Tổng quanvềKNO 3
KNO3 là Chất rắn màu trắng
Độ hòa tan trong nước: Tan nhiều trong nước (13,3 g/100 mL (0 °C), 36 g/100 mL (25 °C), 247 g/100 mL (100°C))
Đây là muối ít tan trong etanol nhưng có thể tan trong glycerol,amoni.
KNO3 là một hợp chất hóa học có tên gọi là Kali Nitrat hoặc là Potassium Nitrate Đây là muối ion của ion kali K + và ion nitrateNO3-.
KNO3 được xem như một tiêu thạch khoáng sản và là một nguồn rắn tự nhiên củanitơ.
KNO3 có tính oxy hóa mạnh.
KNO3 bị nhiệt phân để tạo thành kali Nitrit và Oxi tạo thành phương trình hóa họcsau:
KNO3 → KNO2 + O2 (Điều kiện phản ứng là nhiệt độcao).
Hiện nay, KNO3 được sản xuất thông qua các phản ứng trao đổi Khi NaCl kết tinh ở nhiệt độ 30°C, nó sẽ được tách ra khỏi dung dịch và sau đó làm nguội KNO3 sẽ kết tinh ở nhiệt độ 22°C theo phương trình hóa học tương ứng.
1.3 Ứng dụng quan trong của KNO3 trong đời sống và sảnxuất.
Vai trò của KNO3 trong nông nghiệp.
Kali nitrat là loại phân bón duy nhất cung cấp toàn bộ là dinh dưỡng dạng đalượng,gầnnhưcaonhấttrongthànhphầncủabấtkỳcáccôngthứcphân bón nàokhác.
KNO3 là một nguồn cung cấp kali tuyệt vời, trong đó kali trong nitrat kali rất cần thiết cho sự phát triển của cây và hoạt động bình thường của mô Kation kali (K+) đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình trao đổi chất trong tế bào, giúp điều hòa và tham gia vào các quá trình quản lý nước của cây, bao gồm sự đóng mở của lỗ khí khổng.
KNO3giúp cho cây trồng khỏe mạnh hơn và cho năng suất cây trồng tốthơn.
KNO3sau khi được bón vào đất sẽ giúp đất giảm mặn, cải thiện tình hìnhsử dụng nước và giúp tiết kiệm nước khitrồng.
KNO3là thành phần chính không thể thiếu trong dinh dưỡng thủy canh, nóquyếtđịnhtớisựpháttriểncủacâytrồngrấtlớn,việcthiếuKalihoặcNitrat được thể hiện rất rõ, cháy mép lá, đốm đen lá, vànglá.
KNO3 được coi là một chất nền hiệu quả trong việc chống lại vi khuẩn, nấm bệnh, côn trùng và virus Nó không chỉ làm giảm đáng kể sự hấp thụ clo của cây trồng mà còn giúp bảo vệ cây trước các tác nhân gây hại từ natri.
Vai trò của KNO3 trong chế tạo thuốc nổ.
Chếtạothuốcnổđenvớicôngthức:75%KNO3,10%Svà15%C.Khinổ, nó tạo ra muối kali sunfua, khí nitơ và khíCO2:
Ngoài ra, KNO3 còn dùng để tạo thành pháohoa
Vai trò của KNO3 trong bảo quản thực phẩm trong công nghiệp.
Là một trong những cách để bảo quản thịt chống ôithiu.
Vai trò của KNO3 trong dược
Kali nitrat là thành phần phổ biến trong kem đánh răng dành cho răng nhạy cảm Gần đây, việc sử dụng kali nitrat trong các sản phẩm này đã gia tăng, cho thấy đây có thể là một phương pháp điều trị hiệu quả cho tình trạng răng nhạy cảm.
Được sử dụng lịch sử để điều trị bệnh hen suyễn và viêmkhớp.
1.4 Ưu điểm của hóa chất KNO 3 Ưu điểm của hóa chất này là nó không gây hại cho sức khỏe con người Và về cơbản, KNO 3 không độc hại mà có lợi cho cây trồng Chính vì vậy mà nó được sử dụngrất phổ biến và trở thành một trong những loại hóa chất nông nghiệp thường gặp nhất.
Tổng quan vềcôđặc
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 chấttan.
• Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (tinhkhiết).
• Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cấtnước).
Cô đặc diễn ra ở nhiệt độ sôi và áp suất đa dạng, bao gồm áp suất chân không, áp suất thường và áp suất dư, trong một thiết bị cô đặc đơn lẻ hoặc trong hệ thống nhiều thiết bị Quá trình này có thể được thực hiện theo hai hình thức: gián đoạn hoặc liên tục.
Cô đặc chân không là phương pháp hiệu quả cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dễ bị phân hủy nhiệt, giúp giảm bề mặt truyền nhiệt nhờ hiệu số nhiệt độ hữu ích Với việc giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, phương pháp này cho phép tận dụng nhiệt thừa từ các quá trình sản xuất khác hoặc sử dụng hơi thứ để tối ưu hóa quá trình cô đặc.
Côđặcởápxuấtcaohơnápxuấtkhíquyểnthườngdungchocácdungdịchkhông 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 trìnhkhác.
Khi cô đặc ở áp suất khí quyển, hơi thừa không được sử dụng sẽ được thải ra ngoài môi trường Phương pháp này tuy đơn giản nhưng không mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Trong sản xuất thực phẩm, việc sử dụng các dung dịch đường, mì chính và nước trái cây là rất cần thiết Đối với sản xuất hoá chất, các dung dịch như NaOH, NaCl, CaCl2 và các muối vô cơ cũng đóng vai trò quan trọng Hiện nay, hầu hết các nhà máy sản xuất hoá chất và thực phẩm đều áp dụng thiết bị cô đặc như một giải pháp hiệu quả để đạt được nồng độ sản phẩm mong muốn.
Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp, nhưng nó rất cần thiết cho sự tồn tại của nhà máy Để cải thiện hiệu quả thiết bị cô đặc, nhà máy cần đầu tư vào công nghệ hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao Điều này đòi hỏi các kỹ sư phải nâng cao kiến thức và chủ động khám phá các nguyên lý mới trong lĩnh vực thiết bị cô đặc.
2.3 Phânloại các thiết bị trong côđặc a Theo cấutạo
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) Thiết bị cô đặc nhóm nàycóthểcôđặcdungdịchkháloãng,độnhớtthấp,đảmbảosựtuầnhoàndễdàngqua bề mặt truyền nhiệt Baogồm:
• Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặcngoài.
• Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồngbốc)
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức) Thiết bị 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 cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Bao gồm:
• Có buồng đốt trong, ống tuần hoànngoài.
• Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoànngoài.
Nhóm 3 sử dụng dung dịch chảy thành màng mỏng, với thiết bị cô đặc cho phép dung dịch chảy qua bề mặt truyền nhiệt một lần, giúp tránh tác động nhiệt lâu dài làm biến chất các thành phần của dung dịch Phương pháp này đặc biệt phù hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây và hoa quả ép.
• Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễvỡ. b Theo phương pháp thực hiện quátrình
- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi; thường đượcdùngtrongcôđặcdungdịchliêntụcđểgiữmứcdungdịchcốđịnh,nhằmđạtnăng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắnnhất.
Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
Cô đặc nhiều nồi nhằm tiết kiệm hơi đốt, nhưng số nồi không nên quá lớn để tránh giảm hiệu quả tiết kiệm Có thể áp dụng phương pháp cô chân không, cô áp lực, hoặc kết hợp cả hai Đặc biệt, việc sử dụng hơi thứ cho các mục đích khác cũng giúp nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cô đặc liên tục mang lại hiệu quả vượt trội so với cô đặc gián đoạn, mặc dù hiện tại vẫn thiếu cảm biến đủ độ tin cậy cho việc điều khiển tự động Mỗi nhóm thiết bị có thể được thiết kế với buồng đốt trong hoặc ngoài, có hoặc không có ống tuần hoàn Tùy thuộc vào điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường 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.
Quy trìnhcôngnghệ
3.1 Cơ sở lựa chọn quy trình côngnghệ:
Quá trình cô đặc có thể thực hiện trong một hoặc nhiều nồi, hoạt động liên tục hoặc gián đoạn, và có thể diễn ra ở nhiều mức áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật Khi làm việc ở áp suất thường, thiết bị hở có thể được sử dụng, trong khi ở áp suất thấp, thiết bị kín cô đặc chân không sẽ được áp dụng Việc sử dụng thiết bị chân không có ưu điểm là giảm bề mặt truyền nhiệt, vì khi áp suất giảm, nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, dẫn đến tăng hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch.
