Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi làm việc liên tục xuôi chiều được sử dụng để cô đặc dung dịch CaCl2, từ nồng độ 5% đến nồng độ 30% khối lượng

70 18 0
  • Loading ...
1/70 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 24/11/2016, 16:44

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 1.1 Yêu cầu : Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi làm việc liên tục xuôi chiều được sử dụng để cô đặc dung dịch CaCl2, từ nồng độ 5% đến nồng độ 30% khối lượng. Năng suất tính theo dung dịch đầu 4 tấn/h. Dung dịch trước khi vào hệ thống cô đặc được đun nóng đến nhiệt độ sôi. Hơi đốt dùng cho hệ thống là hơi nước bão hòa ở áp suất 4at. Độ chân không ở thiết bị ngưng tụ 0,2at. 1.2 Tổng quan về muối CaCl2 : Canxi clorua CaCl2 là hợp chất ion của canxi và clo. Chất này tan nhiều trong nước. Tại nhiệt độ phòng, nó là chất rắn.Chất này có thể sản xuất từ đá vôi nhưng đối với việc sản xuất sản lượng lớn thì người ta tạo nó như là một sản phẩm phụ của công nghệ Solvay. Do nó có tính hút ẩm cao,người ta phải chứa muối này trong các dụng cụ đậy nắp kín. Clorua canxi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Yêu cầu : Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc nồi làm việc liên tục xuôi chiều sử dụng để cô đặc dung dịch CaCl2, từ nồng độ 5% đến nồng độ 30% khối lượng Năng suất tính theo dung dịch đầu tấn/h Dung dịch trước vào hệ thống cô đặc đun nóng đến nhiệt độ sôi Hơi đốt dùng cho hệ thống nước bão hòa áp suất 4at Độ chân không thiết bị ngưng tụ 0,2at 1.2 Tổng quan muối CaCl2 : Canxi clorua CaCl2 hợp chất ion canxi clo Chất tan nhiều nước Tại nhiệt độ phòng, chất rắn.Chất sản xuất từ đá vôi việc sản xuất sản lượng lớn người ta tạo sản phẩm phụ công nghệ Solvay Do có tính hút ẩm cao,người ta phải chứa muối dụng cụ đậy nắp kín Clorua canxi Danh pháp IUPAC calcium chloride Tên khác Canxi clorua, canxi (II) clorua, canxi diclorua, E509 Nhận dạng Số CAS [10043-52-4] Số RTECS EV9800000, khan Thuộc tính Công thức phân tử 1.3 dụng Phân tử gam CaCl2 CaCl2 CaCl2.2H2ODihydrat CaCl2.4H2OTetrahydrat CaCl2.6H2OHexahydrat 110,99 g/mol, khan 147,02 g/mol, dihydrat 183,04 g/mol, tetrahydrat 219,08 g/mol, hexahydrat Bề rắn trắng hay không màu Tỷ trọng 2,15 g/cm³, khan 0,835 g/cm³, dihydrat 1,71 g/cm³, hexahydrat Điểm nóng chảy 772 °C (khan) Ứng : 1.3.1 Công nghiệp Hàng triệu clorua canxi sản xuất năm, chẳng hạn Bắc Mỹ, lượng tiêu thụ năm 2002 1.687.000 (3,7 tỷ pao) Các sở sản xuất Công ty hóa chất Dow Michigan chiếm khoảng 35% tổng sản lượng Hoa Kỳ clorua canxi, có nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau: Do đặc tính hút ẩm mạnh nó, nên không khí hay loại khí khác cho qua ống chứa clorua canxi để loại bỏ ẩm Cụ thể, clorua canxi thông thường sử dụng vào ống làm khô để loại bỏ ẩm không khí cho khí qua Nó cho vào dung dịch lỏng để loại bỏ nước trộn lẫn hay lơ lửng Quá trình hấp thụ nước sinh nhiệt nhanh chóng tạo nhiệt độ tới khoảng 60 ° C (140 °F).Vì khả này, biết đến tác nhân sấy khô hay chất hút ẩm Do lượng nhiệt tỏa lớn trình hòa tan nó, clorua canxi sử dụng hợp chất làm tan băng Không giống nhưclorua natri (muối đá hay halit) phổ biến hơn, tương đối vô hại cho loại trồng đất; nhiên, quan sát gần bang Washington lại cho gây hại cho thường xanh hai bên đường.Nó có hiệu lực clorua natri nhiệt độ thấp.Khi phân phối cho mục đích này, thường sản xuất dạng viên nhỏ màu trắng, đường kính vài milimét Sử dụng tính chất hút ẩm nó, người ta dùng để giữ lớp chất lỏng mặt đường nhằm thu hút hết bụi Nó sử dụng phối trộn bê tông nhằm tăng nhanh trình ổn định ban đầu bê tông, nhiên ion clorua lại dẫn tới ăn mòn gia cố thép, không nên sử dụng bê tông chịu lực Clorua canxi lỏng (trong dung dịch với nước) có điểm đóng băng thấp tới -52°C (-62°F), làm cho lý tưởng để nhồi đầy lốp không săm bổ sung đồ dằn lỏng, hỗ trợ cho sức