luận văn: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN DUNG DỊCH NaCl

Chia sẻ: Nguyễn Thị Bích Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

198
lượt xem 48
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'luận văn: thiết kế thiết bị cô đặc một nồi gián đoạn dung dịch nacl', luận văn - báo cáo, công nghệ - môi trường phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: luận văn: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN DUNG DỊCH NaCl

án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh i h c Qu c gia Tp. H Chí Minh Trư ng i h c Bách Khoa Khoa Công ngh Hoá h c B MÔN MÁY & THI T B BK TP HCM ÁN MÔN H C Quá Trình & Thi t B (MSMH : 603146) THI T K THI T B CÔ C M T N I GIÁN O N DUNG D CH NaCl GVHD : Thầy Trần Văn Nghệ SVTH : Nguyễn Đức Ninh MSSV : 60301992 Lớp : HC03TP Năm h c : 2005-2006 trang 1
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh M CL C L i nói u 2 Chương I: Gi i thi u t ng quan I.Nhi m v c a án 3 II.Tính ch t nguyên li u và s n ph m 3 III.Cô c 4 IV.Quy trình công ngh 5 Chương II : Thi t k thi t b chính A.Cân b ng v t ch t và năng lư ng 8 I. Cân b ng v t ch t 8 II. Cân b ng năng lư ng 9 B. Tính thi t k thi t b chính I.H s truy n nhi t 14 II.B m t truy n nhi t và th i gian cô c 21 III.Bu ng t và áy 23 IV. Bu ng b c và n p 24 C. Tính cơ khí cho thi t b chính 27 I.Bu ng t 27 II.Bu ng b c 28 trang 2
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh III. áy 30 IV.N p 32 V. Tính cách nhi t cho thân 32 VI.M i ghép bích 33 VII.V ng 34 VIII.Kh i lư ng và tai treo 35 IX.Các ng d n ,c a 37 Chương III :Tính chi ti t thi t b ph I.Thi t b ngưng t Baromet 39 II.Bơm 44 Chương IV : Tính giá thành thi t b 49 K t lu n 51 Tài li u tham kh o 52 L i nói u Ngày nay, công nghi p s n xu t hóa ch t là m t ngành công nghi p quan tr ng nh hư ng n nhi u ngành khác. M t trong nh ng s n ph m ư c quan tâm s n xu t khá nhi u là trang 3
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh Natri Clorua (NaCl) do kh năng s d ng r ng rãi c a nó.NaCl tinh khi t ư c s d ng nhi u trong th c ph m dư i d ng mu i ăn ,hay s d ng nhi u trong ngành y t dư i d ng d ch truy n. Nhi m vu c th c a án môn h c là thi t k h th ng cô c chân không gián o n NaCl t 10% lên 27% ,năng su t 1200kg /m ,s d ng ng chùm. án g m 4 chương :  Chương I:Gi i thi u t ng quan  Chương II :Thi t k thi t b chính  Chương III :Thi t k các chi ti t ph  Chương IV: Tính toán giá thành thi t b Có th nói th c hi n án môn h c là m t cơ h i t t cho sinh viên ôn l i toàn b các ki n th c ã h c v các quá trình và công ngh hóa h c. Ngoài ra ây còn là d p mà sinh viên có th ti p c n v i th c t thông qua vi c l a ch n, tính toán và thi t k các chi ti t c a m t thi t b v i các s li u r t c th và r t th c t . án này ư c th c hi n dư i s giúp và hư ng d n tr c ti p c a th y Tr n Văn Ngh , và các th y cô b môn Máy và Thi t B khoa Công ngh Hóa h c và D u khí trư ng i h c Bách khoa thành ph H Chí Minh. Em xin chân thành c m ơn th y Tr n Văn Ngh và các th y cô khác cũng như các b n bè ã giúp em trong quá trình th c hi n án. CHƯƠNG I. GI I THI U T NG QUAN I. NHI M V C A ÁN Nhi m v c th c a án môn h c này là thi t k h th ng cô c chân không gián o n dung d ch NaCl t n ng 10% n n ng 27%, năng su t 1200kg/m , s d ng ng chùm. II. TÍNH CH T NGUYÊN LI U VÀ S N PH M: trang 4
