Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải Lời nói đầu Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác. Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là Kali hydroxyt (KOH) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó. Trong qui trình sản xuất KOH, quá trình cô đặc thường được sử dụng để thu được dung dòch KOH có nồng độ cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ. Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dòch KOH từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m 3 /mẻ, sử dụng ống chùm. Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại toàn bộ các kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học. Ngoài ra đây còn là dòp mà sinh viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chi tiết của một thiết bò với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế. Tuy nhiên vì còn là sinh viên nên kiến thức thực tế còn hạn hẹp do đó trong quá trình thực hiện đồ án khó có thể tránh được thiếu xót. Em rất mong được sự góp ý và chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để có thêm nhiều kiến thức chuyên môn. Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Lê Xuân Hải, và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bò khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí trường Đại học Bách khoa thành phố Hố Chí Minh. Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Xuân Hải và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án. SVTH : trang 1 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN I. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dòch KOH từ nồng độ 25% đến nồng độ 40%, năng suất 2.5m 3 /mẻ, sử dụng ống chùm. II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU - KOH là một khối tinh thể trong suốt, màu trắng, ăn da mạnh. - Nhiệt độ nóng chảy là 360.4 0 C (khan). - Nhiệt độ sôi là 1325 0 C (khan). - Độ nhớt là 1.63 Cp ở 20 0 C (dung dòch 20%). - Nó hấp thu mạnh hơi ẩm và CO 2 của không khí, dễ chảy rữa thành K 2 CO 3 . KOH dễ dàng tan trong nước, tỏa nhiều nhiệt tạo dung dòch KOH (dạng dung dòch được sử dụng nhiều). p suất hơi của nước trên KOH ở nhiệt độ phòng là 0.002 mmHg III. CÔ ĐẶC 1. Đònh nghóa Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dòch hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh. Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dòch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi. 2. Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): 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 máy lạnh. SVTH : trang 2 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải 3. Phân loại và ứng dụng a. Theo cấu tạo • Nhóm 1: dung dòch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dòch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dòch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm: - Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài. - Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc). • Nhóm 2: dung dòch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dòch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dòch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm: - Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài. - Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài. • Nhóm 3: dung dòch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dòch thực phẩm như dung dòch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm: - Màng dung dòch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dòch sôi tạo bọt khó vỡ. - Màng dung dòch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dòch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ. b. Theo phương pháp thực hiện quá trình Cô đặc áp suất thường (thiết bò hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dòch liên tục để giữ mức dung dòch cố đònh để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dòch đạt được là không cao. Cô đặc áp suất chân không: Dung dòch có nhiệt độ sôi dưới 100 o C, áp suất chân không. Dung dòch 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. Có thể cô chân không, cô 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 áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy. 4. Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn • Ưu điểm - Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi. - Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn đònh lưu lượng. SVTH : trang 3 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải - Thao tác dễ dàng. - Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau. - Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dòch. - Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp. • Nhược điểm - Quá trình không ổn đònh, tính chất hóa lý của dung dòch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian. - Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác. - Khó giữ được độ chân không trong thiết bò. IV. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Thuyết minh quy trình công nghệ - Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0.65 at. - Sau đó bơm dung dòch ban đầu có nồng độ 25% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc bằng bơm ly tâm. Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 15 phút đến khi nhập đủ 2.5m 3 thì ngừng. - Khi đã nhập liệu đủ 2.5m 3 thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dòch. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung dòch chảy trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống. Dung dòch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dòch trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dòch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dòch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dòch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt). Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bò tách giọt. Hơi thứ được dẫn qua thiết bò ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa. Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bò tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài. Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài. - Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 40% (sau thời gian cô đặc đã tính: 45 phút) thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu. 2. Các thiết bò được lựa chọn trong quy trình công nghệ a Bơm SVTH : trang 4 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không. + Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng dòng. Bánh guồng được gắn trên trục truyền động. Ống hút và ống đẩy. Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dòch KOH từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc. + Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc. b Thiết bò cô đặc Đây là thiết bò chính trong quy trình công nghệ. Thiết bò gồm đáy, nắp, buồng bốc và buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn. Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dòch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ. Ống tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bò. c Thiết bò ngưng tụ Thiết bò ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bò ngưng tụ trực tiếp (thiết bò ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng thiết bò. Thiết bò thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần máy bơm. d Thiết bò tách lỏng Thiết bò tách lỏng được đặt sau thiết bò ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kòp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không. e Các thiết bò phụ trợ khác - Bẫy hơi - Các thiết bò đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van. SVTH : trang 5 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải Tỉ lệ: Chức năng CNB M GVHD SVTT Họ tên Chữ ky ù Ng ày HT Ngày BV VŨ BÁ MINH MAI ANH DŨNG LÊ XUÂN HẢI BA ÛN VẼ QU I TRÌN H CÔNG NGH Ệ Trươ øng Đa ïi họ c Bách Kh oa Tp.Hồ Chí Minh Kh oa Co âng Ng he ä Hoá học BỘ MÔN MÁ Y VÀ T HI ẾT BỊ Bản vẽ số: 02 T HIE ÁT KẾ THIẾT BỊ C Ô ĐẶC C HÂN KH ÔNG GIÁN ĐOẠN DUN G DỊC H KOH NĂNG SUẤT 2.5m /m e û P T P P T Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 1 4 15 16 1 7 18 19 BỒN C HƯ ÙA NG UY ÊN L IỆU 1 X1 8H10 T BƠM NHẬ P LIE ÄU 1 ĐẦU T H Ử SẢN PHA ÅM 1 1 X1 8H10 TỐNG D ẪN H ƠI ĐỐT 1 X1 8H1 0T ỐNG THÔ NG ÁP 1 X18 H10T ỐNG DẪN H ƠI THỨ d =50, δ =3. 