kéo điều kiện khí hậu lạnh Các ứng dụng công nghiệp khác bao gồm sử dụng phụ gia hóa dẻo, hỗ trợ tiêu nước xử lý nước thải, chất bổ sung thiết bị dập lửa bình cứu hỏa, phụ gia kiểm soát tạo xỉ lò cao, làm chất pha loãng loại thuốc làm mềm vải 1.3.2 Thực phẩm Như thành phần, liệt kê phụ gia thực phẩm phép sử dụng Liên minh châu Âu để làm phụ gia cô lập chất làm với số E E509 Dạng khan FDA phê chuẩn phụ gia hỗ trợ đóng gói để đảm bảo độ khô (CPG 7117.02) Clorua canxi sử dụng phổ biến chất điện giải có vị cực mặn, tìm thấy loại đồ uống dành cho người tập luyện thể thao dạng đồ uống khác, Smartwater nước đóng chai Nestle Nó sử dụng phụ gia bảo quản để trì độ rau đóng hộp hàm lượng cao loại rau dưa muối để tạo vị mặn không làm tăng hàm lượng natri thực phẩm Nó dùng để chế biến đồ thay cho trứng cá muối từ nước hoa hay bổ sung vào sữa chế biến để phục hồi cân tự nhiên canxi protein mục đích sản xuất phó mát, dạng brie stilton Tính chất tỏa nhiệt clorua canxi khai thác nhiều loại thực phẩm 'tự tỏa nhiệt' hoạt hóa (trộn lẫn) với nước để bắt đầu trình sinh nhiệt, cung cấp loại nhiên liệu khô, không nổ, dễ dàng kích hoạt Trong ủ bia (đặc biệt ale bia đắng), clorua canxi sử dụng để điều chỉnh thiếu hụt chất khoáng nước ủ bia (canxi đặc biệt quan trọng cho chức enzym trình ngâm, cho trình đông kết lại protein hầm ủ trao đổi chất men bia) bổ sung độ cứng vĩnh cửu định cho nước Các ion clorua gia tăng hương vị tạo cảm giác hương vị đầy đủ hơn, ion sulfat thạch cao, sử dụng để bổ sung ion canxi vào nước ủ bia, có xu hướng tạo hương vị khô mát hơn, với độ đắng cao 1.3.3 Sinh học/Y học canxi phẩm cấp y tế tiêm vào đường ven để điều trị giảm canxi máu (thấp canxi huyết) Nó sử dụng cho: vết đốt hay châm côn trùng; phản ứng mẫn cảm, cụ thể có đặc trưng mày đay (phát ban); ngộ độc magiê dùng liều sulffat magiê; chất bổ trợ kiểm soát triệu chứng cấp tính ngộ độc chì; hồi tim mạch, cụ thể sau phẫu thuật tim Canxi dùng đường ruột sử dụng epinephrin thất bại việc cải thiện co tim yếu không hiệu Tiêm clorua canxi trung hòa độc tính tim mạch tăng kali máu đo điện tâm đồ (ECG/EKG) Nó hỗ trợ tim mức cao-nguy hiểm kali đường huyết cao kali máu Clorua canxi dùng để điều trị nhanh độc tính ngăn chặn kênh canxi mà tác dụng phụ loại dược phẩm Diltiazem (Cardizem) - giúp tránh đau tim tiềm tàng Dạng lỏng dung dịch clorua canxi sử dụng biến đổi gen tế bào gia tăng độ thẩm thấu màng tế bào, sinh lực cho việc lấy vào ADN (cho phép mảnh ADN vào tế bào dễ hơn) Nó dùng bể cảnh để bổ sung sử dụng mặt sinh học dung dịch cho sinh vật cần dùng nhiều canxi tảo, ốc, san hô v.v việc sử dụng hydroxit canxi hay lò phản ứng canxi phương pháp ưa chuộng việc bổ sung canxi Tuy nhiên, clorua canxi phương pháp nhanh để tăng nồng độ canxi hòa tan nước 1.4 Giới thiệu sơ lược trình thiết bị cô đặc 1.4.1 Giới thiệu chung trình cô đặc Cô đặc trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi qua dạng Quá trình cô đặc tiến hành phương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh Đối với sản phẩm thực phẩm, cô đặc trình làm đậm đặc dung dịch phương pháp nhiệt (đun sôi) Do đó, đề cập đến phương pháp nhiệt Khi cô đặc phương pháp nhiệt, tác dụng nhiệt độ, dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái áp suất riêng phần áp suất mặt thoáng chất lỏng (tức dung dịch sôi), sau dung môi lỏng bay khỏi dung dịch H dung môi tách trình cô đặc gọi thứ Hơi thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng cho thiết bị khác, dùng thứ để đun nóng thiết bị hệ thống cô đặc gọi phụ Truyền nhiệt trình cô đặc thực trực tiếp gián tiếp, truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, truyền nhiệt gián tiếp thường dùng bão hòa để đốt nóng Quá trình cô đặc thực áp suất khác nhau, làm việc áp suất thường dùng thiết bị hở, làm việc áp suất khác (chân không áp suất dư) dùng thiết bị kín Quá trình cô đặc tiến hành liên tục hay gián đoạn thiết bị nồi nhiều nồi Khi cô đặc nồi, muốn sử dụng thứ để đốt nóng lại phải nén thứ đến áp suất đốt (gọi thiết bị có bơm nhiệt) Khi cô đặc nhiều nồi dung dịch từ nồi sang nồi kia, thứ nồi trước làm đốt cho nồi sau Quá trình cô đặc thường sử dụng rộng rãi công nghiệp hóa chất thực phẩm cô đặc muối, đường, sữa, cà chua, ớt …làm tăng chất lượng sản phẩm Ngoài ra, cô đặc có tác dụng bảo quản, hạn chế phát triển vi sinh vật 1.4.