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh 1 .Nguyên li u : - NaCl là m t kh i tinh th màu tr ng, tan trong nư c phân ly thành ion - Là thành ph n chính c a mu i ăn h ng ngày - Kh i lư ng riêng dd 10% là 1073 (kg/m3) - nh t là 1,07 *10-3 (Ns/m2) 200C (dung d ch 10%). - hòa tan 60oC là 27,1% , 20oC là 26,3% - Nguyên li u em i cô c là dd NaCl 10% v i dung môi là nư c . 2. S n Ph m:  Khi k t thúc quá trình cô c ,dung d ch nhi t t 75-80oC ,khi ó hòa tan c a dung d ch kho ng 27,5% .Nhưng hòa tan cu dung d ch nhi t thư ng ch ng 26,3%.Vì v y ,quá trình cô c NaCl này là t o dung d ch bão hòa ,và khi làm ngu i thì s có NaCl tinh th k t tinh .Trong khi các mu i t p ch t khác như MgCl2 hay CaCl2 l i tan nhi t thư ng ,vì v y quá trình này có th ư c s d ng v a thu dung d ch mu i bão hòa v a tách t p ch t s n xu t mu i tinh khi t khi h nhi t . Mu i tinh khi t thư ng ư c s d ng trong th c ph m và y t . 3.Nh ng bi n i c a nguyên li u và s n ph m trong quá trình cô c: Trong quá trình cô c, tính ch t cơ b n c a nguyên li u và s n ph m bi n i không ng ng. Th i gian cô c tăng làm cho n ng dung d ch tăng d n n tính ch t dung d ch thay i: Các i lư ng gi m: h s d n nhi t, nhi t dung, h s c p nhi t, h s truy n nhi t. Các i lư ng tăng: kh i lư ng riêng dung d ch, nh t, t n th t nhi t do n ng , nhi t sôi. Yêu c u ch t lư ng s n ph m : t n ng và tinh khi t yêu c u. Thành ph n hoá h c ch y u không thay i. III. CÔ C: 1. nh nghĩa Cô c là phương pháp thư ng dùng làm tăng n ng m t c u t nào ó trong dung d ch hai hay nhi u c u t . Tùy theo tính ch t c a c u t khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình ó) ta có th tách m t ph n dung môi (c u t d bay hơi hơn) b ng phương pháp nhi t hay b ng phương pháp làm l nh k t tinh. Cô c là quá trình làm tăng n ng c a ch t r n hòa tan trong dung d ch b ng cách tách b t m t ph n dung môi qua d ng hơi. 2. Các phương pháp cô c: Phương pháp nhi t ( un nóng): dung môi chuy n t tr ng thái l ng sang tr ng thái hơi dư i tác d ng c a nhi t khi áp su t riêng ph n c a nó b ng áp su t tác d ng lên m t thoáng ch t l ng. trang 5
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh Phương pháp l nh: khi h th p nhi t n m t m c nào ó thì m t c u t s tách ra d ng tinh th ơn ch t tinh khi t, thư ng là k t tinh dung môi tăng n ng ch t tan.Tùy tính ch t c u t và áp su t bên ngoài tác d ng lên m t thoáng mà quá trình k t tinh ó x y ra nhi t cao hay th p và ôi khi ph i dùng n máy l nh. 3. Phân lo i và ng d ng a. Theo c u t o  Nhóm 1: dung d ch i lưu t nhiên (tu n hoàn t nhiên) dùng cô c dung d ch khá loãng, nh t th p, m b o s tu n hoàn t nhiên c a dung d ch d dàng qua b m t truy n nhi t. G m: - Có bu ng t trong ( ng tr c bu ng b c), có th có ng tu n hoàn trong ho c ngoài. - Có bu ng t ngoài ( không ng tr c bu ng b c).  Nhóm 2: dung d ch i lưu cư ng b c, dùng bơm t o v n t c dung d ch t 1,5 - 3,5 m/s t i b m t truy n nhi t. Có ưu i m: tăng cư ng h s truy n nhi t, dùng cho dung d ch c s t, nh t cao, gi m bám c n, k t tinh trên b m t truy n nhi t. G m: - Có bu ng t trong, ng tu n hoàn ngoài. - Có bu ng t ngoài, ng tu n hoàn ngoài.  