5 1 X18 H10 T Á P K Ế 3 NHIE ÄT K Ế 2 TH IE ÁT BỊ C Ô ĐẶC d=16 0, δ =5 1 X1 8H10 T ỐNG X Ả KHÍ KH ÔN G NG ƯNG 1 X1 8H1 0T ỐNG T HA ÙO NƯƠ Ù C NG ƯNG 1 BỒN CHỨA S A ÛN PH ẨM 1 BẪY H ƠI 1 THIẾT B Ị NGƯ NG T U Ï BARO MET d=25, δ =3.5 1 X18 H10T ỐNG D ẪN N ƯỚC VÀO 1 X18 H10T ỐNG DẪ N HƠI TH Ứ VÀO 1 X1 8H1 0T THIẾT BỊ T H U HỒI 1 X18H10T BE Å C HƯ ÙA NƯƠ Ù C NG ƯN G 1 ỐNG NHA Ä P LIỆU STT TÊ N G ỌI Đ A ËC TÍN H K Ỹ THUA ÄT SL V A ÄT LIỆU 1 2 10 18 1914 13 15 20 4 5 6 8 9 16 17 12 11 3 7 2 0 BƠM CHÂ N KHÔNG d=40 0, δ =13 X18 H10T 1 D=500, Η =4900 3 d =300 d=10 0 2 2/06/05 28/06/ 05 SVTH : trang 6 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải CHƯƠNG II. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH A. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các số liệu ban đầu: • Dung dòch KOH có: - Nhiệt độ đầu 25 o C, nồng độ đầu 25%. - Nồng độ cuối 40%. • Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at. • p suất ngưng tụ: P ck = 0.65 at. Cô đặc gián đoạn với năng suất 2.5m 3 /mẻ 1. Khối lượng riêng của dung dòch theo nồng độ Nồng độ, % 25 30 35 40 Khối lượng riêng, kg/m 3 1239 1291 1344 1399 2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn G đ = G c + W G đ .x đ = G c .x c Trong đó G đ , G c : lượng dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn, kg W : lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn, kg x đ , x c : nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn G đ .x đ , G c .x c : khối lượng KOH trong dung dòch, kg a Giai đoạn 25% đến 30% G đ = 2.5m 3 = 2.5*1239 = 3097.5 kg x đ = 0.25 ; x c = 0.3 • Lượng sản phẩm ( là dung dòch KOH 30% ) G c = G đ . 25.2581 3.0 25.0 *5.3097 x x c đ == kg • Lượng hơi thứ W = G đ - G c = 3097.5 – 2581.25 = 516.25 kg b Giai đoạn 30% đến 35% G đ = 2581.25 kg ; x đ = 0.3 ; x c = 0.35 ⇒ G c = 5.2212 35.0 3.0 *25.2581 x x .G c đ đ == kg SVTH : trang 7 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải W = G đ – G c = 2581.25 – 2212.5 = 368.75 kg c Giai đoạn 35% đến 40% G đ = 2212.5 kg ; x đ = 0.35 ; x c = 0.4 9375.1935 4.0 35.0 *5.2212 x x .GG c đ đc ===⇒ kg W = 2212.5 – 1935.9375 = 276.5625 kg • Tổng lượng hơi thứ bốc hơi W t = 516.25 + 368.75 + 276.5625 = 1161.5625 kg • Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất Nồng độ dung dòch, % 25 30 35 40 Thể tích dung dòch trong nồi, m 3 2.5 2 1.65 1.38 Khối lượng dung dòch, kg 3097.5 2581.25 2212.5 1935.937 5 Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg 0 516.25 885 1161.562 5 Khối lượng riêng dung dòch, kg/m 3 1239 1291 1344 1399 II. CÂN BẰNG NĂNG LƯNG p suất thiết bò ngưng tụ P o = 0.35 at. ⇒ Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bò ngưng tụ t o = 72.05 o C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ). Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bò ngưng tụ K1 ''' =∆ . ⇒ Nhiệt độ hơi thứ ở buồng đốt t 1 = 72.05 + 1 = 73.05 o C. Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dòch )P(sdm 1 t = 73.05 o C. ⇒ p suất trên mặt thoáng dung dòch trong buồng bốc P 1 = 0.3636 at ≈ 0.36 at (Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1]). 