chương 9 THIẾT bị cô đặc

47 6 0
  • Loading ...
1/47 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 04/04/2019, 19:24

CHƯƠNG THIẾT BỊ CƠ ĐẶC MỞ ĐẦU Cơ đặc phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ cấu tử DD hai hay nhiều cấu tử Q trình đặc DD lỏng - rắn hay DD lỏng lỏng mà có chênh lệch nhiệt độ sơi cao thường tiến hành cách tách phần dung mơi Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó) ta tách phần dung môi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay phương pháp làm lạnh kết tinh  Trong phương pháp nhiệt, tác dụng nhiệt (do đun nóng), dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái áp suất riêng phần áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống DD (tức DD sơi) Để cô đặc DD không chịu nhiệt độ cao (như DD đường) đòi hỏi phải đặc nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân mặt thống thấp, hay thường chân khơng (p < ata) Đó phương pháp đặc chân không  Trong phương pháp lạnh, hạ thấp nhiệt độ đến mức độ yêu cầu cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết - thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan (trước xảy kết tinh ơtecti) Tùy theo tính chất cấu tử - kết tinh dung mơi, điều kiện áp suất bên ngồi tác dụng lên DD mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp có phải dùng đến máy lạnh (như kết tinh nước để cô đặc nước ép giàu sinh tố ) MỞ ĐẦU • Cơ đặc phương pháp nhiệt q trình ngược q trình hòa tan: q trình hòa tan thu nhiệt q trình đặc tỏa nhiệt (phải tải nhiệt chất tải nhiệt thích hợp), ngược lại q trình hòa tan tỏa nhiệt q trình đặc q trình thu nhiệt (tức phải cấp thêm nhiệt) Nhiệt DD tỏa (hay thu vào) q trình đặc gọi nhiệt đặc • Tùy theo loại DD, nhiệt đặc âm (tỏa nhiệt DD ), dương (thu nhiệt DD NaOH, KOH, ) hay khơng (như DD đường) • Thường chất dễ tạo solvat hòa tan tỏa nhiệt, đặc thu nhiệt (như NaOH, KOH, ) chất khơng tạo solvat NH4NO3, NaNO3 hòa tan thu nhiệt, đặc tỏa nhiệt • Nhiệt đặc tính theo đơn vị khối lượng chất tan xem chất tan khơng tổn thất q trình đặc MỞ ĐẦU Hình 5.1: Nhiệt hòa tan tích phân (tồn phần) số chất MỞ ĐẦU • Sự có mặt cấu tử tan (chất rắn hay chất lỏng khó bay hơi) DD làm giảm áp suất cân mặt thoáng DD so với dung mơi tinh khiết Theo định luật Raoult độ giảm áp suất dung mơi mặt thống DD tỉ lệ thuận với nồng độ chất tan DD: p ''dm  p ''dd Nct  p ''dm Ndm P”dm p”dd : áp suất bão hòa dung mơi tinh khiết DD tương ứng Nct, Ndm- số mol chất tan số mol dung môi kg DD VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Đối với chất lỏng đơn chất hay hợp chất tinh khiết dung mơi thường áp dụng phương pháp tính trực tiếp: phương pháp dựa công thức tính nhiệt độ sơi hay áp suất bão hòa đơn chất (như công thức Clapeyron, công thức Antoine, cơng thức Frost - Kalkwarf) VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Cơng thức Clapeyron Lnp''dm  A  ' - mmHg) ( p dm