Nhóm 3: dung d ch ch y thành màng m ng, ch y m t l n tránh ti p xúc nhi t lâu làm bi n ch t s n ph m. c bi t thích h p cho các dung d ch th c ph m như dung d ch nư c trái cây,hoa qu ép…G m: - Màng dung d ch ch y ngư c, có bu ng t trong hay ngoài: dung d ch sôi t o b t khó v . - Màng dung d ch ch y xuôi, có bu ng t trong hay ngoài: dung d ch sôi ít t o b t và b td v . b. Theo phương pháp th c hi n quá trình Cô c áp su t thư ng (thi t b h ): có nhi t sôi, áp su t không i. Thư ng dùng cô c dung d ch liên t c gi m c dung d ch c nh t năng su t c c i và th i gian cô c là ng n nh t.Tuy nhiên, n ng dung d ch t ư c là không cao. Cô c áp su t chân không: Dung d ch có nhi t sôi dư i 100oC, áp su t chân không. Dung d ch tu n hoàn t t, ít t o c n, s bay hơi nư c liên t c. Cô c nhi u n i: M c ích chính là ti t ki m hơi t. S n i không nên l n quá vì s làm gi m hi u qu ti t ki m hơi. Có th cô chân không, cô áp l c hay ph i h p c hai phương pháp. c bi t có th s d ng hơi th cho m c ích khác nâng cao hi u qu kinh t . Cô c liên t c: Cho k t qu t t hơn cô c gián o n. Có th áp d ng i u khi n t ng, nhưng chưa có c m bi n tin c y. 4. Ưu i m và như c i m c a cô c chân không gián o n  Ưu i m - Gi ư c ch t lư ng, tính ch t s n ph m, hay các c u t d bay hơi. - Nh p li u và tháo s n ph m ơn gi n, không c n n nh lưu lư ng. trang 6
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh - Thao tác d dàng. - Có th cô c n các n ng khác nhau. - Không c n ph i gia nhi t ban u cho dung d ch. - C u t o ơn gi n, giá thành th p.  Như c i m - Quá trình không n nh, tính ch t hóa lý c a dung d ch thay i liên t c theo n ng , th i gian. - Nhi t hơi th th p, không dùng ư c cho m c ích khác. - Khó gi ư c chân không trong thi t b . IV. QUY TRÌNH CÔNG NGH 1. Thuy t minh quy trình công ngh - Kh i ng bơm chân không n áp su t Pck = 0,7 at. - Sau ó bơm dung d ch ban u có n ng 10% t b ch a nguyên li u vào n i cô c b ng bơm ly tâm. Quá trình nh p li u di n ra trong vòng 20 phút n khi nh p 3240 kg thì ng ng. - Khi ã nh p li u 3240 kg thì b t u c p hơi t (là hơi nư c bão hòa áp su t 3 at) vào bu ng t gia nhi t dung d ch. Bu ng t g m nhi u ng nh truy n nhi t ( ng chùm) và m t ng tu n hoàn trung tâm có ư ng kính l n hơn. Dung d ch ch y trong ng ư c gia nhi t b i hơi t i ngoài ng. Dung d ch trong ng s sôi và tu n hoàn qua ng tu n hoàn (do ng tu n hoàn có ư ng kính l n hơn các ng truy n nhi t nên dung d ch trong ng tu n hoàn s sôi ít hơn trong ng truy n nhi t, khi ó kh i lư ng riêng dung d ch trong ng tu n hoàn s l n hơn kh i lư ng riêng dung d ch trong ng truy n nhi t vì v y t o áp l c y dung d ch t ng tu n hoàn sang các ng truy n nhi t). Dung môi là nư c b c hơi và thoát ra ngoài qua ng d n hơi th sau khi qua bu ng b c và thi t b tách gi t. Hơi th ư c d n qua thi t b ngưng t baromet và ư c ngưng t b ng nư c l nh, sau khi ngưng t thành l ng s ch y ra ngoài b n ch a. Ph n không ngưng s ư c d n qua thi t b tách gi t ch còn khí không ngưng ư c bơm chân không hút ra ngoài. Hơi t khi ngưng t ch y ra ngoài qua c a tháo nư c ngưng, qua b y hơi r i ư c x ra ngoài. - Quá trình c ti p t c n khi t n ng 27% (sau th i gian cô c ã tính: 121,3 phút) thì ngưng c p hơi. M van thông áp, sau ó tháo s n ph m ra b ng cách m van tháo li u. 2. Các thi t b ư c l a ch n trong quy trình công ngh a Bơm Bơm ư c s d ng trong quy trình công ngh g m: bơm ly tâm và bơm chân không. + Bơm ly tâm ư c c u t o g m v bơm, bánh gu ng trên ó có các cánh hư ng dòng. Bánh gu ng ư c g n trên tr c truy n ng. ng hút và ng y. Bơm ly tâm ư c dùng bơm dung d ch NaCl t b ch a nguyên li u vào n i cô c. + Bơm chân không ư c dùng t o chân không khi h th ng b t u làm vi c. b Thi t b cô c trang 7
