;

4-Thiết bị ngưng tụ kiểu ống đứng; 5- thùng

chứa nước; 6- thùng chứa hơi thứ ngưng; 7- bơm

dung dịch; 8- bơm nước; 9- Bồn caovị; 10-

thùng chứa nước ngưng tụ; 11- ratomet (lưu

[25]


lượng kế); 12- thùng chứa sản phẩm; 13- thùng

tháo nước ngưng;

3.6. Lựa chọn thiết bị ngưng tụ baromet

Thiết bị ngưng tụ có cấu tạo rất đa dạng, tuy nhiên

trong trường hợp này chọn thiết bị ngưng tụ là

thiết bị ngưng tụ baromet kiểu khô. Đây là thiết bị

ngưng tụ kiểu trực tiếp, nó thông dụng trong ngành

hóa chất và thực phẩm, Chất làm lạnh là nước. Quá

trình tiến hành bằng cách cho hơi nước tiếp xúc

trực tiếp với nhau. Hơi cấp ẩn nhiệt ngưng tụ cho

nước và ngưng tụ lại, nước lấy nhiệt của hơi và

nóng lên, cuối cùng tạo thành một hỗn hợp chất lỏng

đã được ngưng tụ. Nước làm lạnh được cho đi từ trên

xuống, hơi đi từ dưới lên để làm nguội và ngưng tụ

chảy dọc xuống tự do còn khí không ngưng được hút

ra theo một đường khác.

Ưu điểm của thiết bị kiểu khô.

Nước làm mát tiếp xúc trực tiếp với hơi nên

hiệu quả ngưng tụ cao

- Cấu tạo đơn giản và dễ lắp đặt

- Chống ăn mòn, năng suất cao

[26]


- Nước ngưng tự chảy ra được không cần bơm

nên ít tốn năng lượng.

- Nhược điểm của thiết bị kiểu khô: thiết bị

cồng kềnh.

3.7.Lựa chọn địa điểm đặt nhà máy

Do nguồn nguyên liệu là dung dịch muối loãng

5%, trong khi đó nồng độ muối của nước biển

khoảng 3,5 – 4%, do vậy để thuận tiện cho việc

sử dụng nguồn nguyên liệu thì nhà máy nên đặt ở

gần biển

Do ở gần biển nên nhiệt độ trung bình khoảng

250C, độ ẩm khoảng 77%

III.TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ

Các thông số và số liệu ban đầu:

Dung dịch cô đặc: NaCl

Nồng độ đầu (xđ): 5% , tđ = 250C

Nồng độ cuối (xc): 20%

Áp suất hơi đốt, hơi nước bão hòa (tự chọn): 3

at (132,90C) (st 1, 314)

Áp suất hơi thứ : 1 at (99,10C)

Năng suất sản phẩm: 1500 kg/h

[27]


Áp suất buồng bốc: 1 at (99,10)

- Tổn thất áp suất ∆”’'trên đường ống dẫn hơi thứ

tương ứng với tổn thất nhiệt độ ∆”’

- Chọn ∆”’ = 1 0C

∆”’ = tht - tnt (VI.14, STQTTB T2,

60)

Với tht: nhiệt độ hơi bão hòa ứng với áp suất

Pht ( áp suất hơi thứ ) của, hơi thứ 0C

tnt : nhiệt độ hơi bão hòa ứng với áp

suất Pnt trong thiết bị ngưng tụ,0C

tnt = t ht - ∆”’ = 99,1 – 1 = 98,1 0C

p nt = 0,96 at

1.Cân bằng phương trình vật chất

1.1. Phương trình cân bằng vật chất của quá trình

bốc hơi – cô đặc.

Gđ = Gc + W

Gđ.xđ = Gc.xc

với: Gđ, Gc – lưu lượng ban đầu (vào) và cuối cùng

(ra) của dung dịch, kg/s.

[28]


xđ, xc - nồng độ chất tan trong dung dịch đầu và

cuối, phần khối lượng.

W – lương hơi thứ, kg/s.

- Lưu lượng dung dịch cuối thu được:

Gc=Gđ.XđXc

=15000,050.2

=375kg

- Lượng hơi thứ bốc ra: W=Gđ−Gc=1500−375=1125kg /h

1.2. Tổn thất nhiệt độ trong hệ.

- Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc: tổn

thất do nồng độ, tổn thất do áp suất

thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống.

1.2.1. Tổn thất do nồng độ.

- Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung

dịch và nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở

áp suất bất kì gọi là tổn thất nồng độ ∆’ được

xác định theo công thức gần đúng của Tisenco

∆’ = ∆’0 . f (VI .10, STQTTB T2,

59)

[29]


- Trong đó: ∆’0 : Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ

sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung

môi ở áp suất thường.

f : là hệ số hiệu chỉnh

với

f=16,2 T2r

(VI.11, STQTTB T2, 59)

Với T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp

suất đã cho,0K

r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên

chất ở áp suất làm việc, J/Kg

- Theo bảng tra tổn thất nhiệt độ ∆’0 theo nồng

độ a ( % về khối lượng) ở áp suất thường

( STQTTT T2, TS. Trần xoa, TS. Nguyễn Trong

Khuôn)

- Tại nhiệt độ tnt = 98,1 0C suy ra : f

= 0.98 ( theo bảng điều chỉnh hệ số f theo nhiệt

độ )

[30]


Nồng độ 5 % 20%∆’0 0,9 4,85∆’ 0.73 3,9Tsdd 99,83 102,7

1.2.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh.

- Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì

hiệu ứng thủy tĩnh ∆’’( tổn thất nhiệt độ do ápsuất

thủy tĩnh tăng cao).

∆’’ = tsdd(ptb) - tsdd(p1) =

tsdm( ptb) – tsdm(p1)

Ta có: ptb = p1 + 0,5 𝝆gHop

Với : ∆p = 0,5𝝆hhgHop

𝝆hh = ½ f*d2

Với: 𝝆dd là khối lượng riêng của dung dịch được tính

theo nồng độ cuối

Hop = 0,26 + 0,0014( 𝝆dd – 𝝆dm) h0

H0 : chiều cao của ống truyền nhiệt

𝝆dm: khối lượng riên của dung môi ở tsdm

- Chọn : h0 = 1,5 m ( là chiều cao của ống truyền

nhiệt, m)

[31]


h1 = 30 % h2 = 0,3 * 1,5

= 0,45 m ( là chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ

miệng trên của ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của

dung dịch, m)

- Tại NaCl 20% :

𝝆dd = 1150 (kg/ m3)

𝝆hh = ½ 1150 = 575 ( kg/ m3)

𝝆dm = 999 ( kg/ m3)

- Vậy : Hop = 0,026 + 0,0014(1150 – 999) *1,5 =

0,705 (m)

∆p=0,5∗1150∗9,81∗0,7059,81∗104

=0,04at

Ptb = 1 + 0,04 = 1,04 at

Tsdm ở 1,04 at = 93 0C

Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh

∆’’ = 93 – 91,9 = 1,1 0C

- Nhiệt độ sôi của NaCl 20% ở áp suất p1 + ∆p

T sdd (p + ∆p) = 102,7 + 2,1 = 104,80C

1.2.3. Tổn thất trở lực do đường ống:

[32]


∆’’’ = 1 0C

1.2.4. Tổn thất nhiệt cho cả hệ thống:

∆ = ∑ ∆’ + ∆’’ + ∆’’’ = 3,9 + 1,1

+ 1 = 6 0C

1.3. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của nồi và cả hệ

thống

∆t = thd – t nt = 132,9 – 98,1 = 34,8 0C

- Tổng chênh lệch hữu ích của cả hệ thống

∆hi = ∆t - ∆ = 34,8 – 7 = 27, 8 ∑ 0C

- Sản phẩm lấy ra ở đáy của thiết bị, nhiệt độ cuối

của dung dịch trong nồi

tc = tnt + ∆’ + 2∆’’ + ∆’’’ = 98,1 + 3,9 +

2*1,1 + 1 = 107 ,2 0C

1.4 . Cân bằn nhiệt lượng.

1.4.1. Nhiệt dung riêng.

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn

20% tính theo công thức sau:

C = 4186.(1 - x), (J/kg.độ); ( I.43, STQTTB [33]


T1, 152)

Với : x – nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng

(%) :

Nhiệt dung riêng đầu: Cđ = 4186.(1 - 0,1) = 3767,4

(J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ lớn hơn

20% tính theo công thức Với Cht nhiệt dung riêng của

chất hòa tan khan (không chứa nước) (J/kg.độ).

- Áp dụng công thức (I.41, STQTTB T1, 152)

MNaCl .Cht = const

MNaCl : khối lượng mol của muối NaCl

Cht : nhiệt dung riêng của hợp chất hóa học,

(J/kg.độ)

ci : nhiệt dung nguyên tử của các

nguyên tố tương ứng, (J/kg nguyên tử.độ) (bảng

I.141, ST 1,152)

- với : CNa =28320 (J/kg nguyên tử.độ); CCl =

33949 (J/kg nguyên tử.độ)

- với NaCl : Cht=nNa∗CNa+nCl∗CCl

MNaCl

Cht = 1064,4 (j/kg*độ)

[34]


vậy :

Cc = Cht . xc + 4186 . ( 1- xc) = 1064,4.0,4 +

4186.(1 – 0,4) = 3561,6 (J/kg.độ)

1.4.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

- Cân bằng nhiệt lượng: nhiệt vào = nhiệt ra ∑ ∑

+ nhiệt lượng vào gồm có:

Do dung dịch đầu: Gđ Cđ tđ ( W )

Do hơi đốt: D(1-)i’’D ( W )

Độ ẩm của hơi: Dc

+ nhiệt lượng ra gồm có:

Hơi thứ mang ra : Wi’’W ( W )

Nước ngưng tụ: Dc

Sản phẩm mang ra: (Gđ –W)Cc tc( W )

Nhiệt cô đặc: Qcđ

Nhiệt tổn thất: QttQD D (1 )(i ''Dc)

tỉ lệ tổn thất nhiệt: ε = 0,05

Bỏ qua nhiệt cô đặc Qcđ ( vì có giá trị tính

toán nhỏ )

Độ ẩm của hơi = 0,05

- Phương trình cân bằng nhiệt:

[35]


Dc + D( 1- )i”D + GđCđtđ = ( Gcc – W)Cctc + W*i”W

+ Dc + Qtt

D=Gđ (Cctc−Cđtđ )+W(i w - Cctc )} over {left (1 - right ) * left ( 1 - right ) * ( i D−c)

- Nhiệt hóa hơi của nước rhh chính là i”D - c =

2171.103 j/kg ( ở phd = 3 at)

- Ta có : tc = 107, 2 0C, chọn tđ = 25 0C

Vậy D = 1401,5 (kg)

Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng :

m=DW=1401,51125

=1,25(kghơi đốtkg

hơithứ)

1.5. Hệ số cấp nhiệt.

- quá trình truyền nhiệt gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: nhiệt truyền từ hơi đốt đến bề

mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấp

nhiệt α1 và nhiệt tải riêng q1.