B tsdm  273 (5.4) với A, B cá c số đặc trưng từ ng hóa chấ t (tra sổ tay hóa lý) B   H / RZ ; H - cal/mol - nhiệt hóa Z   Pr/ Tr ; P r  p ''/ pcr ; Tr  ( t  273 ) /( tcr  273 ) pcr , tcr - p suất nhiệt độ tới hạ n VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Công thức Antoine C (với p”m< 1500 mmHg) Lnp''dm  A  B C  ( tdm  273) ; p''dm  mmHg ) Các số A, B, C tra theo sổ tay hóa lý : theo Robert C.Reid Với khoảng áp suất thấp 10 < p’’ < 1500 (mmHg) nên dùng cơng thức Frost A A Kalkwarf D R : ln p''dm p''dm B  A   CLnT  D T T Các số A, B, C, D tính theo cơng thức Harlacher E A Braun W G VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Phương pháp nội suy: sở phương pháp dựa vào kết có áp suất - nhiệt độ định (từ số liệu tra cứu hay thực nghiệm) Phương pháp áp dụng cho dung môi tinh khiết hay DD (hệ lỏng - lỏng, lỏng - rắn) oCông thức Bratii Em A oPhương pháp Duhring oPhương pháp Babô VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ SƠI CỦA CHẤT LỎNG Phương pháp nội suy: + Công thức Bratii Em A.: (sai số < 5%) dùng cho đơn chất với khoảng áp suaát p < 0,1 atm: log(   1)  0, 3010,935 ; đó: p pc  p ; p áp suất tới hạn chất lỏng áp suất khí tiêu chuẩn (1 atm) po c o log pc log Tsdm Tc ; Tsdm , Tso , Tc tương ứng nhiệt độ sôi dung môi áp suất làm  Tso log Tc log việc (p), áp suất khí  po  nhiệt độ tới hạn, o K Phương pháp đòi hỏi phải biết nhiệt độ sôi áp suất khí  Tso  thông số trạng thái tới hạn 5.2 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC MỘT NỒI 1- Tổn thất nhiệt độ r=i”D-C.θ - có lạnh nước ngưng Δth.i – Chênh lệch nhiệt độ hữu ích th.i  T  tsdd  T    ΔT = T-tc ΔΣ= Σ Δi= Δi’+ Δi”+ Δi’” Tc – nhiệt độ ngưng tụ cỉa thứ thiết bị ngưng tụ Δi’” = – 1,5 oC: tổn thất nhiệt độ đường ống dẫn thứ Δi’=tsdd(po)-tsdm(po) – tổn thất nhiệt độ nồng độ Δi’” = tsdm(po+ ΔP) – tsdd(po) – tổn thất nhiệt độ cột thủy tĩnh dung dịch sôi Δp – áp suất thủy tĩnh gây dung dịch độ sâu trung bình cột chất lỏng 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 1- Tổn thất nhiệt độ p - áp suất thủy tónh gây DD độ sâu trung bình cột chất lỏng 1 p  h. hh ;  hh   dd - khối lượng trung bình DD sôi bọt, lấy 2 khối lượng riêng thực DD đặc bọt h - chiều cao thực tế mức chất lỏng theo ống mức k - hệ số truyền nhiệt tổng quát buồng đốt (xem mục sau) Thực nên dùng công thức tính theo kiểu tlog : th.i (  tlog )  to  th ; to Ln th Với: to  T  tsdd( p ) , o th  T  tsdd( po h ) ; ph  2p 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng + Cân vật chất nồi cô đặc (không có tổn thất chất tan): Gđ xđ  Gc xc Từ ta có: W  Gđ (1  (5.16) Gñ  W  Gc Gñ xñ xñ xñ  ) ; xc  W Gñ  W xc 1 Gđ (5.17) o và     ''  W iw ''  D.c.  