Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng Mục lục Chương I: Tổng quan I.1. Nhiệm vụ đồ án: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 với yêu cầu công nghệ như sau: ∗ Năng suất theo nhập liệu: 5500 kg/h ∗ Nồng độ đầu: 8% khối lượng ∗ Nồng độ cuối: 32% khối lượng I.2. Tính chất về nguyên liệu: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh.Các phân tử liên kết với nhau bằng lực liên kết ion. Rất dễ tan trong nước và tăng nhanh theo nhiệt độ, cũng rất dễ bị kết tinh. Nó khó tan trong các dung môi hữu cơ như ete Khối lượng riêng 2.265 g/cm 3 ; ở 30 o C (nồng độ 15%) NaNO 3 có độ nhớt là 0,94.10 - 3 N.s/m 2 ; độ hoà tan (g chất khan/100g dd) là 49,0. Khi đun nóng NaNO 3 nóng chảy: SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 1 1 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng 2 NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2 Ở trạng thái nóng chảy muối NaNO 3 là chất oxi hóa mạnh Điều chế và ứng dụng của NaNO 3 : Điều chế bằng phản ứng trao đổi giữa KNO 3 và NaCl: KNO 3 + NaCl = NaNO 3 + KCl Hoà tan muối loãng KNO 3 và NaCl theo tỉ lệ 1:1 đun nóng, sau đó cho kết tinh KCl ở nhiệt độ 30 o . Tách tinh thể KCl ra, làm nguội dung dịch đến nhiệt độ dưới 22 o sẽ kết tinh NaNO 3 . NaNO 3 được dùng để sản xuất axit nitric là một axit rất quan trọng trong công nghiệp, sản xuất phân đạm trong công nghiệp. Chế biến thủy tinh, làm thuốc nổ… I.3. Quá trình cô đặc: I.3.1. Định nghĩa: Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn). Đó là các quá trình vật lý - hóa lý. I.3.2. Các phương pháp cô đặc: Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng. Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh. I.3.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt: Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. I.3.4. Ứng dụng của cô đặc: Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm. Mục đích để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa để kết tinh. Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl 2 , các muối vô cơ … I.4. Thiết bị cô đặc: I.4.1. Phân loại và ứng dụng: ◦ Theo cấu tạo và tính chất của đối tượng cô đặc: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 2 2 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép… ◦ Theo phương pháp thực hiện quá trình: Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao. Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi thấp hơn do có áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi so với chi phí bỏ ra. Có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế. Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn, có thể tự động hóa. ⇒ Tùy điều kiện kỹ thuật, tính chất dung dịch để lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc: Thiết bị chính:  Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.  Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp… Thiết bị phụ:  Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu.  Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không.  Thiết bị gia nhiệt.  Thiết bị ngưng tụ Baromet.  Thiết bị đo và điều chỉnh I.4.2. Lựa chọn thiết bị chính: Để đạt được nồng độ khi cô đặc NaNO3 cao theo đúng yêu cầu cần phải tiêu tốn một lượng nhiệt rất lớn. Do đó quan tâm đến tiết kiệm năng lượng sẽ đem lại lơi ích kinh tế lớn.Trong hệ thống cô đặc có nhiều phương án để tiết kiệm năng lượng như:  Dùng hệ thống cô đặc nhiều nồi, ở đây ta chọn 3 nồi, trong đó hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau. Việc trích một phần hơi thứ làm hơi phụ để gia nhiệt dòng nhập liệu cũng là một phương án quan trọng để tiết kiệm lượng hơi đốt.  