Theo tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, cũng như điều kiện kỹ thuật của đầu đề,emlựachọnthiếtbịcôđặcchânkhông2nồiliêntụccóbuồngđốttrongvàốngtuần hoàn trung tâm.
Quá trình cô đặc nhiều nồi dựa trên nguyên tắc cấp hơi nước bão hòa vào thiết bị để làm bay hơi dung dịch Hơi nước sau khi được cung cấp nhiệt sẽ ngưng tụ và được thu hồi dưới dạng nước ngưng Dung môi bay hơi sẽ tách biệt khỏi dung dịch, và hơi thừa sẽ được dẫn vào thiết bị ngưng tụ để chuyển thành lỏng Cuối cùng, dung dịch đạt nồng độ cần thiết sẽ được tháo ra qua cửa tháo liệu.
-Ưu nhược điểm của hệ thống cô đặc nhiều nồi
Dung dịch tự di chuyển từ nồi 1 sang nồi 2 nhờ chênh lệch áp suất, giúp tiết kiệm năng lượng Nhiệt độ hơi trong nồi 1 cao hơn nhiệt độ sôi của nồi 2, do đó hơi từ nồi 1 được sử dụng để đốt nóng nồi 2.
Nhiệt độ của nồi sau thấp hơn nồi trước, tuy nhiên nồng độ lại cao hơn, dẫn đến độ nhớt của dung dịch tăng dần Điều này khiến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.
3.2 Sơ đồ và thuyết minh quy trình côngnghệ:
Dung dịch KNO3 5% được bơm từ bể chứa nguyên liệu lên bồn cao vị, sau đó đi qua lưu lượng kế và vào thiết bị gia nhiệt ban đầu Tại đây, dung dịch KNO3 được gia nhiệt thông qua ống truyền nhiệt, sử dụng hơi bão hòa bên ngoài ống để tăng nhiệt độ hiệu quả.
Sau khi rời khỏi thiết bị gia nhiệt, dung dịch được chuyển vào thiết bị cô đặc tuần hoàn với hai nồi xuôi chiều Tại đây, dung dịch lưu thông bên trong ống tuần hoàn trung tâm và ống truyền nhiệt, trong khi hơi đốt bão hòa lưu thông bên ngoài ống Quá trình này giúp dung dịch cô đặc đến nồng độ 23%.
Hơi đốt là hơi bão hòa được đưa vào thiết bị cô đặc, đi bên ngoài ống truyền nhiệt Nước ngưng sẽ được tháo ra bên ngoài qua ống tháo nước ngưng, có cốc tháo nước ngưng để ngăn hơi đốt thoát ra ngoài Đồng thời, khí không ngưng cũng được xả ra bên ngoài qua ống xả.
Hơi thứ từ thiết bị cô đặc được chuyển vào thiết bị ngưng tụ baromet, nơi nước được sử dụng để ngưng tụ Phần hơi không ngưng tụ sẽ tiếp tục được đưa qua thiết bị tách lỏng để thu hồi phần hơi còn lại, trong khi khí thải được hút ra ngoài bằng bơm chân không.
(5) Thiết bị gia nhiệt hỗn hợpđầu(6), (6’) Buồng đốt nồi cô đặc (7), (7’) Buồng bốc nồi côđặc
Dung dịch ban đầu với nồng độ thấp được bơm từ thùng (1) lên thùng cao vị (2) qua bơm (4) và được điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế (3) trước khi vào thiết bị gia nhiệt (5) Tại thiết bị này, dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa và được cấp vào buồng đốt của nồi cô đặc thứ nhất (7) Trong nồi thứ nhất, dung dịch tiếp tục được gia nhiệt bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, nơi hơi đốt được sử dụng để đun nóng dung dịch, và nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt qua cửa tháo nước ngưng Hơi thứ của nồi 1 được dẫn vào buồng bốc hơi (6) và sau đó được tách ra qua bộ phận tách bọt nhằmhồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo Dung dịch từ nồi thứ nhất chảy sang nồi thứ hai nhờ sự chênh lệch áp suất giữa các nồi, với áp suất nồi sau nhỏ hơn Tại nồi 2, quá trình bốc hơi tương tự diễn ra, với hơi thứ của nồi 1 là tác nhân đun nóng chính Hơi thứ của nồi 2 sẽ được đưa vào thiết bị ngưng tụ (8), nơi nó được ngưng tụ thành lỏng và chảy vào thùng chứa bên ngoài, trong khi khí không ngưng đi vào thiết bị thu hồi bọt (9) và bơm hút chân không (12) Cuối cùng, dung dịch ra khỏi nồi 2 được bơm vào thùng chứa sản phẩm, và nước ngưng trong hệ thống được xử lý qua các ống tháo nước ngưng tại thùng (10).
Hệ thống cô đặc xuôi chiều là một phương pháp phổ biến trong ngành công nghiệp hóa chất, trong đó dung dịch di chuyển từ nồi này sang nồi khác Nồi trước có nhiệt độ sôi cao hơn nồi sau, dẫn đến việc dung dịch vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) vẫn giữ nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, gây ra quá trình tự bốc hơi, giúp làm lạnh dung dịch Tuy nhiên, khi dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi, cần phải đun nóng dung dịch, dẫn đến việc tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt Do đó, trong quá trình cô đặc xuôi chiều, dung dịch cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ trước khi vào nồi nấu đầu.
Nhược điểm của quá trình cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch giảm dần ở các nồi sau, trong khi nồng độ của dung dịch lại tăng lên, dẫn đến độ nhớt của dung dịch tăng nhanh Kết quả là hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.
TÍNH TOÁNQUÁTRÌNH
Xác định lương hơi thứ bốc ra khỏihệthống
W - Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống
(kg/h)x đ - Nồng độ đầu vào của dung dịch: xđ= 5% xc- Nồng độ cuối của dung dịch: xc= 23% Gđ-
Lượng dung dịch đầu: Gđ= 10800(kg/h)
Tính sơ bộ lượng hơi bốc ra khỏimỗinồi
W1– Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1: W1(kg/h)
W2– Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 2: W2(kg/h)
Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi sau thường lớn hơn nồi trước Để tận dụng tối đa lượng hơi thứ từ nồi trước cho việc đốt của nồi sau, cần thực hiện các biện pháp phù hợp.
Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở hai nồi là:W 2 : W1= 1,04 (1)
Tính nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồicôđặc
Nồng độ cuối ra khỏi nồi cô đặc 1 là:
Nồng độ cuối ra khỏi nồi 2 là:x 2 = xc= 23%
Tính chênh lệch áp suất chung của hệthống∆P
∆P là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ png:
Thay số ta được: ∆P = p1– Png= 5 – 0,2 = 4,8 (at)
Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt chomỗinồi
Giả thiết phân bố hiệu số áp suất giữa các nồi là ∆P1: ∆P2 = 2,6:1
Nồi cô đặc 1: Áp suất hơi đốt: p1= 5 (at),
- Nhiệt độ hơi đốt: T 1 = 151,1oC
Nồi cô đặc 2: Áp suất hơi đốt: p2= p1- ∆P1= 5 – 3,47 = 1,53
(at)Tra bảng I.251 [1-313] và nội suy ta có:
- Nhiệt độ hơi đốt: T 2 = 111.37oC
Tính nhiệt độ t i ’ và áp suất của hơi thứ ra khỏi từng thiết bịcôđặc
Áp dụng công thức: t′ = Ti+1+∆i′′′
Ti+1 – nhiệt độ của hơi đốt cho nồi (i + 1)
∆i′′′- tổn thất nhiệt do trở lực đường ống
Nhiệt độ hơi thứ: t1′ = T2 + ∆′′′= 111,37 + 1 = 112,37 (oC)Tra bảng I.251 [1-313], nội suy ta có:
- Áp suất hơi thứ: p 1 ’ = 1,59(at)
Nồi cô đặc 2 : Áp suất hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ là Png=0,2 at,
Tra bảng I.251 [1- 313], nội suy ta được Tng= 59,7oC
Nhiệt độ hơi thứ: t2′ = Tng + ∆2′′′= 59,7 + 1 60,7oCTra bảng I.251 [1-313], nội suy ta có:
- Áp suất hơi thứ: p2’ = 0,21(at)
Bảng 1: Các thông số hóa lí của hơi đốt và hơi thứ trong từng nồi cô đặc
Hơi đốt Hơi thứ x( p, %) at
T, o C i, J/kg r, J/kg p’, at t’, o C i’, J/kg r’, J/kg
Tính tổn thất nhiệt độ chotừngnồi
Trong quá trình vận hành thiết bị cô đặc, hiện tượng tổn thất nhiệt độ xảy ra do nhiều yếu tố Tổng tổn thất nhiệt độ bao gồm sự gia tăng nồng độ (∆’), áp suất thủy tĩnh cao (∆’’) và trở lực trong đường ống Những yếu tố này cần được kiểm soát để tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị.