Gc cc t1''  Qcñ  Qtt Gñ cñ t1'  D.iD DD loãng đốt thứ nước ngưng DD nhiệt tổn đặc cô đặc thất Để dễ tính toán sau ta tiến hành biến đổi dùng phép gần cđ  cc sau: 5.2 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng Để dễ tính toán sau ta tiến hành biến đổi dùng phép gần cđ  cc sau: Nhiệt lượng sản phẩm mang ra: Gc t1'' cc  ( Gñ  W )cc t1''  Gñ cc t1''  Wcc t1''  Gñ cd t1''  Wcc t1'' (5.19) Công thức cân nhiệt lượng rút gọn là: ''  cc t1'' )  Gñ cd ( t1''  t1' )  Qcñ  Qtt D( i''D  c)  W ( iw (5.20) 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng Lưu ý: 1- Nếu nước ngưng chảy có nhiệt độ T đốt vào (không có lạnh ''  c  r ẩn nhiệt ngưng tụ sau ngưng) iD 2- Dấu cộng (  Qcđ ) ứng với trường hợp cô đặc thu nhiệt (hòa tan tỏa nhiệt); Dấu trừ ( Qcđ ) ứng với cô đặc tỏa nhiệt (hòa tan thu nhiệt) + Lượng đốt (D) sử dụng tất là: DW ''  cc t1'' iw i''D  c   Gñ cñ ( t1''  t1' )  Qcñ i''D  c   D1 D2  Qtt i''D  c    D3 với: D1 - chi phí đốt để bốc thực D2 - chi phí đốt để thay đổi nhiệt hàm DD D3 - chi phí đốt để bù tổn thất nhiệt; D3 /D   - tỉ lệ tổn thất đốt (5.21) 5.2 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng Nếu: Qtt    và: Gñ cñ ( t1''  t1' )  Qcñ  ''  cc t1'' iw kg đốt D thì: D2  D3  ; vậy: D  W hay m  , ( ) kg thứ W '' iD  c m - gọi chi phí riêng đốt để tạo kg thứ Bình thường không trích lấy phụ m = 1,21,5 (có tới 1,8 - 2,0) Lượng thứ W tạo thành là: WD i''D  c ''  cc t1'' iw      W1 đó:   Gđ cđ ( t1'  t1'' ) ''  cc t1'' iw  1     Qcñ  Qtt ''  cc t1'' iw  W3 W2 W1 =  D - lượng thứ tạo thành thân đốt D gây ra: Hệ số:   i''D  c kg thứ ) - gọi hệ số bay  , ( kg đốt ''  cc t1'' m iw (5.22) 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng  W2   Gđ - lượng thứ tạo thành tự bay hơi: Hệ số:   cñ ( t1'  t1'' ) ''  cc t1'' iw - gọi hệ số tự bay  hay  = Tùy thuộc tương quan t1' t1'' mà hệ số tự bay    W3   Qcđ  Qtt ''  cc t1'' iw - lượng thứ bò mát hiệu ứng nhiệt tổn thất nhiệt Nếu t1'  t1'' (không có tự bay hơi, W2  ) W3  (nhiệt cô đặc tổn thất nhiệt bù trừ cho nhau, hay bé không đáng kể), ta có: W   D 5.2 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI 2- Tính cân vật chất lượng Diện tích bề mặt truyền nhiệt ( F ) cần thiết buồng đốt tính theo cân sau: - Tổng nhiệt lượng đốt ngưng tụ cung cấp: QD  D(1  )( i''D  c) , (W) (5.22a) - Nhiệt lượng truyền qua bề mặt truyền nhiệt laø: Q  kF th.i  (1   )QD  (1   ) D(1  )( i''D  c) (5.22b) - Tổng lượng đốt D phải dùng (biểu kiến): D ''  cc t1'' )  Qcđ Gñ ( cc t1''  cñ t1' )  W ( iw ''  c) (1   )(1  )( iD đó:  - tỉ lệ tổn thất nhieät:   Q3 / QD   4%  - độ ẩm đốt bão hòa, thường  = 0,05 r i c (5.23) 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI Hệ nhiều nồi xi chiều thích hợp để cô đặc DD mà chất tan dễ biến tính nhiệt độ cao hệ xi chiều nồi đầu có p t cao nồi sau nên sản phẩm hình thành nồi có nhiệt độ thấp 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI Hệ nhiều nồi ngược chiều thích hợp đặc DD vơ khơng biến tính nhiệt độ khoảng nhiệt độ làm việc Dùng bơm để vận chuyển từ nồi sau đến nồi trước 