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh ây là thi t b chính trong quy trình công ngh . Thi t b g m áy, n p, bu ng b c và bu ng t. Bên trong bu ng t g m nhi u ng truy n nhi t nh và m t ng tu n hoàn trung tâm có ư ng kính l n hơn. Tác d ng c a bu ng t là gia nhi t dung d ch, bu ng b c là tách h n h p l ng hơi thành nh ng gi t l ng rơi tr l i, hơi ư c d n qua ng d n hơi th . ng tu n hoàn ư c s d ng t o m t dòng ch y tu n hoàn trong thi t b . c Thi t b ngưng t Thi t b ngưng t ư c s d ng trong quy trình công ngh là lo i thi t b ngưng t tr c ti p (thi t b ngưng t baromet). Ch t làm l nh là nư c ư c ưa vào ngăn trên cùng thi t b . Thi t b thư ng làm vi c áp su t chân không nên nó ph i ư c t m t cao c n thi t nư c ngưng có th t ch y ra ngoài khí quy n mà không c n máy bơm. d Thi t b tách l ng Thi t b tách l ng ư c t sau thi t b ngưng t baromet nh m tách các c u t bay hơi còn sót l i, chưa k p ngưng t , không cho chúng i vào bơm chân không. e Các thi t b ph tr khác - B y hơi - Các thi t b o áp su t, o nhi t , các lo i van. trang 8
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh CHƯƠNG II. THI T K THI T B CHÍNH A. CÂN B NG V T CH T VÀ NĂNG LƯ NG I. CÂN B NG V T CH T Các s li u ban u:  Dung d ch NaCl có: - Nhi t u 25oC, n ng u 10%. - N ng cu i 27%.  Ch n hơi t là hơi nư c bão hòa áp su t 3at.  Ap su t ngưng t : Pck = 0,7 at. Cô c gián o n v i năng su t 1200 kg/m 1. Kh i lư ng riêng c a dung d ch theo n ng N ng ,% 10 15 20 27 Kh i lư ng riêng, kg/m3 1073 1110 1150 1205 2. Cân b ng v t ch t cho các giai o n G = Gc + W G .x = Gc.xc Trong ó G , Gc : lư ng dung d ch u và cu i m i giai o n (kg) W : lư ng hơi th b c lên trong m i giai o n (kg) x , xc : n ng u và cu i c a m i giai o n G .x , Gc.xc : kh i lư ng NaCl trong dung d ch (kg)  Kh i lư ng dd u: G = 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg) a Giai o n 10% n 15% G = 3240 (kg) x = 0,1 ; xc = 0,15  Lư ng s n ph m ( là dung d ch NaCl 15% ): xñ 0,1 Gc = G . = 3240 * = 2160 (kg) xc 0,15  Lư ng hơi th : W = G - Gc = 3240 – 2160 = 1080 (kg) b Giai o n 15% n 20% G = 2160(kg) ; x = 0,15 ; xc = 0,2 x 0,15 ⇒ Gc = Gñ . ñ = 2160 * = 1620 (kg) xc 0,2 W = G – Gc = 2160 – 1620 = 540 (kg) trang 9
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh c Giai o n 20% n 27% G = 1620 (kg) ; x = 0,2 ; xc = 0,27 x 0,2 ⇒ Gc = Gñ . ñ = 1620 * = 1200 (kg) xc 0,27 W = 1620 – 1200 = 420 (kg)  T ng lư ng hơi th b c hơi Wt = 1080+540+420 = 2040 (kg)  Ta có b ng tóm t t k t qu cân b ng v t ch t N ng dung d ch, % 10 15 20 27 Th tích dung d ch trong n i, m3 3,02 1,946 1,4 1 Kh i lư ng dung d ch, kg 3240 2160 1620 1200 Lư ng hơi th ã b c hơi, kg 0 1080 1620 2040 Kh i lư ng riêng dung d ch, kg/m3 1073 1110 1150 1205 II. CÂN B NG NĂNG LƯ NG Ap su t làm vi c trong bu ng b c thi t b cô c P1 = 0,3 at. ⇒ Nhi t hơi th bu ng b c t1 = 68,7oC ( B ng I.251 trang 314 Tài