Giai đoạn 2: dẫn nhiệt qua thành ống.

Giai đoạn 3: nhiệt truyền từ bề mặt ống đến dung

dịch với hệ số cấp nhiệt α2 và nhiệt tải riêng

q2.

1.5.1. Hệ số cấp nhiệt α1, phía hơi ngưng tụ.[36]


- Hệ số cấp nhiệt α1, với ống truyền nhiệt đặt

thẳng đứng thì hệ số α1 đối với hơi bão hòa ngưng tụ

được tính theo công thức (V.101, STQTTB T2, 28).

1 = 2,04.A.

4√ rH.Δt1 , w/ m2.độ

- Với:

r: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)

H: chiều cao ống truyền nhiệt (H = 2m)

A: trị số phụ thuộc tm

A=(ρ2.λ3μ )0,25

tm

(oC)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

A 104 120 139 155 169 179 188 194 197 199 199

- Chọn ∆t1 = 3 0C:

[37]


tT1 = thd - ∆t = 132,9 – 3 =

129 0C

tm=thd+∆t

2=132,9+129,9

2=131,4 0C

A = 191,42 ( STQTTB T2,29)

Thd = 132,9 0C tương ứng với r nước = 2171.103

(j/kg)

-Vậy : 1 =9001,3 (w/m2.độ)

q1 = 1 . ∆t1 = 9001,3 * 3 =

27003,9( w/m2)

1.5.2. Hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng

sôi.

[38]


- Xem quá trình truyền nhiệt là ổn định.

∆t2 = tT2 – tc mà tT2 = tT1 – q1∑r

Với ∑r = r1 +r2+r3

- chọn hơi đốt ( hơi nước bão hòa ) là nước sạch,

theo (V.I, STQTTB T2, 4)

→ r1 = 0,464.10-3 nhiệt trở của cặn mặt ngoài

(m2.độ/W).

Dung dịch cần cô đặc là NaCl theo (V.I, STQTTB T2,

4)

→ r2 = 0,913.10-3 nhiệt trở của cặn mặt trong

(m2.độ/W).

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

vật liệu chế tạo thiết bị cô đặc là thép crôm –

niken – titan. Mã hiệu ( 1X18H9T ) và hệ số dẫn

nhiệt tại tT1 = 129,70C, λ = 17,54 (W/m.độ) (I.125,

STQTTB T1, 127)

R3 = δ / λ = 0,002 / 17,54 = 1,14.10-4 (m2độ /

w)

r = r1 + r2 + r3 = 0,464.10∑ -3 + 0,913.10-3 +

1,14.10-4 = 1,49.10-3 (m2.độ/w)

[39]


tT2 = tT1 – q1. r = 129,9 – 1,49.10∑ -3 * 27003,9 =

89,64 0C

∆t2 = tT2 - tc = 86,64 – 105,2 = -18,8 0C

- Tương tự cho phép tính rên ta có bảng sau

∆t1

(0C

)

tT1

(0C)

Tm

(0C)

A

(0C)

1

(w/

m2.độ)

q1

(w/m2)

r∑

(w/m2)

tT2

(0C)

∆tT2

(0C)

3 129,

9

131,

4

191,4

2

9001,3 27003

,9

1,49.1

0-3

89,6

4

-

18,82 130,

9

131,

9

191,5

7

11395,

8

22791

,6

1,49.1

0-3

96,9 -8,3

1,5 131,

4

132,

15

191,6

45

12252,

55

18378

,8

1,49.1

0-3

104 -1,2

1,4 131,

5

132,

2

191,6

6

12464,

65

17450

,5

1,49.1

0-3

105,

5

0,3

1,3 131,

6

132,

25

191,6

75

12700,

2

16510

,3

1,49.1

0-3

106,

98

1,7

Khi dung dịch (dung môi là nước) sôi và tuần hoàn

mãnh liệt trong ống thì hệ số cấp nhiệt khi chất

lỏng sôi được tính theo công thức (VI.27, STQTTB

[40]


T2, 71):

Ta có

⇒αdd=αn.(λddλn )0,565

.[(ρddρn )2

.(CddCn ).μnμdd ]

0,435

- Theo công thức V.91, STQTTB, T2/26

n = 0,145 t22,33.p0,5 (W/m2.độ)

- Trong đó:

λdd, dd, dd, Cdd lần lượt là hệ số truyền nhiệt,

khối lượng riêng, độ nhớt của dung dịch

λn, n, n, Cn lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối

lượng riêng, độ nhớt của nước

- chọn nhiệt độ tính toán α2 theo nhiệt dộ cuối tc=

105,2 0C

ta có : λn= 2,08.10-2.1,163 = 0,024 (W/m.độ).

(I.129, STQTTB T1, 133).

ρn = 954,55 (kg/m3) ( I.5, STQTTB T1, 11)

Cn= 0,5 * 4,1868.10-3 = 2,09.10-3 (

J/kg.độ ). (I.149, STQTTB T1, 168)

λdd NaCl = 0,656 (W/m.độ ) (I.130, STQTTB T1,

[41]


134)

ρdd = 0,658.103 ( kg/m3 ) (I.32, STQTTB T1, 38)

Cdd = Cc = 2245 (J/kg.độ)

- độ nhớt của dung dịch NaCl được tính theo công

thức Paplov (I.17, STQTTB T1, 85)

t1−t21−2

=const

- Trong đó: tμ1, tμ2: nhiệt độ mà tại đó chất lỏng

có độ nhớt tương ứng là μ1 và μ2.

θμ1, θμ2: nhiệt độ của chất lỏng chuẩn

có cùng giá trị độ nhớt là μ1 và μ2.

- Tra bảng (I.107, STQTTB T1, 100), ta có dung

dịch NaCl 5% có độ nhớt tương ứng với các

nhiệt độ;

tμ1 = 100C → μdd1 = 1,99.10-3 (Ns/m2)

tμ2 = 200C → μdd2 = 1,56.10-3 (Ns/m2)

- chọn nước làm chất lỏng chuẩn, dựa theo bảng

I.102, STQTTB T1, 94:

μnước = 1,99.10-3 (Ns/m2) → θμ1 = -

3 0C[42]


μnước = 1,56.10-3 (Ns/m2) → θμ2 =

4 0C

t1−t21−2

=1,43

Dung dịch NaCl 20% có tc= 105,20C → μNaCl

= 0,43.10-3 ( Ns/m2)

1 = 59,58 0C → nước = 0,47.10-3 (N.s/m2).

- vậy: μnước tại nhiệt độ 59,580C sẽ bằng độ nhớt

của dung dịch CaCl2 tại nhiệt độ 105,20C:

μNaCl = 0,47.10-3 (N.s/m2).

- Thay số ta có:

2 = dd = 3688,74 ( w/m2.độ)

q2 = dd * ∆t2 = 0,3 * 3688,74 = 1106,6

( w/m2.độ)

- hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức

[43]


K=1

1❑1

+❑2+∑r= 542,79 ( w/m2.độ)

1.6. Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp.

- Ta có công thức

QD = GD(Cctc – Cđtđ) + W (h1 – Cctc) + Qtt

- với: Qtt = 0,05QD

h1 = 2673.103 (j/ kg)

GD = 1500 ( kg/h )

Cc = 2245 (j/kg.độ)

tc = 105,2 0C

tđ = 25 0C

Cđ = 3976,7 (j/kg.độ)

W = 1125 kg

Qtt = 0

QD = 261,1.103 (j / s)

1.7. Bề mặt truyền nhiệt.

- bề mặt truyền nhiệt được tính theo công thức:

(4.25, QTTBCNHH tập 10)

[44]


F= QD / ( K . ∆thi ) = 2611.103 /

(28,8 * 527,79) = 33,1( m3)

2. Thiết kế chính.

2.1. Buồng đốt của nồi cô đặc.

2.1.1. Tính số ống truyền nhiệt.

- số ống truyền nhiệt được tính theo công

thức:

n = Ff = F

(dnH)

Trong đó: F - diện tích bề mặt truyền nhiệt,

đã được tính từ phần công nghệ, m2

dn - đường kính ngoài của ống

truyền nhiệt, m.

H - chiều cao của một ống

truyền nhiệt, m.

- chọn ống truyền nhiệt có kích thước: 40 x 2 (mm)

và chiều cao: 150( cm)

dn = 40 + 2*2 = 44 mm = 44.10-3

m[45]


Số ống truyền nhiệt là: n = 33,15 / ( 3,14 *

1,5 *44.10-3 ) = 160,7 ( ống)

- chọn theo tiêu chuẩn (V.11, STQTTB T2, 48) nt=

169 (ống), chọn cách sắp xếp ống theo hình sáu

cạnh.

