intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

ĐỒ ÁN MÔN HỌC "Ngành công nghiệp sản xuất NaOH'

Chia sẻ: Me Tran | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST
Báo xấu
216
lượt xem 41
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất hố chất cơ bản. Nó đóng vai trò rất lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt , tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hố dầu, sản xuất phèn... NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ĐỒ ÁN MÔN HỌC "Ngành công nghiệp sản xuất NaOH'

  1. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB I. MỞ ĐẦU: Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất hố chất cơ bản. Nó đóng vai trò rất lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt , tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hố dầu, sản xuất phèn... NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao. Vì vậy cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an tồn lao động trong quá trình sản xuất. Trước đây trong công nghiệp NaOH thường được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 lỗng và nóng . Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa. Tuy nhiên dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ rất lỗng , khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng người ta phải cô đặc dung dịch đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu. Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hồ tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi hoặc dạng kết tinh. Trong khuôn khổ đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc theo cách tách dung môi dưới dạng hơi. Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt thống dung dịch bừng với áp suất làm việc của thiết bị. Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ các dung dịch lỗng, hoặc để tách các chất rắn hồ tan. Quá trình cô đặc thường tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường ( áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở , còn khi làm việc ở áp suất khác ( vd áp suất chân không ) người ta dùng thiết bị kín. Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Thiết kế đồ án môn học máy và thiết bị hố chất giúp sinh viên làm quen với phương pháp tính tốn máy thiết bị hố chất. Tập đồ án này thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc dung dịch xút NaOH có nồng độ đầu 15% đến nồng độ cuối 30%. Năng suất đầu vào là 1m3/hour. II. CHỌN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ : 1. Qui trình công nghệ : Năng suất của qui trình cô đặc là 1m3/h. Đây là năng suất nhỏ do đó ta chọn qui trình công nghệ như sau. Trang 1
  2. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB 2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc: Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị, từ bồn cao vị dung dịch chảy xuống qua thiết bị gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất làm việc của nồi I. Dung dịch sau đó được đưa vào nồi I. Do có sự chênh lệch áp suất giữa nồi I và nồi II nên dung dịch tiếp tục chảy qua nồi II rồi được bơm hút ra rồi chuyển vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ trong nồi I dùng làm hơi đốt nồi II để tận dụng nhiệt. Hơi thứ nồi II sẽ được đưa qua thiết bị ngưng tụ baromet và được chân không hút ra ngồi. Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc : phần dưới của thiết bị là buồng đốt gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần hồn trung tâm. Dung dịch đi trong ống, hơi đốt sẽ đi trong khoảng không gian phía ngồi ống. Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hồn trung tâm là : do ống tuần hồn có đường kính lớn hơn rất nhiều so với các ống truyền nhiệt do đó hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch sẽ sôi ít hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt. Khi sôi dung dịch sẽ có ρds = 0.5 ρdd do đó sẽ tạo áp lực đẩy dung dịch từ trong ống tuần hồn sang ống truyền nhiệt. Kết quả là tạo một dòng chuyển động tuần hồn trong thiết bị. Để ống tuần hồn trung tâm hoạt động có hiệu quả dung dịch chỉ nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt. Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng bốc còn có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ. A.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH III. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT: 1. Chuyển đơn vị năng suất từ (m3/h) sang (kg/h): Năng suất nhập liệu : G’D =1 m3/h. Khối lượng riêng : ρNaOH= 1159 kg/m3 GD = G’D ∗ ρNaOH= 1159 kg/h Nồng độ nhập liệu : xD = 15 % Nồng độ cuối của sản phẩm : xC = 30% Trang 2
  3. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Áp dụng phương trình cân bằng vật chất : GD ∗ xD = GC ∗ xC G ∗x 1159 ∗ 15 Suy ra: G C= D D = = 579.5 kg/h . xC 30 2. lượng hơi thứ bốc lên trong tồn hệ thống : x Áp dụng công thức : W = G D (1 − D ) kg/h xC Trong đó: W : Lượng hơi thứ của tồn hệ thống kg/h GD : Lượng dung dịch ban đầu kg/h xD,xC : Nồng độ đầu,cuối của dung dịch % khối lượng Thay số vào ta có: x 15 W = G D (1 − D ) = 1159.(1 − ) = 579.5 kg/h. xC 30 3. Giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi : W Chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi I và II là : I = 1.1 W II Khi đó ta có hệ phương trình: WI = 1 .1 W II WI + WII = W Giải hệ trên có kết quả : WI = 303.5 kg/h WII = 276 kg/h 4. Xác định nồng độ dung dịch từng nồi : - Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi I : G .x 1159.15 x’C= D D = = 20.32 % G D − WI 1159 − 303.5 - Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi II : G D .x D 1159.15 x’’C= = = 30 % G D − WI − WII 1159 − 303.5 − 276 IV.CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG: 1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi: Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc: Theo đầu bài áp suất ngưng tụ là: Png = 0.5 at Chọn áp suất của hơi đốt vào nồi I là : P1= 3.5 at Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là : ΔPt =P1 – Png = 3.5 – 0.5 = 3 at ΔP1 Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là : = 1 .5 ΔP2 Trang 3
  4. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Kết hợp với phương trình : ΔP1 + ΔP2 = ΔPt = 3 at Suy ra : ΔP1 = 1.8 at ΔP2 = 1.2 at Dựa vào các dữ kiện trên và tra sổ tay qúa trình thiết bị tập I ta có bảng sau đây : Nồi I Nồi II Tháp ngưng tụ Loại Áp suất Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ (at) (0C) (at) (0C) (at) (0C) Hơi P1= 3.50 T1=137.9 P1=1.70 T2=114.5 đốt Png=0.5 tng=80.9 Hơi P’1=1.76 t’1 =115.5 P’2=0.52 t’2 =81.9 thứ 2. Xác định nhiệt độ tổn thất : a. Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao (Δ’): Áp dụng công thức của Tiaxenko: Δ’ = Δ’o . f Ở đây : Δ’o : Tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường. f : hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường. (273 + t 'i ) 2 f = 16.2 ri t’i : nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I ri : ẩn nhiệt hố hơi của hơi ở nhiệt độ t’i . Từ các dữ kiện trên ta lập được bảng sau: Đại Δ’o t’ r.10-3 Δ’i lượng xC (%k.l) (0 C ) ( 0C ) (j/kg ) (0 C ) Nồi I Nồi I 20.32 8.457 115.5 2218.7 9.33 Nồi II 30.00 17.0 81.9 2304.6 15.05 Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao : ΣΔ’ = Δ’I +Δ’II = 9.33 +15.05 = 24.38 0C b. Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh (Δ’’ ): Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ΔP (N/m2), ta có: 1 ΔP = ρS.g.Hop N/m2 2 Trong đó: ρs : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , kg/m3 ρs =0.5 ρdd Trang 4