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại khác tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo sau dễ dàng tiêu biểu nhất: Các thiết bị cô đặc chia làm loại thuộc nhóm chủ yếu sau đây: - Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên + Loại 1: Có buồng đốt trong; có ống tuần hoàn hay ống tuần hoàn + Loại 2: Có buồng đốt - Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng (tuần hoàn cưỡng bức) + Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn + Loại 4: Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn - Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng + Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có buồng đốt hay + Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt hay 1.3 Thuyết minh sơ đồ công nghệ Hình 1.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ hệ thống cô đặc Dung dịch chứa thùng chứa (1), bơm ly tâm (2) đưa lên thùng cao vị (3) Từ thùng cao vị dung dịch đưa điều chỉnh lưu lượng lưu lượng kế (4) trước vào hệ thống cô đặc Sau đó, dung dịch bơm qua thiết bị gia nhiệt (5) để nâng đến nhiệt độ sôi Tiếp theo dung dịch vào hệ thống nồi cô đặc (6), dung dịch qua nồi có nồng độ tăng dần Hệ thống sử dụng nước bão hòa để cấp nhiệt Dung dịch ống, nước ống Hơi thứ nồi thứ đốt nồi thứ hai, thứ nồi thứ hai đốt nồi thứ ba Hơi thứ khỏi nồi thứ ba đưa vào baromet ngưng tụ (7), có tác dụng tạo độ chân không cho hệ thống cô đặc Dung dịch di chuyển từ nồi đầu đến nồi cuối nhờ chênh áp Dung dịch sau cô đặc đưa vào bể chứa (8) CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cân vật liệu: Các số liệu ban ban đầu: - Dung dịch cô đặc: CaCl2 Năng suất dung dịch đầu: 4000kg/h Nồng độ đầu: 5% Nồng độ cuối: 30% Áp suất nồi 1: 4at Áp suất lại thiết bị ngưng tụ: 0,8at 2.1.1 Lượng thứ bốc khỏi hệ thống: 2.1 Cân vật liệu 2.1.1 Lượng nước bốc hệ thống (hơi thứ ) Gọi : Gđ , Gc , W lưu lượng dung dịch ban đầu, sản phẩm cuối tổng lượng thứ (kg/h) xđ, xc nồng độ chất khô dung dịch ban đầu sản phẩm cuối (% khối lượng) W Gđxđ Cô đặc Gc xc Chọn tính Cân vật chất tổng quát: Gđ = Gc + W Cân vật chất cấu tử chất khô: Gđ.xđ = Gc.xc Ta có: xđ = 5% = 0,05 xc = 30% = 0,3 Gđ= tấn/h = 4000kg/h xc 0,05 x ⇒ Gc = đ Gđ = 0,3 4000 = 666,67 kg/h ⇒W = Gđ – Gc = 4000 – 666,67 = 3333.33 kg/h 2.1.2 Lượng thứ phân bố nồi Gọi W1, W2, W3 lượng thứ bốc lên nồi 1, nồi nồi (kg/h) Ta có: W1 + W2 + W3 = 3333.33 kg/h Giả sử tỷ lệ lượng thứ nồi W 1:W2:W3 = 1,1:1,05:1, sau tính toán thực tế ta tìm W1, W2 W3 so sánh với W1, W2, W3 theo giả thuyết ban đầu Nếu sai số lượng thứ thực tế lượng thứ lý thuyết < 5% ⇒ W1 = 1164,02 kg/h W2 = 1111,11 kg/h W3 = 1058,2 kg/h 2.1.3 Tính nồng độ dung dịch nồi W Gđ, xđ W G1, x1 Nồi W G2, x2 Gc, xc Nồi Nồi G1: khối lượng dung dịch khỏi nồi (kg/h) x1 : nồng độ dung dịch khỏi nồi (% khối lượng) - Nồng độ dung dịch khỏi nồi 1: Cân vật chất tổng quát: G1 = Gđ – W1 = 4000 – 1164,02= 2835,98 kg/h Cân vật chất cấu tử chất khô: Gđ.xđ = G1.x1 Gđ 4000 G ⇒x1 = xđ = 2835,98 0,05 = 0,0705 = 7,05% - Nồng độ dung dịch khỏi nồi (x2): Cân vật chất tổng quát: G2 = G1 – W2 = 2835,98– 1111,11 = 1724,87 kg/h Cân vật chất cấu tử chất khô: G1 2835,98 G G1.x1 = G2.x2⇒ x2 = x1= 1724,87 0,0705= 0,1159 = 11,59% - Nồng độ dung dịch khỏi nồi (x3): G3 = Gc = 666,67 kg/h Nồng độ dung dịch khỏi nồi nồng độ sản phẩm cuối x3= xc = 30% Nồng độ trung bình nồi 1: ⇒ x tb1 = x đ + x1 + 7,05 100 = 100 = 6,025 % 2 Nồng độ trung bình nồi 2: ⇒ x tb2 = x1 + x 7,05 + 11,59 100 = 100 = 9,32 % 2 Nồng độ trung bình nồi 3: ⇒ x tb3 = x2 + x3 11,59 + 30 100 = 100 = 20,79 % 2 2.2 Phân bố áp suất làm việc nồi: Gọi: P1, P2, P3, Pnt, áp suất đốt nồi I, II, III thiết bị ngưng tụ Giả sử giảm áp suất xảy nồi không giảm theo tỷ sau: Pi Pi + =1,5 Vậy áp suất làm việc nồi là: Ta có: P1-Pnt=4-0,8= 3,2 (at) ∆P = P1+P2+P3= 3,2 at Nên: P1= 1,52 at P2= 1,01 at P3= 0,67 at Gọi thđ1, thđ2, thđ3, tnt: nhiệt độ đốt vào nồi 1, nồi 2, nồi thiết bị ngưng tụ tht1, tht2, tht3, nhiệt độ thứ khỏi nồi 1, nồi 2, nồi Coi tổn thất nhiệt độ mat1khi vận chuyển từ thiết bị sang thiết bị khác Do đó: thđ2 = tht1-1 thđ3 = tht2-1 tnt = tht3-1 Từ áp suất Pht1, Pht2, Pht3 biết, ta tra bảng I.251/314 –[1] ta nhiệt độ thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3, từ biết nhiệt độ đốt nồi 1, 2, qua công thức (8), (9) Biết nhiệt độ đốt ta biết áp suất đốt cách tra bảng I.250/312 –[1]: Bảng 2.1: Sự phân bố áp suất nhiệt độ đốt thứ nồi Hơi đốt Hơi thứ nồi nồi P1 (at) 142.9 2,55 126,98 P2 (at) 2,48 1,46 nồi 125,98 109,84 2.3 Tổn thất nhiệt độ nồi P3 (at) 1,47 0,83 Thiết bị baromet Pnt (at) 108,84 94,0 0,8 93,0 2.3.1 Tổn thất nhiệt độ đo nồng độ (Δ') Do nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi áp suất: t0sdd – t0sdm Ta sử dụng công thức Tisencô: - T r ’ ’ f = 16,2 s (VI.10/59-) Trong đó: Δ’0 : tổn thất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi áp suất thường Ts : nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất áp suất cho, K r : là ẩn nhiệt hóa dung môi nguyên chất áp suất làm việc, J/kg Dựa vào bảng (VI.2/67 – [2]) ta biết tổn thất nhiệt độ Δ’ theo nồng độ a (%kl) Bảng 2.2: Tổn thất nhiệt độ đo nồng độ nồi Nồng độ dd (%kl) ’ () Nồi Nồi Nồi 7,05 11,59 30 1,21 1,7 10,5 Dựa vào (I.251/314 – [1]) ta xác định nhiệt hóa r theo áp suất thứ: Bảng 2.3: Nhiệt độ hóa theo áp suất thứ nồi Nồi Nồi Nồi Áp suất làm việc (at) 2,55 1,46 0,83 Nhiệt hóa hơi, r.10-3 J/kg 2191,35 2234 2272,4 Vậy, ta tính tổn thất nhiệt độ nồng độ theo công thức trên: Bảng 2.4: Sự phân bố nhiệt độ thứ, hệ số hiệu chỉnh tổn thất nhiệt độ nồi Nhiệt độ thứ, K Hệ số hiệu chỉnh, f Tổn thất nhiệt độ, ’ Nồi 399,98 1,18 0,53 Nồi 382,84 1,06 0,85 Nồi 367 0,96 2,98 Suy tổng tổn thất nhiệt độ nồng độ hệ thống: ΣΔ’ = 4,36 oC 2.3.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (Δ’’) Trong lòng dung dịch, xuống sâu nhiệt độ sôi dung dịch tăng áp lực cột chất lỏng Hiệu số dung dịch ống truyền nhiệt mặt thoáng gọi tổn thất nhiệt dộ áp suất thuỷ tĩnh 10 h 2= ϖ hba (λ + ∑ζ ) g dba (m) (VI.60/87 – [2]) ξ1: hệ số trở lực cục vào ống , ξ1=0.5 ξ2 : hệ số trở lực cục khỏi ống , ξ2=1 → ϖ2 H h = (2,5 + λ ) 2g d (m) Với : H : toàn chiều cao ống baromet, m d : đường kính baromet, m λ : hệ số ma sát nước chảy ống Để tính λ ta tính chuẩn số Re chất lỏng chảy ống baromet: ϖ d ρ n B µ Re = (II.58/377 – [2]) Với: d B : đường kính ống dẫn, m ρn : khối lượng riêng trung bình nước ρn = 994,6 (kg/m ) µ : độ nhớt trung bình nước khoảng 25 0C – 400C µ → = 0,773.10-3 (N.s/m2), tra bảng (I.249/310 – [1]) ϖ d ρ n B µ Re = = = 13,124.104 > 104 Vậy dòng nước ống baromet chế độ chảy xoáy Hệ số ma sát: 0,9   ∆   6,81   = − 2lg  +   Re ÷ 3,7  λ   (II.65/380 – [1]) Trong đó: 56 ∆ : độ nhám tương đối xác định theo công thức: ∆= ε d td (II.66/380 – [1]) Với : ε : độ nhám tuyệt đối : ε d td : đường kính tương đối ống ∆= → = 0,2 (mm) ε d td = 0,2.10−3 0,2 = 1.10-3 0,9  −  0,9    6,81   1.10 ∆  6,81  ÷ + = − 2lg   = −2lg  +  ÷  2,32.105 ÷ 3,7  λ   Re 3,7  λ        = 6,903 → λ = 0,021 ϖ2 H h = (2,5 + λ ) 2g d B = = 0,0459 + 5,414.10-3.H Nên: Vậy : H = h1 + h2 + h3 = + 0,0459 + 5,414.10-3.H + 0,5 Suy ra: H = 2,56 (m) Chiều cao dự phòng nước dâng lên ngập thiết bị, chọn chiều cao baromet (m) 3.2 Tính toán chọn bơm 3.2.1 Bơm chân