7.1 Tínhtổn thất nhiệt đọ do áp suất thủy tĩnh tăng cao∆ i ’’
Tổn thất nhiệt trong thiết bị cô đặc xảy ra khi nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị luôn cao hơn nhiệt độ sôi của dung dịch ở bề mặt Thông thường, việc tính toán tổn thất này được thực hiện tại vị trí giữa của ống truyền nhiệt.
Trong đó: ttb- nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptbi(oC) ti’ - nhiệt độ sôi ứng với pi’ (oC)
Ptbilà áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối (lỏng – hơi) trong ống tuần hoàn.Theo công thức VI.12 [2 – 60]:
- Pi’: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, at
-h1: chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng, chọn h1= 0,5 m
- H: chiều cao ống truyền nhiệt,H=5m
-ρdd: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3
Tra bảng I.204 [1-236] và nội suy ta được:x1 = 8,11% => ρ dd1 = 1006,3 kg/ m3
Thay số vào phương trình ta có:
Ptb1= 1,741 at, tra bảng I.250 [1-314], nội suy ta được ttb1= 115,24oC
Tra bảng [1-41], nội suy ta có:x2
(kg/m3)Thay số vào phương trình tacó:
Ptb2= 0,366 at, tra bảng I.250 [1-314], nội suy ta được ttb2= 73,12oC
Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:
7.2 Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ∆′:
Tính chất tự nhiên của chất hòa tan và dung môi, cùng với nồng độ và áp suất của chúng, ảnh hưởng đến ∆’ ở áp suất bất kỳ Phương pháp Tysenco được sử dụng để xác định giá trị này.
Tổn thất nhiệt độ xảy ra khi nhiệt độ sôi của dung dịch vượt quá nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất tại áp suất thường Hệ số hiệu chỉnh được tính dựa trên nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất, trong khi nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb (K) và ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (J/kg) cũng cần được xem xét.
Tổn thất nhiệt độ xảy ra khi nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn nhiệt độ sôi của dung môi tại một nhiệt độ và áp suất khí quyển nhất định, với điều kiện là tsdd > tsdm.
Với nồi cô đặc 1:Ts1=ttb1+ 2735,24 + 27388,24oK
Với nồi cô đặc 2 : Ts2=ttb2+ 273s,12 +
27346,12oKTra bảng VI.2 [2 – 66] và nội suy ta có: x1=8,11% ta có ∆o1’=0,73oC x2#% ta có ∆o2’= 2,31oC Vậy:
Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao là:
7.3.Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống∆i’’’
Trở lực chủ yếu xuất phát từ các đoạn ống nối giữa các thiết bị, cụ thể là giữa nồi 1 và nồi 2, cũng như giữa nồi 2 và thiết bị ngưng tụ Trong giả thiết ở mục 6, khi tính toán nhiệt độ và áp suất hơi thải ra từ từng nồi, chúng ta đã chọn ∆1’’’ = ∆2’’’ = 1 (oC).
Vậy tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống bằng:
7.4 Tínhtổng tổn thất nhiệt độ của hệthống
Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích củahệthống
Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống : n n
Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi :
Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi
Ta có bảng số liệu:
Bảng 2: Bảng số liệu về nhiệt độ hữu ích và các loại tổn thất nhiệt của nồi cô đặc
Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt để tính lượng hơi đốt D và lượng hơi thứ Wiởtừngnồi
- D: Lượng hơi đốt đi vào nồi1
- Co, C1, C2: nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu, dung dịch ra khỏi nồi
- Cnc1, Cnc2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ra khỏi nồi 1, nồi2
- tso, ts1, ts2: nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi2
-𝜌1,𝜌2: nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi2
- Qm1, Qm2: nhiệt lượng mất mát ở nồi 1, nồi 2 (bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi ở từngnồi)
9.2 Xác định nhiệt dung riêng của dung dịch ở cácnồi.
Với dung dịch loãng (x < 20%), ta sử dụng công thức:
Dung dịch đầu có nồng độ 5%:
Dung dịch ra khỏi nồi 1 có nồng độ 8,11%:
Với dung dịch đặc (x>20%), ta dùng công thức:
Trong đó Cht tính theo công thức:M.C ht = n1c1+ n2c2+ n3c3[1-
Tra bảng I.141 [1-152], ta có nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố:C K = 26000 J/Kg nguyên tử.độ
CN= 26000 J/Kg nguyên tử.độ
CO= 16800 J/Kg nguyên tử.độ
Thay số ta đc:ChtKNO3=26000.1+26000.1+16800.3
Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ 23%:
Các thông số của nướcngưng:
Nhiệt độ của nước ngưng (lấy bằng nhiệt độ hơi đốt trong nồi cô đặc): θ1= T1= 151,1 o C; θ2= T2= 111,37 o C
Tra bảng I.249 [1-249] và nội suy ta có:
Cnc1= 4299,84 J/Kg.độ ; Cnc2= 4224,03 J/Kg.độ
Nhiệt độ sôi của dung dịch khi vào các nồi được xác định như sau: Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1 là ts1, trong khi ở nồi 2 là ts2 Cụ thể, nhiệt độ sôi tổng cộng tso là 16,04°C và nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 2 là 2u,02°C.
9.3 Phương trình cân bằng nhiệtlượng
Lượng nhiệt đi vào nồi:Dung dịch đầu
Lượng nhiệt đi ra nồi:
Sản phẩm mang ra (Gđ-W1) C1.ts1;
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1:
Lượng nhiệt đi vào nồi:
Lượng nhiệt đi ra nồi:
Sản phẩm mang ra: (Gđ-W1-W2).C2.ts2;
Cnc2θ2)Ta có hệ phương trình:
D.i1 + Gđ Co.ts0 = W1 i1 ′ +(Gđ − W1).C1.ts1 + D.Cnc1.θ1 + Qm1 {W1.θ2+(Gđ−W1).C1.ts1=W2.i2+(Gđ−W1−W2).C2.ts2+W1.Cnc2.θ2+Qm2 W1+ W2 = W
W1.(i1′−C1.ts1)+Gđ.(C1.ts1−C0.ts0)D0,95.(i1−Cnc1.θ1)
Bảng 3: Lượng hơi thứ bốc ra ở từng nồi và sai số so với giả thiết
Cnc[J/ kg.độ] Θ[ o C] W, [kg/h] Sai số Giả thiết Tính toán %
Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt lượng trung bình từngnồiα
Minh hoạ quá trình truyềnnhiệt:
Chọn ống truyền nhiệt có đường kính: 38x2 (mm)
VớiđiềukiệnlàmviệcbuồngđốtngoàiHA23,10 Thay số ta được:
10.2 Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưngtụ
Gọi q1ilà nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ của nồi i
Bảng 4: Bảng giá trị hệ số cấp nhiệt và tải nhiệt riêng về phía hơi ngưng tụ
10.3 Hệ số cấp nhiệt α 2 từ bề mặt ống truyền nhiệt đến chất lỏngsôi:
Dung dịch sôi ở chế độ sủi bọt, có đối lưu tự nhiên, hệ số cấp nhiệt xác định theocông thức: α 2i = 45,3.(pi′).0,5.∆t2i 2,33.Ѱi[W/m2.độ]
∆t2i: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch
Hiệu số nhiệt độ ở hai bề mặt thành ống truyền nhiệt ∆tTi= q1i ∑ r
Tổng nhiệt trở cùa thành ống truyền nhiệt:∑𝑟 =𝑟 1 +𝑟 2 + 𝛿𝜆 [𝑚 2 độ/𝑊] r1; r2: nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống.
Tra bảng II.V.1 [2-4] cho thấy các giá trị nhiệt trở cặn bẩn của dung dịch và hơi bão hòa, cụ thể là r1 = 0,000387 [m².độ/W] và r2 = 0,000232 [m².độ/W] Bề dày ống truyền nhiệt được xác định là 𝜌 = 2.10⁻³ (m), trong khi hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ống truyền nhiệt, được chọn là thép Crom Niken Titan (X18H10T), có giá trị λ = 3 [W/m.độ].