Quá trình cô đặc có thể được tiến hành trong một thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Quá trình cô đặc có thể được thực hiện ở áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường có thể dùng thiết bị hở nhưng khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín cô đặc chân không vì có ưu điểm là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt (khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm dẫn đến hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng).  Dùng buồng đốt ngoài nằm ngang : mặc dù cồng kềnh, cấu tạo phức tạp nhưng có ưu điểm là thiết bị được đặt vững vàng, buồng bốc có thể tách ra khỏi buồng đốt dễ dàng để làm sạch và sửa chữa,  Tiến hành cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn, có thể tự động hóa.  Sử dụng hệ thống cô đặc ngược chiều :  Ưu điểm: từ nồi đầu đến nồi cuối nồng độ của dung dịch và nhiệt độ đều tăng nên độ nhớt không tăng mấy, kết quả hệ số truyền nhiệt trong các nồi hầu như không SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 3 3 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng giảm. Khi cô đặc ngược chiều lượng nước bốc hơi vào thiết bị ngưng tụ nhỏ hơn xuôi chiều  Nhược điểm: hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều là cần phải có bơm để vận chuyển dung dịch, tốn năng lượng. Chương II: Quy trình công nghệ Thuyết minh quy trình công nghệ: - Dung dịch NaNO 3 8%, ở 30 o C, được bơm từ bể chứa nguyên liệu lên bồn cao vị, sau đó đưa qua lưu lượng kế rồi vào thiết bị gia nhiệt ban đầu. Tại đây, dung dịch NaNO 3 đi bên trong ống truyền nhiệt và được gia nhiệt bẳng hơi bão hòa đi bên ngoài ống đến nhiệt độ cận sôi. - Sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt ban đầu, dung dịch sẽ được nhập vào thiết bị cô đặc thứ III, đây là thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài nằm ngang, dung dịch trong nồi cô đặc sẽ chảy vào các ống truyền nhiệt nằm ngang của buồng đốt. Hơi đốt là hơi nước bão hòa sẽ đi bên ngoài ống để gia nhiệt cho dung dịch trong ống nhằm duy trì sự sôi , tuần hoàn dung dịch .Dung dịch sôi sẽ bay hơi lên, gặp thiết bị tách giọt phía trên buồng bốc sẽ tách làm 2 dòng. Dòng hơi tiếp tục bay lên và được dẫn sang nồi tiếp theo, các giọt lỏng bị lôi cuốn theo sẽ được hồi về buồng bốc lại. Sự bay hơi liên tục làm dung dịch tăng nồng độ lên. Tại nồi III, dung dịch được cô đặc đến nồng độ 9,96%. SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 4 4 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng - Sau đó, dung dịch được bơm qua thiết bị cô đặc thứ II, tại đây dung dịch sẽ được cô đặc đến nồng độ 14,35%. - Sau đó dung dịch tiếp tục được bơm qua thiết bị cô đặc thứ I , tại đây dung dịch được cô đặc đến nồng độ cuối là 32%. - Hơi đốt là hơi bão hòa được đưa vào thiết bị cô đặc thứ I, hơi đốt đi bên ngoài ống truyền nhiệt, nước ngưng sẽ được tháo ra bên ngoài, đồng thời trong ống tháo nước ngưng có bẫy hơi để tránh hơi đốt thoát ra bên ngoài, khí không ngưng cũng sẽ được cho thoát ra bên ngoài qua ống xả. - Hơi thứ của thiết bị cô đặc thứ I sẽ được tận dụng để làm hơi đốt cho thiết bị cô đặc thứ II, tại đây nước ngưng và khí không ngưng cũng được xả bỏ ra ngoài như thiết bị thứ I. - Hơi thứ của thiết bị thứ II được tận dụng làm hơi đốt cho thiết bị cô đặc thứ III, tại đây khí không ngưng và nước ngưng cũng được xả bỏ ra ngoài như thiết bị I và II. - Hơi thứ của thiết bị cô đặc thứ III được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet, dùng nước để ngưng tụ hết phần hơi thứ của nồi III. Phần hơi chứa lỏng chư ngưng tụ sẽ được đưa qua thiết bị tách lỏng để tiếp tục cho ngưng tụ, phần khí không ngưng sẽ được hút ra ngoài bằng bơm chân không. - Dòng sản phầm được dẫn ra ngoài tiếp tục cho trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu nhằm hạ nhiệt độ dòng sản phầm và đun nóng dòng nhập liệu bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm. Đây là biện pháp giúp tận dụng nguồn nhiệt từ dòng sản phẩm nóng, tiết kiệm năng lượng cho hệ thống. SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 5 5 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng Chương III: Cân bằng vật chất & năng lượng III.1. Dữ kiện ban đầu: Nồng độ đầu x đ = 8% Nồng độ cuối x c = 32%. Năng suất nhập liệu Q c = 5500 kg/h. Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà có áp suất tuyệt đối là 3,5 at. Áp suất tuyệt đối trong TB ngưng tụ: P nt = 0,3 at. III.2. Cân bằng vật chất: Áp dụng phương trình cân bằng vật chất: G d = G c +W G đ .x đ = G c .x c SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 6 6 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng ⇒ G .x G = =1375(kg/h) x d d c c Lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ: d 1 2 3 d c x W=W +W +W =G (1- )= x 5500.(1 - 8 32 ) = 4125 kg/h W: tổng lượng hơi thứ bốc lên của toàn hệ, kg/h W 1 : lượng hơi thứ bốc lên trong nồi 1, kg/h W 2 : lượng hơi thứ bốc lên trong nồi 2, kg/h W 3 : lượng hơi thứ bốc lên trong nồi 3, kg/h G d , G c : lượng dung dịch đầu, dung dịch cuối, kg/h. x d , x c : nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, % khối lượng Chọn tỷ lệ phân phối hơi thứ: 1 2 1,25 W W = ; 2 3 1,25 W W = ⇒ W 3 = W 1 1.1,25 1.1,25.1,25+ + = 1081,97 (kg/h) W 2 = 1,25.W 3 = 1352,46 (kg/h) W 1 = 1,2. W 2 = 1690,57 (kg/h) Suất lượng dung dịch ra khỏi nồi 3: G 3 = G đ – W 3 = 5500 - 1081,97 = 4418,03 kg/h Suất lượng dung dịch ra khỏi nồi 2: G 2 = G 3 – W 2 = 4418,03 – 1352,46 = 3065,57 kg/h Suất lượng dung dịch ra khỏi nồi 1: G 1 = G c = G 2 – W 1 = 3065,57 – 1690,57 = 1375 kg/h Vậy nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1: 1 . W d d d G x x G = = − 5500.8 32% 5500 4125 = − Tương tự nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 2: 2 2 3 . 5500.8 14,35% W W 5500 1352,46 1081,97 d d d G x x G = = = − − − − Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 3: 3 3 . 5500.8 9,96% W 5500 1081,97 d d c d G x x x G = = = = − − III.3. Phân phối chênh lệch áp suất và nhiệt độ dung dịch trong mỗi nồi: Ở thiết bị ngưng tụ: P nt = 0,3 at Ứng với áp suất này,nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ là 68,7 0 C Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối bằng nhiệt độ thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1 o C t 3 = 68,7 +1=69,7 o C Ứng với nhiệt độ này, áp suất trong nồi 3 là P 3 = 0,33 at Theo đề bài P hơi đốt =3,5 at Tổng chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và áp suất hơi thứ nồi 3: Δp = 3,5 – 0,33 = 3,17 at Chênh lệch áp suất trung bình: Δp 3,17 Δp 3 3 = = = 1,057 at SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 7 7 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng Chênh lệch áp suất làm việc trong mỗi nồi: Δp i = f i . Δp Chọn f 1 = 1,65; f 2 = 0.95; f 3 = 0,4 ⇒ Chênh lệch áp suất làm việc trong mỗi nồi: Δp 1 = 1,65. 1,057 = 1,743 at Δp 2 = 0.95. 1,057 = 1,0038 at Δp 3 = 0,4. 1,057 = 0.4227 at Áp suất trong buồng bốc mỗi nồi: P 3 = 0,33 at P 2 = 0,33 + 0,4227 = 0,7527 at P 1 = 0,7527 + 1,0038 = 1,757 at III.4. Tổn thất nhiệt độ của các nồi: III.4.1. Tổn thất do nồng độ: Ở cùng một áp suất nhiệt độ sôi của dung dịch (t sdd ) bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất. (t sdm ) Hiệu số nhiệt độ ∆’= t sdd – t sdm gọi là tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ: Công thức tính toán : ∆ ’ = ∆ o ’ f Với ∆’ o là tổn thất nhiệt độ do nồng độ bảng 5.2 [6, 282] f là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của dung môi bảng 5.3 [6, 282] Kết quả tính toán tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở áp suất làm việc Dung dịch: Nồi 1 (32%) Nồi 2 (14,%) Nồi 3 (9,96%) Δ’ o ( o C) 4,9 1,75 1,14 P hơi thứ (at) 1,757 0,753 0,33 t sdm,Pi ( o C) 114,91 92,3 69,7 f 1,038 0,911 0,793 Δ’ ( o C) 5,09 1,59 0.90 t dd ( o C) 119.98 93,89 70,60 Vậy tổng tổn thất nhiệt độ ở 3 nồi là: : ∑∆ ’ = ∆ 1 ’ + ∆ 2 ’ +∆ 3 ’ = 7,59 o C Tổn thất nhiệt độ do cột chất lỏng: 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): ∆” = t sdd (P tb ) - t sdd (P o ) = t sdm ( P tb ) - t sdm (P o ) Chiều cao thích hợp của dung dịch sôi trong ống truyền nhiệt: (tính theo kính quan sát chỉ mức) H op = [0,26 + 0,0014(ρ dd – ρ dm )]H (m) 2.20 [6, 108] Áp suất ở lớp chất lỏng trung bình: P tb = P o + = P o + ∆p (at) 2.19 [6, 108] SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 8 8 4 op 10*81.9 gH0.5 hh ρ Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng Trong đó: ρ dd : Khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ cuối (ở nhiệt độ t s, không kể lẫn bọt hơi), kg/m 3 ; ρ dm : Khối lượng riêng dung môi , kg/m 3 ; H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m; H OP : Chiều cao tính theo kính quan sát mực chất lỏng, chọn H OP = 2 m P o : Áp suất trên mặt thoáng dung dịch lấy bằng áp suất hơi thứ, at; g : gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81 m/s 2 Ta lấy: ρ hh = 0,5ρ dd [6, 108] Kết quả tính toán tổn thất nhiệt độ do cột lỏng Dung dịch: Nồi 1 (32%) Nồi 2 (14,%) Nồi 3 (9,96%) P i (at) 1,757 0,753 0,33 t sdm,Pi ( o C) 114,91 92,3 69,7 ρ dm (kg/m 3 ) 942 958 978 ρ dd (kg/m 3 ) 1169 1049 1031 H op 0,7 0,7 0,7 P tb (at) 1,777 0,77 0,348 t sdm,Ptb ( o C) 115,62 92,8 70,2 Δ’’ 0,14 0,53 0,49 Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do cột chất lỏng là: ΣΔ’’ = 0,49 + 0,53 + 0,14 =1,167 o C III.4.2. Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi thứ: Chọn nhiệt độ tổn thất trên mỗi đường ống là Δ’’’ = 1 o C Tổng tổn thất trên mỗi đường ống cho cả 3 nồi là ΣΔ’’’ = 3 o C Vậy tổng tổn thất nhiệt độ của nồi 1 là: Δ 1 = 5,09 + 0,14 +1 = 6,23 o C tổng tổn thất nhiệt độ của nồi 2 là: Δ 2 = 1,59 + 0,54 + 1 = 3,13 o C tổng tổn thất nhiệt độ của nồi 3 là: Δ 3 = 0,9 _0,49 +1 = 2,39 o C tổng tổn thất nhiệt độ cả 3 nồi: ΣΔ = Δ 1 + Δ 2 + Δ 3 = 11,75 o C Suy ra nhiệt độ dung dịch ở mỗi nồi: t sdd,Pi = t sdm,Pi + Δ i ( o C) III.5. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích các nồi: Theo định nghĩa, hiệu số nhiệt độ hữu ích là chênh lệch giữa nhiệt độ hơi đốt với nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch: ∆t i = Τ đốt – T sdd (p0+ ∆ p) Hoặc: ∆t i = T – t s Mà: t s = t ’ + ∆ ’ + ∆ ’’ Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi: SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 9 9 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO 3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng Nồi 1: ∆t i1 = T 1 – t s1 = T 1 – (t 1 ’ + ∆ 1 ’ + ∆ 1 ’’ ) Nồi 2: ∆t i2 = T 2 – t s2 = T 2 – (t 2 ’ + ∆ 2 ’ + ∆ 2 ’’ ) Nồi 3: ∆t i3 = T 3 – t s3 = T 3 – (t 3 ’ + ∆ 3 ’ + ∆ 3 ’’ ) Trong đó: ∆t i1 , ∆t i2 , ∆t i3 : Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, o C T 1 , T 2, T 3 : Nhiệt độ hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, o C t s1 , t s2 , t s3 : Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, o C t 1 ’ , t 2 ’ ,t 3 ’ : Nhiệt độ hơi thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3, o C ∆1 ’ , ∆2 ’, ∆3 ’ : Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, o C ∆1 ’’ , ∆2 ’’, ∆3 ’’ : Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, o C Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn hệ thống: ∑∆t i = ∆t i1 + ∆t i2 + ∆t i3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi T đốt ( o C) T sôi dm ( o C) ∆ ’ ( o C) ∆” ( o C) T sôi dd ( o C) ∆t hi ( o C) Nồi 1 139.50 114.91 5.09 0.14 120.14 19.36 Nồi 2 113.91 92.30 1.59 0.53 94.42 19.48 Nồi 3 91.30 69.70 0.90 0.49 71.10 20.20 Tổng 3 nồi ∑∆t i = 59,05 0 C III.6. Cân bằng nhiệt lượng các nồi: Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x < 20% C = 4186.(1 - x), J/(kg.K) ; I.43 [2, 152] x: nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng(%); Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x > 20% C = C ht .x + 4186.(1 - x), J/(kg.K) ; I.44 [2, 152] C ht : nhiệt dung riêng của chất hoà tan ( J/(kg.K) ); Nhiệt dung riêng NaNO 3 khan (C ht ) được tính theo công thức: M NaOH .C ht = ΣC i .N i I.41 [2,152] M : khối lượng mol của hợp chất C i : nhiệt dung riêng của đơn chất n i : số nguyên tử trong phân tử Ta có: C Na = 26000 J/(kg.K); C o = 16800 J/(kg.K) C N = 26000 J/(kg.K) 3 . . . 26000.1 26000.1 168000.3 85 Na Na O O N N ht NaNO n C n C n C C M + + + + = = =1205 J/(kg.K) SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 10 10 [...]... ∆tw = ∑R q1 Trang: 15 15 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng  Tính hệ số dẫn nhiệt của dung dịch: ρ λdd = A.CP ρ 3 M (W/m.K) + Cp : Nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch (J/kgK) + ρ : khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3) + M : khối lượng mol trung bình của dung dịch M = x.MNaNO3 + (1 - x).Mnước + A : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước... Tiên Trang: 13 13 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m2độ : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch, W/m2độ α1 α2 rc1 : Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt (nước sạch) rc1 = 0,232.10-3(m2độ/W) Bảng V.1 [2, 4] : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch -3 2 r = 0,387.10 (m độ/W) Bảng V.1 [2, 4] c2 rc2 δ λ :Nhiệt trở thành thiết bị, m2độ/W Chọn vật...Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 Nhập liệu C J/(kg.K) 3851,12 Nồi 1 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng Nồi 2 3231,99 3585,19 Nồi 3 3769,11 III.3.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: D : Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h Gđ : Lượng dung dịch ban đầu, kg/h ϕ : Độ ẩm của hơi đốt i, i1, i2 : Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi... 1690 1352 1081 1663 1327 1135 ∆ W% 2,62 1,87 4,52 Các kết quả trên đều thỏa điều kiện kiểm tra Chương IV: SVTH:Lê Minh Tiên Tính kích thước thiết bị chính Trang: 12 12 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH IV.1 Bề mặt truyền nhiệt buồng đốt: Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát như sau F= Q K ∆ti m2 (5.47) [3,... dày thực: S = S’ + C mm Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm C = C a + Cb + C c + C o mm Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm  Chọn Ca = 1 mm Cb : Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm  Chọn Cb = 0 SVTH:Lê Minh Tiên 5-9 [5,96] 1-10 [5,20] Trang: 21 21 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng Cc : Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế... công thức 5.48 [5,145]: σn = PCT π × ( Db + S ) × ( S − Ca ) , N/mm2 259452 = π × (1400 + 10) × (10 − 1) 6,5 N/mm2 Điều kiện ổn định của thân, công thức 5.47 [5,145]: σn = SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 27 27 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng σn P + ≤1 [σ n ] [ P ] 6,5 0,164 + = 99,54 0, 294 0,624 < 1 ⇒ thoả Vậy bề dày thân buồng đốt nồi 3 là 10 mm Chọn bề dày thiết kế. .. Nhiệt cô đặc xem như bỏ qua, lấy độ ẩm không khí gần bằng 0 Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hoà, các thông số tra được: (Bảng I.250[4, 312]) Hàm nhiệt của hơi đốt từ nồi hơi và hơi thứ các nồi : i = 2711 kJ/kg i1 = 2704 kJ/kg i2 = 2648 kJ/kg i3 = 2626 kJ/kg Nhiệt độ sôi của dung dịch: tđ = 70,4 oC t1 = 120 oC t2 = 94,4 oC SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 11 11 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch. .. (Ns/m2) P (N/m2) Nhiệt tải riêng phía dung dịch α2 q2 2.K) (W/m (W/m2) 0,317.10-3 32373 tra lại giả thuyết ∆t1 ∆q = q1 − q2 100% < 5% q1 Giả sử q1 > q2 thì ∆q < 5% là thoả Bảng 11 q1 (W/m2) Nồi 1 15171 Nồi 2 14321 Nồi 3 14469 q2 (W/m2) ∆q % 14748 14645 12423 2,79 1,90 41,85 Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi: SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 16 16 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 K= Ta có: qtb ∆ti [2, 3] qtb... số cấp nhiệt ở các dãy ống dưới sẽ giảm.Lúc này hệ số cấp nhiệt trung bình của chùm ống tính theo công thức SVTH:Lê Minh Tiên Trang: 14 14 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng α1 = ε α 0 V.109 [5, 30] Với  là hệ số phụ thuộc cách bố trí ống và số ống trên đường chéo của thiết bị Chọn giá trị  là 0,4 Thông số t1 (°C) t2 (°C) r (j/kg) d (m) ∆t1 (°C) tw1 (°C) tm (°C)... 0,122 = 4 99166 N Db Xác định hệ số kc theo tỷ số 2 × ( S − Ca ) ,theo[5,140]: Db 1000 = Khi 2 × ( S − Ca ) = 2 × (8 − 1) 71,43 thì qc = 0,061 PCT = Dt 2.( S − C a ) SVTH:Lê Minh Tiên 50 100 150 200 250 500 1000 2000 2500 Trang: 23 23 Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 Qc 0,05 0,098 0,14 0,15 GVHD: TS.Trịnh Văn Dũng 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055 Xác định hệ số Kc, theo công thức 5.34 [5,140]: K . Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 t1 (°C) 13 9,5 11 3, 91 91, 30 t2 (°C) 12 0 ,14 94,42 71, 10 r (j/kg) 213 0500 222 716 2 2238885 d (m) 0,025 0,025 0,025 ∆t1 (°C) 1, 9 1, 80 1, 9 tw1 (°C) 13 7,6 11 2 ,11 89,4 tm (°C) 13 8,6 11 3, 01. (W/m 2 ) Nồi 1 137,6 11 ,25 12 6,35 17 2 313 44239,3 2375,2 14 748 Nồi 2 11 2 ,11 10 ,62 10 1,49 73836 3746,6 2075, 51 14645 Nồi 3 89,4 10 ,73 78,67 32373 2 914 ,06 16 41, 6 12 423 Kiểm tra lại giả thuyết ∆t1 1 2 1 .10 0%. nồi 1 0,85 10 48,83 1, 15 0,030 0,05 0 ,10 Nhập liệu nồi 2 1, 23 10 31, 34 1, 15 0,036 0,05 0 ,10 Nhập liệu nồi 3 1, 53 10 25,00 1, 15 0,0 41 0,05 0 ,10 Tháo liệu nồi 1 0,38 11 69 ,19 1, 15 0, 019 0,05 0 ,10 Hơi