không Ta sử dụng bơm chân không kiểu pittong để thực trình hút khí không ngưng khỏi thiết bị ngưng tụ baromet Về nguyên tắc làm việc, bơm chân không làm việc giống hệt máy nén khí, khác áp suất làm việc độ nén, khí hút áp suất thấp áp suất khí đẩy áp suất lớn áp suất khí Cách lắp đặt bơm chân không theo sơ đồ sau: 57 – bể chứa dung dịch – thùng giãn khí – thùng chứa – bơm chân không – phận tách bọt – bơm dung dịch Quá trình hút coi trình đa biến (có trao đổi nhiệt với môi trường phụ thuộc nhiều vào yếu tố) Công suất bơm: m−1       P m m  ÷  N= P V − 1 m − 1  P ÷       (III 69/171 –[3]) Trong đó: - P1, P2 áp suất khí điểm hút đẩy, N/m2 V1 : thể tích khí hút được, m3/s m : số đa biến, lấy m = 1,25 Áp suất làm việc thiết bị baromet : P = 0,8 (at) Áp suất nước nhiệt độ 400C: Ph = 0,0752 (at), tra bảng (I.250/312 – [1]) → P1 = P – Ph = 0,8 – 0,0752 = 0,7248 (at) m−1   m     P m  ÷  N= P V − 1 m − 1  P ÷       = 1,25−1      1,25 1,033 1,25 − 1 0,7248.9,81.104.0,00961    ÷ 1,25 −   0,7248    = 248,76 (W) 58  Công suất động cơ: N N dc η η tr β = dc (W) Trong đó: ηtr η : hiệu suất truyền động, lấy tr = 0,95 η η dc : hiệu suất động cơ, lấy dc = 0,95 β : hệ số dự trữ công suất, lấy β = 1,15 - N → N dc η η tr β = dc = 248,76 1,15 0,95.0,95 = 316,98 (W) 3.2.2 Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị baromet Ta dùng bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị, công suất bơm tính theo công thức: N= Q.ρ g.H 1000η , (kW) (II.189/439 – [1]) Trong đó: - Q: suất bơm, m3/s ρ : khối lượng riêng bơm (ở 25 C), ρ = 996,9 (kg/m3) g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s ) H: áp suất toàn phần bơm, m η : hiệu suất chung bơm, chọn η G Q= n ρ = 0,85 5,343 = 996,9 = 0,00536 (m3/s) Áp suất toàn phần bơm: P −P H= H ρ g + + hm ,(m) (II.185/438 – [1]) Với: 59 - P1 , P2 : áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy hút, N/m 2, P1 (at); P2 = (at) - hm : áp suất để thắng toàn trở lực đường hút đẩy, m - H : chiều cao đưa chất lỏng lên tháp, H (Với: H h : chiều cao hút; H d = Hh + Hd = Hh + Hd : chiều cao đẩy,m) Ở 250C chiều cao hút thường H0 = 0,2 Hh = (m); Hd = H B = 10 (m) = + 10 = 15 (m) d= Đường kính ống hút đẩy: 4W π ω ρ ,(m) Trong đó: Gn = 5,343 (kg/s) - W: lượng nước ống, W = - : vận tốc ống, coi vận tốc ống hút đẩy 2,5 (m/s) ω d= → 4W 4.5,343 π ω ρ = 3,14.2,5.996,9 = 0,052 (m) Chọn đường kính ống đẫn d = 0,06 (m)  l ω hm =  λ + ∑ ζ ÷ h  d  2.g , (m) m Tính : Trong đó: - l: chiều dài toàn bộ, chọn l = 20 (m) d: đường kính ống, d = 0,06 (m) - λ : hệ số ma sát - ∑ ζ : trở lực chung Vậy vận tốc thực nước ống: 60 ω= Q 5,343 ρ 0,785.d = 996,9.0,785.0,062 = 1,90 (m/s) Hệ số ma sát dược xác định qua chế độ chảy Re Re = ω d ρ n µ Với: µ : độ nhớt nước 250C, Re = → ω d ρ n µ µ = 0,8937.103 (N.s/m3) 1,90.0,06.996,9 −3 = = 0,8937.10 = 127164 > 104 Trong ống có chế độ chảy xoáy Do đó, ta có công thức sau 0,9   ∆   6,81   = − 2lg  +   Re ÷ 3,7  λ   (II.65/380 – [1]) Với : ∆ : độ nhám tương đối dược xác định theo công thức: d Trong đó: → → λ = 0,2 (mm) ε 0,2.10 − d td = 0,1 = 2,10-3   6,81  0,9 ∆  = − 2lg    ÷ + Re 3,7 λ     → ε d td td : đường kính tương đối ống ε : độ nhám tuyệt đối, ε ∆= ∆= = 6.33 = 0.025 Tổng trở lực: Trở lực cửa vào: ζ = 1; trở lực cửa ra: ζ =1,tra bảng (N010/385 – [1]) 61 Trở lực khuỷu ống: Van tiêu chuẩn: ∑ζ ζ = 4,5 (D= 60 (mm), tra bảng (N037/399 – [1]) = + + 1,61 + 4,5 + 1,37 = 12,48   1,90 20 + 12,48 ÷  0,025 0,06  2.9,81 = 2,02 (m) = hm → = 1,61 (3 khuỷu, góc 900, tra bảng ( N032/395 – [1]) ζ = 1,37 ( D = 60 (mm), tra bảng (N046/399 – [1]) Van chiều: Vậy ζ3 Áp suất toàn phần bơm : ( 0,2 − 1) 9,81.104 H = 996,9.9,81 + 15 + 2,02 = (m) N= Công suất bơm : Q.