- λ: Hệ số dẫn nhiệt, [W/m.độ] (lấy theo nhiệt độ sôi của dungdịch)
- μ: Độ nhớt của dung dịch tại nhiệt độsôi a)
Các thông số của nước:
Tra bảng I.129 [1-133] và nội suy: ts16,04oC, λ𝑛𝑐1= 0,685 W/m.độ ts2= 75,02oC, λ𝑛𝑐2=0,671 W/m.độ
Tra bảng I.104 [1-96] và nội suy: ts16,04oC, μ𝑛𝑐1= 0,242
Tra bảng I.148 [1-166] và nội suy: ts1= 116,04oC, C𝑛𝑐1= 4242,34 J/kg.độ ts2= 75,02oC, C𝑛𝑐2= 4194,45 J/kg.độ
Tra bảng I.5 [1-11] và nội suy: ts16,04oC, ρn𝑐1= 946,40 kg/m3ts2= 75,02oC, ρ𝑛𝑐24,88 kg/m3 b)
Các thông số của dung dịch trong nồi cô đặc:
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KNO3tính theo công thức:
- A: Hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết A =3,58.10- 8
- Cdd: Nhiệt dung riêng của dungdịch.
Tính toán ở bước 9 ta có:
-𝜌: Khối lượng riêng của dung dịchNaOH
Với ts16,04oC, x1= 8,11% ρdd1= 1006,3 kg/m3Với ts2= 75,02oC, x2= 23% ρdd2= 1041,0 kg/m3 -M: Khối lượng mol của dung dịch được tính theo công thức:
M = MKNO3 NKNO3+ MH2O NH2O= 101 NKNO3+ 18 (1 –NKNO3)
NKNO3: Phần mol của KNO3trong dung dịch
Thay vào công thức trên ta có:
Từ các giá trị đã tính được, ta có: λ = 𝐴.C 𝜌 3 𝜌 1 = 3,58.10 −8 3846,52.1006,3.3 1006,3 = 0,518[W/m.độ]
√22,20 Độ nhớt của dung dịch được tính theo công thức của Pavalov:
Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là nước, t1= 20oC; t2 30oCTra bảng I.107 [1-100] và nội suy ta có: t1= 20oC, x = 8,11% → μ11= 0,9738 10−3[N.s/m2] t2= 30oC, x = 8,11% → μ21= 0,8 10−3[N.s/m2]
Tra bảng I.102 [1-94] và nội suy ta có: μ11= 0,9738 10−3[N.s/m2] → θ11= 21,32oC μ21= 0,8 10−3[N.s/m2] → θ21= 30,04oC
Tại ts1= 116,04oC, dung dịch có độ nhớt là μdd1tương ứng với đột nhớt của nước có nhiệt độ là θ31:
Tra bảng I.102 [1-95] và nội suy với θ31= 105,07oC ta được μdd1= 0,2698 10-3[N.s/m2]
Chọn chất lỏng chuẩn là nước
Tra bảng I.107 [1-100] và nội suy ta có: t1= 20oC, x = 23% → μ12= 1,028 10−3[N.s/m2] t2= 30oC, x = 23% → μ22= 0,834 10−3[N.s/m2]
Tra bảng I.102 [1-94] và nội suy ta có: μ12= 1,028 10−3[N.s/m2] → θ11= 19,08oC μ22= 0,834 10−3[N.s/m2] → θ21= 28,11oC
Tại ts2= 75,02oC, dung dịch có độ nhớt là μdd1tương ứng với đột nhớt của nước có nhiệt độ là θ32:
Tra bảng I.102 [1-95] và nội suy với θ31= 68,77oC ta được μdd2= 0,413 10-3[N.s/m2]
Thay các số liệu vào công thức tính hệ số hiệu chỉnh ta có:
Từ các số liệu đã tính ở trên, ta tính được hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch ở từng nồi: α21= 45,3(p′ )0,5∆t21 2,33Ѱ1
10.4 Tínhnhiệt tải riêng q2về phía dung dịch:
Bảng 6: Nhiệt tải riêng về phía dung dịch từng nồi
30023,43Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giả thiết:∆𝑡11=4,53( o C);∆𝑡12=4,54( o C)
Xác định hệ số truyền nhiệt củatừngnồi
∆𝑡 𝑖 : hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi
Phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau và nhỏ nhất Thay số vào công thức:
Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích chotừngnồi
810,50 = 3185,21 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi theo công thức:
Sai số < 5 %, vậy nên chấp nhận giả thiết phân bố áp suấtP1:P2= 2,6:1
Bảng 7 Tổng hợp số liệu
Qi(W) ∆Ti( o C) ∆Ti *(oC) Sai số
14 Tính bề mặt truyền nhiệtF
Theo phương pháp phân phối nhiệt độ hữu ích, điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau :
Tính bề mặt truyềnnhiệtF
Theo phương pháp phân phối nhiệt độ hữu ích, điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau :
TÍNH TOÁN CƠKHÍ
Buồng đốt nồicôđặc
Thiết bị hoạt động ở điều kiện áp suất thấp ( lấy ω = 0,6(m/s)
- V: Lưu lượng dung dịch ra khỏi nồi 1,𝑉 = 𝐺 𝑑 −𝑊 1
- ρ: Khối lượng riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1, ρ = 1006,3(kg/𝑚 3 )
- C: Hệ số bổ xung tính theo công thức XIII.17 [4-363], tăng thêm một ít tùy theo chiều dày Khi 10≤S – C≤20 mm C = 2 + 1,4 = 3,4 mm
- p: áp suất làm việc của thiết bị (p =p 1 + ρ dd g.H dd ) ρ dd g.H dd :ápsuấtthủytĩnhcủacộtchấtlỏngtrongbuồngđốtH dd Hống+ hb+ h1= 5 + 0,25 + 0,5 = 5,75m p 1 :áp suất của hơi thứ trong nồi,p 1 = 1,59 at = 155979 (N/m 2 ) p=p 1 +ρ dd g.H dd 5979+1006,3.9,81.5,75!2741,87(N/m 2 )
Nên có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu, vậy chiều dày đáy lồi phòng đốt là:
3,8.132.10 6 0,938.0,95 2.0,25 1 + 3,4.10 −3 =4,35.10 -3 (m)= 4,35 (mm) Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [4-384] lấy S = 5mm để dễ chế tạo và ghép nối
(*) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực P o
𝜌= 7,6.0,938.0,95.0,25.(5−3,4).10 −3 Độ bền đảm bảo an toàn.
Thoả mãn điều kiện ứng suất thuỷ lực Vậy chọn S = 5 (mm)
1.6 Trabích lắp vào thân và đáy, số bu lông cần thiết để lắpghép
Kích thước nối Kiểu bích
Bulông 1 db(mm) Z(cái) H(mm)
Buồng bốc nồi côđặc
Thể tích không gian hơi của buồng bốc được tính theo công thức VI.32 [2-71]
-W: Là lượng hơi bốc lên trong thiết bị, W = W1= 4167,02 (kg/h)
-ρh: Khối lượng riêng của hơi thứ tại áp suất P1’= 1,59 (at) Tra theo bảng I.251 [3-
Cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi được đo bằng m3/m3.h và phụ thuộc vào nồng độ dung dịch cùng áp suất hơi thứ Dưới áp suất P = 1(at), cường độ bốc hơi đạt giá trị từ 1600 đến 1700 m3/m3.h Khi áp suất khác 1 at, cường độ bốc hơi sẽ được xác định theo hàm số f nhân với giá trị cường độ bốc hơi ở 1 at.
Với f là hệ số hiệu chỉnh Từ đồ thị VI.3 [4-72] có f = 0,97 Chọn𝑈 𝑡𝑡(1𝑎𝑡) = 1600 (m 3 / m 3 h)
Suy ra, Un = f.Utt(1at) = 0,97.1600 = 1552
2.2 Tínhchiều cao phòng bốc hơi
Chiều cao phòng bốc hơi được xác định theo công thức VI.34 [2-72] :
𝜋 𝐷 2 𝑡𝑟𝑏𝑏 (𝑚) Với Dtrbb: Là đường kính trong của buồng bốcChọn chiều cao phòng bốc hơi H = 2,6 (m).
Quy chuẩn theo bảng XIII.6 [2-359], Dtrbb= 1,4 (m).
2.3 Tínhchiều dày phòng bốc hơi
Chọn vật liệu làm thân buồng bốc là thép crôm – niken – titan (X18H10T) và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn.
Do vật liệu chế tạo của buồng bốc tương tự với buồng đốt nên một số thông số khi tính toán ta lấy giống với buồng đốt.