Số ống xuyên tâm

là: 15

Số hình 6 cạnh là : 7

- Bề mặt truyền nhiệt thực là:

Ft =nt * H * *dn = 169 * 1,5 * 3,14 * 44.10-3 = 35

(m3)

- Tổng diện tích cắt ngang của ống gia nhiệt

F = ( n* *dn2 ) / 4 =( 169 * 3,14 *( 44.10-

3)2 ) / 4 = 0,256( m2)

- Diện tích thiết diện của ống tuần hoàn lấy khoảng

20% thiết diện của tất cả các ống truyền nhiệt →

Fđl = 0,2.F = 0,2. 0,256 = 0,0512 (m2)

ddl = √4Fdl /¿¿ = √4∗0,0512/3,14 = 235 (mm)

- chọn đường kính ống tuần hoàn theo tiêu chuẩn

(QTTB T5, 155)

→ dđl = 350 (mm)

[46]


- Giá trị bước ống t = β.dn = ( 1.3 – 1.5 ). dn ,

chọn β = 1, 4

→ t = 1,4.44.10-3 = 0,0336 (m) = 61,6 (mm)

- chọn giá trị t = 61 (mm)(khi thực hiện trên bản

vẽ kĩ thuật) khi lắp ống tuần hoàn trung tâm vào

cùng trong mạng ống truyền nhiệt, cần phải bỏ đi

một số hình lục giác. Vì khoảng cách bước ống t =

61 (mm).

- Chọn giá trị: t = 61 mm → n’ = ddl / t =

5,8 → n’ = 5

→ phải bỏ đi hai hình lục giác tính từ vị

trí trung tâm. số ống truyền nhiệt cần phải lắp

thêm vào chính bằng số ống trên hình lục giác đã

bỏ đi, cụ thể sẽ là 19 (ống) (chi tiết được thể

hiện trong bản vẽ kĩ thuật).

2.1.2. Đường kính buồng đốt.

- đường kính trong của buồng đốt của thiết bị cô

đặc có ống tuần hoàn ở tâm. ( khi xếp ống theohình

lục giác đều ) được tính theo (5.10,QTTB T5, 155)

công thức:

Dt = √[ 4nt2∗sinn∗¿+(d+2t)2 ]¿

[47]


- Trong đó :

T = . dn : là bước ống , t = 0,061 m

Ddl : đường kính ngoài của ống đối lưu

n : là số ống truyền nhiệt

: là hệ thống sử dụng lưới nâng dỡ dao động từ

0,7 – 0,9

Sin = sin 600 do sắp xếp theo hình lục giác đều

Dt = 830 mm

Chọn theo đường kính buồng đốt theo tiêu chuẩn

(QTTB T5, 156)

→ Dt = 800 (mm)

2.1.3. Tính bề dày buồng đốt.

- chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép crôm –

niken – titan. Mã hiệu

( 1X18H9T ) theo bề dày buồng đốt chọn vật liệu làm

thân buồng đốt là thép crôm – niken – titan. Mã

hiệu 1X18H9T ) theo (I.125/127/STQTTB T1) và

phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn:

S=Dt.P2[ ]+p

+C,m(1)

Trong đó : Dt - đường kính trong của thiết bị, m

φ - hệ số bền của thành hình trụ theo phương

[48]


dọc

C - hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và

dung sai về chiều dày, m

P – áp suất bên trong của thiết bị, N/m2

[σ] - ứng suất cho phép, N/m2

- hệ số bổ sung do ăn mòn được xác định theo công

thức sau: (XIII.17, STQTTB T2, 363)

C = C1 + C2 + C3 , m

C1 - bổ sung do ăn mòn, xem vật liệu chế tạo thiết

bị tương đối bền chọn

C1 = 1 (mm/năm)

- đại lượng bổ sung do hao mòn C2 chỉ tính đến

trong các trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt

rắn chuyển động với tốc độ lớn trong thiết bị. vậy

trong trường hợp đang xét là dung dịch NaCl có C2 =

0.

C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày C3

phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu theo (XIII.9,

STQTTB T2, 364) ta có: C3 = 0,4 (mm) đối với thép

cán loại dày 4 (mm)

vậy: C = 1 + 0,4 =1,4 (mm)

[49]


Ứng suất kéo : [k] = ❑k

nk

(XIII.1, STQTTB T2, 355)

với: giới hạn bền khi kéo σK = 550.106 (N/m2)

(XII.4, STQTTB T2, 309)

hệ số an toàn theo giới han bền kéo nb = 2,6


hệ số điều chỉnh η = 0,9 (XIII.2, STQTTB T2,

356)

→ [σK] = 190,4.106 (N/m2)

Ứng suất chảy : [c] = ❑c

nc


với: giới hạn khi chảy σC = 220.106 (N/m2) (XII.4,

STQTTB T2, 309)

hệ số an toàn theo giới hạn khi chảy nC =

1,5 (XIII.3, STQTTB T2, 356)

hệ số điều chỉnh η = 0,9 (XIII.2, STQTTB

T2, 356)

→ [σC] = 132.106 (N/m2)

chọn giá trị bé hơn [σC] = 132.106 (N/m2) để

[50]


tính bề dày thân hình trụ

áp suất bên trong thiết bị: P = Pmt + P1

với: P1 - áp suất thủy tĩnh trong phần dưới

của thân thiết bị P1 = ρgH

tại Pmt = Phđ = 3 (at) → ρ = 1,618 (Kg/m3)

(I.251, STQTTB T1, 315)

→ P = 3.9,81.104 +1,618.9,81.1,5 =

441,46.103 (N/m2)

chọn hệ số bền của thành theo phương dọc – φ = 0,9


S = [c]p =132.106∗0,9441,46.103

=¿269,1 > 50 nên có thể bỏ

p ở mẫu số của công thức 1

- Chiều dày của thân là: S = Dt.p2 [c ].

+C =

0,8∗441,46.1032∗132.106∗0,9

+¿1,4.10-3

= 2,9.10-3 (m) lấy S = 4 mm

-Kiểm tra ứng suất của thiết bị theo áp suất thử

bằng hơi nước (XIII.26, STQTTB T2, 365)

[51]


= [Dt+(S−C )]P02[S−C ]

c1,2

(Nm3

)

với áp suất thử tính toán P0 được xác định theo công

thức: P0 = Pth + P1, (N/m2)

Pth – áp suất thủy lực theo (XIII.5, STQTTB T2,

358)

Ta có: : Phd = 3∗9,81.104

106=0,2943 ( Nm2)

→ Pth = 1,5.P = 1,5 * 441,64.103 = 661,7 .103

(N/m2)

P1 – áp suất thủy tĩnh của nước

P1 = ρgH = 1,618 * 9,81 * 1,5 = 23, 8 (N/m2)

→ P0 = Pth + P1 = 661,7.103 + 23,8 = 661,723.103

(N/m2)

= [0,8+ (4−1,4 ).10−3 ]661,723.1032 (4−1,4).10−3∗0,9

=63,6.106( Nm2)< ❑1,2

¿110.106( N

m2)

chọn S = 4 mm

[52]


2.1.4. Tính đáy buồng đốt.

chọn đáy trong thiết bị cô đặc một nồi có dạng

hình nón, đáy nón có gờ, làm bằng thép crôm –

niken – titan. Mã hiệu ( 1X18H9T ) theo (I.125,

STQTTB T1, 127), góc đáy bằng 600 (XIII.21,

STQTTB T2, 394).

Dt (mm) H (mm)

chiều cao

hình nón

D (mm)

đường kính

lỗ ở tâm

đáy

Rδ

(mm)

H (mm)

chiều cao

gờ

800 693 116 9

0

40

Yếu tố hình dạng khi = 300 và RδDt = 90800 = 0,15

là y = 0,98 (theo đồ thị XIII.15, STQTTB T2,

400).

Xác định chiều dày đáy theo các công thức

(XIII.52 và XIII.53, STQTTB T2, 399) và lấy kết

quả tính toán của công thức nào cho giá trị lớn

hơn:

[53]


S = Dt.P.y2[ ].

+C,(m)

S = D'.P2cos( [c].−p)

+C,(m)

Trong đó: y : yếu tố hình dạng

D’: đường kính đối với đáy có gờ, mm (theo

hình XIII.16, STQTTB T2, 400)

[σu] - ứng suất cho phép của vật liệu khi uốn,

N/m2.

Tính ứng suất [σu] = [σ] theo bảng (XII.6, STQTTB

T2, 312) với [σu] phụ thuộc vào nhiệt độ

tường tT2 = 105,5 0C → [σu] = [σ] = 126,5.106 (N/m2).

- Các đại lượng P, φh, φ, C tính toán như với thân

hình trụ chịu áp suất trong.

-từ kết quả tính toán trên buồng đốt ta có:

C = 1,4 (mm), φh = 0,9.

-áp suất bên trong thiết bị: P = Pmt + P1

với: P1 – áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của

thân thiết bị P1 = ρddsgH

tại Pmt = P0 + ρdds.g.H’(at) với : H’ - chiều

[54]


cao ống truyền nhiệt

→ P = 9,81.104 + 0,658.103 * 9,81*1,5+ 0,658.103 *

9,81 * 1,05 = 114,56.103 (N/m2)

Vậy : S =Dt.P.y2 [ ].

+C=0,8∗114,56.103∗0,982∗126,43.106∗0,9

+1,4.10−3=1,78.10−3(m)

- lấy S = 2 mm

- tính D’:

D’ = Dt – 2[Rδ( 1- cos) + 10S sin] = 0,8-

2[0,09(1-cos30) + 10*2.10-3 sin30]

= 0,56 (m)

- Xét biểu thức :

0,5[Dt – 2Rδ(1-cos) + d] = 0,5[0,6 - 2*0,09(1-

cos30) + 49,5.10-3]

= 0,31

(m)

D’ = 0,56 > 0,31

tính bề dày S theo công thức,(m) : S =D'.P

2cos( [c].−p)+C

[55]


- Xét [c ]P .=126,43.106

114,45.103∗0.9=983,55>50

nên có thể bỏ qua đại lương P trong công

thức tính S trên

- Vậy : S =

0,56∗114,45.106

2cos30∗126,43.106∗0,9+1,4.10−3=1,77.10−3(m)

- chọn theo tiêu chuẩn (XIII.21, STQTTB T2, 394) S

= 4 (mm)

- kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thủy lực

bằng công thức : S =

[ D'.P2cos(S−C)

+P]. 1❑=[ 4.10−3∗114,45.103

2.cos30∗(4.10−3−1,4.10−3)+114,45.103]. 1

0.9

= 218,45.103 ( N/m2)

- Xét : c1,2

=220.1061,2

=183,33.106≥=218,45.103 ( N/m2)

2.2. Buồng bốc hơi.

2.2.1. Kích thước của không gian bốc hơi.

- kích thước của không gian bốc hơi phải đủ lớn

để vận tốc hơi thứ trong đó không lớn hơn vận

tốc lắng của các hạt lỏng bị cuốn theo.

