Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 1
Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Công nghệ Hoá học
BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ
  
BK
TP HCM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Quá Trình & Thiết Bị
(MSMH : 603146)

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN DUNG DỊCH NaCl
Năm học : 2005-2006
GVHD : Thầy Trần Văn Nghệ
SVTH : Nguyễn Đức Ninh

MSSV : 60301992

8
II. Cân bằng năng lượng
9
B. Tính thiết kế thiết bị chính
I.Hệ số truyền nhiệt
14
II.Bề mặt truyền nhiệt và thời gian cô đặc
21
III.Buồng đốt và đáy
23
IV. Buồng bốc và nắp
24
C. Tính cơ khí cho thiết bị chính
27
I.Buồng đốt

27
II.Buồng bốc

28
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 3
III.Đáy

30
IV.Nắp

32
V. Tính cách nhiệt cho thân

Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 4
Natri Clorua (NaCl) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.NaCl tinh khiết được sử dụng
nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều trong ngành y tế dưới dạng
dịch truyền.đ
Nhiệm vu cụ thể của đồ án môn học là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn
NaCl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chùm.
Đồ án gồm 4 chương :
 Chương I:Giới thiệu tổng quan
 Chương II :Thiết kế thiết bị chính
 Chương III :Thiết kế các chi tiết phụ
 Chương IV: Tính toán giá thành thiết bị
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 dịp 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 bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế.
Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn
Nghệ , và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bị 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 Trần
Văn Nghệ và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực
hiện đồ án.
C là 26,3%
- Nguyên liệu đem đi cô đặc là dd NaCl 10% với dung môi là nước .
2. Sản Phẩm:

Khi kết thúc quá trình cô đặc ,dung dịch ở nhiệt độ từ 75-80
o
C ,khi đó độ hòa tan của
dung dịch khoảng 27,5% .Nhưng độ hòa tan cuả dung dịch ở nhiệt độ thường chừng
26,3%.Vì vậy ,quá trình cô đặc NaCl này là để tạo dung dịch bão hòa ,và khi làm nguội thì
sẽ có NaCl tinh thể kết tinh .Trong khi các muối tạp chất khác như MgCl
2
hay CaCl
2
lại tan
ở nhiệt độ thường ,vì vậy quá trình này có thể được sử dụng vừa thu dung dịch muối bão
hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ. Muối tinh khiết thường
được sử dụng trong thực phẩm và y tế.

3.Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không
ngừng. Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch
thay đổi:
Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt.
Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng
độ, nhiệt độ sôi.

Yêu cầu chất lượng sản phẩm
:
Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.

 Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 -
3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung
dịch 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 dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu
làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch
nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:
- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt
khó vỡ.
- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và
bọt dễ vỡ.
b. Theo phương pháp thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô
đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian
cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao.
Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100
o
C, áp suất chân không.
Dung dịch 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 định lưu lượng.

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 27% (sau thời gian cô đặc đã tính: 121,3
phút) thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo
liệu.
2. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ
a Bơm
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 dịch NaCl 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 bị cô đặc
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 8
Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ. Thiết bị 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 dịch, 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 bị.
c Thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị ngưng tụ
trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng
thiết bị. Thiết bị 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 bị tách lỏng
Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các
cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không.


CHƯƠNG II
.
THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

A. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các số liệu ban đầu:

Dung dịch NaCl có:
- Nhiệt độ đầu 25
o
C, nồng độ đầu 10%.
- Nồng độ cuối 27%.

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at.

Ap suất ngưng tụ: P
ck
= 0,7 at.
Cô đặc gián đoạn với năng suất 1200 kg/mẻ

1. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ
Nồng độ, %
10 15 20 27
Khối lượng riêng, kg/m
3

1073 1110 1150 1205
2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn

, G
c
.x
c
: khối lượng NaCl trong dung dịch (kg)

Khối lượng dd đầu :

G
đ
= 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg)

a Giai đoạn 10% đến 15%
G
đ
= 3240 (kg)
x
đ
= 0,1 ; x
c
= 0,15

Lượng sản phẩm ( là dung dịch NaCl 15% ):
G
c
= G
đ
.
2160
15,0

*2160. ==
c
ñ
ñ
x
x
G
(kg)
W = G
đ
– G
c
= 2160 – 1620 = 540 (kg)
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 10
c Giai đoạn 20% đến 27%

G
đ
= 1620 (kg) ; x
đ
= 0,2 ; x
c
= 0,27
1200
27,0
2,0
*1620. ===⇒
c

= 0,3 at.
⇒
Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t
1
= 68,7
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ).
Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dịch
)P(sdm
1
t
=
68,7
o
C
Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ
K
1
'''
=
∆
.
⇒
Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ : t
0
= 68,7 - 1 = 67,7
o
C.
1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch
a Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch NaCl theo nồng

,
o
C
1,9 3,25 4,85 8
Tổn thất
'
∆
,
o
C
1,54 2,63 3,9 6,48
Nhiệt độ sôi dd ,
o
C 70,2 71,3 72,6 75,2
b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh
''
∆
. Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất
trung bình
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 11
Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4]

)P(sdm)P(sdm)P(sdd)P(sdd
''
1tb1tb
tttt −=−=∆

Với: P

ρ
: Khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ
)PP(sdd
1
t
∆+


H
op
: Chiều cao lớp chất lỏng sôi
Trong thiết bị tuần hoàn tự nhiên
H
op
=
(
)
[
]
odmdd
H.0014,026,0
ρ
ρ
−
+

Với H
o :
Chiều cao ống truyền nhiệt


ρ

[
]
5454,05.1*)9991073(*0014.026.0
=
−
+
=
⇒
op
H
(m)
⇒
atmNHgP
ophh
015,0/24,14355454,0*81,9*1073*
2
1
*5,0***5,0
2
====∆
ρ

atPPP
tb
315,0015,03,0
1
=
+


2,7112,70
)(
1
=
+
=
∆+
PPsdd
t
o
C
 Tính tương tự ta được

Nồng độ dung dịch, %
10 15 20 27
''
∆
,
o
C
1 1,14 1,34 1,7
)2(
1
PPsdd
t
∆+

72,2 73,6 75,3 78,6
2. Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn

θ
(J/kg độ)
c
đ
, c
c
: nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (J/kg độ)
t
đ
, t
c
: nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (
o
C)

''
D
i
: entanpi của hơi đốt (J/kg)

''
w
i
: entanpi của hơi thứ (J/kg)
Q
t
: nhiệt lượng tổn thất (J)
Q
cđ
: nhiệt lượng cô đặc (J)

±
Q
cd
r =
θ
.ci
''
D
−
: nhiệt hóa hơi của nước ở áp P
Đ

* Nhiệt dung riêng của dung dịch
Tính theo công thức 2.11 trang 106 Tài liệu [4]
c
dd
= 4190.(1-x) + c
1
.x
Trong đó
x: nồng độ dung dịch
c
1
: nhiệt dung riêng NaCl khan (J/kg độ)
Theo công thức 2.12 trang 183 Tài liệu [4]
c
1
=
89,88
5,58

i
=2620*10
3
J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )
* Tổn thất nhiệt Q
t
= 0,05*Q
D

* Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể
a Giai đoạn đưa dung dịch 10% từ 25
o
C đến 72,2
o
C
G
đ
= G
c
= 3240 (kg)
c
đ
= c
c
=3771 (J/kg độ)
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 13
t
đ

10*07,6
3
8
=
−
(kg)
b Giai đoạn đưa dung dịch từ 10% đến 15%:
G
đ
= 3240 (kg) ; c
đ
=3771 (J/kg độ ); t
đ
=72,2 (
o
C)
G
c
= 2160 (kg) ; c
c
= 3562 (J/kg độ) ; t
c
= 73,6 (
o
C)
W = 1080 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q
2
= 2160*3562*73,6 – 3240*3771*72,2 + 1080*2620*10

=
−
(kg)
c Giai đoạn đưa dung dịch từ 15% đến 20%:
G
đ
= 2160 (kg) ; c
đ
= 3562 (J/kg độ) ; t
đ
= 72,2(
o
C)
G
c
= 1620 (kg) ; c
c
= 3370 (J/kg độ ); t
c
= 75,3(
o
C)
W = 540 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
3
= 1620*3370*75,3 – 2160*3370*72,2 + 540*2620*10
3

Q

= 1620 (kg) ; c
đ
= 3370 (J/kg độ ); t
đ
= 75,3(
o
C)
G
c
= 1200 (kg) ; c
c
= 3082,7 (J/kg độ ); t
c
= 78,6 (
o
C)
W = 420 (kg)
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 14
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
4
= 1200*3082,7*78,6 – 1620*3370*75,3 + 420*2620*10
3

Q
4
= 9,8*10
8

8
+ 13,26*10
8
+ 9,8*10
8
=56,11*10
8
(J)
* Tổng lượng hơi đốt:
D = 294,3 + 1283 + 643 + 500 =2720,3 (kg)
* Lượng hơi đốt riêng:
D
riêng
=
33,1
2040
3,2720
==
W
D
(kg/kg hơi thứ)
* Tóm tắt cân bằng năng lượng:
Nồng độ dung dịch. %
10(25
o
C) 10(72,2
o
C) 15 20 27
Nhiệt lượng hữu ích, J*10
-8

2
: nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi(W/m
2
)
q
v
: nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt (W/m
2
)
1
v
t
: nhiệt độ trung bình vách ngoài ống (
o
C)
2
v
t
: nhiệt độ trung bình vách trong ống (
o
C)
t
D
: nhiệt độ hơi ngưng, t
D
= 132,9(
o
C)
t
dd


(
)
1
vDm
tt
2
1
t +=
: nhiệt độ màng nước ngưng (
o
C)
1.1.1 Phía hơi ngưng:
111
t
.
q
∆
=
α
(1)
Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2]

4
1
1
H*t
r
*A*04.2
∆

m
(kg/m
3
)

λ
: hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ t
m
(W/mK)

µ
:độ nhớt của nước ở nhiệt độ t
m
(Pas)
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ t
D

r = 2171*10
3
(J/kg)
H = 1,5 m: chiều cao ống truyền nhiệt
1.1.2 Phía dung dịch
q
2
=
22
t
.
∆
α


=
dd
n
n
dd
n
dd
n
dd
n
c
c
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
αα
(4)
Trong đó
nnnn
,
c
,
,
µ
ρ
λ

)
p = p
1
= 0,3 at = 29430 (N/m
2
)
* Các thông số của nước ( Bảng I.249 trang 311 Tài liệu [2] ):
t
sdm
= 68,7 (
o
C)
=
n
ρ
978,5 (kg/m
3
)
c
n
= 4186 (J/kg độ)
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 16
n
µ
= 0,4*10
-3
(Ns/m
2

dd
=
18
1
5,58
1
xx −
+

Với x : nồng độ dung dịch

c
dd
và
dd
ρ
xác định theo nồng đo Nồng độ dung dịch, %
10 15 20 27
t
sdd
,
o
C
72,2 73,6 75,3 78,6
dd
ρ
, kg/m

, W/mK
0,55 0,54 0,528 0,504
1.1.3 Phía vách ống truyền nhiệt
Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]
∑
∆
=
v
v
v
r
t
q
(6)
⇒
v
t
∆
=
∑
vv
rq *

Trong đó:
∑
++=
2v
v
1
v

2
v
=
δ
mm: bề dày ống truyền nhiệt

=
v
λ
17,5 W/mK: hệ số dẫn nhiệt qua vách
3
3
3
10*389,0
5
.
17
10*2
10*464,0
−
−
−
∑
++=⇒
v
r
=9,653*10
-4
, (W/mK)
-1

1
t
∆
⇒

2 Tính
1
α
theo công thức (2)
3 Tính q
1
theo công thức (1)
4 Tính
v
t
∆
theo công thức (6) với q
v
= q
1
2v
t
,
t
2
∆⇒

5 Tính
n
α

v
t
và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏ
10 Tính K theo công thức (7)
1.2 Tính K cho các giai đoạn
a. Tímh ở nồng độ 10% :
Chọn

Ktt
v
9,4128
1
1
=
∆
⇒
=


Tính
1
α
:
( )
19145,1301289,132*
2
1
=⇒=+= ACt
o
m

)(97,4210*653,9*5,44509*
4
1
Crqt
o
vv
===∆
−
∑

)(859,42128
2
Ct
o
v
=−=⇒

)(8,122,7285
2
Ct
o
=−=∆⇒


525,470316*29430*5,44509*56,0**56,0
15,07,015,07,0
1
=== pq
n
α










=
−
−
α

)/(56,3402
2
2
KmW=
α

Đồ
án môn h
ọ
c Máy và Thi
ế
t b
ịGVHD : Trần Văn Nghệ

1
tb1
q
qq
ss
%101,0
5,44509
13,440315,44509
==
−
(thỏa)
Vậy
Ct
o
v
128
1
=

K =
)/(730
56,3402
1
10*653,9
57,9083
1
1
2
4
KmW=

=
v
t
(
o
C)
K =
)/(42,704
75,2880
1
10*653,9
3,9331
1
1
2
4
KmW=
++
−

d. Tính ở nồng độ 27%:
Tính tương tự
Ct
o
v
129
1
=

K =


72,2

73,6

75,3

78,6

q
1
, W/m
2

44509,5

42449,63

41057,72

37506,29

q
2
,W/m
2
43552,76 43115,41 39083,09 34434,39
q
tb
, W/m

72,2
o
C:
2.1 Các kí hiệu và công thức
Các kí hiệu
1
α
,
2
α
, q
1
,

q
2
,

q
v
,
1
v
t
,
2
v
t
, t
D

*
**04,2
Ht
r
A
∆
=
α

A xác định theo t
m

r = 2171*10
3
J/kg
H = 1,5 m
2.1.2 Phía vách:
∑
∆
=
v
v
v
r
t
q∑
−−


(
)
n
GrCNu Pr*=dd
dddd
c
λ
µ
*
Pr =2
2
3
****
dd
dddd
gtl
Gr
µ
βρ
∆
=

* C và n phụ thuộc vào Pr và Gr như sau

Gr*Pr
7
10*2
>
thì
(
)
33,0
Pr.135,0
GrNu =

* l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1,5 m
*
dddddddddd
c
,
,
,
,
µ
λ
β
ρ
: khối lượng riêng ( kg/m
3
), 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 dịch NaCl
lấy ở nhiệt độ màng

mkg
dd
=
ρ

c
dd
= 3771 (J/kg độ)
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 20

3
10*78,0
−
=
dd
µ
(Ns/m
2
)

mK
/
W
577
.
0
dd
=

, W/m
2
K
* Trình tự tính lặp
(1). Chọn
1v
t
t
1
∆
⇒

(2). Tính
1
α

(3). Tính q
1

(4). Tính
2v1
t
t
t
2
∆
⇒
⇒
∆


1
=

4,85,1249,132
1
=
−
=
∆
⇒
t
(
o
C)
t
m
=
( )
C
o
7,1285,1249,132
2
1
=+
13
.
190
A
=
⇒

C)
)(27,6023,645,124
2
Ct
o
v
=−=⇒

67,116,4827,60
2
=
−
=
∆
⇒
t
(
o
C)
(5). Tính
2
α
:
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 21
868,4
55,0
10*78,0*3771
.

10*78,0
81,9*67,11*49,0*1073*5,1
==⇒
−
Gr

ta thấy Gr*Pr > 2.10
7
14456)(Pr**135,0
33,0
==⇒ GrNu

5300
*
2
==⇒
l
Nu
dd
λ
α
(W/m
2
K)
(6).
)/(61851*
2
222
mWtq =∆=
α

không đổi

d
.
F
⇒
T=
( )
tTK
dQ
−

Lấy tích phân ta được
F.T
2
=
( )
∫
−
Q
0
tTK
dQ
(1)
T
2
: thời gian cô đặc ( không kể thời gian gia nhiệt cho dung dịch đầu đến
83.48
o
C ), s

−

2,257 2,349 2,466 2,728
Vẽ đồ thị có : trục hoành : Q*10
-8
(x)
: trục tung :
( )
tT.K
1
−
*10
5
(y) Từ việc tính tích phân đồ thị ta có

Giai đoạn 1 ( 10%
→
15% ) : S
1
= F. T
1
= 60937 (m
2
s)

Giai đoạn 2 ( 15%
→

)

⇒
Thời gian của các giai đoạn

Giai đoạn 1 : T
1
= 60937 / 25 = 2438 s

Giai đoạn 2 : T
2
= 31923/ 25 = 1277 s

Giai đoạn 3 : T
3
= 26801 / 25 = 1072 s
* Thời gian gia nhiệt ban đầu
.
F
.
t
.
K
Q
∆
=
TT =

(
)
(
)
Kt 89,74
48,839,132
259,132
ln
48,839,132259,132
=
−
−
−
−
−
=∆

⇒
T

=
32,6379
25
*
82
*
781
10*07,6
8
≈= s

32
===⇒
ππ
Hd
F
n
tr
(ống)

Chọn bước ống t = (1.2
5
.
1
→
).d
ng

Chọn t = 56 mm

Chọn ống tuần hoàn

Đường kính ống tuần hoàn
Chọn d
tr (th)
= 315 mm
d
ng(th)
= 325 mm
Số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ
Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn


Số hình lục giác đều : 9 hình

Số ống trên đường chéo : 19 ống
⇒
Tổng số ống : 271 ống

Số ống truyền nhiệt còn lại

23437271
=
−
=
n
(ống)
Như vậy ta có thể chọn số ống an toàn là 234 ống .

Đường kính trong buồng đốt
D
t
= t.(b-1) + 4.d
ng
= 56*(19-1) + 4*38 =1160 (mm)
Với b = 19 , số ống trên đuờng chéo lục giác
Chọn đường kính buồng đốt D
t (bđ)
= 1200 (mm)

Đáy :
Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60

22
=+
π
π
(m
3
)
Cuối quá trình cô đặc V
dd
= 1 > 0,532 +0,436
⇒
dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt
IV. BUỒNG BỐC VÀ NẮP
1. Đường kính

Lưu lượng hơi thứ
Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này là
lớn nhất )

1hôi
W
V
=
/(
1
ρ
* T
1
) ( m
3

hôi
V
(m
3
/s)

Vận tốc hơi:
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : Trần Văn Nghệ

trang 25
2
)(
2
)(
2
)(
0065,3
.
361,2*4
4
bbtrbbtrbbtr
h
hôi
DDD
V
===
π
π
ω


đ
ó

l
ρ
: khối lượng riêng giọt lỏng (kg/m
3
)

h
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ,
h
ρ
= 0,1876 (kg/m
3
)
d
l
: đường kính giọt lỏng, d
l
= 0,3 mm = 3*10
-4
m

ξ
: hệ số trở lực
Ta có

l

963,15
10*0106.0
1876,0*10*3
*
.
361,2*4
Re
bbtrbbtr
DD
==
−
−
π


Giả sử 0,2< Re < 500

⇒
Vận tốc lắng

6,0
)(
2,1
)(
4
)(
415,2

*8,0
.
361,2*4
bbtr
bbtr
D
D
≤
⇒
π

372,1
)(
≥⇒
bbtr
D
(m)
* Ta chọn đường kính buồng bốc
D
tr(bb)
=1,6 m = 1600 (mm)

Kiểm tra Re
2,1
)(
6,0
2
)(
6,0
*509,3