ρ g.H 0,00536.996,9.9,81.9 1000η = 1000.0,85 = 0,555 (KW) N Công suất động điện: N → N dc η η tr dc = = N dc η η tr dc = (II.190 – [1]) 0,555 0,95.0,95 = 0,615 (KW) Người ta thường lấy động có công suất lớn công suất tính toán để tránh tượng tải, Chọn hệ thống dự trữ → Ntt = β = 1,2 β Ndc = 1,2.0,615 = 0,738 (KW) 3.2.3 Bơm ly tâm bơm dung dịch vào thùng cao vị Chọn bơm ly tâm, dung dịch ban đầu có nhiệt độ 25 0C nồng độ đầu 12% Khi đó: ρ CuSO = 1130 (kg/m3), tra bảng (I.37/39 – [1]) µ CuSO = 1,3580.10-3 (N.s/m2), tra bảng (I.105/97 – [1]) Chọn tốc độ ống hút đẩy 1(m/s) 62 d= Đường kính ống hút đẩy: 4.Gd π w.ρ Trong đó: Gd : lượng dung dịch đầu: Gd = 2000 (kg/h) 4.2000 d= 3,14.1.1130.3600 = 0,025 (m) → Chọn d = 30 (mm), vận tốc thực 0,995 (m/s)  l ω Hm =  λ + ∑ ξ ÷ H  d  2.g , (m) m Tính : Hệ số ma sát tính qua chế độ chảy Re: Re = ω d ρ dd µ = 0,995.0,025.1130 1,3580.10− = 20699 >104 Chế độ chảy xoáy, hệ số ma sát tính theo công thức:  6,81 0,9 ∆  = −2lg  ÷ +  Re 3,7  λ    Ta có: ∆= ε d = 0,2.10−3 30.10−3 = 6,667.10-3   6,81  0,9 6,667.10−  = − 2lg    ÷ + 20699 3,7 λ     → λ (II.65/380 – [1]) = 5,19 = 0,037 Trở lực chung lấy phần tính bơm nước vào baromet: 63 ∑ ζ = 12,48 (m) 20   0,9952 H m =  0,037 + 12,48 ÷ 0,03   2.9,81 = 1,874 (m) Vậy Chiều cao ống hút xem ( bể chứa dung dịch đặt độ cao với bơm Hd Chiều cao ống đẩy: = 15 (m) Mặt thoáng chất lỏng thùng chứa thùng cao vị có áp suất tương đương nhau, P tức h = Pd ,nên áp suất toàn phần bơm là: H = Hd + Hm = 15 + 1,874 = 16,874 (m) Công suất bơm: G ρ g.H N= d 1000η = 2000.9,81.16,874 1000.0,85.3600 = 0,108 (KW) Công suất động điện: N dc = N ηtr ηdc = 0,108 0,95.0,95 = 0,12 (KW) (II.190 –[1]) Theo thực nghiệm thường lấy động có công suất lớn công suất tính toán để tránh tượng tải Chọn hệ số dự trữ → N = β Ndc β = 1,2 =0,144 (KW) 3.3 Thiết bị gia nhiệt dung dịch đầu Trong tất hệ thống cô đặc công nghiệp, để giảm chi phí lượng sử dụng tối ưu chi phí, người ta sử dụng thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu loại ống chùm, có nhiệm vụ nâng nhiệt độ dung dịch lên đến nhiệt độ sôi trư ớc vào nồi hệ thống cô đặc Ta tính tổng quan bề mặt truyền nhiệt, số ống, đường kính thiết bị , cách chia ngăn thiết bị gia nhiệt 3.3.1 Tính kiện ban đầu Ta sử dụng nước at để gia nhiệt Nhiệt độ nước at: 142,90C Nhiệt độ dung dịch ban đầu: 250 Sự biến đổi nhiệt độ luư chất biểu diễn đồ thị: 64 Nhiệt độ dung dịch cuối (nhiệt độ sôi dung dịch CaCl 5%): 101,20C Ẩn nhiệt hóa hơi đốt (at): r = 2744000 (J/kg) , tra bảng (I.251/314-[1]) Ta có: ∆t c ∆ td = 142,9 – 25 = 117,90C = 142,9 – 101,2 = 41,7 0C Hình 3.1: Giản đồ trao đổi nhiệt Tính hiệu số nhiệt trung bình theo công thức : ∆t = tb ∆ t − ∆ tc d ∆t 2,3.lg d ∆ tc = = 73,40C Nhiệt độ trung bình dung dịch ống : t tb = 142,9 – 73,4 = 69,50C 3.3.2 Tính bề mặt truyền nhiệt 3.3.2.1 Tính hệ số cấp nhiệt nước ngưng tụ thành ống Tính hệ số cấp nhiệt nước theo công thức sau: 0,25   α = 2,04 A. r ÷  H ∆ t ÷ 1  Trong đó: 65 - A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng H: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = (m) r: ẩn nhiệt hóa hơi đốt, J/kg - ∆ t1 : chênh lệch nhiệt độ thành ống với nhiệt độ đốt Chọn Ta có: Lấy ∆ t1 = 4,60C ∆t = t − t hd T1 ( → tm = 0,5 t − t hd T1 ) t = t − ∆t T1 hd = 142,9 – 4,6 = 138,30C = 0,5.(142,9 + 138,3) = 140,60C Tra bảng (29 – [2]) ta A = 194,5 0,25 Vậy  2744000   ÷ 3.4,6   = 2,04 194,5 α1 Suy : 8378,88 (W/m2.độ) = q = α ∆t 1 = 8385,55.4,6 = 38541,97 (W/m2) 3.3.2.2 Tình hệ số cấp nhiệt dung dịch Tính hệ số cấp nhiệt dung dịch theo công thức : α = Nu.λ d dd (W/m2.độ) Tính hệ số dẫn nhiệt dung dịch : λ dd = AC pρ ρ M (W/m.độ) (I.32/123 – [1]) Trong : - A: hệ số phụ thuộc mức độ liên kết chất lỏng, A = 3,58.10 -8 Cp ρ : nhiệt lượng dung riêng dung dịch, J/g.độ : khối lượng riêng dung dịch, kg/m M : khối lượng mol dung dịch, g/mol M = mi M dd ( ) + − mi M H O , (g/mol) 66 → xi M d2 mi = xi − xi + M M H O d2 = = 0,0085 Suy : M = 0,0085 x 111 + (1 – 0,0085).18 = 18,79 (g/mol) t Khối lượng riêng dung dịch tra tb = 69,5 C Tra bảng (I37/39 – [1]), ta có ρ = 1023,8 (kg/m ) Nhiệt dung riêng dung dịch : Cp = 2560.