[56]


- vận tốc lắng của các hạt lỏng được tính theo

công thức sau (5.14, QTTBTN T5, 157)

1 = √4g (ρb−ρh)d3∗ρh

,(ms)

Trong đó : ρl, ρh– là khối lượng riêng của chất lỏng

và hơi thứ, Kg/m3

d= dhl - đường kính của hạt lỏng, m

ξ - hệ số trở lực, phụ thuộc vào chế độ làm

việc ( phụ thuộc vào Re)

Re =❑h∗dh

Vh

Khi Re < 500 thì = 18,5Re0.6

Khi Re = 500 ÷ 150000 thì ξ = 0,44

với :

ωh : vận tốc của hơi thứ trong buồng hơi, vận

tốc này phải chọn nhỏ hơn vận tốc lắng wl ,

m/s

vh : độ nhớt động học của hơi thứ, m2/s

- ta có : nhiệt độ buồng bốc tại áp suất 1at là

99,10C → ρl = 959,01(Kg/m3) theo

[57]


(I.5,STQTTB T1, 11), ρh = 0,579 (Kg/m3) theo

(I.251, STQTTB T1, 314)

- độ nhớt động lực học của hơi thứ tại nhiệt độ

99,10C, μh = 123,92.10-7 (N.s/m2) (I.121,

STQTTB T1, 121).

vh = ❑h

ρh = 123,92.10

−7

0,579=2,14.10−5(

ms )

chọn ωh= 1(m/s) , dhl = 0,0002 m. Tiến hành tính với

điều kiện ωh < ωl

Re = h∗dhρh=1∗0,00022,14.10−5=9,34<500

= 18,5Re0.6 = 18,59,340,6

=4,84

vận tốc lắng : 1 =

√4g (ρb−ρh)d3∗ρh

=¿√4∗9,81 (959,01−0,579)∗0,00023∗4,84∗0,579

=0,94,(ms)¿

không thỏa điều kiện ωh < ωl , nên ta có

bảng sau:

h

(m/s)

Re l

(m/s

ωh <

ωl

[58]


)

1 9,3

4

4,84 0,94 Loại

0,9 8,4

1

5,15 0,92 Nhận

- Vậy l = 0,92 (m/s)

- đường kính của buồng bốc được tính theo công thức

sau :

Dbb = √ 4W❑h∗ρh∗¿=¿¿

¿ √ 4∗0,310,9∗0,579∗3,14

=¿0,856 (m )=856(mm)¿

Chọn theo đường kính buồng bốc theo tiêu chuẩn

(QTTB T5, 157)

→ Dt = 900 (mm)

2.2.2. Thể tích không gian hơi.

đường kính buồng bốc bằng đường kính buồng đốt : Dbb

= 0,8 (m) thể tích không gian hơi được tính theo

công thức (VI.32, STQTTB T2, 71)

Vkgh = W

ρh∗Utt

Trong đó :

[59]


W - lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị,

Kg/h.

Utt - cường độ, bốc hơi thể tích cho phép của

khoảng không gian hơi (thể tích hơi nước bốc

hơi trên một đơn vị thể tích của không gian

hơi trong một đơn vị thời gian), m3/m3.h

ρh – khối lượng riêng của hơi thứ, Kg/m3.

- ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Utt chưa được xác

lập, do đó khi tính toán một cách gần đúng đối

với các dung dịch đậm đặc ta có thể sử dụng Utt =

1600 ÷ 1700 m3/m3.h.

- chọn Utt = 1600 (m3/m3.h), với áp suất trong buồng

bốc 1at.

- Hơi thứ là hơi dung môi nguyên chất (hơi nước) →

khối lượng riêng hơi thứ ρh = 0,579 (Kg/m3) ở áp

suất 1 at theo (I.251, STQTTB T1, 315).

Vkgh = W

ρh∗Utt =

11250,579∗1600

=1,2(m3)

Chiều cao của không gian hơi được tính theo

[60]


công thức (VI.34, STQTTB T2, 72)

Hkgh =4∗Vkgh

¿D2bb

= 4∗1,23,14∗0,82

=2,3(m)

Thường chiều cao buồng bốc không thấp hơn 1,5 m, còn khi bốc hơi các dung dịch tạo bọt mạnh thì chọn2,3÷3m

Hkgh = 2 m

2.2.3. Bề dày thân buồng bốc.chọn vật liệu làm thân buồng bốc là thép crôm – niken – titan. Mã hiệu ( 1X18H10T ) theo (I.125/127/STQTTB T1) và phương pháp chế tạo là dạngthân hình trụ hàn : bề dày buồng bốc hình trụ được tính theo công thức như đối với công thức tính toán đối với buồng đốt: (XIII.8, STQTTB T2, 360)

S = Dbb∗P2∗[ ]+P

+C (m)

Trong đó : Dt - đường kính trong của thiết bị, m φ - hệ số bền của thành hình trụ theo phươngdọc

C - hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m P - áp suất bên trong của thiết bị, N/m2

[61]



Các giá trị C, φ, [σ], giống như tính toán đối với buồng đốt, áp suất bên trong thiết bị: P = Pmt + P1

với: P1 - áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thânthiết bị: P1 = ρgH xem trong buồng bốc chỉ có hơi thứ → P1 = 0 Pmt = Pht = 1 (at) → P = 9,81.104 (N/m2)

Vì : [c]P . = 132.106∗0,9

9,81.104=1211>50

nêncóthểbỏPtrongcôngthứ ctinhStrên

S = Dbb∗P2∗[ ]+C=¿ 0,8∗9,81.104

2∗132.106∗0,9+1,4.10−3=2,9.10−3 (m)

- Theo tiêu chuẩn chọn S = 4 mm- kiểm tra ứng suất của thiết bị theo áp suất

thử bằng hơi H2O: (XIII.26, STQTTB T2, 365)

= [Dt+(S−C )]∗P02(S−C)

<c1,2

với áp suất thử tính toán P0 được xác định theo

công thức P0 = Pth + P1, (N/m2)

[62]


Pth - áp suất thủy lực theo (XIII.5, STQTTB T2,

358)

- ta có : Pht = 9,81.104 (N/m2) → Pth = 1,5.Pht = 1,5.9,81.104 = 147,15.103 (N/m2)- xem trong buồng bốc chỉ có hơi thứ → P1 = 0 → P0 = Pth + P1 = 147,15.103(N/m2)

- vậy: = [Dt+(S−C )]∗P02(S−C) =

[0,8+ (4.10−3−1,4.10−3 ) ]∗147,15.1032 (4.10−3–1,4.10−3 )∗0,9

= 25,2.106 (N/m2)

Chọn theo tiêu chuẩn S = 4 mm 2.2.4. Bề dày nắp buồng bốc.chọn vật liệu làm nắp buồng bốc là thép crôm – niken– titan. Mã hiệu ( 1X18H9T ) theo(I.125/127/STQTTB T1) và nắp có dạng hình elip có gờ: bề dày nắp elip được tính theo công thức (XIII.47, STQTTB T2, 385)

[63]


S = Dbb.p

3,8. [k ].k.−p∗Dbb

2hb

+ C (m)

Trong đó : hb - chiều cao phần lồi của nắp, m. C - hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m k - hệ số không thứ nguyên.

φh- hệ số bền của mối hàn hướng tâm (nếu có). [σk] - ứng suất cho phép, N/m2

P - áp suất bên trong của thiết bị, N/m2

- dựa theo bảng (XIII.10, STQTTB T2, 382) ta có:Dbb (mm) Hb (mm) H (mm), chiều cao

gờ khiS = 4 (mm)

900 225 25

- giá trị C giống như tính toán đối với buồng đốt, C = 1,4.10-3 (m)

- áp suất bên trong thiết bị: P = Pmt + P1

- với: P1 - áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị : P1 = ρgH

- xem trong buồng bốc chỉ có hơi thứ → P1 = 0 Pmt = Pht = 1 (at) → P = 9,81.104 (N/m2)

[64]


- hệ số không thứ nguyên k được tính như sau:

K = 1 - dDbb (d - đường kính lớn nhất của lỗ

không phải là hình tròn chọn d = 0,1 (m) K = 1 – 0,10,8

=0,875

Tính ứng suất [σ] theo bảng (XII.6, STQTTB T2,

312) với [σ] phụ thuộc vào nhiệt độ buồng bốc

t = 99,10C → [σ] = 127,24.106 (N/m2).

hệ số bền của mối hàn hướng tâm φh = 0,95

- Xét ❑P ∗K∗❑h=127,24.106∗0,875∗0,95

9,81.104=1008,1>30

bỏ qua P ở công thức tính S trên.

S = Dbb.p

3,8. [k ].k.−p∗Dbb

2hb

+ C

= 0,8∗9,81.104

3,8.127,24.106∗0,875∗0.95∗0,8

2∗0,2

= 3,9.10-4 + C (mm)

- Do: S – C = 0,308 < 10 (mm) nên phải tăng giá

trị của C thêm 2 (mm)

→ C = 1,4 + 2 = 3,4 (mm) → S = 3,4 + 0,308 = 3,708

[65]


(mm)- theo tiêu chuẩn (XIII.11, STQTTB T2, 384) ta chọn

S = 4 (mm) - kiểm tra ứng suất của thiết bị theo áp suất

thử bằng hơi H2O: (XIII.49, STQTTB T2, 386)

S = [D2

bb+2∗hb∗(S−C )]7,6∗k∗❑h∗hb∗(S−C)

≤❑c

1,2 , (N/m2)

với áp suất thử tính toán P0được xác định theo công thức: P0 = Pth + P 1, (N/m2) Pth - áp suất thủy lực theo (XIII.5, STQTTB T2, 358)- ta có Pht = 9,81.104 ( N/m2)

→ Pth = 1,5.Pht = 1,5.9,81.104 = 147,15.103 (N/m2)- xem trong buồng bốc chỉ có hơi thứ → P1 = 0

→ P0 = Pth + P1 = 147,15.103(N/m2)

S =[D2

bb+2∗hb∗(S−C )]7,6∗k∗❑h∗hb∗(S−C)

=[0.82+2∗0.2∗(4.10−3−1,4.10−3 ) ]

7,6∗0,875∗0,95∗0,2∗(4.10−3−1,4.10−3)

= 46,7.103 ≤ c1,2 =

220.1061,2

=183,3.106( Nm2

)

Vậy ta chọn S = 4 mm

[66]


2.3. Đường kính các ống dẫn và cửa ra vào của thiết bị.

