Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác. Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaOH vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó. Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần. Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều, buồng đốt ngoài thẳng đứng, làm việc liên tục ở áp suất chân không, cô đặc dung dịch NaOH từ 4,5% lên 13% Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹ thuật cụ thể. Tuy nhiên, quá trình thiết bị là các môn học rất khó và kiến thức thực tế của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các anh chị năm trước để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC I. Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH) Tính chất vật lí và hóa học của NaOH: Natri hydroxyt là khối tinh thể không trong suốt có màu trắng, không mùi. Dễ tan trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete. NaOH có trọng lượng riêng 2,02. Độ pH là 13,5. Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ± 0,9oC. Nhiệt độ sôi 1388oC. Hấp thụ nhanh CO2 và nước của không khí, chảy rữa và biến thành Na2CO3. NaOH là một bazơ mạnh; có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao; trong quá trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động. Ngoài ra, NaOH có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần phải dùng nước lạnh. Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH.H2O, NaOH.3H2O và NaOH.2H2O. Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn khi chúng nóng chảy. Điều chế và ứng dụng: Trong phòng thí nghiệm: + Natri tác dụng với nước 2Na + 2H2O > 2NaOH + H2 + Natri oxit với nước 2NaO + H2O > 2NaOH Trong công nghiệp: Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch natri cacbonat loãng và nóng: Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2NaOH + CaCO3 Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa: 2NaCl + 2H2O dòng điện Cl2 + H2 + 2NaOH NaOH được dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất xà phòng, giấy và tơ nhân tạo, tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, chế phẩm nhuộm và dược phẩm, làm khô các khí và là thuốc thử rất thông dụng trong phòng thí nghiệm hóa học II. Sơ lược về quá trình cô đặc
ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác. Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaOH vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó. Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần. Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều, buồng đốt ngoài thẳng đứng, làm việc liên tục ở áp suất chân không, cô đặc dung dịch NaOH từ 4,5% lên 13% Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹ thuật cụ thể. Tuy nhiên, quá trình thiết bị là các môn học rất khó và kiến thức thực tế của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các anh chị năm trước để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao. 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC I. Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH) Tính chất vật lí và hóa học của NaOH: Natri hydroxyt là khối tinh thể không trong suốt có màu trắng, không mùi. Dễ tan trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete. NaOH có trọng lượng riêng 2,02. Độ pH là 13,5. Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ± 0,9 o C. Nhiệt độ sôi 1388 o C. Hấp thụ nhanh CO 2 và nước của không khí, chảy rữa và biến thành Na 2 CO 3 . NaOH là một bazơ mạnh; có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao; trong quá trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động. Ngoài ra, NaOH có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần phải dùng nước lạnh. Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH.H 2 O, NaOH.3H 2 O và NaOH.2H 2 O. Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn khi chúng nóng chảy. Điều chế và ứng dụng: Trong phòng thí nghiệm: + Natri tác dụng với nước 2Na + 2H 2 O > 2NaOH + H 2 + Natri oxit với nước 2NaO + H 2 O > 2NaOH Trong công nghiệp: Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch natri cacbonat loãng và nóng: Ca(OH) 2 + Na 2 CO 3 = 2NaOH + CaCO 3 Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa: 2NaCl + 2H 2 O dòng điện Cl 2 + H 2 + 2NaOH NaOH được dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất xà phòng, giấy và tơ nhân tạo, tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, chế phẩm nhuộm và dược phẩm, làm khô các khí và là thuốc thử rất thông dụng trong phòng thí nghiệm hóa học II.Sơ lược về quá trình cô đặc Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích: 2 - Làm tăng nồng độ chất tan. - Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể. - Thu dung môi ở dạng nguyên chất. Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó: Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì nhiệt. Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác. Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế. Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dùng chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp. Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đung nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ. Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi làm việc gián đọan hoặc liên tục. Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt. Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba hơi thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên. Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói 3 cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển. Hệ thống cô đặc xuôi chiều thường được dùng phổ biến hơn cả, loại này có ưu điểm là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau do đó dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi do đó cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ. Khuyết điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối. Cấu tạo thiết bị cô đặc: Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, loại này gồm 2 phần chính: a) Bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đó bố trí bề mặt truyền nhiệt để đun sôi dung dịch. b) Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi) là một phòng trống, ở đây hơi thứ được tách khỏi hỗn hợp lỏng – hơi của dung dịch sôi (khác với các thiết bị chỉ có phòng đốt). Tùy theo mức độ cần thiết người ta có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi – lỏng ở trong phòng bốc hơi hoặc trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồi các hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo. Về phân loại có thể phân loại thiết bị theo 2 cách: - Theo sự phân bố bề mặt truyền nhiệt có loại nằm ngang, thẳng đứng, loại nghiêng. - Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt có loại vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm. - Theo chất tải nhiệt có loại đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi nước, bằng chất tải nhiệt đặc biệt. - Theo tính tuần hoàn dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức, 4 Lựa chọn thiết bị: Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 2 nồi, làm việc liên tục, có ống tuần hoàn ngoài buồng đốt ngoài đối lưu tự nhiên. Thiết bị cô đặc dạng có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chửa, làm sạch. Đồng thời, có thể tận dụng triệt để nguồn hơi. Quá trình cô đặc được tiến hành ở áp suất chân không nhằm làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế những biến đổi của chất tan. Tuy nhiên, tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp, vận tốc tuần hoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng. Sơ đồ thiết minh quy trình công nghệ: Quá trình cô đặc 2 nồi ngược chiều buồng đốt ngoài là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt. Dung