li u [1] ). ây cũng là nhi t sôi c a dung môi (là nư c) trên m t thoáng dung d ch t sdm ( P1 ) = 68,7 oC Ch n t n th t nhi t t n i cô c v thi t b ngưng t ∆''' = 1K . ⇒ Nhi t hơi th thi t b ngưng t : t0 = 68,7 - 1 = 67,7oC. 1. Các t n th t nhi t – Nhi t sôi dung d ch a Xác nh t n th t nhi t do n ng và nhi t sôi dung d ch NaCl theo n ng ' áp su t P1 = 0,3 at ( ∆ ) : Theo tài li u [3] trang 149: ∆' = ∆' o *f V i f tra tài li u [3] trang 147 : V i t sdm ( P1 ) = 68,7oC ,f = 0,81 N ng dung d ch, % 10 15 20 27 T n th t ∆' o , oC 1,9 3,25 4,85 8 T n th t ∆' ,oC 1,54 2,63 3,9 6,48 Nhi t sôi dd , oC 70,2 71,3 72,6 75,2 b T n th t nhi t do hi u ng th y tĩnh ∆'' . Nhi t sôi dung d ch áp su t trung bình trang 10
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh Tính theo ví d 4.8 trang 207 Tài li u [4] ∆'' = t sdd( Ptb ) − t sdd( P1 ) = t sdm( Ptb ) − t sdm( P1 ) V i: Ptb = P1 + 0,5 ρ hh .g.Hop = P1 + ∆ P  ∆P = 0,5 ρ hh .g.Hop 1  ρ hh = ρ dd 2 Trong ó ρ dd : Kh i lư ng riêng dung d ch tính theo n ng cu i nhi t t sdd( P1 + ∆P ) Hop : Chi u cao l p ch t l ng sôi  Trong thi t b tu n hoàn t nhiên Hop = [0,26 + 0,0014(ρ dd − ρ dm )].H o V i Ho Chi u cao ng truy n nhi t : ρ dm : Kh i lư ng riêng dung môi tsdm * Ch n chi u cao ng truy n nhi t Ho = 1,5m  Tính cho trư ng h p dung d ch NaCl 10 % Do trong kho ng nhi t nh , hi u s ρ dd − ρ dm thay i không áng k nên : ρ dm = 999( kg / m 3 ) ρ dd ( 25%) = 1073(kg / m 3 ) ⇒ H op = [0.26 + 0.0014 * (1073 − 999)]* 1.5 = 0,5454 (m) 1 ⇒ ∆P = 0,5 * ρ hh * g * H op = 0,5 * * 1073 * 9,81 * 0,5454 = 1435,24 N / m 2 = 0,015at 2 ⇒ Ptb = P1 + ∆P = 0,3 + 0,015 = 0,315at Nhi t sôi c a H2O 0,315 at là 69,7 oC ( B ng I.251 trang 314 Tài li u [1] ) tăng nhi t sôi do c t th y tĩnh ∆'' = t sdm( Ptb ) − t sdm( P1 ) = 69,7 − 68,7 = 1 oC ⇒ nhi t sôi dung d ch NaCl 10 % áp su t P1+ ∆P t sdd ( P1 + ∆P ) = 70,2 + 1 = 71,2 oC  Tính tương t ta ư c N ng dung d ch, % 10 15 20 27 ∆'' , oC 1 1,14 1,34 1,7 t sdd ( P1 + 2 ∆P ) 72,2 73,6 75,3 78,6 2. Cân b ng năng lư ng cho các giai o n Tính theo công th c 2.4 trang 104 Tài li u [4]: * Phương trình cân b ng nhi t '' '' ϕ .D.c.θ + D.(1 − ϕ ).i D + G ñ. c ñ .t ñ = Gc .c c .t c + W .i w + D.c.θ + Qt ± Qcñ trang 11
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh V i D : lư ng hơi t s d ng (kg) ϕ = 5% : t l nư c ngưng b cu n theo θ : nhi t nư c ngưng (oC) C : nhi t dung riêng nư c ngưng θ o C (J/kg ) c , cc : nhi t dung riêng dung d ch u và cu i m i giai o n (J/kg ) t , tc : nhi t dung d ch u và cu i m i giai o n (oC) i ''D : entanpi c a hơi t (J/kg) i '' w : entanpi c a hơi th (J/kg) Qt : nhi t lư ng t n th t (J) Qc : nhi t lư ng cô c (J) * Nhi t lư ng do hơi t cung c p ( do có 5% hơi nư c ngưng cu n theo ) '' QD = D.(1- ϕ ).( i − c.θ ) = D.(1- ϕ ).r =G (cctc - c t ) +W (iw’’- cctc) ± Qcd D r = i ''D − c.θ : nhi t hóa hơi c a nư c áp P * Nhi t dung riêng c a dung d ch Tính theo công th c 2.11 trang 106 Tài li u [4] cdd = 4190.(1-x) + c1.x Trong ó x: n ng dung d ch c1: nhi t dung riêng NaCl khan (J/kg ) Theo công th c 2.12 trang 183 Tài li u [4] 26 *10 3 + 26 *10 3 c1 = = 88,89 (J/kg ) 58,5 V y nhi t dung riêng dung d ch theo n ng N ng dung d ch. % 10 15 20 27 Nhi t dung riêng dung d ch, J/kg 3771 3652 3370 3082,7 * Ch n hơi t có áp su t PD =3 at ⇒ tD =132,9oC * Nhi t hóa hơi c a nư c áp su t 3 at r = 2171*103 J/kg (B ng I.251 trang 314 Tài li u [1] ) * Entanpi c a hơi th 73,05oC i ''w =2620*103 J/kg ( B ng I.250 trang 312 Tài li u [1] ) * T n th t nhi t Qt = 0,05*QD * Xem nhi t cô c là không áng k a Giai o n ưa dung d ch 10% t 25oC n 72,2oC G = Gc = 3240 (kg) c = cc =3771 (J/kg ) trang 12