Bề dày buồng bốc được tính theo công thức XIII.8 [2-360]:
- D tr : Đường kính trong phòng bốc, Dtr= 1,4m
- σ b : Ứng suất cho phép của vật liệu, σb2.106N/m φ: Hệ số bền hàn của thanh trụ theo phương dọc, ta chọn hàn bằng tay với
- C: Hệ số bổ xung, C = 1,4mm
- Pb: Áp suất hơi thứ, Pb= 1,59.9,81.104= 155979(N/m2)
𝑆= 2.132.10 1,4.155979 6 0,95 + 1,4.10 −3 = 2,27.10 −3 (m) Quy chuẩn theo bảng XIII.9 [4-364] được S = 3 (mm) Ta chọn S = 4mm, cùng độ dày với buồng đốt.
* Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực:
- p0: Áp suất thử tính toán được theo công thức: p0= pth+ p1
Áp suất thủy lực được xác định theo bảng XIII.5, với thiết bị kiểu hàn hoạt động trong điều kiện áp suất từ 0,07 đến 0,5 x 10^6 N/m², cho kết quả pth = 1,5 x pb = 1,5 x 155979 = 233968,5 N/m² Đồng thời, áp suất thủy tĩnh của nước được tính bằng công thức p1 = gH, với p1 = 997,08 x 9,81 x 2,6 = 25431,52 N/m².
Thay vào công thức ta được:
𝜌 = 2.(4−1,4).10 −3 0,95 = 73,65.10 6 < 183,33.10 6 Vậy chiều dày buồng bốc là S = 4mm
Cũng như đáy buồng đốt, ta chọn nắp elip có gờ và vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T.
Chiều dày nắp buồng bốc được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:
- P b : Áp suất buồng bốc Pb= 155979( N / m 2)
- D tr : Là đường kính trong buồng bốc, Dtr= 1,4m
- h b : Chiều cao phần lồi củađáy.
Theo bảng XIII.10 [4-382] do Dtr= 1,4 m nên hb= 350 mm
- φ h : Hệ số bền hàn của mối hàn hướng tâm, φh=0,95
- σ bk : Ứng suất cho phép của vậtliệu
- k: Hệ số bền của đáy, được xác định theo công thức k =1 − 𝑑
- C: Hệ số bổ sung Lấy C = 1,4mm Đại lượng bổ sung C khi S – C < 10 do đó phải tăng giá trị C thêm 2mm nên tacó:
- d: Đường kính lỗ, tính theo đáy buồng bốc có cửa tháo dungdịch:
- ω: Là vận tốc thích hợp hơi thứ => lấy ω = 30(m/s)
1,4 2.0,350 + 3,4 10 −3 = 1,11.10 −3 + 3,4 10 −3 = 4,51 10 −3 (𝑚) Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-384]: S = 5 (mm).
(*) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po
1,2 = 183,33.10 6 Thỏa mãn điều kiện ứng suất thủy lực Vậy S = 5 mm
2.5.Tra bích lắp vào thân và đáy, ố bu lông cần thiết để lắp ghép
Chọn bích liền kiểu 1, theo bảng XIII.27 [2–421] Ta có bảng sau:
Kích thước nối Kiểu bích
Bulông 1 db(mm) Z(cái) H(mm)
Tính một số chitiếtkhác
3.1Tínhđường kính các ống nối dẫn hơi, dung dịch vào và ra thiếtbị Đường kính ống dẫn hơi đốt vào được tính theo công thức:
Các đại lượng trong công thức VII.74 [2-74] với hơi đốt
- ω: Là vận tốc thích hợp của hơi đốt trong ống Đối với hơi đốt,𝜌= (20 ÷ 40) m/s => lấy ω 5(m/s)
- V: Lưu lượng hơi đốt cháy trong ống,𝑉 = 𝐷
- D: Lượng hơi đốt đi vào nồi 1, D = 4615,61(kg/h)
- ρ: Khối lượng riêng của hơiđốt,
Tra bảng I.251 [3 – 315] với phđ= 5at => ρ = 2,614 (kg/𝑚3)
Quy chuẩn từ [4 – 434] dtr= 150 mm
V 0,49 ω =0,785 𝑑 2 0,785 0,15 2 = 27,74 (m/s) Vận tốc có nằm trong khuyến cáo Vậy chọn d = 150 mm Áp suất làm việc P = 5.98100 = 0,4905.10 6 (N/m 2 ) Quy chuẩn P = 0,6.10 6 (N/m 2 )
Tra bảng XIII.26 [4-413] bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn
𝐷 𝑦 (mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 130 mm
3.1.2 Ống dẫn dung dịch vào
Lưu lượng dung dịch đầu vào là 10,800 kg/h với khối lượng riêng ρ được xác định là 987,6 kg/m³ tại nhiệt độ sôi 116,04°C và nồng độ đầu 5%, theo bảng I.46 [1-42].
𝜌: là vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, với dung dịch KNO3là chất lỏngnhớt𝜌= (0,5 ÷ 1) m/s chọn𝜌= 1,2 (m/s)
0,785.0,8 Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được dtr= 70mm
Vận tốc 0,89 m/s nằm trong khuyến cáo, với đường kính 70 mm Áp suất làm việc được xác định là P = Ptb1 = 1,74 at = 0,17 x 10^6 N/m², trong khi quy chuẩn áp suất là P = 0,25 x 10^6 N/m² Cần tra bích ống nối dẫn hơi thứ với hệ thống bên ngoài theo bảng XIII.26 [4-414].
𝐷 𝑦 Ống Kích thước nối Kiểu bích
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 110 mm
3.1.3 : Ống dẫn hơi thứra Đã tính ở phần buồng bốc d = 0,247m Quy chuẩn d = 250mm
Tra bảng XIII.26 [2-413] bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn
𝐷 𝑦 (mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống l = 140 mm
3.1.4 Ống dẫn dung dịchra Đã tính ở phần buồng đốt d = 0,062 m Quy chuẩn d = 70 mm
Tra bảng XIII.26 [2-412] bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn
𝐷 𝑦 (mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 110 mm
Vìnướcngưnglàchấtlỏngítnhớtnên𝜌=1÷2(m/s),chọn𝜌=1,2(m/s).Coilượng nước ngưng bằng lượng hơi đốtvào
Tng= 151,1oC Tra bảng khối lượng riêng của nước (I.5 [3 – 11])
Với công thức V = 1,389.10 − 3 ω = 0,785 𝑑², ta tính được vận tốc là 1,11 m/s, nằm trong khuyến cáo Do đó, chọn đường kính d = 40 mm Áp suất làm việc P = P1 = 5 at = 0,4905.10⁶ (N/m²), trong khi quy chuẩn P = 0,6.10⁶ (N/m²) Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,6.10⁶ (N/m²) và dtr5 = 40 mm, ta có thông số của bích như sau:
Kích thước nồi Kiểu bích
Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 100 (mm).