  5. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB ρdd : Khối lượng riêng của dung dịch ,kg/m3 Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m Hop = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho Từ ΔP ta sẽ tính được áp suất trung bình của dung dịch ở từng nồi thông qua công thức: Ptbi= P’i+ΔPi ( i ): nồi thứ i Tra sổ tay ta có được bảng sau: x C ,% t’ ,0C ρdd , kg/m3 ρdm ,kg/m3 Nồi I 20.32 115.5 1173.4 958 Nồi II 30.00 81.9 1276 958 Coi ρdd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến độ sâu trung bình của chất lỏng. Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là Ho=1.5 m. Nồi I: Hop1 = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho=[0.26+0.0014(1173.4-958)]*1.5=0.84234 ,m Áp suất trung bình: Ptb1= P’1+ΔP1=1.76+0,5.0,5.1173.4.10-4.0.84234=1.785 at Tra sổ tay tại Ptb1=1.785 (at) ta có t”1=116.03 0C. Suy ra : Δ”1=(t”1+Δ’1) – (t’1+Δ’1)= 116.03– 115.5 =0.53 0C Nồi II: Hop2 = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho=[0.26+0.0014(1276-958)]*1.5=1.0578 ,m Áp suất trung bình: Ptb2= P’2+ΔP2=0,52+0,5.0,5.1276.10-4.1,0578=0,554 at Tra sổ tay tại Ptb2 = 0.554 (at) ta có t”2= 83.37 0C. Suy ra : Δ”2=(t”2+Δ’2) – (t’2+Δ’2)= 83.37 – 81.9 =1.47 0C Vật tổn thất nhiệt của hai nồi là: ΣΔ” =Δ”1+Δ”2 =0.53+1.47 = 2.00 0C c. Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (Δ”’) Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 10C. Do đó: Δ”’1=1.50C Δ”’2 =1.0 0C d. Tổn thất chung trong tồn hệ thống cô đặc: ΣΔ=ΣΔ’+ΣΔ”+ΣΔ”’=24.38+2.00+2.5=28.88 0C 3. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi: Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi nồi: Nồi I: Δti1=TI – (T2+ΣΔ1) =137.9 – (114.5+9.33+0.53+1.5)=12.04 0C Nồi II: Δti2=T2 – (tng +ΣΔ2) =114.5– (80.9+15.05+1.47+1)=16.08 0C Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi: Nồi I : Δti1=TI –tS1 suy ra tS1=T1 - Δti1=137.9 – 12.04 = 125.86 0C Trang 5
  6. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Nồi II : Δti2=T2 –tS2 suy ra tS2=T2 - Δti2=114.5 – 16.08 = 98.42 0C 4. Cân bằng nhiệt lượng: a. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi: Nồi I: Nồng độ đầu dung dịch xD=15%20% nên áp dụng công thức: C1=C2=4186 – ( 4186 – Cht)xC1 Cht : Nhiệt dung riêng của chất hồ tan ,j/kg.độ M.Cht =n1.c1+ n2.c2+ n3.c3+. . . nn.cn (*) Tra sổ tay tập I ta có: MNaOH =40 n1=n2=n3 =1 c1=cNa = 26 j/kg n.tửû.độ c2=cO = 16.8 j/kg n.tửû.độ c3=cH = 9.6 j/kg n.tửû.độ 26 + 16.8 + 9.6 3 Thay vào (*) ta có: Cht= .10 = 1310 j/kg.độ 40 Nhiệt dung riêng dung dịch ra khỏi nồi II là: C2=C1 =4186 – ( 4186 – Cht )xC2 =4186 – (4186 – 1310)0.3 =3323.2 j/kg.độ b. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL): Nồi I: D.i+GD.CD.tD=W1.i1+(GD – W1)C1.t1+D.Cng1. θ1+Qxq1 Nồi II: W1.i1+(GD –W1)C1.t1=W2.i2+(GD – W)C2.t2+W1.Cng2.θ2+Qxq2 Trong đó: D: lượng hơi đốt dùng co hệ thống ,kg/h i,i1,i2: hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ nồi I và nồi II ,j/kg tD, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, rakhỏi nồi I và nồi II của dung dịch , 0C CD, C1, C2:nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung dịch , j/kg.độ θ1, θ2:nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I và nồi II ,0C Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi I và nồi II ,j/kg.độ. Qxq1,Qxq2 :nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh , J GD : lượng dung dịch lúc ban đầu ,kg/h Chọn hơi đốt , hơi thứ là hơi bão hồ, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ, khi đó ta có: i- Cng1. θ1=r (θ1) và i1- Cng2. θ2=r(θ2) tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây: đầu vào Đầu ra nồi I Đầu ra nồi II Dung dịch NaOH : Dung dịch NaOH : Dung dịch NaOH: + tD=125.33 0C + t1=125.86 0C + t2=98.42 0C + CD= 3558.1 j/kg.độ + C1= 3323.2 j/kg.độ + C2= 3323.2 j/kg.độ Trang 6