Từ phương trình lưu lượng: Vs = d2

4 * , ( m3/s)

Đường kính ống trụ: d = √ Vs❑4∗¿

¿ = √ Vs0.785∗¿

(m)¿

Trong đó : Vs – lưu lượng khí hoặc dung dịch chảy trong ống, m3/s.

ω - tốc độ thích hợp của khí hoặc dung dịch đi trong ống, m/s.

Ta có : Vs = W.v với : W - lưu lượng khối lượng, Kg/s

d = √ Vs0.785∗¿

¿ = √ W∗v0.785∗¿

¿

2.4. Đường kính ống dẫn hơi đốt. áp suất hơi đốt : Phđ = 3 at, t =132,90C → v = 0,618(m3/Kg) theo (I.251,STQTTB T1, 315).chọn : ω = 20 (m/s) (hơi nước bão hòa), lưu lượng khối lượng : D = W = 1125 (Kg/h) = 0,31 (Kg/s) (đã tính toán từ phần công nghệ)

[67]


d = √ Vs0.785∗¿

¿ = √ W∗v0.785∗¿

=√0,3∗0,6180.785∗20¿ = 0,11

(m) = 110 (mm)

2.5. Đường kính ống dẫn dung dịch.dung dịch được dẫn từ thùng cao vị đến nồi cô đặc :Gđ = 1500 (Kg/h) = 0,416 (Kg/s), chọn ω = 0,1 (m/s)Tra bảng (I.32, STQTTB T1, 38) ta có khối lượng riêng dung dịch NaCl 20% tại nhiệt độ 250C ρNaCl = 1,145.103 (Kg/m3)

d = √ Vs0.785∗¿

¿ =√ W∗v0.785∗¿

=√ 0,416∗11,145.1030.785∗0,1

¿

¿0,068 (m)=68(mm)

2.6. Đường kính ống dẫn hơi thứ.hơi ở nhiệt độ 99,10C, p = 1 (at) → v = 1,727 (m3/Kg) theo (I.251,STQTTB T1, 314).Chọn ω = 20 (m/s) , Lượng hơi thứ W = 1125 (Kg/h) =0,3 (Kg/s)

dht = √ Vs0.785∗¿

¿ = √ W∗v0.785∗¿

=√0,3∗1,17270.785∗20¿ = 0,18 (m) =

180 (mm)

2.7. Đường kính ống tháo nước ngưng.

xem nhiệt độ của nước ngưng sẽ bằng nhiệt độ của hơi

đốt vào trong buồng đốt, theo bảng(I.5, STQTTB T2,

[68]


11) ta có:

Nhiệt độ nước ngưng VH2O ( m3/kg)

132,9 1072,7.10-6

- chọn : ω = 0,1 (m/s) (hơi nước bão hòa), coi lưu

lượng khối lượng của nước ngưng xấp xỉ bằng lưu

lượng khối lượng của hơi đốt : D = W = 1125

(Kg/h) = 0,31 (Kg/s) (đã tính toán từ phần công

nghệ

dht = √ Vs0.785∗¿

¿ = √ W∗v0.785∗¿

=√0,3∗1,072,2.10−6

0.785∗0,1¿ = 64

(mm)

Chon d = 60 mm

3. Tính toán thiết kế bình ngưng tụ kiểu ống đứng3.1. Các thông số chính trong thiết bị ngưng tụ. - Đối với tác nhân lạnh : t1đ = 99,10C ; t1c =

400C( tự chọn)

- Đối với môi chất lạnh : t2đ = 250C ; t2c = 350C,

C = 4,182 (J.Kg/độ)

- Lưu lượng của tác nhân lạnh : Gnl = 0,3 ( kg/s) - tải của bình ngưng:

[69]


Q = Gn * Cn (t1d – t1c)

= 1500 * 4,182(99,1 – 40) = 370374,3

(kcal/h) - Lưu lượng nước lạnh cần thiết:

Gn = Qk

(t2c−t2d)Cn= 370374,34,182∗(35−25)

=8865(kgh

)

- Chọn kết cấu của bề mặt truyền nhiệt bình

ngưng là chùm ống trơn bằng thép dài 2m, đường

kính ngoài dng=0,024 m và đường kính trong

dtr=0,02 m.

- Để xác định hệ số tỏa nhiệt về phía nước lạnh

chúng ta sử dụng công thức truyền nhiệt của

màng nước đối với Rem > 2000

Num = 0,02.(Ga.Pr.Rem)1/3- Nhiệt độ trung bình của nước lạnh: Ttb =

25+352 = 30 0C

- Các thông số của nước ở 300C (I.314, STQTTB T1, 135)

λ = 0,064 (w/m.độ) = 0,8007.10-3 (Ns/m2) v = 0,804.10-6 (kg/m3) = 995,68 (kg/m𝝆 3)

[70]


Pr = 5,42 Ga =

g∗H3v3 = 3,7.1019

- Trong đó H= 2 (m) là chiều cao của bình ngưng- Trị số Rem là hàm số của mật độ dòng nhiệt qtr

nhưng qtr chúng ta lại không biết. Cho nên chúng ta phải viết phương trình của Rem dưới dạng:

Rem = 4Γ❑ = 4Gw

¿n❑∗dTr=

4Gw∗H∗qwTr

Qk∗¿=4∗8865∗2∗qwTr

370374,3∗3600∗0,8007.10−3¿

= 0,066qwTr

N = 0,02 * (3,7.1019 * 0,066qwTr * 5,42)1/3 = 279,4.qwTr

Hệ số tỏa nhiệt về phía nước

= n∗¿H =279,4.∗0,604∗qwTr

2=¿¿ 84,3. q1/3

- Mật độ dòng nhiệt về phía nước, chọn tổng trở nhiệt vách ống và các lớp cáu là

∑δii =0,6.10−3(

m2kW )

[71]


Qw.tr = ∆tm−t1w+∑

δii

=30−t

184,3.Q3w.tr

+0,6.10−3

≈ 0,012. q2/3w.tr + 0,6.10-3 qw.tr – 30 + t = 0 (1)

Hệ số tỏa nhiệt của tác nhân lạnh là:

= 0,9434√r∗ρ∗❑3∗gv∗H∗t ∗√dng

dtr∗¿

Các thông số của hơi nước ở tk = 99,10C là R= 419,1(kj/kg) = 0,2825.10-3 (Ns/m2) v = 0,295.10-6 (kg/m3) = 958,4 (kg/m𝝆 3)

- tương tự như trên ta có :

qa.tr = 1292,4* t0,78 = 0 (2)

- kết hợp 1 và 2 ta có hệ phương trình

0,012. q2/3w.tr + 0,6.10-3 qw.tr – 30 + t = 0

qa.tr = 1292,4* t0,78 = 0 Để giải phương trình trên bằng đồ thị, chúng ta cho trước 1 giá trị của qa.tr ,rồi từ phương trình thứ nhất xác định t. Sau đó theo phương trình thứ hai xác định qa.tr với từng giá trị t đã tìm được.

[72]


qw (w/m2

)

… 18835 18990 18917 19000 20125

t (0C)

… 1,7 1,6 1,63 1,5 1,4

qa (w/m2

)

… 19550 18647 18917 17731 16802

Như vậy ta thu được kết quả là : qtr =18917 (W/m2)diện tích bề mặt truyền nhiệt là:

Ftr = Qk

qtr=370374,3

18917=19,6(m2)

Để xác định kết cấu bình ngưng ta chọn bước ống t = 1,3.dng= 1,3.0,024 = 0,052 (m)Tổng chiều dài đường ống

L = Ftr

¿dtr=

19,63,14∗0,02

=312(m)

- Số ống: n = 0,75(m2-1)+1 - Tổng số ống: n = Ll=

3122

=156(ống)

- Chọn n = 169 ống, m = 15 ống- Đường kính mặt sàng:

D = m.S = 15 .0,0182 =0,273 (m)- Tỉ số giữa chiều dài và đường kính vùng đặt ống:

[73]


l1D

=7,3

3.2. Tính bề dày của thiết bị ngưng tụ.

chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép crôm –

niken – titan. Mã hiệu ( 1X18H9T ) theo bề dày buồng

đốt chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép crôm –

niken – titan. Mã hiệu 1X18H9T ) theo

(I.125/127/STQTTB T1) và phương pháp chế tạo là dạng

thân hình trụ hàn:

S=Dt.P2[ ]+p

+C,m

Trong đó : Dt - đường kính trong của thiết bị, m

φ - hệ số bền của thành hình trụ theo phương

dọc

C - hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và

dung sai về chiều dày, m

P – áp suất bên trong của thiết bị, N/m2


hệ số bổ sung do ăn mòn được xác định theo công thức

sau: (XIII.17, STQTTB T2, 363)


nk (XIII.1,

[74]


STQTTB T2, 355)

với: giới hạn bền khi kéo σK = 550.106 (N/m2) (XII.4,

STQTTB T2, 309)




356)

→ [σK] = 190,38.106 (N/m2)

Ứng suất chảy : [c] = ❑c

nc (XIII.1,

STQTTB T2, 355)

với: giới hạn khi chảy σC = 220.106 (N/m2) (XII.4,

STQTTB T2, 309)

hệ số an toàn theo giới hạn khi chảy nC = 1,5


hệ số điều chỉnh η = 0,9 (XIII.2, STQTTB

T2, 356)

→ [σC] = 132.106 (N/m2)

- chọn giá trị bé hơn [σC] = 132.106 (N/m2) để

tính bề dày thân hình trụ :,áp suất bên

trong thiết bị: P = Pmt + P1

[75]


với: P1 - áp suất thủy tĩnh trong phần dưới

của thân thiết bị P1 = ρgH

- tại Pmt = 0,96 (at) và t = 98,10C→ ρ = 956,18

(Kg/m3) (I.251, STQTTB T1, 315)

→ P = 0,96.9,81.104 = 94176 (N/m2)

chọn hệ số bền của thành theo phương dọc – φ =

0,9 (XIII.8, STQTTB T2, 362)

S = [c]p =132.106∗0,9

94176=¿1261,4 > 50 nên có thể bỏ

p ở mẫu số của công thức 1

-Chiều dày của thân là: S = Dt.p2 [c ].