1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dòch Ta có tổn thất nhiệt độ sôi theo nồng độ dung dòch KOH ở áp suất khí quyển (Bảng VI.2 trang 61 Tài liệu [2]). Từ đó suy ra nhiệt độ sôi dung dòch KOH ở áp suất khí quyển theo các nồng độ là: Nồng độ dung dòch, % 25 30 35 40 ' ∆ ở Pa, o C 10 12.2 17 23.6 Nhiệt độ sôi dung dòch ở Pa, o C 110 112.2 117 123.6 SVTH : trang 8 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải a Xác đònh tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dòch KOH theo nồng độ ở áp suất P 1 = 0.3636 at Theo phương pháp Babo ( Công thức 5.9 trang 150 Tài liệu [3] ) 2 2 1 2 t OH dd t OH dd P P P P         =         * Xét dung dòch KOH 25% Nhiệt độ dung dòch KOH 25% ở Pa = 1.033 at là 110 o C Ở 110 o C áp suất hơi nước bão hòa là 1.461 at ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] ). Ta cần xác đònh nhiệt độ sôi dung dòch ở P 1 = 0.3636 at 110 OH dd t OH dd 22 P P P P         =         461.1 033.1 P 3636.0 )t(OH 2 = 51.0P )t(OH 2 =⇒ 4 at Vậy nhiệt độ sôi của nước ở 0.51 at là t = 81.54 o C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [2] ) ⇒ Nhiệt độ sôi của dung dòch KOH 25% ở P 1 = 0.3636 at là 81.54 o C Tổn thất nhiệt độ sôi 49.805.7354.81 ' =−=∆ o C Tính tương tự ở các nồng độ 30%, 35%, 40% ta được kết quả sau: Nồng độ dung dòch, % 25 30 35 40 Nhiệt độ sôi dung dòch, o C 81.54 83.43 87.36 92.96 Tổn thất ' ∆ , o C 8.49 10.38 14.31 19.91 b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tónh '' ∆ . Nhiệt độ sôi dung dòch ở áp suất trung bình Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4] )P(sdm)P(sdm)P(sdd)P(sdd '' 1tb1tb tttt −=−=∆ Với: P tb = P 1 + 0.5 hh ρ .g.H op = P 1 + ∆ P • ∆ P = 0.5 hh ρ .g.H op • ddhh 2 1 ρρ = Trong đó dd ρ : Khối lượng riêng dung dòch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ )PP(sdd 1 t ∆+ • H op : Chiều cao lớp chất lỏng sôi Trong thiết bò tuần hoàn tự nhiên SVTH : trang 9 Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải H op = ( ) [ ] odmdd H.0014.026.0 ρρ −+ Với H o : Chiều cao ống truyền nhiệt dm ρ : Khối lượng riêng dung môi ở t sdm * Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H o = 1.5m  Tính cho trường hợp dung dòch KOH 25% Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số dmdd ρρ − thay đổi không đáng kể nên ta chọn tra dmdd , ρρ ở 15 o C 3 dm m/kg999= ρ 3 %)25(dd m/kg1239= ρ [ ] 894.05.1*)9991239(*0014.026.0H op =−+=⇒ m ⇒ at03.0m/N55.2716894.0*81.9*1239* 2 1 *5.0H*g**5.0P 2 ophh ====∆ ρ at3936.003.03636.0PPP 1tb =+=∆+=⇒ Nhiệt độ sôi của H 2 O ở 0.394 at là 74.998 o C 99.74 ≈ o C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tónh 94.105.7399.74tt )P(sdm)P(sdm '' 1tb =−=−=∆ o C ⇒ nhiệt độ sôi dung dòch KOH 25% ở áp suất P 1 + P∆ 48.8394.154.81t )PP(sdd 1 =+= ∆+ o C  Tính tương tự ta được Nồng độ dung dòch, % 25 30 35 40 '' ∆ , o C 1.94 1.94 2.41 2.41 )PP(sdd 1 t ∆+ 83.48 85.37 89.77 95.37 2. Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn Tính theo công thức 4.4 trang 181 Tài liệu [4] * Phương trình cân bằng nhiệt cđt '' wcccđđ.đ '' D QQ.c.Di.Wt.c.Gt.cGi).1.(D.c.D. ±+++=+−+ θϕθϕ Với D : lượng hơi đốt sử dụng, kg %5= ϕ : tỉ lệ nước ngưng bò cuốn theo θ : nhiệt độ nước ngưng, o C C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở C o θ , J/kg độ c đ , c c : nhiệt dung riêng dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn, J/kg độ t đ , t c : nhiệt độ dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn, o C SVTH : trang 10 [...]... Trong đó x: nồng độ dung dòch c1: nhiệt dung riêng KOH khan, J/kg độ Theo công thức 4.12 trang 183 Tài liệu [4] c1 = 26 * 10 3 + 16.8 * 10 3 + 9.6 * 10 3 = 936 J/kg độ 56 Vậy nhiệt dung riêng dung dòch theo nồng độ Nồng độ dung dòch % Nhiệt dung riêng dung dòch, J/kg độ 25 30 35 40 3376.5 3213.8 3051.1 2888.4 * Chọn hơi đốt có áp suất PD =3 at ⇒ tD =132.9oC * Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at r... hơi đốt sử dụng, kg B TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH I HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT 1 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi 1.1 Các kí hiệu và công thức α 1 : hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi, W/m2K α2 : hệ số cấp nhiệt phía dung dòch sôi, W/m2K q1 : nhiệt tải riêng phía hơi ngưng, W/m2 q2 : nhiệt tải riêng phía dung dòch sôi, W/m2 qv t v1 : nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt, W/m2 t v2 : nhiệt độ trung... ), hệ số dãn nở