  7. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB + GD=1159 kg/h Hơi thứ : + G2=579.5 kg/h Hơi đốt: +θ2 =114.5 0C Hơi thứ : + θ1=137.9 0C + i1 =2706000 j/kg + t’2=81.9 0C + i= 2737000 j/kg +Cng2 = 4290 j/kg.độ + i2=2643740 j/kg + Cng1=4290 j/kg.độ + W1=303.5 kg/h + W2=276 kg/h Cho : Qxp1=0.05.D.(i – Cng1. θ1) =0.05.D.r(θ1). Qxp1=0.05.W.(i1 – Cng2. θ2) =0.05.W1.r(θ2). Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi I là : W .i2 + (G D − W ).C 2 .t 2 − G D .C1 .t1 W1 = = 0.95.r (θ 1 ) + i2 − C1 .t1 579.5 * 2643740 + 579.5 * 3323.2 * 98.42 − 1159 * 3323.2 *125.86 = = 289.9 kg/h 0.95 * 2156000 + 2643740 − 3323.2 * 125.86 Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi II là: W2=W-W1=579.5 – 289.9 = 289.6 kg/h Lượng hơi đốt tiêu đốt chung là: W .i + (G D − W1 ).C1 .t1 − G D .C D .t D D’= 1 1 = 0.95(i1 − C ng1 .θ 1 ) 289.9 * 2706000 + (1159 − 289.9) * 3323.2 *125.86 − 1159 * 3558.1 * 125.33 = 0.95 * (2700600 − 4290 * 137.9) =314.6 kg/h c. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi: 303.5 − 289.9 C%(I) = 100% = 4.5% < 5% 303.5 Đáp ứng yêu cầu 289.6 − 276 C%(II) = 100% = 4.7% < 5% 289.6 Vậy : Lượng hơi thứ nồi I là : WI = 289.9 kg/h Lượng hơi thứ nồi II là : WII = 289.6 kg/h Lượng hơi đốt nồi I là : D = 314.6kg/h V. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT 1. Tính nhiệt lượng do hơt đốt cung cấp: - Nồi I : Q1= D.r(θ1) =314.6*2156=678277.6 kj/h =188.41 kW - Nồi II: Q2=W1.r(θ2) = 289.9*2221.5=644012.85 kj/h = 178.89 kW 2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi : tm1 T q2 Công thức tổng quát: Trang 7
  8. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB q tb tT1 tT2 K= W/m2.độ Δt i q1 t2 q tm2 Công thức tính tổng nhiệt trở : δ rΣ =Σrcáu1 + + Σrcáu2 λ Chọn : Σrcáu1 =Σrcáu2 =1/5000 m2.h.độ / Kcal=1/4300 m2 .độ /W δ = 2 mm Ống làm bằng thép không rỉ mã hiệu 40XH: λ = 44 W/m.độ rΣ = 5.106*10-04 m2.độ /W Nhiệt tải riêng trung bình: q + q2 - Nồi I : qtb1= 1 2 Trong đó : + q1 : nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bị. Ta có công thức tính q1: q1=α1.Δt1 (1) Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hồ ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo công thức của Nusselt: r α1=1.13.A.( ).025 Kcal/ m2.h.độ (*) H .Δt1 0 Chọn : tT1 = 137.56 C. Khi đó : Δt1= T – tT1 = 137.9 – 137.54 = 0.36 0C TW = 0.5(T+tT1) =137.72 0C r = r(θ1)=2156 kj/kg =514.95 Kcal/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt. H =1.5 m chiều cao bề mặt truyền nhiệt. A = 2362.02 trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước. Thay các giá trị vào công thức (*) ta có: 514.95 0.25 α1=1.13*2362.05*( ) = 14832.17 Kcal/m2.h.độ. 1.5 * 0.36 Thay α1 vào công thức (1) ta có: q1 = 14832.17* 0.36 =5339.58 Kcal/m2.h = 6199.85 W/m2 + q2 : nhiệt tải phía dung dịch sôi. Ta có công thức tính q2: q2=α2.Δt2 (2) Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch α2 được tính bởi công thức: α2 = 1.6 .ϕ. p0.4.q2 0.7 kcal/m2.h.độ (**) Trong đó : ΔT = q1.rΣ= 6199.85*5.106.10-4=3.16 0C ϕ = 0.76 thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH. p = 1.76 at áp suất hơi trên bề mặt thống của dung dịch sôi Trang 8
  9. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Thay vào (**) ta có : α2= 1.6*0.76*(1.76)0.4.(5339.58) 0.7=620 Kcal/m2.h.độ= 719.89 W/m2.độ Thay vào (2)ta có : q2 = 719.89*(137.54 –3.16 – 125.86) =6133.46 W/m2 + kiểm tra lại giả thiết Δt1: q1 − q 2 6199.85 − 6133.46 có * 100% = 100% = 1.07% ≤ 5% thoả mãn điều kiện sai số. q1 6199.85 vậy nhiệt tải trung bình nồi I là: q + q 2 6199.85 + 6133.46 qtb1= 1 = =6166.65 W/m2. 2 2 q1 + q 2 - Nồi II : qtb2= 2 Trong đó : + q1 : nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bị. Ta có công thức tính q1: q1=α1.Δt1 (3) Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hồ ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo công thức của Nusselt: r α1=1.13.A.( ).025 Kcal/ m2.h.độ (*) H .Δt1 0 Chọn : tT1 = 114.18 C. Khi đó : Δt1= T - tT1= 114.5 – 114.18 = 0.32 0C TW = 0.5(T+tT1) =114.34 0C r = r(θ1)=2221.5j/kg=530.6 kcal/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt. H =1.5 m chiều cao bề mặt truyền nhiệt. A = 2268.87 trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước. Thay các giá trị vào công thức (*) ta có: 530.60 0.25 α1=1.13*2268.87( ) = 14783.24 Kcal/m2.h.độ. 1.5 * 0.32 Thay α1 vào công thức (3) ta có: q1 = 14783.24* 0.32 =4730.64 Kcal/m2.h =5492.79W/m2 + q2 : nhiệt tải phía dung dịch sôi. Ta có công thức tính q2: q2=α2.Δt2 (4) Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch α2 được tính bởi công thức: α2 = 1.6 .ϕ. p0.4.q2 0.7 kcal/m2.h.độ (**) Trong đó : ΔT = q1.rΣ=5492.79*5.106.10-4=2.8 0C ϕ = 0.76 thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH. p = 0.52 at áp suất hơi trên bề mặt thống của dung dịch sôi Thay vào (**) ta có : Trang 9
  10. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB α2= 1.6*0.76*(0.52)0.4.(4730.64) 0.7=349.77 Kcal/m2.h.độ= 406.12 W/m2.độ Thay vào (4)ta có : q2 = 406.12.(114.2 – 2.8 – 98.42) =5271.44 W/m2 + kiểm tra lại giả thiết Δt1: q1 − q 2 5492.79 − 5271.44 có * 100% = 100% = 4.03% ≤ 5% thoả mãn điều kiện sai số. q2 5492.79 vậy nhiệt tải trung bình nồi I là: q + q 2 5492.79 + 5271.44 qtb1= 1 = =5382.1 W/m2. 2 2 a. Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi: - Nồi I : q 6166.65 K1= tb1 = =512.18 W/m2.độ Δt iI 12.04 - Nồi II : q 5382.1 K2= tb 2 = =334.71 W/m2.độ Δt iII 16.08 3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi: - Công thức chung: Q ∑ Δt i 0 Δt 'im = m . C Km Qi ∑K i trong đó : ΣΔti = ΔtiI+ΔtiII = 12.04+16.08=28.12 0C. Q 188410 178890 Σ i = + = 367.86 + 534.46 = 902.32 K i 512.18 334.71 - Tính cho nồi I: Q ∑ Δt i 28.12 0 Δt ' iI = I . = 367.86 * = 11.46 C KI Qi 902.32 ∑K i - Tính cho nồi II: QII ∑ Δt i 28.12 0 Δt ' iII = . = 534.46 * = 16.66 C K II Qi 902.32 ∑K i 4. Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích : - Nồi I : Δt iI − Δt 'iI 12.04 − 11.46 * 100% = 100% = 4.8% < 5% Δt iI 12.04 Thoả mãn điều kiện Trang 10
  11. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB - Nồi II : Δt 'iII − Δt iII 16.66 − 16.08 100% = 100% = 3.5% < 5% Δt 'iII 16.66 5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt: - Nồi I: Q1 188410 F! = = = 32.1 m2 K 1 .Δt ' i1 512.18 *11.46 - Nồi II: Q2 178890 F2 = = = 32.08 m2 K 2 .Δt ' i 2 334.71 *16.66 Chọn : F1=F2 = 40 m2. VI. TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT : 1. Kích thước buồng bốc : Do lượng hơi thứ bốc lên ở hai nồi gần xấp xỉ bằng nhau, nhiệt độ nồi hai nhỏ hơn nên khối lượng riêng của hơi ở nồi II sẽ nhỏ hơn nồi I suy ra thể tích hơi thóat ra ở nồi II sẽ lớn hơn nồi I. Do vậy ta chỉ cần tính đại diện nồi II. Vận tốc hơi (ωhmax) của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 – 80% vận tốc lắng(ω0). 4.g .( ρ l − ρ h ).d ω0= m/s 3.ξ .ρ h ρl,ρh : khối lượng riêng của giọt lỏng và hơi thứ (kg/m3). d : đường kính giọt lỏng, chọn d =0.0003 m ξ : hệ số trở lực 18.5 0.2< Re < 500 → ξ= 0.6 Re Trang 11
  12. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB 500< Re
  13. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB F 40 n= = = 250 ống. π .d .l 3.14 * 0.034 * 1.5 Chọn số ống n= 271 ống ( STQTTB T2 trang 46 ) b. Đường kính ống tuần hồn trung tâm : 4. f t Dth = π π .d 2 .n 3.14 * 0.034 2 * 271 Chọn ft = 0.3 FD =0.3 =0.3 =0.0738 m2. 4 4 4. f t 4 * 0.0738 Vậy : Dth = = =0.307 m π 3.14 Chọn Dth=0.325 m = 325 mm (QTTB T5 trang 180 ) c. Đường kính buồng đốt : Đối với thiết bị cô đặc tuần hồn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác đều thì đường kính trong của buồng đốt có thể tính theo công thức : 0.4.β 2 . sin 60 0.F .d n Dt= (d th + 2 β .d n ) 2 + m ψ .l Trong đó : t β= = 1.4 : Hệ số, thường β = 1.3 –1.5. dn t =1.4*dn : Bước ống , m ( thường t = 1.2 – 1.5dn) dn =0.038 m : Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt , m ψ = 0.8 : Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψ = 0.7 – 0.9 l =1.5 m : Chiều dài của ống truyền nhiệt m dth = 0.325 : Đường kính ngồi của ống tuần hồn trung tâm. F = 40 m2 : Diện tích bề mặt truyền nhiệt , m2 Thay vào ta có : 0.4 *1.4 2 * sin 60 0. * 40 * 0.038 Dt= (0.325 + 2 *1.4 * 0.038) + 2 = 1.057 m 0.8 *1.5 Chọn Dt = 1200 mm (QTTB T5 trang 182 ) Kiểm tra diện tích truyền nhiệt: Dth ≤ t( b-1 ) D 0.325 b ≥ th + 1 = + 1 = 7 .1 t 1.4 * 0.038 Chọn b= 9 ống ( STQTTB T2 trang 46 ) Vậy số ống truyền nhiệt đã bị thay thế bởi ống tuần hồn trung tâm là : n’ = 61 ống( STQTTB T2 trang 46 ) Số ống truyền nhiệt còn lại là: n” = 271 –61 = 210 ống. Bề mặt truyền nhiệt F = 3.14*1.5*(210*0.034+0.325)=35.2 m2 > 32.05 m2 ( thoả mãn ) VII. TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU: Đường kính các ống được tính theo công thức tổng quat sau đây: Trang 13
  14. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB 4.G d= m π .v.ρ Trong đó : G : lưu lượng lưu chất kg/s v : vận tốc lưu chất m/s ρ : khối lượng riêng của lưu chất kg/m3 1. Ống nhập liệu nồi I : G= 1159 kg/h = 0.322 kg/s Chọn v= 0.4m/s ρ = 1159 kg/m3. 4.G 4 * 0.322 d= = =0.0297 m π .v.ρ 3.14 * 0.4 * 1159 Chọn : d = 0.042m 2. Ống tháo liệu nồi I ( nhập liệu nồi II ): G= 869.1 kg/h = 0.2414 kg/s Chọn v= 0.2m/s ρ = 1159 kg/m3. 4.G 4 * 0.2414 d= = =0.0366 m π .v.ρ 3.14 * 0.2 * 1159 Chọn : d = 0.042m 3. Ống tháo liệu nồi II: G1= 579.5 kg/h = 0.161 kg/s Chọn v= 0.1m/s ρ = 1276 kg/m3. 4.G 4 * 0.161 d= = =0.04 m π .v.ρ 3.14 * 0.1 * 1276 Chọn : d = 0.042m 4. Ống dẫn hơi đốt nồi I: G= 314.6 kg/h = 0.0874 kg/s Chọn v= 20 m/s ρ = 1.869 kg/m3. 4.G 4 * 0.0874 d= = =0.0546 m π .v.ρ 3.14 * 20 * 1.869 Chọn : d = 0.146m 5. Ống dẫn hơi thứ nồi I: G= 289.9 kg/h = 0.0806 kg/s Chọn v= 20m/s ρ = 0.9558 kg/m3. 4.G 4 * 0.0806 d= = =0.0733 m π .v.ρ 3.14 * 20 * 0.9558 Chọn : d = 0.146m Trang 14
  15. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB 6. Ống dẫn hơi thứ nồi II: G= 289.6 kg/h = 0. 0804kg/s Chọn v= 20m/s ρ = 0.3158 kg/m3. 4.G 4 * 0.0804 d= = =0.1273 m π .v.ρ 3.14 * 20 * 0.3158 Chọn : d = 0.146m 7. Ống dẫn nước ngưng nồi I: G= 314.6 kg/h = 0.0847 kg/s Chọn v= 0.4 m/s ρ = 1000 kg/m3. 4.G 4 * 0.0847 d= = =0.016 m π .v.ρ 3.14 * 0.4 * 1000 Chọn : d = 0.042m 8. Ống dẫn nước ngưng nồi II: G= 289.9 kg/h = 0.0806 kg/s Chọn v= 0.2m/s ρ = 1000 kg/m3. 4.G 4 * 0.0806 d= = =0.016 m π .v.ρ 3.14 * 0.4 * 1000 Chọn : d = 0.042m VIII. TÍNH CƠ KHÍ: Để thuận tiện trong quá trình tính tốn và chế tạo, ta chọn vật liệu chế tạo hai nồi là như nhau với bề dày bằng nhau. Chọn vật liệu là thép CT.3 để chế tạo vỏ thiết bị, đáy và nắp. Tra sổ tay tập 2 có các thông số : σk=380.106 N/m2 σch=240.106 N/m2 Hệ số an tồn : nk=2.6 nc=1.5 Hệ số hiệu chỉnh: η=1.0 Ứng suất cho phép theo giới hạn bền : σk 380.10 6 [σk] = η = * 1.0 =146*106 N/m2 nk 2.6 Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy: σ 240.10 6 [σc] = c η = * 1.0 =160*106 N/m2 nc 1.5 Vậy ứng suất cho phép : [σ]=146*106 N/m2. a. tính thân buồng đốt: Công thức tính chiều dày thân buồng đốt : Trang 15
  16. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Dt . p S= +C m 2.[σ ].ϕ − p ta có các thông số của nồi I như sau : Dt : đường kính trong của thiết bị. Dt=1200 mm ϕ : hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc. l−d Trên thành thiết bị có lỗ d=0.146 m. do đó ϕ = = 0.903 l C : số bổ xung do ăn mòn , bào mòn và dung sai âm ,m C=C1+C2+C3 C1=1 mm : hệ số bổ xung nhiệt do ăn mòn C2=0 mm : hệ số bổ xung do bào mòn C3=0.6 mm : dung sai âm theo chiều dày. C=1+0+0.6 =1.6 mm =1.6*10-3 m p : áp suất trong thiết bị ,N/m2. p =3.5 at =343350 N/m2. Thay vào công thức có : Dt . p 1.2 * 343350 S= +C= + 1.6 *10 −3 =3.16 mm 2.[σ ].ϕ − p 2 *146 *10 * 0.903 − 343350 6 Chọn S=6 mm. S − C1 6 − 1 Kiểm tra : = = 0.0042 < 0.1 Dt 1200 Áp suất cho phép bên trong thiết bị : 2 * [σ ] * ϕ * ( S − C1 ) 2 *146 *10 6 * 0.907 * (0.006 − 0.001) [p] = = = 1.099 *10 6 N/m2 Dt + ( S − C1 ) 1.2 + (0.006 − 0.001) Ta có : p = 0.343 *106 N/m2 < [p] = 1.099 *106 N/m2 ( thoả mãn). Vậy chiều dày buồng đốt là : S= 6 mm. Do trong buồng đốt nồi II, áp suất hơi thứ nhỏ hơn nồi I nên chắc chắn điều kiện sẽ thoả. b. tính thân buồng bốc: * Nồi I : Chọn bề dày thân buồng bốc nồi I là S = 6 mm. Ta có áp suất bên trong buồng bốc nồi I là: P = 1.76 at = 0.172*106 N/m2 < [p] = 1.099*106 N/m2. Vậy chọn bề dày thân buồng bốc là : S=6 mm. * Nồi II : Do thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên chịu tác động của áp suất ngồi. Vì vậy bề dày tối thiểu của thân được tính theo công thức: 0.4 ⎛p l ⎞ S’ = 1.18.Dt. ⎜ n . ⎟ ⎜ Et D ⎟ ⎝ t ⎠ Áp suất làm việc trong buồng bốc : po = 0.52 at=0.051*106 N/m2. Tính chiều cao dung dịch trong buồng bốc : Thể tích của các ống truyền nhiệt và cả ống tuần hồn trung tâm là : V1=0.25.π.H0 (dn2.n+Dth2) =0.25*3.14*1.5*(210*0.0342+0.3252)=0.41 m3. Trang 16
  17. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Thể tích của phần đáy : Chọn đáy nón có gờ ( Dt=1200 mm, h=40mm, 2α =900) V2 =0.348 m3 ( STQTTB T2 trang 386 ) Thể tích dung dịch trong nồi : Vận tốc dung dịch cung cấp vào nồi : v = 0.4 m/s Vận tốc dung dịch trong ống tuần hồn trung tâm : 2 ⎛ 4 ⎞ 0.4 * ⎜ ⎜ 3600 * 3.14 * 0.4 ⎟ ⎟ 2 v.d ⎝ ⎠ = 0.00335 m/s v’= 2 = 2 Dth 0.325 Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị : 0.348 1,5 + l + l' 0.25 * 3.14 * 0.325 2 = 1700.8 (s) τ= = v' 0.00335 thể tích dung dịch trong thiết bị : 1 V = 2.v. τ =2* *1700.8=0.945 m3 ( do dung dịch trong thiết bị sôi bọt nên 3600 ρs=0.5ρdd → thể tích dung dịch phải tăng hai lần ) Thể tích phần buồng bốc bị chiếm chỗ : V3 = V – V1 – V2 = 0.945 – 0.41 – 0.348 =0.187 m3. Chiều cao dung dịch trong buồng bốc : V3 0.187 H= 2 = = 0.122 m Db 3.14 * 0.25 * 1.4 2 π. 4 Chọn H= 0.2 m. Khối lượng riêng của dung dịch : ρ =1276 kg/m3. Áp suất tính tốn trong buồng bốc: p=po+ ρ.g.H = 0.051*106+ 1276*9.81*0.2 =0.0535*106 N/m2. Áp suất ngồi: pn=pkt – p =0.1*106 – 0.0535*106=0.0465*106 N/m2 Môđun đàn hồi của vật liệu :0.2*1012 N/m2 Chiều dài tính tốn của thân: l=1,5 m. Đường kính thân : Dt=1.4 m. 0.4 ⎛ 0.0465 * 10 6 1.5 ⎞ S’ = 1.18*1.4* ⎜ ⎜ 0.2 *1012 1.4 ⎟ =3.8 mm ⎟ ⎝ ⎠ Chọn : C=ΣCi =1.6 mm Bề dày thực của thân: S=S’+ C =3.8+1.6 = 5.4 mm Chọn S = 6 mm. Kiểm tra : l 1.5 Ta có: = = 1.07 Dt 1.4 Trang 17
  18. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB 2 * (S − Ca ) 2 * (0.006 − 0.001) 1.5. = 1 .5 * =0.127 Dt 1 .4 Dt 1 .4 = = 11.832 2 * (S − Ca ) 2 * (0.006 − 0.001) 3 3 Et ⎡ 2 * (S − Ca ) ⎤ 0.2 * 1012 ⎡ 2 * 0.005 ⎤ 0.3* . ⎢ ⎥ = 0 .3 * * ⎢ ⎥ = 0.151 σ tc ⎣ Dt ⎦ 240 * 10 6 ⎣ 1 .4 ⎦ Thoả điều kiện: l 0.127< = 1.07 0.151 Dt Áp suất ngồi cho phép : 2 2 D ⎛ S − Ca ⎞ S − Ca 1.4 ⎛ 0.005 ⎞ 0.005 [pn]=0.649.E . t .⎜ t ⎜ D ⎟ . ⎟ = 0.649 * 0.2 *1012 * *⎜ ⎟ . l ⎝ t ⎠ Dt 1.5 ⎝ 1.4 ⎠ 1.4 =0.92*106N/m2 Ta có: pn = 0.0465*106 N/m2 < [pn] = 0.92*106 N/m2 ( thoả mãn ) Vậy chọn bề dày thân buồng bốc là : S =6 mm. c. tính nắp: Chọn nắp elip có gờ với Dt =1400 mm. h Ta có : t = 0 .25 ⇒ ht=350 mm ( chiều sâu của elip đo theo mặt trong ) Dt Chiều cao gờ : h= 25 mm 2 D 1.4 2 Bán kính cong bên trong ở đỉnh Rt= t = = 1.4 m 4.ht 4 * 0.35 Nếu lỗ có lắp d= dhơi đốt =0,146 m. d 0.146 => Z=1- = 1− = 0.9 Dt 1.4 * Nồi I: Thiết bị làm việc ở áp suất trong p =1,76 at =0.172 *106 N/m2. Hệ số bền mối hàn : ϕ= 0.95 Bề dày tối thiểu của lắp : p.Rt 0.172 * 10 6 * 1.4 S’= = = 0.97 mm 2.[ο ].ϕ .Z − p 2 * 146 * 10 6 * 0.95 * 0.9 − 0.172 * 10 6 Chọn ΣC=5.03 mm Bề dày thực cảu nắp thiết bị : S=6 mm. Kiểm tra : S − C a 0.006 − 0.001 = = 0.0036 < 0.125 Dt 1 .4 Trang 18
  19. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Áp suất trong cho phép : 2.[σ ].ϕ .Z .( S − C a ) 2 *146 * 10 6 * 0.95 * 0.9 * 0.005 [p]= = = 0.895 *10 6 N/m2 Rt + ( S − C a ) 1.4 + 0.005 Ta có : p=0.172*106 N/m2 < [p] = 0.8958106 N/m2. (thoả mãn). Vậy chọn bề dày nắp thiết bị là : S= 6 mm. * Nồi II : Thiết bị làm việc ở áp suất ngồi, áp suất trong buồng bốc là p=0.52 at . Aùp suất ngồi pn=0.1*106-0.051*106 =0.049*106 N/m2. Chọn nắp có bề dày S= 6 mm. Kiểm tra ứng suất cho phép: 2 [ Dt + 2.ht ( S − C )]. p n [1.4 2 + 2 * 0.35 * (0.006 − 0.001)] * 0.049 * 10 6 σ= = = 11.9 *10 6 N/m2 7.6.k1 .ϕ .ht ( S − C ) 7.6 * 0.64 * 0.95 * 0.35 * (0.006 − 0.001) σc 160 *10 6 thấy σ=11.9*106 N/m2 < = = 133 *10 6 N/m2 ( thoả mãn ). 1.2 1.2 Vậy bề dày của nắp là : S= 6 mm. d. tính đáy: Chọn đáy là hình nón gờ, góc đáy là 2α =900. Đường kính đáy : Dt= 1200 mm H= 675 mm h = 40 mm Rt= 180 mm. Chiều cao cột chất lỏng : H’ = H+h+ H1+H2. Trong đó : H1 : chiều cao cột chất lỏng trong buồng đốt, H1= 1,5 m H2 : chiều cao cột chất lỏng trong buồng bốc, H2 = 0.2 m H= 675+40+1500+200=2415 mm =2.415 m Nồi I : Áp suất trong buồng đốt: p0= 3.5 at = 0.343*106 N/m2. Áp suất tính tốn : p= p0 +ρ.g.H’ =( 0.343+1159*9.81*10-6*2.415)*106=0.37*106 N/m2. Hệ số bền mối hàn: ϕ =0.95 Bề dày tối thiểu của đáy : Dt . p 1.2 * 0.37 * 10 6 S’ = = =2.3 mm 2. cos α .([σ ].ϕ − p) 2 * cos 45 * (146 * 10 6 * 0.95 − 0.37 *10 6 ) Chọn ΣC= 3.7 mm. Bề dày thực của đáy : S =S’+ ΣC = 2.3+3.7 = 6 mm. S' 2.3 0.25 Kiểm tra : = = 0.0019 < = 0.354 Dt 1200 cos 45 Áp suất cho phép tính tốn: 2. cos α .[σ ].ϕ .( S − C a ) 2 * 0.707 *146 *10 6 * 0.95 * 0.005 [p] = = = 0.81 *10 6 N/m2 Dt + 2. cos α .( S − C a ) 1.2 + 2 * 0.707 * 0.005 ta có : p=0.37*106 N/m2< [p] =0.81*106 N/m2 ( thoả mãn ) Trang 19
  20. ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB Vậy chọn bề dày đáy là : S =6 mm. Nồi II : Do nồi II cũng làm việc trong điều kiện áp suất trong (p =1,7 at ) nên các bước tính tốn đều giống nồi I, nhưng do áp suất nhỏ hơn áp suất nồi I nên chắc chắn các điều kiện về độ bền sẽ thoả. Vậy nên cũng chọn S = 6 mm. e. tính bulông và bích: + bích nối nắp với buồng bốc : ( chọn bích theo STQTTB T2 trang 405 - 412) Chọn bích liền bằng thép kiểu I, các thông số cho trong bảng sau: Dt D Db Di h db 1400 1540 1490 1460 30 M20 + bích nối buồng đốt với đáy : Chọn bích liền bằng thép kiểu I, các thông số cho trong bảng sau: Dt D Db Di h db 1200 1350 1300 1260 30 M24 + bích nối buồng bốc và buồng đốt tương tự bích nối đáy và buồng đốt. + tính bulông nối nắp và buồng bốc: Lực nén trục sinh ra do xiết bulông: Q1=0.25.π.Dt2.p+πDtb.b0.m.p (*) Với : Dt=1400 mm P=0.172 N/mm2 Đường kính trung bình của đệm : Dtb= Dt + 2(0.5b+2.5 ) Chọn chiều dày thực đệm b= 10 mm , ta có : Dtb=1400+2(0.5*10+2.5)=1415 mm Chiều rộng tính tốn của đệm : b0=0.8 b =0.8*10 =8 mm Chọn đệm amiăng có δ = 3 mm ; m =2 Áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm, q0=10 N/mm2. Thay vào (*) : Q1=0.25*3.14*(1400)2*0.172+3.14*1415*8*2*0.172=0.277*106 N. Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu : Q2=π.Dtb.b0.q0 = 3.14*1415*8*10=0.356*106 N. Chọn khoảng cách tương đối giữa tâm các bulông là x =195 mm π .Db 3.14 *1490 Vậy số bulông là : z= = = 24 con x 195 Q Lực tác dụng lên một bulông : qb= z Với: Q= max ( Q1,Q2) =Q2= 0.356*106 N Q 0.356 * 10 6 qb= = = 14833.33 N z 24 Ứng suất tác dụng lên bulông : Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng
172 tài liệu
835 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2