+C =

0,8∗941762∗132.106∗0,9

+¿1,4.10-3

= 1,56.10-3 (m) lấy S = 4 mm

-Kiểm tra ứng suất của thiết bị theo áp suất thử

bằng hơi nước (XIII.26, STQTTB T2, 365)

= [Dt+(S−C )]P02[S−C ]

c1,2

(Nm3

)

với áp suất thử tính toán P0được xác định theo công

[76]


thức P0 = Pth + P1, (N/m2)

Pth – áp suất thủy lực theo (XIII.5, STQTTB T2, 358)

chọn S = 4 mm

Ta có: : Ptb = 0,96∗9,81.104

106 =0,094( Nm2 )

→ Pth = 1,5.P = 1,5 * 94176 = 141264 (N/m2)

P1 – áp suất thủy tĩnh của nước

P1 = 0 (N/m2)

→ P0 = Pth + P1 = 141264 (N/m2)

= [0,273+(4−1,4 ).10−3 ]1412642 (4−1,4 ).10−3∗0,9

=1,9.106( Nm2 )< ❑

1,2

¿183,33.106( Nm2

)

chọn S = 4 mm

3.3. Đường kính ống dẫn nước vào thiết bị ngưng tụ.

Nước được dẫn từ bơm đến cửa vào của thiết bị ngưng

tụ (biễu diễn trên sơ đồ công nghệ).

W = Gn = 8865 (Kg/h) = 2,46 (Kg/s), chọn ω = 0,1

(m/s)

Tra bảng (I.5, STQTTB T1, 11) ta có khối lượng riêng

nước tại nhiệt độ trung bình 250C có 𝝆H2O = 997,08

[77]


(kg/m3)

d = √ Vs0.785∗¿

¿ = √ W∗v0.785∗¿

=√ 2,46∗1997,08

0.785∗0,1=0,03 (m)=30(mm)¿

3.4. Đường kính ống tháo nước ra khỏi thiết bị ngưngtụ.Xem như lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ bằng

lưu lượng nước ra khỏi thiết bị.

W = G’n = 8865 (Kg/h) = 2,46 (Kg/s), chọn ω = 0,1

(m/s)

Tra bảng (I.5, STQTTB T1, 11) ta có khối lượng riêng

nước tại nhiệt độ trung bình 350C có 𝝆H2O = 994,06

(kg/m3)

d = √ Vs0.785∗¿

¿ = √ W∗v0.785∗¿

=√ 2,46∗1994,06

0.785∗0,1=0,031 (m )=31(mm)¿

Chọn d = 30 mm

3.5. Đường kính ống dẫn hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ.- Hơi khi vào thiết bị ngưng tụ ở nhiệt độ 98,10C (đã tính toán ở phần công nghệ), p = 0,96 (at) → v = 1,7986 (m3/Kg) theo

[78]


(I.251,STQTTB T1, 314). - Chọn = 10 (m/s)- lượng hơi thứ đi vào: W = 1125 (kg/h) = 0,3 (kg/s)

d = √ Vs0.785∗¿

¿ = √ W∗v0.785∗¿

=√0,3∗1,79860.785∗10=0,07 (m )=70 (mm)¿

4. Bề dày lớp cách nhiệt. 4.1. Bề dày lớp cách nhiệt ống. để hạn chế quá trình tổn thất nhiệt trong quá trìnhhoặt động của thiết bị, người ta thường dùng lớp cách nhiệt cho thiết bị.

bề dày của lớp cách nhiệt bọc các ống dẫn trong điềukiện cấp nhiệt ra không khí chuyển động tự do, nhiệtđộ môi trường xung quanh khoảng 200C có thể tính theo công thức sau:

δ = 2,8 d21,2∗❑1,35∗t1,3T2

q1,5 (mm) ( V.137, STQTTB T2, 41)

Trong đó: d2 là đường kính ngoài của ống dẫn, chưatính đến lớp cách nhiệt (mm).

là hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhiệt,(W/m.độ).

[79]


tT2 là nhiệt độ mặt ngoài của ống dẫn bằngkim loại, (oC).

q là nhiệt tổn thất tính theo 1 mét chiềudài của ống dẫn, (W/m)

Chọn chất cách nhiệt là amiang có độ ẩm50% (x = 63, y = 17)

4.2. Bề dày lớp cách nhiệt của ống dẫn hơi đốt. q1 - nhiệt tổn thất tra theo bảng (V.7, STQTTB T2, 42). λ - hệ số dẫn nhiệt của chất cách

nhiệt tra theo hình (I.36, STQTTB T2, 129).

(kcal/m.h.0

C)

Chọn dn

(mm)T , 0C q1 (W/m)

0,06 48 132,9 79,44

Tra toán đồ I.36,STQTTB T1,129 , vật liệu amiang cách nhiệt ( x = 63, y = 17 ) có độ ẩm 50% = 0,06 (kcal/m.h.0C) = 0,06* 1000 * 4,18 / 3600 = 0,07 (W/m.độ) kính ngoài của ống dẫn có kích thước 30x4 (mm)

δ = 2,8 d21,2∗❑1,35∗t1,3T2

q1,5 =

[80]


0,0341,2∗0,071,35∗132,91,3❑79,441,5 =1,08(mm)

chọn δ = 2 mm

4.3. Cách nhiệt cho buồng đốt. - bề dày lớp cách nhiệt cho buồng đốt được

tính theo công thức (VI.66, STQTTB T2, 92) n( tT2 – tkk ) = c

δc ( tT1 – tT2 ) (mm)

Trong đó: αn - hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí n = 9,3 + 0,058tT2 (W/m2.độ)

tT2 - nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệtvề phía không khí vào khoảng 40 ÷ 500C tT1- nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị (lấy bằng nhiệt độ hơi đốt)

tkk - nhiệt độ không khí0Cλc - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt,W/m2.độ

- Chọn tT2 = 400C , tT1= 132,9 0C tra bảng (VII.1, STQTTB T2, 97), chọn nhiệt độ không khí tkk = 27,20C- hệ số dẫn nhiệt của vật liệu amiang có độ ẩm 50%,

λc = 0,07 (W/m.độ)

[81]


- hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí:

n = 9,3 + 0,058tT2 = 9,3 + 0,88 * 40 = 31,62 (W/m2.độ)

→ bề dày lớp cách nhiệt:

δ = ❑c(t¿¿T1−tT2)

❑n(tT2−tkk)=0,07(132,9−40)11,62(40−27,2)

=¿¿ 43,72 (mm)

chọn δ = 40 mm

4.4. Cách nhiệt cho buồng bốc.bề dày lớp cách nhiệt cho buồng bốc được tính giống theo công thức buồng đốt (VI.66,STQTTB T2, 92)

n( tT2 – tkk ) = cδc ( tT1 – tT2 ) (mm)

- Chọn tT2 = 400C , tT1= 99,1 0C tra bảng (VII.1, STQTTB T2, 97), chọn nhiệt độ không khí tkk = 27,20C- hệ số dẫn nhiệt của vật liệu amiang có độ ẩm 50%,

λc = 0,07 (W/m.độ)- hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách

nhiệt đến không khí: n = 9,3 + 0,058 * 40 = 11,62(W/m2.độ)

→ bề dày lớp cách nhiệt:

[82]


δ = ❑c(t¿¿T1−tT2)

❑n(tT2−tkk)=0,07 (99,1−40)11,62(40−27,2)

=¿¿ 27,81 (mm)

5. Tính vỉ ống. - Một trong những chi tiết cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm ống là vỉ ốngdùng đểgiữ chặt hai đầu ống. Theo hình dáng chia ra vỉ ống hình tròn, hình chữ nhật, hìnhvành khăn. Phổ biến hơn cả là vỉ ống hình tròn phẳng, hình cầu và hình elip. Vỉ ống chủ yếuđược chế tạo từ phôi tấm ngoài ra có thể đúc, vật liệu làm vỉ ống phảibền và cứng hơn vật liệu làm ống.Chọn cách bố tríống trong vỉ ống theo hình lục giác đều, và chọn vỉ có dạng hình tròn

- Chọn cách bố trí ống vào vỉ theo phương pháphàn.

- Bề dày vĩ ống bằng thép không gỉ ( thép crôm– niken – titan. Mã hiệu ( 1X18H9T ) theo (I.125/127/STQTTB T1) được tính theo công thức (8- 51, Tính toán chi tiết thiết bị hóa chất - Hồ Lê Viên, 182)

h = dn8+5 , (mm)

[83]


Trong đó: h: bề dày vĩ ống (mm) dn: đường kính ống truyên nhiệt (dn = 24 mm)

h = dn8+5=24

8+5=8 , (mm)

- kiểm tra ứng suất uốn trong vỉ của thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức sau:

tt = P

3,6(1−0,7 dL )(h2

L )2 ≤ [k ]

[84]

Sơ đồ tính vỉ ống


Trong đó L = t = 33 mm p là áp suất tính toán lớn nhất ở không gian ngoài ống N/mm2, chọn p = 3 at = 294300 N/m2 = 0,2943 N/mm2 [σK] là ứng suất cho phép của vật liệu làm ống, N/mm2


nk (XIII.1,

STQTTB T2, 355)

với: giới hạn bền khi kéo σK = 550.106 (N/m2) (XII.4,

STQTTB T2, 309)




356)

→ [σK] = 190,38.106 (N/m2 )

tt = 294300

3,6(1−0,7 24.10−3

33.10−3 )( 8.10−3

33.10−3 )2

¿686,92.103( Nm2 ) ≤ [σK ]=190,38.106( Nm2 ) Chọn h = 8 m

[85]


6. Chọn mặt bích. - Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để

nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích. Phương pháp nối và áp suất của môi trường.