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng + Lượng thứ tạo thành hệ W : W x  Gd (1  d )  xc n  Wi (5.24) i1 với: xc ; xd - nồng độ sản phẩm nhập liệu hệ (lưu ý tính cho nồi có xd xc nồi); Wi - lượng thứ tạo thành nồi + Nồng độ xi sản phẩm nồi (xét cho hệ xuôi chiều) Nồi 1: x1  xd Gd Gd  W1 (5.25) Noài 2: x2  xd Gd Gd  W1  W2 (5.26) Noài thứ n: xn  xd Gd n Gd   Wi i1 + Sự phân phối W : để đảm bảo việc dùng toàn thứ nồi trước đốt cho (5.27) 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng + Sự phân Wi : để đả m bả o vie äc d ùn g toàn thứ nồ i trước đo át cho nồi sau, thườ ng người ta phải dùn g cá ch lựa chọ n áp suất lưu lượ n g thứ từn g nồ i thích hợ p cho: Di mi   1,2  1,25 (5.28) Wi Tức ñaû m baûo : W1 W2  W2 W3   Wn1 Wn  m  1,2  1,25 (5.29) Thường thườ ng hệ cô đặ c nhiều nồi người ta thườ ng chọ n chế độ hoạ t độn g cấu tạo theo điều kiện tối ưu sau đâ y: t th.i = const (chênh lệ ch nhiệt độ hữu ích cá c nồi bằn g nhau) Fi const (diệ n tích BMTN cá c nồi bằn g nhau)  Fi (tổn g diện tích truyền nhiệ t tối thiể u) 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng Ví dụ: Hệ hai nồ i: W1  1,25W2 W  W1  W2  2, 25W2 Nồ i cuối: W2  W / 2, 25 Hệ ba nồi : W2  1,25W3 W1  1, 25W2  1, 25 2W3 W   Wi  3,8125W3 Nồ i cuối: W3  W / 3, 8125 Hệ bố n nồ i: W3  1, 25W4 W2  1,25W3  1,25 W4 W1  1, 25W2  1, 25 3W4 W  (1  1,25  1, 25  1, 25 )W4  5, 7656W4 Vậy: Nồi cuố i: W4  W 5, 7656 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng Sau xác định áp suất làm việc pi nồi áp suất đốt nồi đầu pD ta tiến hành tính chênh lệch nhiệt độ hữu ích nồi Δti Nếu Δti nồi chênh lệch khơng nhiều (< 5%) chấp nhận, chỉnh lại áp suất nồi (xem hình 5.12a: Sơ đồ bước tính hệ đặc nhiều nồi) Cường độ bốc riêng WFi, kg thứ/m2.h Cường độ bốc riêng WFi lượng thứ sinh tính cho m2 bề mặt truyền nhiệt trong TBCĐ WFi phụ thuộc vào nhiều yếu tố hoạt động thiết bị tính chất DD (áp suất làm việc pi, độ sâu mức chất lỏng h, nhiệt độ sôi tsdm,tsdd, cường độ cấp nhiệt riêng qF , tính chất nhiệt lý DD dung môi, nồng độ DD ) Ta xem xét khả tính tốn gần cường độ bốc riêng loại buồng đốt ống đứng, tuần hoàn trong, đối lưu tự nhiên: 5.3 HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NHIỀU NỒI 1- Tính cân vật chất lượng ... dung loại thiết bị màng chảy xuôi 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 5.1 PHÂN... 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 3- Đặc điểm cấu tạo số chi tiết chủ yếu a) Ống tuần hoàn Dùng ống kim loại thích hợp, với đường kính thuộc dãy chuẩn sau: 1 59; 2 19; 273; 325; 400;... DD đặc sệt, có độ nhớt cao, giảm bám cặn hay kết tinh phần bề mặt truyền nhiệt Có loại dùng cánh khuấy đặt trung tâm buồng đốt để tuần hoàn DD 5.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
- Xem thêm -

Xem thêm: chương 9 THIẾT bị cô đặc , chương 9 THIẾT bị cô đặc

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay