ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA: Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn Trung Tâm cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s

Chia sẻ: Vu Duong | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

470
lượt xem 123
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

NỘI DUNG ĐỀ BÀI: Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn Trung Tâm cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s. Chiều cao ống gia nhiệt: 2,0 m Nồng độ đầu vào của dung dịch: 5% Nồng độ cuối của dung dịch: 30% Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at Áp suất hơi ngưng tụ: 0,3 at

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA: Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn Trung Tâm cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s

Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ và tên : Vũ Thế Dương Lớp : LT CĐĐH : Công Nghệ Hóa Khoa Giáo viên hướng dẫn : Th.s Phan Thị Quyên NỘI DUNG ĐỀ BÀI: Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn Trung Tâm cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s. Chiều cao ống gia nhiệt: 2,0 m Nồng độ đầu vào của dung dịch: 5% Nồng độ cuối của dung dịch: 30% Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at Áp suất hơi ngưng tụ: 0,3 at ̣ ́ ̉ ́ NHÂN XET CUA GIAO VIÊN ∗∗∗∗∗ …………………………………………............................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Hà Nôi, Ngay … Tháng …Năm 2012 ̣ ̀ Người nhân xet ̣ ́ 1 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
LỜI MỞ ĐẦU Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá chất là thi ết k ế một thiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên khoa Công nghệ Hoá học trường Đại học Công nghiệp Hà Nội được nhận đồ án môn học: “Quá trình và thiết bị Công ngh ệ Hoá h ọc”. Vi ệc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong vi ệc t ừng b ước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công ngh ệ Hoá học” Trên c ơ s ở l ượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thi ết b ị th ực hi ện m ột nhi ệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong các quá trình công nghệ. Qua việc làm đ ồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài li ệu trong vi ệc tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống. Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thi ết k ế h ệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch NaOH, năng suất 3 kg/s, nồng độ dung dịch ban đ ầu 5%, n ồng độ sản phẩm 30%. Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiêm thực tế và nhiều mặt khác nên không tránh kh ỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ dẫn thêm của các thầy cô giáo để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Th.S Phan Thị Quyên đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. 2
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học Phần I Giới Thiệu Chung Để bước đâu lam quen với công viêc cua môt kĩ sư hoá chât là ̀ ̀ ̣ ̉ ̣ ́ thiêt kế thiêt bi, hệ thông thiêt bị phuc vụ môt nhiêm vụ ky ̃ thuât ́ ̣́ ́ ́ ̣ ̣ ̣ ̣ trong san xuât, sinh viên khoa công Nghệ Hoá hoc được nhân đồ an ̉ ́ ̣ ̣ ́ môn hoc“ Qua trinh & Thiêt bị công Nghệ Hoá hoc“. Viêc lam đồ an ̣ ́ ̀ ́ ̣ ̣̀ ́ là môt công viêc tôt giup cho môi sinh viên trong bước tiêp cân tôt ̣ ̣ ́ ́ ̃ ́ ̣ ́ với thực tiên sau khi đã hoan thanh khôi lượng kiên thức cua giao ̃ ̀ ̀ ́ ́ ̉ ́ trinh“ Cơ sở cac quá trinh & thiêt bị Công Nghệ Hoá hoc”. Trên c ơ ̀ ́ ́ ̣ sở lượng kiên thức đó và lượng kiên thức cua môn hoc khac, môi ́ ́ ̉ ̣ ́ ̃ sinh viên biêt dung tai liêu tham khao trong tra cứu, vân dung đung ́ ̀ ̀ ̣ ̉ ̣ ̣ ́ những kiên thức, quy đinh trong thiêt kê, tự nâng cao kỹ năng vân ́ ̣ ́ ́ ̣ dung, tinh toan, trinh bay nôi dung thiêt kế theo văn phong khoa hoc ̣ ́ ́ ̀ ̀ ̣ ́ ̣ và nhin nhân vân đề môt cach có hệ thông. ̀ ̣ ́ ̣́ ́ Trong đồ an nay, nhiêm vụ cân hoan thanh là thiêt kế hệ thông cô ́ ̀ ̣ ̀ ̀ ̀ ́ ́ đăc 2 nôi xuôi chiêu ống tuần hoàn trung tâm lam viêc liên tuc với ̣ ̀ ̀ ̀ ̣ ̣ dung dich NaOH, năng suât 12960kg/h, nông độ đâu 5%, nông độ ̣ ́ ̀ ̀ ̀ ̉ ̉ san phâm 30%. Tổng quan về dung dịch NaOH 1. chất hóa lý 1.1 tính Natri hydroxit tinh khiết là chất rắn có màu trắng ở dạng viên, v ảy hoặc hạt hoặc ở dạng dung dịch bão hòa 50%. Natri hydroxit rất dễ hấp thụ CO2 trong không khí vì vậy nó thường được bảo quản ở trong bình có nắp kín. Nó phản ứng mãnh liệt với nước và giải phóng một lượng nhiệt lớn, hòa tan trong etannol và metannol. Nó 3 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
cũng hòa tan trong ete và các dung môi không phân cực, và để lại màu vàng trên giấy và sợi. Điều chế, sản xuất 1.2 Toàn bộ dây chuyền sản xuất xút ăn da (NaOH) là dựa trên phản ứng điện phân nước muối (nước cái). Trong quá trình này dung dịch muối (NaCl) được điện phân thành clo nguyên tố (trong buồng anốt), dung dịch natri hyđroxit, và hidro nguyên tố (trong buồng catôt) Nhà máy có thiết bị để sản xuất đồng thời xút và clo thường được gọi là nhà máy xút-clo. Phản ứng tổng thể để sản xuất xút và clo bằng điện phân là: 2 Na+ + 2 H2O + 2 e- → H2 + NaOH Phản ứng điện phân dung dịch muối ăn trong bình điện phân có màng ngăn: NaCl + 2 H2O → 2 NaOH + H2 + Cl2 Các kiểu buồng điện phân Điểm phân biệt giữa các công nghệ này là ở phương pháp ngăn cản không cho natri hyđroxit và khí clo lẫn lộn với nhau, nhằm tạo ra các sản phẩm tinh khiết. Buồng điện phân kiểu thủy ngân  Trong buồng điện phân kiểu thuỷ ngân thì không sử dụng màng hoặc màn chắn mà sử dụng thuỷ ngân như một phương tiện chia tách. Buồng điện phân kiểu màng chắn  Trong buồng điện phân kiểu màng chắn, nước muối từ khoang anôt chảy qua màng chia tách để đến khoang catôt; vật liệu làm màng chia tách là amian phủ trên catôt có nhiều lỗ .. Buồng điện phân kiểu màng ngăn  Còn trong buồng điện phân kiểu màng ngăn thì màng chia tách là một màng trao đổi iôn . 1.3 Ứng dụng Natri hiđroxit hay hyđroxit natri (công thức hóa học NaOH)[1] hay thường được gọi là xút hoặc xút ăn da. Natri hydroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnh khi hòa tan trong dung môi như nước. Nó được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như giấy, dệt nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa. S ản 4
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học lượng trên thế giới năm 1998 vào khoảng 45 triệu tấn. Natri hydroxit cũng được sử dụng chủ yếu trong các phòng thí nghiệm. 2.Tổng quan về quá trình cô đặc 2.1 Khái niệm Quá trinh cô đăc là quá trinh lam tăng nông độ cua chât hoa ̀ ̀ ̣ ̀ ̀ ̀ ̉ ́ tan( không hoăc khó bay hơi) trong dung môi bay hơi. Đăc điêm cua ̣ ̣ ̉ ̉ quá trinh cô đăc là dung môi được tach ra khoi dung dich ở dang ̀ ̣ ́ ̉ ̣ ̣ hơi, con dung chât hoà tan trong dung dich không bay hơi, do đó ̀ ́ ̣ nông độ cua dung chât sẽ tăng dân lên, khac với quá trinh chưng cât, ̀ ̉ ́ ̀ ́ ̀ ́ câu tử trong hôn hợp nay cung bay hơi, chỉ khac nhau về nông độ ở ́ ̃ ̀ ́ ̀ môi nhiêt đô. Hơi cua dung môi tach ra trong quá trinh cô đăc goi là ̃ ̣ ̣ ̉ ́ ̀ ̣ ̣ hơi thứ, hơi thứ ở nhiêt độ cao có thể dung để đun nong 1 thiêt bị ̣ ̀ ́ ́ ́ khac. ̣ ̀ ̀ Cô đăc nhiêu nôi Cô đăc nhiêu nôi là quá trinh sử dung hơi thứ thay cho hơi đôt, ̣ ̀ ̀ ̀ ̣ ́ do đó có ý nghia về sử dung nhiêt. Nguyên tăc cua cô đăc nhiêu nôi ̃ ̣ ̣ ́ ̉ ̣ ̀ ̀ la: nôi đâu dung dich được đun nong băng hơi đôt, hơi bôc lên ở nôi ̀ ̀̀ ̣ ́ ̀ ́ ́ ̀ nay được đưa vao nôi thứ 2 để lam hơi đôt, hơi thứ cua nôi thứ 2 lai ̀ ̀ ̀ ̀ ́ ̉ ̀ ̣ lam hơi đôt cho nôi thứ 3…. Hơi thứ ở nôi cuôi được đưa vao thiêt ̀ ́ ̀ ̀ ́ ̀ ́ bị ngưng tu. Dung dich đi vao lân lượt từ nôi đâu đên nôi cuôi, qua ̣ ̣ ̀ ̀ ̀ ̀ ́ ̀ ́ môi nôi nông độ cua dung dich tăng dân lên do môt phân dung môi ̃ ̀ ̀ ̉ ̣ ̀ ̣ ̀ bôc hơi. Hệ thông cô đăc xuôi chiêu được sử dung khá phổ biên. Ưu ́ ́ ̣ ̀ ̣ ́ điêm cua loai nay là dung dich tự di chuyên từ nôi trước ra nôi sau ̉ ̉ ̣ ̀ ̣ ̉ ̀ ̀ nhờ chênh lêch ap suât giữa cac nôi. Nhược điêm cua nó là nhiêt độ ̣ ́ ́ ́ ̀ ̉ ̉ ̣ 5 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
nôi sau thâp hơn nhưng nông độ lai cao hơn nôi trước nên độ nhớt ̀ ́ ̀ ̣ ̀ cua dung dich tăng dân dân đên hệ số truyên nhiêt cua hệ thông giam ̉ ̣ ̀ ̃ ́ ̀ ̣̉ ́ ̉ từ nôi đâu đên nôi cuôi . ̀̀ ́ ̀ ́ 2.2 Cô đặc nhiều nồi xuôi chiều Hệ thông cô đăc xuôi chiêu lam viêc liên tuc : ́ ̣ ̀̀ ̣ ̣ • Sơ đồ dây chuyền sản xuất: (sơ đồ đi kèm) 6
7 Học N í c lµm l¹ nh 8 11 B¬m ch©n kh«ng 3 Trường: ĐHCN Hà Nội GVHD :Phan Thị Quyên 9 4 hoi nuoc ba o hoa Dung dÞ h muèi c 12 1 N í c ng ng N í c ng ng N í c ng ng Trong dây chuyền gồm có các thiết bị sau: Dung dÞ h dÇu c 2 5 7 6 10 SVTH : Vũ Thế Dương Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa
1 - Bể chứa dung dịch đầu 2 – Bơm 3 – Thùng cao vị 4 – Lưu lượng kế. 5 - Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6,7 - Nồi cô đặc 1, 2. 8 – Baromet. 9 – Hút chân không 10 –Thùng chứa sản phẩm. 11 – Bơm chân không. 12- Thùng chứa nước ngưng Hệ thống cô đặc xuôi chiều (hơi đốt và dung dịch đi cùng chi ều v ới nhau t ừ nồi nọ sang nồi kia) được dùng khá phổ biến trong công nghiệp hóa ch ất. Loại này có ưu điểm là dung dịch tự chảy từ nồi trước sang n ồi sau nh ờ chênh lệch áp suất giữa các nồi. Nhiệt độ sôi của nồi trước l ớn h ơn n ồi sau, do đó, dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều có nhiệt độ cao h ơn nhi ệt đ ộ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhi ệt này s ẽ làm b ốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch, thì cần ph ải đun nóng dung dịch do đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt. Vì vậy, khi cô đặc xuôi chiều, dung dịch trước khi vào nồi nấu đầu cần được đun nóng s ơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ. Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nh ớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đ ến nồi cuối. 8
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Số liệu ban đầu : Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn trung tâm cô đặc dung dịch NaOH với năng suất 3,6 kg/s = 12960 kg/h Chiều cao ống gia nhiệt: 2m Nồng độ đầu vào của dung dịch: 5% Nồng độ cuối của dung dịch:30% Áp suất hơi đốt nồi 1: 5 at Áp suất hơi ngưng tụ: 0,3 at 1. Xác định lượng hơi thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống: Áp dụng công thức (VI.1/[ 2 – 55]) W = Gd – Gc = Gd . (1 - ) W = 12960 x (1 -) =10800 (kg/h) 2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi : W1 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1 W2 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2 Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau: W1 : W2= 1:1 Mà ta có: W1 + W2 = 10800 W1=W2=5400(kg/h) 3. Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi x1:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1 x2:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 2 Áp dụng công thức : W1 = Gd ( 1- ) x 1 = 9 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
x1 = x2 = 30% 4. Tính chênh lệch áp xuất chung của hệ thống . - Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là: Trong đó P1 là áp xuất hơi đốt Png là áp xuất hơi ngưng. 5. Chênh lệnh áp suất , nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi - Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là: mà: * Vậy áp suất hơi đốt ở từng nồi là: * Xác định nhiệt độ hơi đốt ở 2 nồi: Tra bảng (I.251[1-316]: Nôi 1: với ta được : ̀ . t1=151.1˚C Nhiêt lượng riêng: i1=2754.103[J/kg] ̣ Nhiêt hoá hơi: ̣ r1=2117.103[J/kg] Nôi 2: với P2=1,792 ta được : ̀ T2=116,156 ˚C 10
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học Nhiêt lượng riêng: i1= 2708760 J/Kg ̣ Nhiêt hoá hơi: r2=2217400J/Kg ̣ Png=0,3 ta được tng=68,7˚C 6. Tinh nhiêt độ và ap suât hơi thứ ra khoi từng nôi: ́ ̣ ́ ́ ̉ ̀ ̣ Goi: : nhiêt độ hơi thứ ra khoi nôi thứ i. ̣ ̉ ̀ : tôn thât nhiêt độ do trở lực đường ông. ̉ ́ ̣ ́ ̣ Chon Tương ứng với cac nhiêt độ tinh toan được ta xac đinh được ap ́ ̣ ́ ́ ̣́ ́ suât hơi thứ cua môi nôi. ́ ̉ ̃ ̀ Ta tinh nhiêt độ theo công thức: ́ ̣ Nồi 1: t’1 = t2 + = 116,156+1= 117,156 (ºC) Nồi 2: T2 = tng + = 68.7+ 1 = 69,7 (ºC) Dựa vào nhiệt hơi thứ, theo bảng I.251 –[1- 314] ta tra được áp suất, nhiệt lượng riêng, nhiệt hoá hơi của hơi th ứ được t ổng h ợp theo b ảng sau: BẢNG SỐ LIỆU 1 Tra các thông số của hơi thứ tại đây ̀ Hơi Nôi x% Hơi thứ i ́ đôt P T i r 5 151,1 2754 2117 1,982 117,156 2709,25 2214.656 8,57 1 1,792 116.156 2708,76 2217,4 0,25 69,7 2627 2340 30 2 7. Tinh tôn thât nhiêt độ cho từng nôi: ́ ̉ ́ ̣ ̀ 11 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
7.1. Tinh tôn thât nhiêt độ do nông độ : ́ ̉ ́ ̣ ̀ -Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi chất tan, đặc biệt là nồng độ của chất tan. Nhiệt độ của dung d ịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng áp suất. Khi nồng độ của chất tan tăng thì nhiệt độ sôi của dung dịch càng tăng. -’ là tổn thất nhiệt độ của dung dịch so với dung môi nguyên chất, trong cô đặc thường gọi đó là tổn thất nồng độ, ’ là thông số vật lý của dung dịch, nó phụ thuộc vào nồng độ chất tan, nồng độ càng tăng thì ’ càng tăng, nó còn phụ thuộc vào bản chất chất tan và dung môi đồng thời phụ thuộc ’ vào áp suất. -’ được tính theo công thức dần gần đúng của Tensico (CT.VI.10/[2 – 59]) ∆ ’o : tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhi ệt đ ộ sôi của dung môi ở áp suất thường T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc J/kg * Tra bảng (VI.2/[2 – 67]) * Xác định nhiệt độ Ti Vậy: 7.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh: - Áp dụng công thức VI.13 : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng (at) 12
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học :chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt (m) : chiều cao của ống truyền nhiệt (m) : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m 3 ). Lấy gần đúng bằng khối lượng riêng của dung dịch ở 20ºC T0i=nhiệt độ sôi ứng với áp suất Pi’ : gia tốc trọng trường m/s2 - Khối lượng riêng của dung dịch 20ºC ứng với mỗi nồng độ được xác định theo bảng (I.23/ST1 – T34) Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là - chọn h1 = 0,5 m và h2 = 2 m ( đề ra ) Tra bảng (I.251/ST1- T314) Vậy: 7.3 Tổn thất do đường ống - Như đã nói ở trên ta chọn tổn thất nhiệt độ do đường ống là :1oC Vậy: tổng tổn thất nhiệt độ là: 8. Tinh hiêu số nhiêt độ hữu ich cua hệ thông: ́ ̣ ̣ ́ ̉ ́ 13 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
Nhiêt độ hữu ich cua hệ thông. ̣ ́ ̉ ́ (CT VI.16/[2 –67]) Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhi ệt đ ộ ngưng ở thiết bị ngưng tụ. (CT VI.16/ST2 – T67) Vậy : Xác định nhiệt độ sôi của từng nồil nhiệt độ hơi thứ của từng nồi Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi Bảng số liệu số 2 ̀ Nôi T 1 2,54 3,304 1 28,1 123 2 13,82 2,32 1 30,316 85,84 9. Thiêt lâp phương trinh cân băng nhiêt để tinh lượng hơi đôt D và ́ ̣ ̀ ̀ ̣ ́ ́ lượng hơi thứ Wi ở từng nôi: ̀ Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống D.i1 W1 . W1 . i2 W2 . Qm1 Qm2 (Gd -W1 -W2)C2.ts2 14
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học Gd .ts0 .Cd (Gd - W1 )C1 .ts1 D.Cnc1 . W1 .Cnc2 . Trong đó : D: Lượng hơi đốt vào (kg/h) : Hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1 , nồi 2 (J/kg) : Hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1 , nồi 2 (J/kg) : Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2 Cd : Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu (J/kg độ) Cnc1 , Cnc2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 , nồi 2 (J/kg độ) C1, C2 : Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1 , nồi 2 (J/kg độ) Qm1,Qm2 : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2 Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị (kg/h) W1 , W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2 9.1- Nhiệt lượng vào - Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D.i1 Nhiệt do dung dịch mang vào : Gđ .Cd.ts0 - Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào : W1.i2 Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (Gd – W1)C1ts1 9.2- Nhiệt lượng mang ra: - Nồi 1: - Hơi thứ mang ra : W1 - Nước ngưng : D..Cnc1 - Dung dịch mang ra : (Gd – W1)C1ts1 - Nhiệt mất mát : Qm1=0,05D(i1 – Cnc1) - Nồi 2 : - Hơi thứ : W2. - Nước ngưng : W1..Cnc2 - Do dung dịch mang ra : (Gd – W1 – W2)C2.ts2 - Nhiệt mất mát: Qm2 = 0,05W1(i2– Cnc2) 15 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
9.3- Hệ phương trình cân bằng nhiệt: Các PT được thành lập dựa trên nguyên tắc : Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra * Phương trinh cân băng nhiêt cho từng nôi: ̀ ̀ ̣ ̀ ̀ - Nôi 1: (1) ̀ - Nôi 2: (2) 9.4 Tính toán các thông số: Nhiệt dung riêng: • Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo thức sau: công C = 4186,8.(1 - x) (J/kg.độ) ( CT I.43 – [1 – 152]) x : nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng (%) Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ x= 5% C0 = 4186( 1-0,05) =3976,7 (J/kg.độ) Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ là 8,57%: C1 =4186.(1-0.0857) = 3827,259(J/kg.độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ >20% được tính theo công thức sau: Theo công thức I.144- [1-152] C = Cht .x + 4186( 1-x) (J/kg.độ) Cht: nhiệt dung riêng của chất hòa tan khan( không có nước) J/kg.độ Cht được tính theo công thức MNaOH.Cht = ΣCi.Ni ( CT I.41 – [1 –152]) M :khối lượng phân tử của chất tan Ci :nhiệt dung riêng của các đơn chất(tra bảng I.141- ST1- T152) 16
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học Ni :số nguyên tử trong phân tử Với : CH =9630 (J/kg độ); CO = 16800 (J/kg độ) CN = 26000(J/kg độ) Vậy : Cht = == 1310,75 (J/kg độ) Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 2 là: C2 = 1310,75.0.3+ 4186(1-0,3) = 3323,425 (J/kg độ) * Nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt = 151,1 0C 1 = 116,156 0C 2 Ts0=Ts1=123 oC Ts2=85,84 oC Dựa vào bảng I.249 –[1_310] ta có nhiệt dung riêng của nước ngưng tra theo nhiệt độ. Cnc1=4255,5 J/kgđộ Cnc2=4213 J/kgđộ Thay vào phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có: W1 = Thay W1 vào (1) D1 D1 = Thay các số liệu ở trên vào và Ta có bảng số liệu như sau 17 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
Bảng 3 Sai số C Cnc W , kg/h θ, °C Nồi ε J/kg độ J/kg độ Giả thuyết Tính toán 1 3827,259 4255,5 151,1 5400 5365,83 0,63 2 3323,425 4213 116,156 5400 5434,17 0,63 Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W 1 : W2 = 1: 1 Sai số giữa Lượng hơi thứ các nồi được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân bằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn. 18
Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học 10.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi: 10.1.Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi. - Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truy ền nhi ệt n ồi 1 và nồi 2 là : - Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H = 2m ,h ơi ngưng bên ngoài ống ,máng nước ngưng chảy dòng như vậy hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức W/m2. độ ( V.101/[2 – 28]). Trong đó: : hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i W/m2. độ : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi ngưng của nồi I ( o C ). Giả thiết: ri: ẩn nhiệt nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt đã ghi ở bảng số liệu 1: A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng Với tm được tính: o tmi = 0,5(tTi +ti ) C (*) ti: nhiệt độ hơi đốt tTi : nhiệt độ bề mặt tường 19 GVHD :Phan Thị Quyên SVTH : Vũ Thế Dương
mà ta lại có: (**) thay (**) vào (*) ta được : Với: t1 = 151,1 oC tm1 = 151,1 – 0,5.2,12= 150,04 oC t2 = 116,156 oC tm2 = 116,156 – 0,5.1,98 = 115,166oC Tra bảng giá trị A phụ thuộc vào tm : [2 – 29 ] với: t1 = 150,04oC A1 = 195,506 t2 = 115,166oC A2 = 185,3747 Vậy: 10.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: W/m2 ( CT 4.14/[1_1] q11 = 10601,785.2,12 = 22475,785 (W/m2) q12 =10344,698.1,98 = 20482,5 (W/m2) Bảng 4: Nồi 1 2,12 150,04 195,506 10601,785 22475,785 2 1,98 115,166 185,3747 10344,698 20482,5 10.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi W/m2 độ: Ta xác định hệ số này theo công thức: (W/m2 độ ) (CT /[1_332]) Pi: áp suất hơi thứ at 20