- Chọn kiểu bích liền, kiểu 1 (bảng XIII.27, STQTTBT2, 417) để nối nắp thân và đáy buồng đốt. Bích liền là bộ phận nối liền với thiết bị loại hàn. Loại bích này chủ yếu dung với áp suất thấp và ápsuất trung bình.

- số liệu mặt bích thể hiện trong bảng sau:

Thiết bị

P.106

(N/m2

)

Dt

(mm)Kích thước ống nối Bu lông

h(mm)

D(mm)

Db

(mm)D1

(mm)Do

(mm)db

(mm)Z

(cái)

Buồng

đốt

0,441

800 930 880 850 811 M20 24 22

Buồng

bốc

0,094

900 1030 980 950 911 M20 24 20

Bích liền bằng kim loại đen để nối các bô phậnthiết bị và ống dẫn:

[86]


Theo bảng XIII.26, STQTTB, T2/409 ta có:

Ốngdẫn

P.106

(N/m2

)

Dy

(mm)

Dn

(mm)

Kích thước ốngnối

Bu lôngh(mm)D

(mm)

Dt

(mm)

D1

(mm)

db

(mm)

Z(cái)

Hơiđốt

441,43

110 108 250 200 170 M22 8 28

Hơithứ

0,094

90 89 185 150 128 M16 4 14

Hơidungdịch

0,094

68 76 160 130 4110

M12 4 14

7. Chọn tai treo.Tai treo (tai đỡ) là bộ phận dùng để giữ thiết bị vào một vị trí nhất định trong quá trình hoặtđộng. Kích thước và hình dáng của tai đỡ phụ thuộc vào cácyếu tố như: Đặc tính của tải trọng (tĩnh hay động), vào vật liệu làm thiết bị, vào trọng lượng thiết bị…

Tai treo cho thiết bị: chọn 4 tai treo được làm bằngvật liệu là thép crôm – niken – titan. Mã hiệu ( 1X18H9T ) gắn ở buồng đốt. Vị trí gắn tai treo sẽ lấy bằng 2/3 của chiều cao buồng đốt

[87]


Htt = 23hbđ=

23∗150=100(cm)

7.1. Tai treo cho thiết bị.

- ta có 𝝆thép không gỉ = 7900 (kg/m3) theo Bảng XII.7,

STQTTB T2, 313

- tải trọng tác dụng lên một tai treo là: Q =G∗9,81

4(N)

7.2. Thể tích các bộ phận thiết bị.7.2.1. Thể tích thép làm ống truyền nhiệt.

Vtn = ¿H4

[n (d2n−d2t )+(D2

th,n−D2th,t)]

= 3,14∗1,54 [169 (0,0442−0,042)+(0,1632−0,1592 ) ] ¿0,019(m3)

- với: dn , dt : đường kính ngoài và trong của các

ống truyền nhiệt, m.

- Dth,n, Dth,t : đường kính ngoài và trong của ống

tuần hoàn, m.

[88]


- H : chiều cao của các ống truyền

7.2.2. Thể tích thép làm buồng đốt

Vtn = ¿H4 (D2

d,n–D2d,t )=

3,14∗1,54

(0,8082−0,82 )

¿0,015(m3)

với: H : chiều cao buồng bốc ( bằng chiều cao các ống truyền nhiệt ) Dd,n, Dd,t : đường kính ngoài và trong của buồng bốc.7.2.4. Khối lượng thép làm đáy nón.

Đáy của thiết bị cô đặc có dạng hình nón có gờ, góc ở đáy 600 với các thông sốDt = 800 mm, H = 540 mm, S = 4 mm theo bảng XIII.21, STQTTB T2, 394 ta được khối lượng của đáy hình nón: m = 44.1,01 = 44,4 (Kg)

7.2.5. Khối lượng thép làm nắp buồng bốc. Nắp của thiết bị cô đặc có dạng hình elip có gờ, góc ở đáy 600 với các thông số Dt = 800 mm , ht =200 mm, S = 4mm theo bảng XIII.10, STQTTB T2, 384ta được khối lượng của nắp hình elip: m = 24,2.1,01 = 24,4 (Kg)

7.2.6. Thể tích thép làm vỉ ống.- Thể tích thép làm vỉ ống bao gồm cả 2 bích.- tổng diện tích các lỗ:

[89]


Vtn = ¿n∗d2tr,n

4+¿D2

th

4 = 3,14∗169 (24.10−3 )2

4+3,14∗(163.10−3 )2

4 = 0,097 m2

- diện tích vỉ: S’ = ¿d24 =

0,82

4 =0,502(m2)

- diện tích còn lại: ∆S = S’ – S = 0,502 – 0,097 = 0,405 ( m2)

- thể tích vỉ: Vvỉ = h * ∆S = 0,008 * 0,405 = 3,24.103 ( m3)

8. Tính toán thiết bi phụ 8.1. Vị trí đặt bồn cao vị.

- chiều cao bồn cao vị được đặt ở độ cao sao cho

thắng được trở lực các đường ống để cấp dung dịch

cho thiết bị cô đặc.

- phương trình bernuli cho 2 mặt cắt là thùng

cao vị và vị trí nhập liệu trên nồi cô đặc:

Z1 + P1γ +12

2g+H=¿ Z2 + P2γ +

22

2g+h1−2

- chọn p1 = 1,5 at, p2 = 1at, ω1 = ω2

- khối lượng riêng của nước tại nhiệt độ 250C, ρ =

997,08 (Kg/m3) theo bảng (I.5, STQTTB T1, 11). độ

nhớt μH2O = 0,8937.10-3 (N.s.m2) (I.102,STQTTB T1,

94).[90]


- chọn chiều cao từ cửa vào để dẫn dung dịch của

thiết bị cô đặc: Z2 = 1,5 m

Đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi cô đặc : d = 68

mm

- Vận tốc dòng chảy trong ống: = 4Gđ¿d2∗ρ =

4∗0,33,14∗(68.10−3 )2∗997,08

=0,11(ms )- Chuẩn số Reynolds: Re = ¿dtd∗ρ

❑ =

0,11∗68.10−3∗997,080,8937.10−3 = 2108,6 < 2320

lưu chất chảy tầng hệ số ma sát: = Aℜ

với: A - hệ số phụ thuộc vào bảng ( II.10, STQTTBT2, 378 )

→ A = 64 = Aℜ=

A642108,6

=0,03

- tổng hệ số tổn thất cục bộ : ∑ = vào + khuỷu

+ van + ra dựa theo bảng II.16, STQTTB T1, 382, ta có:

- hệ số trở lực khi gặp đoạn cong 900 (có 1 đoạn) →

khuỷu = 1

- hệ số trở lực khi gặp van 1 côn trong ống tròn [91]


(II.16, STQTTB T1, 397)

→ van = 5,47

- Hệ số trở lực khi lưu chất vào và ra khỏi ống có đặt các lưới kim loại để ngăn các cặn bẩn:theobảng (II.16, STQTTB T1, 383) → vào = ra = 0.a

0 :là giá trị phụ thuộc vào tổng bề mặt của lỗ lưới F0 và bề mặt mặt cắt ngang của ống FT.

- chọn tỉ lệ F0FT

=0,60 = 0,97 , Re = 139,45

a = 1,153

vào = 0,97 * 1,153 = 1,118

- Tổng hệ số tổn thất cục bộ : ∑ = vào + khuỷu

+ van + ra = 1,118 + 1 + 5,47 = 8,706

- Chọn chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi cô đặc: l= 2 m

H1-2 = v2

2g (ld+∑) = 0,1262

2∗9,81 (0,03 268.10−3+8,706)=0,0077(m)

- Chiều cao từ mặt thoáng thùng cao vị xuống đất:

Z1 + P1γ +12

2g+H=¿ Z2 + P2γ +

22

2g+h1−2

[92]


Z1 = 1,5 (2−1)∗9,81.104

997,08∗9,81 + 0,0077 = 6,83 (m)

Chọn Z1 = 6,5 (m)

8.2. Chọn bơm.8.2.1. Bơm dung dịch.chọn bơm ly tâm với chiều cao hút của bơm là 0,8 (m) và chiều cao đẩy của bơm đến bồn cao vị là 6,5 (m) , vậy công suất của bơm là:

N = H∗Q∗ρ∗g1000∗η(kw ) theo (II.189, STQTTB T1,

439)

Trong đó : Q – năng suất của bơm, m3/s ρ – khối lượng riêng của chất lỏng, Kg/m3

H – áp suất toàn phần của bơm, m g – gia tốc trong trường, m/s2

η - hiệu suất chung của bơm, (η = 0,72 ÷ 0,93)

- chọn hiệu suất chung của bơm – η = 0,8 - áp suất toàn phần H = Hm + H0 + Hc (m) với : Hm : áp suất tiêu tốn để thắng trở lực trên đường hút và đẩy

[93]


Hc = (P2−P1)ρ∗g chênh lệch áp suất ở áp

suất ở hai mặt thoáng

H0 = Z2 – Z1 : chiều cao hình học

- chọn η = 0,8, khối lượng riêng của nước tại nhiệt

độ 250C, ρ = 997,08 (Kg/m3) theo bảng (I.5,

STQTTB T2, 11). độ nhớt μH2O = 0,8937.10-3

(N.s.m2)(I.102,STQTTB T1, 94).