(1-0,05) = 2432 (J/kg.độ) Vậy hệ số dẫn nhiệt dung dịch : λdd = = 0,33 (W/m.độ) Chọn đường kính ống truyền nhiệt 34 (mm), đường kính 38 (mm), bề dày (mm) Tính chuẩn só Nusen chế độ chảy xoáy  Pr  Nu = 0,021.ε Re0,8 Pr 0,43  ÷0,25  Pr ÷  t (V.40/14 – [2])  Pr   ÷ Pr Xem chênh lệch nhiệt độ dòng tường nhỏ  t  =1 Tỉ số chiều dài so với đường kính lớn 50 nên chọn Tính chuẩn số Pr theo công thức : Pr = ε = C p µ λ (V.35/12 – [2]) Trong : Cp : nhiệt dung riêng dung dịch tính µ : độ nhớt dung dịch nhiệt độ trung bình nồng độ 5% Tra toán đồ (I.105/97 – [1]), ta µ = 0,0011 (N.s/m2) 67 → Pr = = 8,107 Nước chế độ chảy xoáy nên chọn Re = 10000 Ta tính : Nu = 0,021 x x 100000,8 x 8,1070,43 = 81,85 Hệ số cấp nhiệt dung dịch : α 2= = 794,42 (W/m2.độ) Tính hiệu số nhiệt độ dung dịch tường ống phía dung dịch ∆t = t − t T tb Ta có : t = t − ∆t ∆ t = q ∑ r T T , với Nhiệt trở nước : Nhiệt trở lớp cặn : r1 = 0,232.10-3 (m2.độ/W) r2 = 0,383.10-3 (m2.độ/W) δ 0,002 r = Nhiệt trở tường : λ = 50 = 4.10-5 (m2.độ/W) Vậy : Σr = 0,659.10-3 (m2.độ/W) t = t − ∆t T T Cho nên : = 138,3 – 0,659.10-3 38541,97 = 112,90C ∆t = t − t T tb Và : =112,9 - 67,48 = 45,420C Nhiệt lượng q q = α ∆t : 2 = 866.45,42 = 39333,72 (W/m ) Sai số q q : q −q 38541,97 − 39333,72 δ = q 39333,72 100% = = 2,01% 3.3.2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt 68 ∆t : 2000.3686,68.75,14 G.C p ∆ t Q ( 39333,72 + 38541,97 ) F= 3600 q 0,5.( q + q ) tb = 2 = Áp dụng công thức : = 3,952 (m2) Số ống : n= 3,952 = 3,14.0,034.3 = 12,339 (ống) F π d H Dựa vào bảng (V.11/48 – [2]), quy chuẩn số ống 12 ống Trong ống xếp theo hình lục giác đều, số hình cạnh hình, số ống đường xuyên tâm ống Bước ống : t = 1,25 d n = 1,25.0,038 = 0,0475 (m), d n đường kính ống Đường kính thiết bị trao đổi nhiệt : Dt = t.(b-1) + 4d = 0,475.(5-1) + 4.0,038 = 0,342 (m) Dựa vào bảng ( XIII.6/359 – [2]), lấy Dt = 0,4 (m) 3.3.3 Chia ngăn cho thiết bị Vận tốc lưu thể ống tính với Re ( lầy Re =10000) Re = ω d ρ µ Ta có : ω= dd → Re.µ 104.0,0003880 d ρ dd = 0,034.1195,3 = 0,095 (m/s) Tuy nhiên, thiết kế với số ống quy định chuẩn, vận tốc dung dịch ống phải tính lại theo công thức : ω= G 2000 dt 0,0342 3600.12.1195,3.3,14 n.π = = 0,043 (m/s) Theo kết tính vận tốc dung dịch ống giảm đ iso với chọn ban đầu, vận tốc không đảm bảo chế độ chảy xoáy ống Do để tăng vận tốc dòng cần thiết phải cần thiết phải chia ngăn cho thiết bị Vận tốc tăng tỷ lệ thuận với số ngăn chia ω N = 0,095 ω = 0,043 = 2,21 Vậy số ngăn chia thiết bị gia nhiệt ngăn 69 70 [...]... 0,05 D2.I2 Biến đổi ta được: W1(0,95I2 - C1.t1 + C2.t2 - Cn22) + W2 (C2.t2 – i2) = Gđ (C2.t2 - C1.t1) (2) Nồi 3: D3.I3 + (Gđ-W1-W2)C2.t2 = W3.i3 + (Gđ-W)C3.t3 + D3Cn 33 + 0,05 D3.I3 Ở nồi 3, chú ý: D3 = W2 và W = W1 + W2 + W3 = 33 33, 33 Biến đổi, ta được: W2(0,95I3 - Cn 33 - C2.t2 + I3 ) - W1 (C2.t2 - i3) = Gđ (C3.t3 - C2.t2 ) +W(i3- C3.t3) (3) Giả thiết nhiệt cung cấp cho quá trình cô đặc chỉ là nhiệt ngưng... 20,92 λ d 1 = A.C p ρ 3 ρ M1 = 3, 58.10-8 .35 26,7.1114,6 =0, 530 (W/m .độ) Nồi 2: Với x2 = 11,59%, tính được m2 = 0, 032 7 M2 = m2.Mct + (1- m2).MH2O = 0, 032 7.160 + (1-0, 032 7).18= 22,64 Tương tự: λd2 = 3, 58.10-8 .33 85, 53. 1286,79 = 0,600 (W/m .độ) Nồi 3: Với x3 = 30 %, tính được m3 = 0,070 M3 = m3.Mct + (1- m3).MH2O = 0,070.160+(1-0,07)18= 27,94 λd3 = 3, 58.10-8.2801,1.1492 = 0,5 63 (W/m .độ) 2.6 .3 Hệ số cấp nhiệt Mô... nên áp dụng CT I. 43/ 152 –[1]: C2 =4186.(1-0,1159) = 37 00,8(J/kg .độ) .) Nhiệt dung riêng của dung dịch ở nồi 3: Vì x3 = 30 % > 20% nên ta áp dụng công thức I.44/152 – [1] C3 = Chtx3 + 4186(1 – x3) =7 23, 75.0 ,30 + 4186(1-0 ,30 )= 31 47 ,3 (J/kg .