Tính khối lượng mỗi nồi khi thử thủy lực :
-Gnk: khối lượng nồi không
-Gnd: khối lượng nước được đổ đầy trong nồ
Khối lượng nắp đáy buồng đốt:
- Đường kính trong của đáy buồng đốt: D tr = 1000(mm)
Tra bảng XIII.11 [4 – 384] ta có khối lượng của đáy elip có gờ: m= 47,9 kg
Do khối lượng ở bảng tra tính với thép cacbon, với thép không gỉ cần nhân thêm hệsố 1,01 nên m 1 =2 47,9.1,01 = 96,76 (kg)
Khối lượng thân buồng đốt:
-𝜌: là khối lượng riêng của thép X18H10T,𝜌y00kg/m 3
-h: chiều cao buồng đốt là tổng chiều cao ống truyền nhiệt và chiều cao đáy nắp buồng đốt: h = 5 + 0,5+ 0,4+0,8 = 6,2 (m)
-V: thể tích thân buồng đốt, V = h 𝜌 (𝐷 2
4 -𝐷 2 𝑡𝑟 ) (𝑚 3 ) -𝐷 𝑡𝑟 : đường kính trong buồng đốt,𝐷 𝑡𝑟 = 1 m
-𝐷 𝑛 : đường kính ngoài buồng đốt,𝐷 𝑛 =𝐷 𝑡𝑟 + 2.S = 1+ 2.0,004 = 1,008m
Khối lượng 2 lưới đỡ ống: m3= 2.ρ.V (kg) Trong đó
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T,𝜌y00kg/m3
S: chiều dày lưới đỡ ống, S = 0,012(m) D: đường kính trong thân buồng đốt, D = 1 (m) n: số ống truyền nhiệt, n = 187 (ống) dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn 0,038(m)Thay vào ta có: V = 0,012.0,785.(1 2 –187.0,038 2 )
Khối lượng các ống truyền nhiệt m4= n.ρ.V (kg) Trong đó:
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T,𝜌y00kg/m3
- n: số ống truyền nhiệt, n = 187(ống)
4 -𝑑 2 𝑡𝑟 ) (𝑚 3 ) h: chiều cao ống truyền nhiệt, h = 5(m)
� � dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn= 0,038(m) dtr: đường kính trong của ống truyền nhiệt, dtr 0,034(m)Thay vào ta có: V = 5.0,785.(0,038 2 -0,034 2 ) 1,13.10 −3 (m 3 )
Khối lượng thân buồng bốc:
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T,𝜌y00kg/m 3
-V: thể tích thân buồng bốc, V = h 𝜌 (𝐷 2
-Dtr: đường kính trong buồng bốc,𝐷𝑡𝑟= 1,4 m
-Dn: đường kính ngoài buồng bốc,𝐷𝑛=𝐷𝑡𝑟+ 2.S = 1,4 + 2.0,004 1,408 mV = 2,6.0,785.(1,408 2 -1,4 2 ) = 0,046 (𝑚 3 ) Vậy m5= 0,046.7900 = 363,4 (kg)
Khối lượng nắp buồng bốc:
Tra bảng XIII.11 [4 – 384] ta có khối lượng của nắp elip”m 6 = 106.1,01 = 107,06 kg
Khối lượng phần nón cụt
Chọn chiều dày phần nón cụt bằng chiều dày buồng bốc: S= 4mm
Lấy tiết diện ống tuần hoàn bằng 10% tổng diện tích các ống truyền nhiệt ( lấy theo kinh nghiệm )
A: Tiết diện trong ống tuần hoàn dtr: Đường kính trong của ông truyền nhiệt, dtr 0,034mn: Số ống truyền nhiệt, n7 ống
Chiều cao hình nón cụt:
𝜌.ℎ.(𝑅 2 +𝑟 2 +𝑅.𝑟)3 h: chiều cao phần nón cụt
R,r: bán kính 2 đáy của nón cụt
Khối lượng 4 bích ghép nắp, thân và đáy buồng đốt m8= 4.ρ.V (kg) Trong đó:
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T,𝜌y00kg/m 3
4.(𝐷 2 −𝐷 2 0−𝑧.𝑑 2 𝑏)(m 3 ): h: chiều cao các bích Chọn h = 0,026 m-> V = 0,026.0,785.(1,14 2 – 1,013 2 – 28.0.02 2 )
Khối lượng 2 mặt bích ghép nắp và đáy buồng bốc m9= 2.ρ.V (kg) Trong đó:
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T,𝜌y00kg/m 3 -𝑉=ℎ 𝜌
Vậy tổng khối lượng nồi khi chưa tính bu lông, đai ốc là:
G: là gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s 2 )
3.2.2 TínhG nd a Thể tích không gian buồng đốt và buồng bốc:
- h b : chiều cao buồng bốc, hb=2.6(m)
- D trbb : đường kính trong buồng bốc, Dtrbb=1,4(m)
- h d : chiều cao buồng đốt, hd= 6,2(m)
- D trbd : đường kính trong buồng đốt, Dtrbd=1(m)
Khối lượng nước chứa đầy trong nồi là:
Khối lượng nồi khi thử thủy lực là:
Ta chọn số tai treo và chân đỡ là 8, khi đó tải trọng một tai treo, chân đỡ phải chịu là:
Tra bảng XIII.36 tai treo thiết bị thẳng đứng [4-438]
Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10 -4 , N 2,5
Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10 -6 (N) 1,45
Khối lượng một tai treo, kg 3,48
Tra bảng XIII.35 [4 – 437] Chân thép đối với thiết bị thẳng đứng:
Tải trọng cho phép 1 chân đỡ G.10 4 N
Ta chọn kính quan sát làm bằng thủy tinh silicat dày: δ = 15mm, đường kính d 200mm Áp suất làm việc nhỏ hơn 6 at.
Chọn bích kiểu 1, bảng XIII.26 [2 – 415], bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị:
Dy( mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích
Ta chọn kính quan sát làm bằng thủy tinh silicat dày: δ = 15mm, đường kính d 300mm Áp suất làm việc nhỏ hơn 6 at.
Chọn bích kiểu 1, bảng XIII.26 [2 – 415], bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị:
Dy( mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích
Bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị được tính theo công thức:
- t T2 : nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí, khoảng 40 – 50oC, chọn tT2E o C
Nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp giáp với bề mặt thiết bị, ký hiệu tT1, gần như tương đương với nhiệt độ hơi đốt, tT11, khoảng 1 oC, do trở lực của tường trong thiết bị rất nhỏ so với trở lực của lớp cách nhiệt.
-tkk: nhiệt độ môi trường xung quanh Tra bảng VII.1 [4 – 97], chọn tkk= 23,4oC, lấynhiệt độ trung bình cả năm tại Hà Nội.
- 𝜌c: hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhiệt, chọn vật liệu lớp cách nhiệt là sợi bông thủy tinh:𝜌𝑐= 0,0372 W/m.độ (bảng PL.14 [1 –348])
-𝜌𝑛: hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến khôngkhí:
Thay số vào ta có: λ 𝑐 (t 𝑇1 − t 𝑇2 ) 0,0372(151,1 − 45) δ 𝑐 = α 𝑛 (t 𝑇
Các thông số kỹ thuật của hệ thống thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài với dung dịch KNO3
Nồng độ dung dịch Đầu 5
Lượng hơi đốt đi vào nồi 1 4615,61 kg/h Lượng hơi thứ bốc ra
Nhiệt độ sôi của dung dịch
Hiệu số nhiệt hữu ích
Bề mặt truyền nhiệt Nồi 2 85,30
Buồng đốt Đường kính trong 1000
Chiều dày lưới đỡ ống 12
Chiều dày đáy lồi buồng đốt 5
Chiều dày ống truyền nhiệt
Buồng bốc Đường kính trong 1400
Chiều dày nắp buồng bốc 5
Kính quan sát có đường kính trong 300 mm, ống dẫn hơi đốt có đường kính trong 150 mm, ống dẫn dung dịch vào có đường kính trong 70 mm, ống dẫn dung dịch ra cũng có đường kính trong 70 mm, ống dẫn hơi thứ ra có đường kính trong 250 mm, và ống tháo nước ngưng có đường kính trong 40 mm.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊPHỤ
Thiết bị ngưngtụbaromet
Hơithứsaukhiđirakhỏinồicôđặccuốicùngđượcdẫnvàothiếtbịngưngtụbaromet đểthuhồilượngnướctronghơi,đồngthờitáchkhíkhôngngưngdungdịchmangvàohoặc do khe hở của thiết bị Hơi vào thiết bị ngưng tụ đi từ dưới lên, nước lạnh, nước ngưng tụ chảy xuống ốngbaromet.
Hệthốngthiếtbị:Chọnthiếtbịngưngtụbaromet-thiếtbịngưngtụtrựctiếploạikhô ngược chiều châncao.
Trong thân 1 gồm có những tấm ngăn hình bán nguyệt.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ trực tiếp là phun nước lạnh vào hơi, giúp hơi tỏa nhiệt làm nóng nước và sau đó ngưng tụ lại Thiết bị này chỉ thích hợp để ngưng tụ hơi nước hoặc hơi của các chất lỏng không có giá trị hoặc không tan trong nước, vì các chất lỏng này sẽ trộn lẫn với nước làm nguội.
Thiết bị ngưng tụ baromet ngược chiều loại khô được mô tả với cấu trúc thân hình trụ có gắn các tấm ngăn hình bán nguyệt và ống baromet để tháo nước và chất lỏng ngưng tụ ra ngoài Hơi vào thiết bị từ dưới lên, trong khi nước chảy từ trên xuống và tràn qua các tấm ngăn, một phần chui qua các lỗ nhỏ của tấm ngăn Hỗn hợp nước và chất lỏng ngưng tụ chảy xuống ống baromet, trong khi khí không ngưng được thu hồi và tập trung chảy xuống ống baromet Khí không ngưng được hút ra từ phía trên bằng bơm chân không, và ống baromet thường có chiều cao lớn hơn 11 m để đảm bảo rằng khi độ chân không trong thiết bị tăng, nước không dâng lên ngập thiết bị.
Loại này có ưu điểm là nước tự chảy ra mà không cần bơm nên tốn ít năng lượng, năng suất lớn.
Trongcôngnghiệphóachất,thiếtbịngưngtụbarometchâncaongượcchiềuloạikhô thườngđượcsửdụngtronghệthốngcôđặcnhiềunồi,đặtởvịtrícuốihệthốngvìnồicuối thường làm việc ở áp suất chânkhông
Các số liệu cần biết:
- Hơi thứ ở nồi cuối trong hệ thống cô đặc: W 2 B85,15kg/h
- Áp suất ở thiết bị ngưng tụ: p ng = 0,2 at => Tng= 59,7o C
- Các thông số vật lý của hơi thứ ra khỏi nồi cuối của hệthống:t 2’ `,7oC i2’= 2608444(J/kg.độ) p2’=0,21at r2’= 2355556(J/kg.độ)
1.1 Tínhtoán lượng hơi nước ngưngtụ
Để tính toán lượng nước lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ, ta sử dụng công thức Gn = W * (i2 - i1) / (t2c - t2đ), với Gn là lượng nước lạnh (kg/s) và W là lượng hơi ngưng tụ (kg/s) Nhiệt lượng riêng của hơi ngưng là i, được tính bằng J/kg Trong trường hợp này, nhiệt độ đầu vào của nước lạnh được chọn là t2đ = 25oC và nhiệt độ đầu ra là t2c = 50oC.
=>Nhiệt độ trung bình:ttb= 𝑡 2đ +𝑡 2𝑐
Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ Tra theo nhiệt độ trung bình I.147 [3 – 165]: Cn(tại 37,5oC) = 4181,04 (J/kg.độ)
1.2 Tínhđường kính trong của thiết bị ngưngtụ
Dtr: đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, m
W2: lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s, W2 = 4258,15 (kg/h)ρh: khối lượng riêng của hơi ngưng tụ ở 59,7 oC.
Trong bảng I.250, ρh được xác định là 0,1286 kg/m3, trong khi ωh, tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ, phụ thuộc vào cách phân phối nước và kích thước của các tia nước Khi tính toán với áp suất làm việc là 0,2 at, giá trị ωh có thể được chọn là 35 m/s.
0,1286.35 = 0,711𝑚 Quy chuẩn theo bảng VI.8 [4-88], Dtr= 800 mm
Chiều rộng tấm ngăn có dạng hình viên phân b xác định theo công thức:
Dtr: đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, mm b= 800+50E0mm2 -Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ.
-Nước làm nguội là nước sạch nên lấy đường kính lỗ là dlỗ= 2mm.
-Chiều dày tấm ngăn chọn𝜌= 4mm.
-Chiều cao gờ cạnh tấm ngăn = 40mm ωc: tốc độ của tia nước, m/s Khi chiều cao của gờ tấm ngăn là 40 mm,ωc tụ:
= 0,62 m/s Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ bề mặt cắt ngang của thiết bị ngưng
= 3600.0,62 = 0,044 m 2 Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, bước của các lỗ được xác định theo công thức VI.55
Đường kính của lỗ đĩa được chọn là dlỗ = 2mm Tỉ số giữa tổng diện tích tiết diện của các lỗ và diện tích tiết diện trung bình f tb của thiết bị ngưng tụ thường nằm trong khoảng 0,025 đến 0,1 Trong trường hợp này, chúng ta chọn tỉ số (f) = 0,03 f tb.
1.4 Tínhchiều cao của thiết bị ngưngtụ
Chiều cao thiết bị ngưng tụ phụ thuộc mức độ đun nóng Mức độ đun nóng được xác định theo công thức: t 2c − t 2đ
𝑡 2𝑐 ,𝑡 2đ :là nhiệt độ đầu và cuối của nước làm lạnh,oC
𝑡 𝑏ℎ : là nhiệt độ của hơi nước bão hòa ngưng tụ,oC t 2c −t 2đ 50−20 β= bh−t 2đ 59,7−25=0,72 Dựa vào mức độ đun nóng với điều kiện lỗ dlỗ= 2mm, tra bảng VI.7 [2-86] Quy chuẩn𝜌= 0,727
Thời gian rơi qua một bậc (s)
Mức độ đun nóng Đường kính tia nước (mm) f t t
Trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên, thể tích của nó sẽ giảm dần, vì vậy khoảng cách hợp lý giữa các ngăn cũng nên giảm theo chiều từ dưới lên, khoảng 50mm cho mỗi ngăn Với 8 ngăn như bảng đã cho, khoảng cách trung bình giữa các ngăn là 300mm Chúng ta chọn khoảng cách giữa hai ngăn dưới cùng là 400mm.
Chiều cao hữu ích của thiết bị ngưng tụ sẽ là:
1.5 Tínhkích thước đường kính trong ốngbaromet Đường kính ống Baromet được xác định theo công thức VI.57 [2 – 86]:
𝜔: tốc độ của hỗn hợp nước làm lạnh và nước ngưng chảy trong ống Baromet, m/ sLấyω=0,5m/s d =√ 0,004 (98365,06 +4285,13)
Xác định chiều cao ống baromet theo công thức VI.58 [2 –
86]:H = h 1 + h2+0,5 (m) Trong đó: h1: chiều cao cột nước trong ống Baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khíquyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ.
760(m) Trong đó Pcklà độ chân không trong thiết bị ngưng tụ:
760 =8,33𝑚 h2: chiều cao cột nước trong ống Baromet để khôi phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống Theo công thức VI.61 [2 – 87]: ω 2 H
Trong đó: h 2 2g.(2,5+λ. d),m d: đường kính trong ống baromet, d = 0,27 (m)
𝜌: hệ số trở lực ma sát khi nước chảy trongống
𝑑 𝑡𝑏 𝜌 𝜌𝑡𝑏: khối lượng riêng lỏng tại ttb= 37,5oC
Tra bảng I.102 [1-94] và nội suy tại 37,5 oC ta có:𝜌= 0,6881.10 -
3(N/m2)Tra bảng I.249 [1-310] và nội suy tại 37,5 oC ta có:𝜌𝑡𝑏= 993,1 (kg/ m3 )
1.7 Tính lượng hơi và nướcngưng
Lượng không khí cần hút:
Gn: lượng nước làm nguội tưới vào thiết bị ngưng tụ, kg/h
W2: lượng hơi nước vào thiết bị ngưng tụ, kg/h
Gkk= (0,000025+0,01).4285,13+ 0,000025.98365,06= 45,42 (kg/h) Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:
Nhiệt độ không khí đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô được tính theo công thức tkk = t2d + 4 + 0,1(t2c – t2d) Với t2d = 25°C và t2c = 50°C, ta có tkk = 31,5°C Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ tkk được xác định bằng ph = 0,0475.9.81.104 (N/m²) với tkk = 31,5°C.
Tính toán bơmchânkhông
Công suất của bơm chân không tính theo côngthức: m−1
) p 1 m − 1] m: chỉ số đa biến, chọn m = 1,25 pk= png– ph= 0,2 – 0,0475 = 0,1525(at) p1= png= 0,2 at p2: áp suất khí quyển, p2= 1 at η: hiệu suất,η= 0,65
Dựa vào Nb chọn bơm theo quy chuẩn ở bảng II.58 [1 – 513], bơm chân không vòng nước PMK ta chọn được bơm PMK-1 với các thông số:
+ Số vòng quay: 1450 vòng/phút
+ Công suất yêu cầu trên trục bơm: 3,75 kW
+ Công suất động cơ điện: 4,5 kW
Thiết bị gia nhiệt hỗnhợpđầu
Để đun nóng hỗn hợp đầu, thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm đứng sử dụng hơi nước bão hòa với áp suất tuyệt đối p = 5,0 at Nhiệt độ của hơi nước bão hòa tại áp suất này đạt 151,1oC, theo bảng I.251[1 – 314].
Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với các thông số (bảng V.10 [2 – 44]):
Bề mặt truyền nhiệt trên một đơn vị thể tích: 15 – 40 m 2 /m 3
Lượng kim loại cần cho một đơn vị tải nhiệt: 1
Lượng kim loại cần cho một đơn vị bề mặt đốt: 30 – 80 kg/ m 2 Đường kính trong của ống: d = 0,032m
Dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống.
Chọn loại ống thép X18H10T đường kính d = 322 mm, L = 3m
Yêu cầu thiết kế quan trọng nhất trong việc phát triển thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là xác định bề mặt truyền nhiệt Bên cạnh đó, cần xác định các thông số khác như đường kính, chiều cao, số lượng ống và số ngăn của thiết bị.
Diện tích bề mặt truyền nhiệt được xác định thông qua phương trình cơ bản của truyền nhiệt
-F: Lưu lượng hỗn hợp đầu F = 10800 (kg/h)
-Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp Cp= C0= 3976,7 (J/kg.độ)
-tF: Nhiệt độ cuối của dung dịch, tF= tso= 116,04 (oC)
-tf: Nhiệt độ đầu của dung dịch, lấy bằng nhiệt độ môi trường, tf= 25
(oC)Thay số vào ta có nhiệt lượng trao đổi của dung dịch là:
Do ∆tđ/∆tc= 3,6> 2 nên nhiệt độ trung bình của hai lưu thể là:
𝑙𝑛∆𝑡 𝑐 𝑙𝑛 35,06 Hơi đốt có nhiệt độ trung bình t1tb= 151,1oC
Phía hỗn hợp: t2tb= t1tb– ∆ttb= 151,1 -71,12 = 79,98oC
3.2.1.Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưngtụ:
) 𝐻 [𝑊/𝑚 độ] r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa r = 2117000 (J/kg)
∆𝑡1:chênhlệchnhiệtđộgiữanhiệtđộhơiđốtvànhiệtđộthànhốngtruyềnnhiệt, H: chiều cao ống truyền nhiệt, H =3m
A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng Giả thiết∆t1= 3,9℃=> tT1= tbh-∆t1= 151,1 – 3,9 = 147,2℃
Hệ số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm= 0,5 (tT1+∆t1) = 0,5 (146,5 + 151,1)
9,15℃nội suy theo bảng số liệu [3 – 29] ta có A = 195,37
3.2.2 Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưngtụ: q1=α1.∆t1
3.2.3 Hệ số cấp nhiệt về phía hỗn hợp chảyxoáy
Prtlà chuẩn số Pran của hỗn hợp lỏng được xác định dựa trên nhiệt độ trung bình của tường Hệ số hiệu chỉnh ε 1 được sử dụng để tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài l và đường kính d của ống.
Pr t thể hiện ảnh hưởng của dòng nhiệt (đun nóng hay làm nguội) Khi chênh lệch nhiệt độ giữa tường và dòng nhỏ thì( Pr ) 0,25 ≈1 [3 – 15]
Pr t a, Tính chuẩn số Pr
+ Cplà nhiệt dung riêng đẳng áp của hỗn hợp đầu tại t2tb= 79,89℃.
+μlà độ nhớt động lực của hỗn hợp ở t2tb= 79,89℃.
+λ: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch
Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là nước, t1= 20oC; t2 30oCTra bảng I.107 [1-100] và nội suy ta có: t1= 20oC, x = 5% → μ11= 0,98 10−3[N.s/m2] t2= 30oC, x = 5% → μ21= 0,8 10−3[N.s/m2]
Tra bảng I.102 [1-94] và nội suy ta có: μ11= 0,98 10−3[N.s/m2] → θ11= 21,05oC μ21= 0,8 10−3[N.s/m2] → θ21= 30,04oC
Tại ts1= 116,04oC, dung dịch có độ nhớt là μdd1tương ứng với đột nhớt của nước có nhiệt độ là θ31:
Tra bảng I.102 [1-95] và nội suy với θ31= 105,07oC ta được μdd1= 0,2632 10-3[N.s/m2]
- Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch xác định theo công thức p √
+Cplànhiệtdungriêngđẳngápcủahỗnhợpđầutạittb=79,89℃.Đãtínhđược Cp= 3976,7 (J/ kg.độ)
+ρlà khối lượng riêng của hỗn hợp lỏngρ= 1000,125 (kg/m 3 ) [bảng I.46-1-42] + M là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu
M = MKNO3 NKNO3+ MH2O NH2O= 101 NKNO3+ 18 (1 –NKNO3)
NKNO3: Phần mol của KNO3trong dung dịch
Thay vào công thức trên ta có:
M1= 101.0,0093+ 18 (1-0,0093) = 18,77 + A là hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng A = 3,58 10 -8 [2 – 123]
3.2.4 Hiệu số nhiệt độ ở 2 phía thànhống:
∆tT= tT1− tT2= q1 ∑ rTrong đó: tT1, tT2: nhiệt độ thành ống hơi nước và về phía hỗn hợp r1; r2: nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống.
Tra bảng II.V.1 [2-4]: r1 = 0,000387 [m 2 độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch r2 = 0,000232 [m 2 độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía hơi bão hòa
𝜌: bề dày ống truyền nhiệt,𝜌= 2 10−3(𝑚)
∑ r: tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt: Ống dẫn nhiệt làm bằng vật liệu X18H10T có λ = 16,3 W/m.độ
Pr = C p μ λ Khi chênh lệch nhiệt độ giữa tường vào dòng nhỏ thì 𝑃𝑟 = 1
3.2.6 Nhiệt tải riêng về phía dungdịch: q2=𝜌2 ∆𝑡2= 742,86 43,42 = 32255,09 (W/m2) Kiểm tra saisố:
32058,00 Sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giảthiết
3.3 Xác định diện tích bề mặt truyềnnhiệt
Diện tích bề mặt truyền nhiệt xác định thông qua phương trình cơ bản của truyền nhiệt
Q = K F.∆𝑡 𝑡𝑏 Chọn giá trịα1= 6548,4 (W/m2 độ) và lượng nhiệt truyền cho 1m2ống truyền nhiệt là: ω= t qtb= 𝑞 1+ 𝑞 2
Ho ặc cũng có thể tính thông qua nhiệt tải riêng qtb= 𝑄 = K.∆t
3.4 Xác định số ống, cách sắp xếp ống trong thiết bị trao đổinhiệt
Số ống của thiết bị trao đổi nhiệt được xác định theo công thức n = 𝐹
+ F = 34 m 2 là tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
+ f =𝜌 d h0: là diện tích xung quanh của một ống truyền nhiệt, m2
+ h0= 3 m là chiều cao ống truyền nhiệt
Chọn sắp xếp ống theo hình 6 cạnh Quy chuẩn theo bảng số liệu V.II [3 – 48] ta có
- Tổng số ống của thiết bị là n = 127(ống)
- Số hình 6 cạnh là 6hình
- Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là b = 13ống
- Số ống trên 1 cạnh của hình 6cạnh a = 0,5 (b + 1) = 7ống Vận tốc lỏng chảy trong ống cần đạt
+ Gđlà lưu lượng thể tích chất lỏng (m3)
+ dt= 0,033 m là đường kính trong của 1 ống
+ Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng tại ttb= 71,12℃là𝜌= 1001,125 (kg/m3)
Ta phải chia ngăn để quá trình cấp nhiệt diễn ra ở chế độ xoáy.
Số ngăn của thiết bị là
𝑥 = ω t 0,082 ω = 0,029 = 3 𝑛𝑔ă𝑛 Vậy chia không gian trong ống thành 3 ngăn
3.5 Đường kính trong của thiếtbị. Đường kính trong của thiết bị được xác định theo công thức
+ d = dn= 36 mm là đường kính ngoài của ống truyền nhiệt + t là bước ống thường t = (1,2 – 1,5) d.
Trong quá trình hoàn thành nhiệm vụ thiết kế, tôi đã nỗ lực tìm đọc và tham khảo một số tài liệu quan trọng, nhờ sự hỗ trợ của cô Đặng Thị Tuyết Ngân cùng các thầy cô giáo trong bộ môn “Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học” Qua trải nghiệm này, tôi đã rút ra được một số nhận xét quý giá.
Việc tính toán hệ thống cô đặc là một quá trình phức tạp và tỉ mỉ, đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức sâu rộng về quy trình cô đặc, cũng như hiểu biết về các thiết bị phụ trợ và các quy định trong bản vẽ kỹ thuật.
Các công thức tính toán hiện nay không còn bị giới hạn như các môn học khác, mà thay vào đó, chúng dựa trên các giả thuyết về điều kiện và chế độ làm việc của thiết bị Do đó, khi thiết kế, người kỹ sư đã tính toán đến một số ảnh hưởng từ điều kiện thực tế, giúp hệ thống hoạt động với độ ổn định cao hơn.
Việc thiết kế đồ án môn quá trình thiết bị không chỉ giúp củng cố kiến thức về quá trình cô đặc mà còn nâng cao hiểu biết về các quá trình khác Qua đó, chúng em phát triển kỹ năng tra cứu, tính toán và xử lý số liệu, đồng thời trình bày thông tin một cách khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.
Thiết kế đồ án môn học "Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học" mang lại cơ hội quý báu cho sinh viên ngành hóa, giúp họ làm quen với công việc của kỹ sư hóa chất Điều này không chỉ nâng cao kiến thức chuyên môn mà còn phát triển kỹ năng thực tiễn cần thiết trong ngành.
Mặc dù đã nỗ lực hoàn thành thiết kế, nhưng do hạn chế về tài liệu và ảnh hưởng của dịch Covid-19, cùng với những thiếu sót về nhận thức và kinh nghiệm thực tế của bản thân, em không thể tránh khỏi những khuyết điểm trong quá trình thực hiện Em rất mong nhận được sự hướng dẫn và hỗ trợ từ các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!