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh t = 25oC ; tc =72,2oC ; W = 0 kg Nhi t lư ng tiêu t n cho quá trình: Q1 =3240*3771*(72,2-25) =5,77*108 (J) Nhi t lư ng c n cung c p ( k c t n th t ): Q QD1 = 1 = 6,07 * 10 8 (J) 0,95 Lư ng hơi t s d ng: 6,07 * 10 8 D1 = = 294,3 (kg) (1 − 0,05) * 2171 * 10 3 b Giai o n ưa dung d ch t 10% n 15%: G = 3240 (kg) ; c =3771 (J/kg ); t =72,2 (oC) Gc = 2160 (kg) ; cc = 3562 (J/kg ) ; tc = 73,6 (oC) W = 1080 (kg) Nhi t lư ng tiêu t n cho quá trình: Q2 = 2160*3562*73,6 – 3240*3771*72,2 + 1080*2620*103 Q2 =25,14*108 (J) Nhi t lư ng c n cung c p ( k c t n th t ) Q2 25,14 *10 8 QD2 = = = 26,46 *108 (J) 0,95 0,95 Lư ng hơi t s d ng 26,46 *10 8 D2 = = 1283 (kg) (1 − 0,05) * 2171 *10 3 c Giai o n ưa dung d ch t 15% n 20%: G = 2160 (kg) ; c = 3562 (J/kg ) ; t = 72,2(oC) Gc = 1620 (kg) ; cc = 3370 (J/kg ); tc = 75,3(oC) W = 540 (kg) Nhi t lư ng tiêu t n cho quá trình Q3 = 1620*3370*75,3 – 2160*3370*72,2 + 540*2620*103 Q3 = 12,6*108 (J) Nhi t lư ng c n cung c p ( k c t n th t nhi t ): 12,6 * 108 QD3 = = 13,26 *10 8 (J) 0,95 Lư ng hơi t s d ng 13,26 * 10 8 D3 = = 643 (kg) (1 − 0,05) * 2171 * 10 3 d Giai o n ưa dung d ch t 20% n 27%: G = 1620 (kg) ; c = 3370 (J/kg ); t = 75,3(oC) Gc = 1200 (kg) ; cc = 3082,7 (J/kg ); tc = 78,6 (oC) W = 420 (kg) trang 13
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh Nhi t lư ng tiêu t n cho quá trình Q4 = 1200*3082,7*78,6 – 1620*3370*75,3 + 420*2620*103 Q4 = 9,8*108 (J) Nhi t lư ng c n cung c p ( k c t n th t nhi t ): 9,8 *108 QD4 = = 10,32 * 108 (J) 0,95 Lư ng hơi t s d ng: 10,32 *10 8 D4 = = 500 (kg) (1 − 0,05) * 2171 *10 3 * T ng nhi t lư ng: QD = 6,07*108 + 26,46*108 + 13,26*108 + 9,8*108 =56,11*108 (J) * T ng lư ng hơi t: D = 294,3 + 1283 + 643 + 500 =2720,3 (kg) * Lư ng hơi t riêng: D 2720,3 Driêng = = = 1,33 (kg/kg hơi th ) W 2040 * Tóm t t cân b ng năng lư ng: N ng dung d ch. % 10(25oC) 10(72,2oC) 15 20 27 Nhi t lư ng h u ích, J*10-8 0 5,77 30,9 43,5 53,3 T ng nhi t lư ng cung c p, J*10-8 6,07 32,53 45,79 56,11 Lư ng hơi t s d ng, kg 294,3 1577,3 2220,0 2720,3 B. TÍNH THI T K THI T B CHÍNH I. H S TRUY N NHI T 1. H s truy n nhi t trong quá trình sôi 1.1 Các kí hi u và công th c α1 : h s c p nhi t khi ngưng t hơi (W/m2K) α2 : h s c p nhi t phía dung d ch sôi( W/m2K) q1 : nhi t t i riêng phía hơi ngưng (W/m2) q2 : nhi t t i riêng phía dung d ch sôi(W/m2) qv : nh t t i riêng phía vách ng truy n nhi t (W/m2) t v1 : nhi t trung bình vách ngoài ng (oC) t v2 : nhi t trung bình vách trong ng (oC) tD : nhi t hơi ngưng, tD = 132,9(oC) tdd : nhi t dung d ch sôi (oC) ∆t 1 = t D − t v 1 ∆t 2 = t v 2 − t dd trang 14