độ) 2.4 .3 Lập bảng nhiệt lượng riêng hơi đốt, hơi thứ, nhiệt dung của nước ngưng và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi Chọn tổn thất nhiệt độ khi hơi thứ nồi. .. hơi đốt vào nồi 1, 2, 3 (kg/h) Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống (kg/h) W1, W2, W3 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2, 3 (kg/h) C1, C2, C3 là nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1,2 ,3 (J/kg .độ) Cđ, Cc là nhiệt dung riêng của dung dịch dịch vào và ra (J/kg .độ) Cn1, Cn2, Cn3 là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3 (J/kg .độ) I1, I2, I3 là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3, (J/kg)... K3 = 12892 ,85 Q3 694979,96 = = 1281,87 K3 542,16 Nên ta có: n= 3 Qi Q1 Q2 Q3 ∑i=1 K = K + K + K i 1 2 3 =33 48,07 Vậy, hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi: Nồi 1: Nồi 2: Nồi 3 : 1 138 ,11 33 48,07 = 19 ,35 0C hi1 = 56,88 928,09 33 48,07 = 15,77 hi2 = 56,88 1281,87 33 48,07 = 21,78 hi3 = 56,88 2.6.5 Tính toán bề mặt truyền nhiệt Bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi: 22 Q1 975295,56 = K ∆ h 856,94 19 ,35 1 1 Nồi. .. 1 +∑r+ α1 α2 Nồi 1: Q1 = D1.r1 /36 00 = 1648,6.2 130 ,5.1 03/ 3600 = 975295,56 1 1 1 + 0,000659 + 2414, 83 = 856,94 (W/m2 .độ) K1 = 10656,76 21 Q1 975295,56 = K 856 ,94 =1 138 ,11 Suy ra : 1 Nồi 2: Q2 = D2.r2 /36 00 =124,02 2191,60.1 03 /36 00 =684278,4(W) 1 1 1 + 0,000659 + 1650,94 = 737 ,30 (W/m2 .độ) K2 = 10920,01 Q2 684278,4 = K2 737 ,30 = 928,09 Suy ra : Nồi 3: Q3 = D3.r3 /36 00 = 1118 ,33 .2 237 ,20.1 03/ 3600 = 694979,96... I.250 /31 2 –[1] 2.4.2 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch C, J/kg .độ Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc: Vì xđ =5% < 20% nên áp dụng CT I. 43/ 152 –[1] C0 =4186.(1-x) = 4186.(1-0,05) = 39 76,7 (J/kg .độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi 1: Ta có : x1=7,05 % 20% nên áp dụng CT I. 43/ 152 –[1] C1 =4186.(1-0,0705) = 38 90,9 (J/kg .độ) Nhiêt dung riêng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi. .. chuẩn là dung dịch NaCl 15% t1 = 200C, tra bảng I .37 /39 -[1], được khối lượng riêng d1 = 1,281 g/cm3 Sử dụng công thức sau để tính nồng độ đương lượng : Suy ra: CN = 6,924 (dlg/l) Tra bang I.105/97-[1], ta có =  3, 2 03. 10 -3 (N.s/m2) N  hiệt độ của dung dịch NaCl 15% tương ứng với : = -8 ,36 0C t2 = 400C, tra bảng I.44/41-[1], được khối lượng riêng d 2 = 1,270 g/cm3 Suy ra: CN = 6,86 (dlg/l)... = 3, 218.10 -3 (N.s/m2) Nhiệt  độ của dung dịch NaCl 15% tương ứng với : = -3, 71 0C ts − t2 = k θ s = ts − t2 + θ 2 θ −θ2 k Suy ra K = 4 ,30 1 Mà : s Ts là nhiệt độ sôi dung dịch nồi 3 : Ts = 111oC Suy ra: = 10,71 Tra bảng I.102/95-[1], 3 = 1,282.10 -3( N.s/m2) 2.6.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch Tính theo công thức (I .32 /1 23- [1]): 18 λ d = A.C p ρ 3 ρ M , W/m .độ Trong đó: - với: Cp- nhiệt dung. .. D2.I2 Hơi đốt mang vào D3.I3 Dung dịch( ở nồi 2 ra) mang vào (Gđ-W1-W2)C2.t2 Hơi thứ mang ra W3.i3 Dung dịch mang ra (Gđ-W1-W2-W3)C3.t3 nước ngưng mang ra D3Cn 33 Tổn thất nhiệt chung 3 Qtt3 = 0,05 D3.I3 Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng cho từng nồi Nồi 1: Gđ.Cđ.tđ + D1.I1 = W1.i1 + (Gđ-W1)C1.t1 + D1Cn11 + 0,05 D1.I1 D1(0,95I1- Cn11) + W1(C1.t1 –i1) = Gđ(C1.t1 - Cđ.tđ) Nồi 2: Ở nồi 2, chú ý: D2 = W1
- Xem thêm -

Xem thêm: Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi làm việc liên tục xuôi chiều được sử dụng để cô đặc dung dịch CaCl2, từ nồng độ 5% đến nồng độ 30% khối lượng, Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi làm việc liên tục xuôi chiều được sử dụng để cô đặc dung dịch CaCl2, từ nồng độ 5% đến nồng độ 30% khối lượng, Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi làm việc liên tục xuôi chiều được sử dụng để cô đặc dung dịch CaCl2, từ nồng độ 5% đến nồng độ 30% khối lượng

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Từ khóa liên quan

Nạp tiền Tải lên
Đăng ký
Đăng nhập