- Xem vận tốc ống hút bằng vận tốc ống đẩy (ω1 = ω2

= 0,1 (m/s)) → bỏ qua sự chênh lệch vận tốc giữa

ống hút và ống đẩy

- Lưu lượng của bơm : Q = ¿d24 ∗¿ = 3,14∗(68.10−3 )2

4∗0,1

= 3,6.10−4(m3

s )

- Chọn P2 = 1,5 at và P1 = 1 at chọn Z2 = 6,5 (m), Z1= 0,6 (m)

Hc =(P2−P1 )ρ∗g

= (1,5−1 )∗9,81.104

997,08∗9,81=5,01 (m )

[94]


Hm = (ld+∑)∗❑2

2g,(m)

với : λ - hệ số trở lực ma sát của dung dịch khi

chảy trong ống

l - chiều dài mạng ống mà dung dịch đi qua, m

d - đường kính của ống dẫn dung dịch , m

ξ - trở lực cục bộ ống dẫn.

ω - vận tốc của dung dịch , m

chọn dhút = dđẩy = 68 mm- Chuẩn số Reynolds: Re = ¿dtd∗ρ

❑ =

0,1∗68.10−3∗997,080,8937.10−3 = 2789,19

2320 < Re < 4000 lưu chất chảy quá độ- Hệ số ma sát được xác định theo công thức thực nghiệm của Baraziut (II.59, STQTTB T1, 378) λ = 0,3164/Re0,25 =0,3164/2789,190,25 = 0,0435

- Tổng hệ số tổn thất cục bộ : ∑ = vào + khuỷu + van + ra

dựa theo bảng II.16, STQTTB T1, 382, ta có: - hệ số trở lực khi gặp đoạn cong 900 (có 1 đoạn) →

khuỷu = 1* 2 = 2

- hệ số trở lực khi gặp van 1 côn trong ống tròn [95]


(II.16, STQTTB T1, 397) → van = 5,47

- Hệ số trở lực khi lưu chất vào và ra khỏi

ống có đặt các lưới kim loại để ngăn các cặn

bẩn:theo bảng (II.16, STQTTB T1, 383) → vào = ra =

0.a

0 :là giá trị phụ thuộc vào tổng bề mặt của lỗ

lưới F0 và bề mặt mặt cắt ngang của ống FT.


=0,60 = 0,97 , Re = 139,45

a = 1,153

vào = 0,97 * 1,153 = 1,118


+ van + ra = 1,118 + 2 + 5,47 = 9,706

Hm =

(ld+∑)∗❑2

2g=(0,0435∗6,568.10−3 +9,706) 0,12

2∗9,81=0,01(m)

- Áp suất toàn phần của bơm: H = Z2 – Z1 + Hm + Hc = 6,5 – 0,6 + 5,01 + 0,01 = 10,92(m)

[96]


- công suất của bơm là :

N =H∗Q∗ρ∗g1000∗η =

10,92∗3,6.10−4∗977,08∗9,811000∗0,8 =0,047(kw )

- Công suất của động cơ điện:

Ndc = N

ηtr∗ηdc

(Kw)

- với: ηtr là hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,9ηđc là hiệu suất động cơ điện dựa theo bảng II.32, STQTTB, T1, 439 chọn hiệu suất động cơđiện đối với bơm li tâm ηđc = 0,9

Ndc = N

ηtr∗ηdc

=0,047

0,9∗0,9=0,058(Kw)

- thường người ta chọn động cơ điện có công suất

lớn hơn so với công suất tính toán

Nlt = * Ndc (với =1,5 hệ số dự trữ công suất

theo II.33, STQTTB, T1, 440)

- vậy:

Nlt = * Ndc = 1,5 * 0,058 = 0,087 (kw)

8.2.2. Bơm cung cấp nước cho thiết bị ngưng tụ gián tiếp. - công suất của bơm là

[97]


N = H∗Q∗ρ∗g1000∗η(kw ) theo (II.189, STQTTB T1,

439)

Trong đó : Q – năng suất của bơm, m3/s ρ – khối lượng riêng của chất lỏng, Kg/m3

H – áp suất toàn phần của bơm, m g – gia tốc trong trường, m/s2

η - hiệu suất chung của bơm, (η = 0,72 ÷ 0,93)

- chọn η = 0,8, khối lượng riêng của nước tại nhiệt

độ 250C, ρ = 997,08 (Kg/m3) theo bảng (I.5,

STQTTB T2, 11). độ nhớt μH2O = 0,8937.10-3

(N.s.m2)(I.102,STQTTB T1, 94).

- Chọn nước cấp lạnh cho thiết bị: G = 8868 (kg/h)

= 2,46 (kg/s)

- Năng suất của bơm Q = Gρ = 2,46977,08

=2,5.10−3(m3

s )

- phương trình bernuli cho 2 mặt cắt là thùng

cao vị và vị trí nhập liệu trên nồi cô đặc:

Z1 + P1γ +12

2g+H=¿ Z2 + P2γ +

22

2g+h1−2

- chọn p1 = 1at, p2 = 0,96 at, ω1 = ω2

- Chọn chiều cao từ mặt thoáng bể nước xuống [98]


đất là : Z1 = 0,6 (m)

- chọn chiều cao từ cửa vào để dẫn dung dịch của

thiết bị cô đặc: Z2 = 1m

Đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi cô đặc : d = 68

mm

- Vận tốc dòng chảy trong ống: = 4Q¿d2 =

4∗2,5.10−3

3,14∗(68.10−3 )2=0,688(ms )

- Chuẩn số Reynolds: Re = ¿dtd∗ρ❑

=0,688∗68.10−3∗997,08

0,8937.10−3 = 5578,38 > 4000

lưu chất chảy xoáy, Hệ số ma sát được xác định theo công thức :

1√❑

=−2lg[(6,81ℜ )0,9

+∆

3,7 ] ( II.65, STQTTTB T1, 380)

- với Δ : độ nhám tương đối được xác định theo côngthức

∆ = ❑dtd

=0,268 = 2,9.10

-3

- với: ε : độ nhám tuyệt đối theo bảng II.15,

[99]


STQTTB T1, 381 → ε = 0,2 (mm)

1√❑

=−2lg[(6,81ℜ )0,9

+∆

3,7 ] =−2lg [( 6,81

5578,38 )0,9

+2,9.10−3

3,7 ] = 4,684 = 0,046


+ van + ra dựa theo bảng II.16, STQTTB T1, 382, ta có:

- hệ số trở lực khi gặp đoạn cong 900 (có 1 đoạn) →

khuỷu = 1* 2 = 2

- hệ số trở lực khi gặp van 1 côn trong ống tròn

(II.16, STQTTB T1, 397) → van = 5,47

- Hệ số trở lực khi lưu chất vào và ra khỏi

ống có đặt các lưới kim loại để ngăn các cặn

bẩn:theo bảng (II.16, STQTTB T1, 383) → vào = ra =

0.a

0 :là giá trị phụ thuộc vào tổng bề mặt của lỗ

lưới F0 và bề mặt mặt cắt ngang của ống FT.


=0,60 = 0,97 , Re = 139,45

[100]


a = 1,153

vào = 0,97 * 1,153 = 1,118


+ van + ra = 1,118 + 2 + 5,47 = 9,706

- Chọn chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi cô đặc: l= 2 m

H1-2 = v2

2g (ld+∑) = 0,22

2∗9,81 (0,046 268.10−3+9,706)=0,025(m)

- Cột áp của bơm là :

H = (Z2 – Z1) + 1γ (P2 –P1) + h1-2 = (1 – 0,6) +

(0,96−1)∗9,81.104977,08∗9,81

+0,025 = 0,024 (m)

- công suất của bơm là :

N =H∗Q∗ρ∗g1000∗η =

0,024∗2,5.10−3∗977,08∗9,811000∗0,8

=7,1.10−4(kw)

- Công suất của động cơ điện:

Ndc = N

ηtr∗ηdc

(Kw)

[101]


- với: ηtr là hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,9ηđc là hiệu suất động cơ điện dựa theo bảng II.32, STQTTB, T1, 439 chọn hiệu suất động cơđiện đối với bơm li tâm ηđc = 0,9

Ndc = N

ηtr∗ηdc=7,1.10−4

0,9∗0,9=8,87.10−4(Kw )

- thường người ta chọn động cơ điện có công suất

lớn hơn so với công suất tính toán

Nlt = * Ndc (với =1,5 hệ số dự trữ công suất

theo II.33, STQTTB, T1, 440)

- vậy:

Nlt = * Ndc = 1,5 * 8,87.10-4 = 1,33.10-3

(kw) = 1,33 (w)

[102]


Kết Luận

Qua quá trình tính toán công nghệ ta thấy có rất nhiều khó khăn phát sinh gây cản trở đến việc tốiưu hóa cho quy trình công nghệ. Chẳng hạn như nhiệt lượng tổn thất, các tính toán về kết cấu của thiết bị, các hệ số trở lực đường ống… Tuy nhiên, việc thực hiện trong quá trình tính toán công nghệ trong đồ án chỉ dựa trên các số liệu sách vở cho nên các thông số có được cần dựa theochuẩn thực tế để hình thành sản phẩm. Một yếu tố khác đóng một phần rất quan trọng đó là kinh nghiệm ngoài thực tế sản xuất. Mặt khác thiết bị sau khi được thiết kế cần bảo đảm về nguyên lí hoặt động cũng như giá thành không được quá cao, không quá sai biệt so với thực tế và đạt được hiệu quả mong muốn, hoặt động tốt trong sản xuất công nghiệp.

Trong quá trình thực hiện nhóm gửi lời cảm ơn đếncác thầy cô trong tổ bộ môn Máy - Thiết bị, thầy hướng dẫn Thầy Lê Đức Trung đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cũng như giới thiệu những tài liệu tham khảo vô cùng bổ ích để nhóm có thể hoàn thành đồ án môn học.

[103]


[104]


Tài Liệu Tham Khảo

[1] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, năm 2006.

[2] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, năm 2006.

[3] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10, Trường đại học bách khoa TP. HCM.

[4] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 5, Trường đại học bách khoa TP. HCM.

[5] Nguyễn Bin. Các quá trình và thiết bị trong côngnghệ hóa chất và thực phẩm, tập 1, Các quá trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội , 2004.

[6] Lý Ngọc Minh, Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Trường đại học công nghiệp TP. HCM, 2006.

[7] Phạm Xuân Toản, Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 3 – Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội.

[105]

Co dac nacl 1 noi hoan chinh

Documents

Transcript of Co dac nacl 1 noi hoan chinh