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh ∆t v = t v1 − t v2 1 tm = 2 ( t D + t v1 : nhi t ) màng nư c ngưng (oC) 1.1.1 Phía hơi ngưng: q 1 = α 1 .∆t 1 (1) Theo công th c V.101 trang 28 Tài li u [2] r α 1 = 2.04 * A * 4 (2) ∆t 1 * H 0 , 25  ρ 2 * λ3  V i A=   µ   ph thu c vào nhi t màng tm   tm , oC 40 60 80 100 120 140 160 180 200 A 139 155 169 179 188 194 197 199 199 ρ : kh i lư ng riêng c a nư c nhi t tm (kg/m3) λ : h s c p nhi t c a nư c nhi t tm (W/mK) µ : nh t c a nư c nhi t tm (Pas) r : n nhi t ngưng t c a hơi nhi t tD r = 2171*103 (J/kg) H = 1,5 m: chi u cao ng truy n nhi t 1.1.2 Phía dung d ch q2 = α 2 .∆t 2 (3) Theo công th c VI.27 trang 71 Tài li u [2] 0 , 435 λ  0, 565  ρ  c dd µ n  2 α 2 = α n  dd λ   *  dd   *  *  (4)  n   ρ n  c n µ dd    Trong ó λn , ρ n , c n , µ n : h s d n nhi t (W/mK), kh i lư ng riêng (kg/m3), nhi t dung riêng (J/kg ), nh t (Pas) c a nư c λdd , ρ dd , c dd , µ dd : các thông s c a dung d ch theo n ng α n : h s c p nhi t tương ng c a nư c (W/m2K) α n = 0,56 * q 0, 7 * p 0 ,15 (5), (công th c V.90 trang 26 Tài li u [2]) V i q : nhi t t i riêng (W/m2) p : áp su t tuy t i trên m t thoáng (N/m2) p = p1 = 0,3 at = 29430 (N/m2) * Các thông s c a nư c ( B ng I.249 trang 311 Tài li u [2] ): tsdm = 68,7 (oC) ρ n = 978,5 (kg/m3) cn = 4186 (J/kg ) trang 15
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh µ n = 0,4*10-3 (Ns/m2) λ n = 66,7*10-2 (W/mK) * Các thông s c a dung d ch:  µ dd tra b ng I.107 trang 101 Tài li u [1] ( 40oC )  λdd tính theo công th c I.32 trang 123 Tài li u [1] ρ dd λ = 3.58 * 10 −8 * c dd * ρ dd * 3 , W/mK M dd 1 Mdd = x 1− x + 58,5 18 V i x : n ng dung d ch  cdd và ρ dd xác nh theo n ng o N ng dung d ch, % 10 15 20 27 o tsdd, C 72,2 73,6 75,3 78,6 ρ dd , kg/m3 1073 1110 1150 1205 cdd , J/kg 3771 3562 3370 3082,7 2 -3 -3 -3 µ dd , Ns/m 0,71*10 0,78*10 0,89*10 1,08*10-3 Mdd 19,34 20,09 20,9 22,14 λdd , W/mK 0,55 0,54 0,528 0,504 1.1.3 Phía vách ng truy n nhi t Theo thí d 19 trang 148 Tài li u [4] ∆t v qv = (6) ∑ rv ⇒ ∆t v = qv * ∑ rv 1 δv 1 Trong ó: ∑r v = + + r1 rv r2 1 L y = 0,464 * 10 −3 , (W/mK)-1: nhi t tr c a nư c thư ng r1 1 = 0,389 * 10 −3 (W/mK )-1: nhi t tr cu cáu b n r2 δ v = 2 mm: b dày ng truy n nhi t λv = 17,5 W/mK: h s d n nhi t qua vách 2 * 10 −3 ⇒ ∑ rv = 0,464 * 10 −3 + + 0,389 * 10 −3 =9,653*10-4, (W/mK)-1 17.5 trang 16
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh 1.1.4 H s truy n nhi t K 1 K= , W/m2K 1 1 + ∑ rv + α1 α2 Do không bi t chính xác nhi t vách ng truy n nhi t nên ph i th c hi n tính l p như sau 1 Ch n t v1 (< tD ) ⇒ ∆t 1 2 Tính α 1 theo công th c (2) 3 Tính q1 theo công th c (1) 4 Tính ∆t v theo công th c (6) v i qv = q1 ⇒ t v , ∆t 2 2 5 Tính α n theo công th c (5) v i q = q1 6 Tính α 2 theo công th c (4) 7 Tính q2 theo công th c (3) 1 8 Tính qtb = .(q 1 + q 2 ) 2 q − q tb 9 Xác nh sai s ss = 1 q1 N u ss > 5% thì ch n l i t v1 và l p l i quá trình tính n khi t sai s nh 10 Tính K theo công th c (7) 1.2 Tính K cho các giai o n a. Tímh n ng 10% : Ch n  t v1 = 128 ⇒ ∆t1 = 4,9 K  Tính α 1 : 1 tm = * (132,9 + 128) = 130,45 o C ⇒ A = 191 2 r 2171 * 10 3 ⇒ α 1 = 2,04 * A * 4 = 204 * 191 * 4 = 9083,57 (W/m2K) ∆t1 * H 4,9 * 1,5  q1 = α 1 * ∆t1 = 9083,57 * 4,9 = 44509,5(W / m 2 )  ∆t v = q1 * ∑ rv = 44509,5 * 9,653 * 10 −4 = 42,97( o C ) ⇒ t v2 = 128 − 42,9 = 85( o C ) ⇒ ∆t 2 = 85 − 72,2 = 12,8( o C )  α n = 0,56 * q10,7 * p 0,15 = 0,56 * 44509,5 0, 7 * 29430 * 16 0,15 = 4703,525 (W/m2K) 0 , 435  0,55  0, 565  1073  2 3771 0,4 * 10 −3  α 2 = 4703,525 *     * * −3   0,667   978,5  4186 0,71 * 10    α 2 = 3402,56(W / m 2 K ) trang 17