dịch ban đầu trong thùng chứa(13) được bơm ly tâm (14) bơm lên thùng cao vị (1) qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế sau đó vào thiết bị gia nhiệt (2). Tại thiết bị gia nhiệt (2) dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của nồi 2. Dung dịch sau đó được đưa vào buồng đốt ngoài (4) của nồi 2. Tại nồi 2 dung dịch NaOH bốc hơi một phần tại buồng bốc (5), hơi thứ thoát lên qua thiết bị ngưng tụ (7), được ngưng tụ còn lượng khí không ngưng còn lại được bơm chân không hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt (8). Còn sản phẩm được bơm vào nồi 1 để tiếp tục quá trình cô đặc, khi đến nồng độ yêu cầu thì được đưa ra ngoài vào bể chứa sản phẩm(12) Ở nồi 1 hơi đốt được cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt chính là hơi thứ của nồi 1. 5 Chương 2 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ I. Tính cân bằng vật liệu: Thông số và số liệu ban đầu: Dung dịch cô đặc: NaOH Nồng độ dung dịch đầu: 4,5% Nồng độ dung dịch cuối: 13% Năng suất ban đầu của dung dịch: 32000 kg/h 1.1 Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch thay đổi từ x d đến x c Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống: G đ = G c + W (1) Trong đó: G đ , G c là lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h) W: lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h) Viết cho cấu tử phân bố: G đ .x đ = G c .x c + W.x w Trong đó: x đ , x c là nồng độ của dung dịch vào ở nồi đầu và ra ở nồi cuối (% khối lượng) xem lượng hơi thứ không mất mát ta có: G đ .x đ = G c x c (2) Vậy lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống: W=G d (1- d c x x ) = 32000.(1- 4,5 13 ) = 20923,08 (kg/h) Trong đó: G d : lượng dung dịch ban đầu X d , X c : nồng độ đầu, cuối của dung dịch (% khối lượng) 1.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch ở từng nồi Ta có: W= W 1 + W 2 Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp Giả sử chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và 2 là : 1,1 2 1 = W W Khi đó ta có hệ phương trình: 6 1 2 1 2 1,1 20923,08 W W W W = + = Giải hệ trên ta có kết quả: W 1 = 10959,711 kg/h W 2 = 9963,369 kg/h Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1: X 1 = 1 2 ( ) d d d G X G W W− + = 32000 4,5 32000 (10959,711 9963,3) × − + = 13% Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2: X 2 = 1 d d d G X G W− = 32000 4,5 32000 10959,711 × − =6,844% Trong đó: X 1, X 2 : nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi (% khối lượng) W 1 , W 2 : lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi (kg/h) G d : lượng dung dịch đầu (kg/h) X d : nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng) II. Cân bằng nhiệt lượng 2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồi Gọi P 1 , P 2 , P nt là áp suất ở nồi 1, 2, và thiết bị ngưng tụ. ∆P 1 : hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2. ∆P 2 : hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ. ∆P t : hiệu số áp suất của cả hệ thống. Giả sử chọn: Áp suất của hơi đốt vào nồi 1: P 1 =3,34 at Áp suất của thiết bị ngưng tụ Baromet: P nt = 0,36 at Khi đó hệ số áp suất cho cả hệ thống cô đặc là: ∆P t = P 1 -P nt = 3,34- 0,36 = 2,98at Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là: 1 2 P P ∆ ∆ = 1,6 Kết hợp với phương trình ∆P 1 +∆P 2 = ∆P t = 2,98at Suy ra: ∆P 1 = 1,834(at) ∆P 2 = 1,146 (at) P 2 = P 1 - ∆P 1 = 3,34- 1,834= 1,506 (at) 7 2.2 Xác định nhiệt độ trong mỗi nồi Gọi: t hd1 , t hd2 , t nt là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ. t ht1 , t ht2 là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2. Giả sử tổn thất nhiệt độ trên đường ống từ nồi 1 sang nồi 2 là 1 0 C t ht1 = t hd2 + 1 t ht2 = t nt + 1 Tra bảng : I. 250, STQTTB, T1/ Trang 312. I. 251, STQTTB, T1/ Trang 314. Bảng 2.1: Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) của