thể tích ( K-1 ), hệ số dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dòch KOH lấy ở nhiệt độ màng t m = SVTH : 1 _   t dd + t v2  2  trang 18 GVHD : TSKH Lê Xuân Hải Đồ án môn học Máy và Thiết bò _ Với t dd = 1 (83.48 + 25) = 54.24 o C 2 ρ dd = 1239kg / m 3 cdd = 3376.5 J/kg độ µ dd = 1.31 * 10 −3 Ns/m2 λ dd = 0.577W / mK β của dung dòch KOH 25%. .. (T − t ) Q.10−8 Từ việc tính tích phân đồ thò ta có 2 • Giai đoạn 1 ( 25% → 30% ) : S1 = F T 1 = 26268 m s • Giai đoạn 2 ( 30% → 35% ) : S2 = F T 2 = 21550 m2.s • Giai đoạn 3 ( 35% → 40% ) : S3 = F T 3 = 19488 m2.s • Tổng quá trình cô đặc từ 25% đến 40% S = F T = 67306 m2.s *Chọn thời gian cô đặc là 40 phút ⇒ Bề mặt trao đổi nhiệt là F = 67306 / 2400 = 28.04 m2 ⇒ Thời gian của các giai đoạn SVTH : trang... Máy và Thiết bò 1.1.4 Hệ số truyền nhiệt K 1 K= 1 1 , W/m2K + ∑ rv + α1 α2 Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp như sau 1 Chọn t v1 (< tD ) ⇒ ∆t 1 2 Tính α 1 theo công thức (2) 3 Tính q1 theo công thức (1) ⇒ t v2 , ∆t 2 4 Tính ∆t v theo công thức (6) với qv = q1 5 Tính α n theo công thức (5) với q = q1 6 Tính α 2 theo công thức (4) 7 Tính q2 theo công thức... hệ số truyền nhiệt giai đoạn này K= 1 = 1073.74W / m 2 K 1 1 + 6.143 * 10 − 4 + 7289.68 5560.35 II BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT dQ= K.F(T-t).dT Giả sử đến cuối quá trình dung dòch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt ⇒ F không đổi, T không đổi ⇒ F.d T= dQ K( T − t ) Lấy tích phân ta được Q F.T 2 = dQ ∫ K( T − t ) (1) 0 T2 : thời gian cô đặc. .. Ns/m2 λ n = 66.983*10-2 W/mK * Các thông số của dung dòch • µ dd tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40oC ) • λ dd tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1] λ = 3.58 * 10 −8 * c dd * ρ dd * 3 ρ dd , W/mK M dd 1 Mdd = x 1 − x + 56 18 Với x : nồng độ dung dòch cdd và ρ dd xác đònh theo nồng độ • Nồng độ dung dòch, % tsdd, oC ρ dd , kg/m3 cdd , J/kg độ µ dd , Ns/m2 Mdd λ dd , W/mK 25 83.48 1239... µ     r (2) ∆t 1 * H 0.25 phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm tm , oC 40 60 80 100 120 140 160 180 200 A 139 155 169 179 188 194 197 199 199 ρ : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm, kg/m3 λ : hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ tm, W/mK µ :độ nhớt của nước ở nhiệt độ tm, Pas r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tD r = 2171*103 J/kg H = 1.5 m: chiều cao ống truyền nhiệt 1.1.2 Phía dung dòch q2... cần cung cấp ( kể cả tổn thất ) SVTH : trang 11 Đồ án môn học Máy và Thiết bò QD1 = GVHD : TSKH Lê Xuân Hải Q1 = 6.44 * 10 8 J 0.95 Lượng hơi đốt sử dụng D1 = 6.44 * 10 8 = 312.25 kg (1 − 0.05) * 2171 * 10 3 b Giai đoạn đưa dung dòch từ 25% đến 30% Gđ = 3097.5 kg ; cđ =3376.5 J/kg độ ; tđ =83.48oC Gc = 2581.25 kg ; cc = 3213.8 J/kg độ ; tc = 85.37oC W = 516.25 Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình: Q2... Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at r = 2171.103 J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) * Entanpi của hơi thứ ở 73.05oC i '' =2632.2*103 J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] ) w * Tổn thất nhiệt Qt = 0.05*QD * Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể a Giai đoạn đưa dung dòch 25% từ 25oC đến 83.48oC Gđ = Gc = 3097.5 kg cđ = cc =3376.5 J/kg độ tđ = 25oC ; tc =83.48oC ; W = 0 kg Nhiệt lượng tiêu . môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dòch KOH từ nồng độ 25 % đến nồng độ 40%, năng suất 2. 5m 3 /mẻ, sử dụng ống chùm. II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU - KOH là một khối. cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dòch KOH từ nồng độ 25 % đến nồng độ 40%, năng suất 2. 5m 3 /mẻ, sử dụng ống chùm. Có thể nói thực hiện Đồ án. Dung dòch KOH có: - Nhiệt độ đầu 25 o C, nồng độ đầu 25 %. - Nồng độ cuối 40%. • Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at. • p suất ngưng tụ: P ck = 0.65 at. Cô đặc gián đoạn với năng suất