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh  q 2 = α 2 * ∆t 2 = 3402,56 *12,8 = 43552,76 (W/m2) 1  q tb = (q1 + q 2 ) = 1 (44509,5 + 43552,76) = 44031(W / m 2 ) 2 2 q1 − q tb 44509,5 − 44031,13 ss = = = 0,01 = 1% (th a) q1 44509,5 V y t v1 = 128o C 1 K= = 730(W / m 2 K ) 1 1 + 9,653 * 10 − 4 + 9083,57 3402,56 b. Tính n ng 15%: Tính tương t t v1 = 128,3o C 1 K= = 718(W / m 2 K ) 1 1 + 9,653 * 10 − 4 + 9228,18 3141,75 c. Tính n ng 20%: Tímh tương t t v1 = 128,5 (oC) 1 K= = 704,42(W / m 2 K ) 1 1 + 9,653 * 10 − 4 + 9331,3 2880,75 d. Tính n ng 27%: Tính tương t t v1 = 129 o C 1 K= = 675(W / m 2 K ) 1 1 + 9,653 * 10 − 4 + 9616,99 2425,78 o B ng tóm t t N ng dung d ch,% 10 15 20 27 tsdd, oC 72,2 73,6 75,3 78,6 q1, W/m2 44509,5 42449,63 41057,72 37506,29 q2,W/m2 43552,76 43115,41 39083,09 34434,39 qtb, W/m2 44031,13 42782,52 40070,4 35970,34 α 1 ,W/m2K 9083,57 9228,18 9331,3 9616,99 α 2 , W/m2K 3402,56 3141,75 2880,75 2425,78 2 K, W/m K 730 718 704 675 ss, % 1 0,78 2,4 4 2. H s truy n nhi t trong quá trình gia nhi t dung d ch ban u t 25oC n 72,2oC: 2.1 Các kí hi u và công th c Các kí hi u α 1 , α 2 , q1, q2, qv, t v1 , t v2 , tD, tdd, ∆t 1 , ∆t 2 , ∆t v , tm như m c 1.1 trang 18
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh 2.1.1 Phía hơi ngưng: q 1 = α 1 .∆t 1 r α 1 = 2,04 * A * 4 ∆t1 * H A xác nh theo tm r = 2171*103 J/kg H = 1,5 m 2.1.2 Phía vách: ∆t v qv = ∑ rv ∑r v = 9,653 *10 −4 (W / m 2 K ) −1 2.1.3 Phía dung d ch: q 2 = α 2 * ∆t 2 α2 *l Nu * λdd Nu = ⇒ α2 = λdd l Trong ó Nu = C (Gr * Pr ) n c dd * µ dd Pr = λdd 3 l * ρ dd * β dd * ∆t 2 * g Gr = 2 µ dd * C và n ph thu c vào Pr và Gr như sau  Gr*Pr ≤ 10 −3 thì Nu = 0.5  Gr*Pr = 10 −3 → 500 thì Nu = 1,18(Gr . Pr )0 ,125 0 , 25  Gr * Pr = 500 → 2 * 10 7 thì Nu = 0,54(Gr . Pr )  Gr*Pr > 2 * 10 7 thì Nu = 0,135(Gr . Pr )0 ,33 * l : chi u cao ng truy n nhi t, l = 1,5 m * ρ dd , β dd , λdd , µ dd , c dd : kh i lư ng riêng ( kg/m3 ), h s dãn n th tích ( K-1 ), h s d n nhi t ( W/mK ), nh t ( Pa.s ), nhi t dung riêng ( J/kg ) c a dung d ch NaCl 1 _  l y nhi t màng t m =  t dd + t v2  2  _ 1 V i t dd = (72,2 + 25) = 48,6( o C ) 2 ρ dd = 1073( kg / m 3 ) cdd = 3771 (J/kg ) trang 19
án môn h c Máy và Thi t b GVHD : Tr n Văn Ngh µ dd = 0,78 * 10 −3 (Ns/m2) λdd = 0.577W / mK β c a dung d ch NaCl 25% To ,oC 0 20 40 60 80 100 120 β .10 −3 0,425 0,455 0,48 0,505 0,535 0,57 0,605 2.1.4 H s truy n nhi t : 1 K= , W/m2K 1 1 + ∑ rv + α1 α2 * Trình t tính l p (1). Ch n t v1 ⇒ ∆t 1 (2). Tính α 1 (3). Tính q1 (4). Tính ∆t 1 ⇒ t v 2 ⇒ ∆t 2 (5). Tính Nu2 ⇒ α 2 (6). Tính q2 1 (7). Tính qtb = 2(q 1 + q 2 ) q 1 − q tb (8). Tính ss = , tính cho n sai s nh (và ph i nh hơn 5% ) q 2.2 Th c hi n tính l p (1). Ch n t v1 = 124,5 o C ⇒ ∆t1 = 132,9 − 124,5 = 8,4 (oC) 1 tm= (132,9 + 124,5) = 128,7 o C ⇒ A = 190.13 2 2171*10 3 (2). α 1 = 2,04 *190,13 4 = 7921,83(W / m 2 K ) 8,4 *1,5 (3). q1 = α 1 ∆t1 = 7921,83 * 8,4 = 66543,35(W / m 2 ) (4). ∆t v = q1 .∑ rv = 66543,35 * 9,653 *10 −4 = 64,23 (oC) ⇒ t v2 = 124,5 − 64,23 = 60,27( o C ) ⇒ ∆t 2 = 60,27 − 48,6 = 11,67 (oC) (5). Tính α 2 : trang 20