các dòng hơi. Loại Nồi 1 Nồi 2 Tháp ngưng tụ Áp suất (at) Nhiệt độ ( o C) Áp suất (at) Nhiệt độ ( o C) Áp suất (at) Nhiệt độ ( o C) Hơi đốt 3,34 137,422 1,506 111,088 Hơi thứ 1,556 112,088 0,345 73,72 2.3 Xác định tổn thất nhiệt độ Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm: tổn thất do đường ống, tổn thất do áp suất thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống. 2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra (∆’) Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất. Hiệu số nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra. Ta có: ∆'= t 0 sdd - t 0 sdmnc (ở cùng áp suất) Áp dụng công thức Tisenco: ∆'= ∆' o . f Với f =16,2 × Trong đó ∆' o : tổn thất nhiệt độ do t sdd > t sdm ở áp suất thường f: hệ số hiệu chỉnh T s : là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ( o K). r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất làm việc (J/kg). 8 Bảng 2.2: Tra bảng VI.2, STQTTB, T2/Trang 67 Nồi 1 Nồi 2 Nồng độ dung dịch (% khối lượng) 13 6,844 ∆' o ( o C) 4,12 1,664 Bảng 2.3: Tra bảng I.251, STQTTB, T1/Trang 314 Nồi 1 Nồi 2 Áp suất hơi thứ (at) 1,556 0,345 Nhiệt hóa hơi r (J/kg) 2229,167.10 3 2325,776.10 3 Nồi 1: ∆' 1 = ∆' 0 × 16,2 × 2 1 ( 273) s T r + = 4,12 × 16,2 × 2 3 (112,088 273) 2229,167.10 + = 4,44 0 C Nồi 2: ∆' 2 = ∆' 0 × 16,2 × 2 2 (73,72 273) r + = 1,664 × 16,2 × 2 3 (73,72 273) 2325,987.10 + = 1,393 0 C Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn hệ thống: ∆'= ∆' 1 +∆' 2 = 4,44+ 1,393= 5,833 0 C 2.3.2 Tổn thất nhiệt 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 áp suất thủy tĩnh tăng cao): Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc: g h hPP ddstb ⋅+∆+= ρ ) 2 ( 0 (N/m 2 ) Hay 0 . 4 ( ) 2 9,81.10 tb dds h g P P h ρ = + ∆ + (at) Trong đó: P 0 : áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch (N/m 2 ) ∆h : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch (m) h : chiều cao ống truyền nhiệt (m) dds ρ : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m 3 ) g :gia tốc trọng trường (m/s 2 ), g=9,81 m/s 2 Vậy ta có: ∆ " = t tb – t 0 , độ; Ở đây: t tb - nhiệt độ sôi dung dịch ứng với áp suất p tb , 0 C; t 0 - nhiệt độ sôi của dung môi ứng với áp suất p 0 , 0 C. 9 Bảng 2.4: Tra bảng I.22 STQTTB T1/34 Nồi i x% p 0 (at) t o ( 0 C) ρ dd ρ dds 1 13 1,556 112,088 1095,8 547,9 2 6,844 0,345 73,72 1030,546 515,273 Hơi đốt 3,34 137,422 Chọn h= 4 m (cho cả 2 nồi) ∆h= 0,5 m (cho cả 2 nồi) Áp suất thủy tĩnh của từng nồi: Nồi 1: 1 0 ( ) 2 tb dds h P P h g ρ = + ∆ + (N/m 2 ) 1 1 0 4 4 4 ( ) (0,5 ) 547,9 9,81 2 2 1,556 1,694 9,81.10 9,81.10 dds tb h h g P P at ρ ∆ + + × × = + = + = Nồi 2: 2 0 ( ) 2 tb dds h P P h g ρ = + ∆ + (N/m 2 ) 2 2 0 4 4 4 ( ) (0,5 ) 515,273 9,81 2 2 0,345 0,474 9,81.10 9,81.10 dds tb h h g P P at ρ ∆ + + × × = + = + = Để tính t 0 s của dung dịch NaOH ứng với P tb thì ta dùng công thức BaBo ( ) t s P K P = Trong đó: P: áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất. P s : áp suất hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất thường Tra STQTTB 1 /236 & 311. Nồng độ của dung dịch ở nồi 1: 13%; nhiệt độ sôi t 0 s =104,301 0 C cũng ở nhiệt độ đó áp suất hơi bão hòa của nước là 1,204 at. Nồi 1: 1 1,204 1,21 s s P P P P = ⇒ = P= P tb1 ⇒ P s1 = 1,204 × 1,649= 2,039at ⇒ t 0 tb1 = 120,61 0 C P=P 0 ⇒ P os1 = 1,204 × 1,556= 1,874 at ⇒ t 0 s1 = 118,19 at ⇒ ∆" 1 = t 0 tb1 - t 0 s = 120,61- 118,19= 2,42 0 C Tra STQTTB 1 /236 & 311. 10 [...]... và nồi 2 i1, i2: hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg) Cđ, Cc: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối (J/kg.độ) tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch 0C θ1, θ2: nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 0C Cng1,Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 0C Qtt1, Qtt2: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2(W) * Nhiệt lượng vào gồm có: Nồi 1: - Nhiệt do hơi đốt. .. Nhiệt dung riêng đầu có nồng độ xđ= 4,5% Cd= 4186.(1-0,045)= 3997,63 J/kg.độ 11 Nồi 1: x1= 13% C1= 4186(1-0,13)= 3641,82 J/kg.độ Nồi 2: x2= 6,8% C2= 4186(1-0,06844)= 3899,51 J/kg.độ 2.5 Nhiệt lượng riêng Gọi: D1, D2: lượng hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2 (kg/h) Gđ, Gc lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h) W, W1, W2: lượng hơi thứ bốc lên ở cả hệ thống và từng nồi (kg/h) I1, I2: hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1... Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 STQTTB T2/ trang 365 Dt + ( S − C ) Po σ c ≤ σ= (N/m2) 2( S − C ) ϕ 1, 2 Với P0= 1,5.1,556.98100+9,81.547,9.4,5= 253152,445 (N/m2) 2, 4 + ( 3 − 1,18 ) 10 −3 253152, 445 σ= = 1,75.108 < 2.108 (N/m2) −3 2 ( 3 − 1,18 ) 10 0,95 Chọn S= 3(mm) Nồi 2: Vì buồng bốc nồi 2 làm việc ở áp suất chân không nên chịu tác dụng của áp suất ngoài nên... vào: D1I1 - Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: (Gđ-W2).C2ts2 Nồi 2: - Nhiệt do lượng hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1): W1i1=D2I2 - Nhiệt do dung dịch sau nồi 1 mang vào: GđCđtđ * Nhiệt mang ra gồm: Nồi 1: - Hơi thứ mang ra: W1i1 - Do dung dịch mang ra: (Gd-W)C1.ts1 - Do hơi nước ngưng tụ: D1Cng1θ1 - Do tổn thất chung: Qtt1= 0,05D(I1-Cng1θ1) Nồi 2: - Hơi thứ mang ra: W2i2 - Do dung dịch mang ra: (Gd-W2)C2ts2... tế bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là: Bề mặt truyền nhiệt của nồi 1: F1 = Q1 1821030,7 = = 174,861 m2 K1.∆thi1 544,995 × 19,168 Bề mặt truyền nhiệt của nồi 2: F2 = Q2 5644369 − = 174,861 m2 K 2 ∆thi 2 1165,993 × 27,683 Như vậy dựa vào F1, F2 ta có thể thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi có diện tích truyền nhiệt bằng nhau và bằng 174,861 m2 20 Chương 3 THIẾT KẾ CHÍNH 3.1 Buồng đốt 3.1.1 Tính số ống truyền... ống gây ra Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là 10C Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra cho cả hệ thống: ∆"' = 20C 2.3.4 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống ∑∆= ∆'+∆"+∆"' = 5,833+ 10,077+ 2 = 17,910C 2.3.5 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và cả hệ thống Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi: Nồi 1: ∆ti1= thd1- thd2 - ∑∆1 = 137,422- 111,088-(4,44+ 2,42+ 1)= 18,4730C Nồi 2: ∆ti2= thd2- tnt- ∑∆2 = 111,088-... Dt là đường kính trong của buồng đốt (m) φ: hệ số bền của thành hình trụ tính theo phương dọc, chọn φ=0,95 (theo bảng XIII.8 STQTTB T2/ trang 362) C: hệ số bổ sung ăn mòn (m) P: áp suất trong thiết bị (N/m2) [ σ ] ứng suất cho phép gồm ứng suất kéo [ σ k] và ứng suất giới hạn chảy [ σ c] 21 Ứng suất kéo: [σ k ] = σk η (N/m2) (Công thức XIII.1 STQTTB T2/ trang 355) nk Với: : hệ số hiệu chỉnh, chọn =... chọn chiều dày đáy buồng bốc S= 6mm Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thủy lực bằng công thức XIII.54 STQTTB T2/ trang 399 Dt P0 y σ σ= ≤ c (N/m2) 2 ( S − C ) ϕ h 1,2 σ= 2,4 × 253152, 445 × 1, 28 = 1, 451.108 50 P Nên S = 152643,6 do đó ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu 2, 4.152643,6 + C = 1, 466.10−3... 3.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt Theo công thức V.140 STQTTB T2/ trang 49 Dt= t.(b-1)+ 4.dn Trong đó t là bước ống, thường chọn t= (1,2- 1,5)dn Chọn t= 1,5dn ⇒ t= 1,5 × 0,038= 0,057(m) ⇒ Dt= 0,057.(25-10) +4 × 0,038= 1,52 (m) Theo bảng XIII.6 STQTTB T2/trang 359 Chọn Dt= 1,6m 3.1.3 Bề dày buồng đốt Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3 Bề dày buồng đốt được xác định theo công thức XIII.8 . dung dịch NaOH từ 4,5% lên 13% Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc. cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần. Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều, buồng. viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị