Đồ án môn học Máy và Thiết bị

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 2
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


Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 3 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 dịch 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 dịch 20%).


3. Phân loại và ứng dụng
a. Theo cấu tạo

Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 4
• Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá
loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch 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 dịch đối lưu c
ưỡng 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 ch
ảy 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

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 dịch 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 dịch. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống
chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung dịch chảy trong ống
được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống. Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ống
tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớ
n hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch
trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch
trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy
tạo áp lực đẩy dung dịch 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 b
ị tách giọt.
Hơi thứ được dẫn qua thiết bị 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 bị
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 bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ
a Bơm

bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không.
e Các thiết bị phụ trợ khác

- Bẫy hơi
- Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van.
Đồ án mơn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xn Hải

SVTH : trang 7
Tỉ lệ:
Chức năng
CNBM
GVHD
SV TT
Họ tên Chữ ký
Ngày HT
Ngày BV
VŨ BÁ MINH
MA I ANH DŨNG
LÊ XUÂN HẢI
BẢN VẼ QUI TRÌ NH
CÔNG NGHỆ
Trường Đại học Bách K hoa Tp.Hồ Chí Mi nh
Khoa Công Nghệ Hoá học
BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ
Bản vẽ số:02
THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG GIÁN ĐOẠN
DUNG DỊCH KOH NĂNG SUẤT 2.5m /me
û
PT
P

ỐNG DẪN HƠI THỨ
d=50, δ=3.5
1X18H10T
ÁP K Ế 3
NHIỆT KẾ
2
THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
d=160, δ=5
1X18H10T
ỐNG XẢ KHÍ KHÔNG NGƯNG
1X18H10T
ỐNG THÁO NƯỚC NGƯNG
1
BỒN CHỨA SẢN PHẨM
1
BẪY HƠI
1
THIẾT BỊ NGƯNG TU Ï BAROMET
d=25, δ=3.5
1X18H10T
ỐNG DẪN NƯỚC VÀO
1
X18H10T
ỐNG DẪN HƠI THỨ VÀO
1X18H10T
THIẾT BỊ T HU HỒI
1X18H10T
BỂ CHỨA NƯỚC NGƯN G
1
ỐNG NHẬP LI ỆU

D=500, Η=4900
3
d=300
d=100
22/06/05
28/06/05
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 8
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 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.
• Ap 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 dịch theo nồng độ
Nồng độ, %
25 30 35 40
Khối lượng riêng, kg/m
3

đ
.x
đ
, G
c
.x
c
: khối lượng KOH trong dung dịch, 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 dịch KOH 30% )
G
c
= G
đ
. 25.2581
3.0
25.0
*5.3097
x

ñ
ñ
==
kg
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
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 9
937
5
.1935
4.0
35.0
*5.2212
x
x
.GG

o
= 72.05
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ).
Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ
K
1
'''
=
Δ
.
⇒
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 dịch
)P(sdm
1
t =
73.05
o
C.
⇒Ap suất trên mặt thoáng dung dịch trong buồng bốc P
1
= 0.3636 at
≈
0.36 at (Bảng I.250
trang 312 Tài liệu [1]).

t
OH
dd
P
P
P
P
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 10
* Xét dung dịch KOH 25%
Nhiệt độ dung dịch KOH 25% ở Pa = 1.033 at là 110

⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛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 dịch KOH 25% ở P
1
= 0.3636 at là 81.54
o
C

1tb1tb
tttt −=−=Δ
Với: P
tb
= P
1
+ 0.5
hh
ρ
.g.H
op
= P
1
+
Δ
P
• Δ P = 0.5
hh
ρ
.g.H
op

•
ddhh
2
1
ρρ
=

Trong đó

: Khối lượng riêng dung môi ở t
sdm

*
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H
o
= 1.5m

Tính cho trường hợp dung dịch KOH 25%
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số
dmdd
ρ
ρ
−
thay đổi không đáng kể nên ta chọn
tra
dmdd
,
ρ
ρ
ở 15
o
C

3
dm
m/kg999=
ρ

Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải


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 tĩnh

94.105.7399.74tt
)P(sdm)P(sdm
''
1tb
=−=−=Δ
o
C
⇒ nhiệt độ sôi dung dịch KOH 25% ở áp suất P
1
+ P
Δ48.8394.154.81t
)PP(sdd
1
=+=
Δ+


Với
D : lượng hơi đốt sử dụng, kg

%5=
ϕ
: tỉ lệ nước ngưng bị 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 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
− : nhiệt hóa hơi của nước ở áp P
Đ

*
Nhiệt dung riêng của dung dịch
Tính theo công thức 4.11 trang 182 Tài liệu [4]
c
dd
= 4190.(1-x) + c
1
.x
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 12
Trong đó
x: nồng độ dung dịch
c
1
: nhiệt dung riêng KOH khan, J/kg độ
Theo công thức 4.12 trang 183 Tài liệu [4]
c
1
=
936
56
10*6.910*8.1610*26
333
=

*
Tổn thất nhiệt Q
t
= 0.05*Q
D

*
Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể
a Giai đoạn đưa dung dịch 25% từ 25
o
C đến 83.48
o
C
G
đ
= G
c
= 3097.5 kg
c
đ
= c
c
=3376.5 J/kg độ
t
đ
= 25
o
C ; t
c
=83.48

kg
b Giai đoạn đưa dung dịch từ 25% đến 30%

G
đ
= 3097.5 kg ; c
đ
=3376.5 J/kg độ ; t
đ
=83.48
o
C
G
c
= 2581.25 kg ; c
c
= 3213.8 J/kg độ ; t
c
= 85.37
o
C
W = 516.25
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q
2
= 2581.25*3213.8*85.37 – 3097.5*3376.5*83.48 + 516.25*2632.2*10
3

Q
2

kg
c Giai đoạn đưa dung dịch từ 30% đến 35%

G
đ
= 2581.25 kg ; c
đ
= 3213.8 J/kg độ ; t
đ
= 85.37
o
C
G
c
= 2212.5 kg ; c
c
= 3051.1 J/kg độ ; t
c
= 89.77
o
C
W = 368.75 kg
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
3
= 2212.5*3051.1*89.77 – 2581.25*3213.8*85.37 + 368.75*2632.2*10
3

Q
3

đ
= 3051.1 J/kg độ ; t
đ
= 89.77
o
C
G
c
= 1935.9375 kg ; c
c
= 2888.4 J/kg độ ; t
c
= 95.37
o
C
W = 276.5625 kg
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
4
= 1935.9375*2888.4*95.37 – 2212.5*3051.1*89.77 + 276.5625*2632.2*10
3

Q
4
= 6.55*10
8
J
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt )
Q
D4

+ 6.89*10
8
=35.04*10
8
J
*
Tổng lượng hơi đốt
D = 312.25 + 609.47 + 443.16 + 334.07 =1698.95 kg
*
Lượng hơi đốt riêng
D
riêng
= 46.1
5625.1161
95.1698
W
D
== kg/kg hơi thứ
*
Tóm tắt cân bằng năng lượng
Nồng độ dung dịch. %
25(25
o
C) 25(83.48
o
C) 30 35 40
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 14
Nhiệt lượng hữu ích, J*10

: 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
: nhiệt độ dung dịch sôi,
o

4
1
1
H*t
r
*A*04.2
Δ
=
α
(2)
Với A=
25.0
32
.
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
μ
λρ
phụ thuộc vào nhiệt độ màng t
m
t
m
,
o

H = 1.5 m: chiều cao ống truyền nhiệt
1.1.2 Phía dung dịch

q
2
=
22
t.Δ
α
(3)
Theo công thức VI.27 trang 71 Tài liệu [2]

435.0
dd
n
n
dd
2
n
dd
565.0
n
dd
n2
.
c
c

⎥
⎥

(4)
Trong đó
nnnn
,c,,
μ
ρ
λ
: hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m
3
), nhiệt dung riêng (J/kg
độ), độ nhớt (Pas) của nước
dddddddd
,c,,
μ
ρ
λ
: các thông số của dung dịch theo nồng độ
n
α
: hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước, W/m
2
K

15.07.0
n
p*q*56.0=
α
(5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2])
Với q : nhiệt tải riêng, W/m
2

2

n
λ
= 66.983*10
-2
W/mK
*
Các thông số của dung dịch
•
dd
μ
tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40
o
C )
•
dd
λ
tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1]
3
dd
dd
dddd
8
M
**c*10*58.3
ρ
ρλ
−
=

3

1239 1291 1344 1399
c
dd
, J/kg độ
3376.5 3213.8 3051.1 2888.4
dd
μ
, Ns/m
2

1.31*10
-3
1.57*10
-3
1.83*10
-3
2.09*10
-3

Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 16
M
dd
21.68 22.6 23.61 24.71
dd
λ
, W/mK

rr
1
r
δ

Lấy
4000
1
r
1
r
1
21
== , (W/mK)
-12
v
=
δ
mm: bề dày ống truyền nhiệt

=
v
λ
17.5 W/mK: hệ số dẫn nhiệt qua vách
4000
1
5.17

2
K
Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp như
sau
1
Chọn
1
v
t (< t
D
)
1
tΔ⇒
2
Tính
1
α
theo công thức (2)
3
Tính q
1
theo công thức (1)
4
Tính
v
tΔ theo công thức (6) với q
v
= q
1
2v

+
9
Xác định sai số ss =
1
tb1
q
qq −

Nếu ss > 5% thì chọn lại
1
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 25%

Chọn
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 17
• K2.5t7.127t
1v
1
=Δ⇒=
• Tính
1
α

()

m/W968.465592.5*84.8953t.q ==Δ=
α

• C6.2810*143.6*968.46559r.qt
o4
v1v
===Δ
−
∑

C1.996.287.127t
o
v
2
=−=⇒
C62.1548.831.99t
o
2
=−=Δ⇒
• 21.499616.35669*968.46559*56.0p*q*56.0
15.07.015.07.0
1n
===
α
W/m
2
K
435.0
3
3

⎜
⎝
⎛
=
−
−
α

Km/W74.3024
2
2
=
α

• 44.4724662.15*74.3024t.q
222
=
=Δ=
α
W/m
2

•
()()
2
21tb
m/W2.4690344.47246968.46559
2
1
qq.

1
1
2
4
=
++
−

b. Tính ở nồng độ 30%

Tính tương tự
C2.128t
o
v
1
=

K =
Km/W8.911
84.2676
1
10*143.6
63.9186
1
1
2
4
=
++
−

1
=
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 18
K =
Km/W87.798
98.1847
1
10*143.6
92.10379
1
1
2
4
=
++
−

o Bảng tóm tắt
Nồng độ dung dịch,% 25 30 35 40
t
sdd
,
o
C 83.48 85.37 89.77 95.37
q
1
, W/m
2

83.48
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

H = 1.5 m
2.1.2 Phía vách

∑
Δ
=
v
v
v
r
t
q∑
−−
=
124
v
)Km/W(10*143.6r
2.1.3 Phía dung dịch

222
t.q Δ=
αl
.Nul.
Nu

3
dd
g.t l
Gr
μ
βρ
Δ
=

*
C và n phụ thuộc vào Pr và Gr như sau
 Gr.Pr
3
10
−
≤
thì Nu = 0.5
 Gr.Pr 50010
3
→=
−
thì
(
)
125.0
Pr.Gr18.1Nu =

7
10.2500Pr.Gr →= thì
(

⎜
⎝
⎛
+=
2
v
dd
_
m
tt
2
1
t

Với
C24.54)2548.83(
2
1
t
o
dd
_
=+=3
dd
m/kg1239=
ρ


−
β

0.425 0.455 0.48 0.505 0.535 0.57 0.605
2.1.4 Hệ số truyền nhiệt
∑
++
=
2
v
1
1
r
1
1
K
αα
, W/m
2
K
*
Trình tự tính lặp
(1).
Chọn
1v
tt
1
Δ⇒
(2).
Tính

21
qq2
1
+

Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 20
(8). Tính ss =
q
qq
tb1
−
, tính cho đến sai số nhỏ (và phải nhỏ hơn 5% )
2.2 Thực hiện tính lặp
(1).
Chọn C3.121t
o
v
1
=
K6.113.1219.132t
1
=−=Δ⇒

t
m
=
()
C1.1273.1219.132

===Δ
−
K95.5110*143.6*29.84560r.qt
4
v1v

C35.6995.513.121t
o
v
2
=−=⇒
K11.1524.5435.69t
2
=−=Δ⇒

(5).
Tính
2
α

67.7
577.0
10*31.1*5.3376
.c
Pr
3
dd
dddd
===
−

==⇒
35.5560
l
.Nu
dd
2
==⇒
λ
α
W/m
2
K
(6).

2
222
m/W89.84016t.q =Δ=
α

(7).
q
tb
= 84288.59W/m
2

(8).
ss=0.003=0.3% (thoả)
Vậy hệ số truyền nhiệt giai đoạn này

Km/W74.1073

tTK
dQ
−

Lấy tích phân ta được
F.T
2
=
()
∫
−
Q
0
tTK
dQ
(1)
T
2
: thời gian cơ đặc ( khơng kể thời gian gia nhiệt cho dung dịch đầu đến 83.48
o
C ), s
Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho q trình này, J
*
Ta tính tích phân (1) bằng đồ thị. Cần xác định Q,
()
tTK
1
−
ở từng thời điểm.
Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40

t
0
1
2
3
4
0 5 10 15 20 25 30

Từ việc tính tích phân đồ thị ta có
• Giai đoạn 1 ( 25%
→
30% ) : S
1
= F. T
1
= 26268 m
2
.s
• Giai đoạn 2 ( 30%→35% ) : S
2
= F. T
2
= 21550 m
2
.s
• Giai đoạn 3 ( 35%→40% ) : S
3
= F. T
3
= 19488 m

 Giai đoạn 3 : T
3
= 19488 / 28.04 = 694.65 s
*
Thời gian gia nhiệt ban đầu
.F.t.KQ Δ= TT =
F.t.K
Q
Δ

Với Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J
K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m
2
K

tΔ : chênh lệch nhiệt độ, K

()( )
K89.74
48.839.132
259.132
ln
48.839.132259.132
t =
−
−
−

= 45mm
: d
tr
= 41mm
⇒ Số ống cần :

H.d nF
tr
π
=
175
5.1.041.0.
65.33
H.d.
F
n
tr
=
π
=
π
=⇒ ống
• Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo Tài liệu [2] trang 48 )
 Số hình lục giác đều : 8 hình
 Số ống trên đường chéo : 17 ống
⇒Tổng số ống : 217 ống
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 23
• Chọn bước ống t = (1.2 5.1→ ).d

)th(tr
o
th
==
π
π
=
thỏa
Số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ
Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn

()
()
1m.td
thng
−=
()
6.61
58
325
1
t
d
m
thng
=+=+=⇒

⇒có 7 ống trên đường chéo ống tuần hoàn
⇒ a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )
Tổng số ống bị chiếm chỗ

đáy
= 0.282 m
3

Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hoàn
V
ô
=
463.05.1*
4
315.0
*5.1*
4
041.0*
*175
22
=π+
π
m
3

Cuối quá trình cô đặc V
dd
= 1.38 > 0.282 +0.463
⇒dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt
IV. BUỒNG BỐC
Đồ án môn học Máy và Thiết bị GVHD : TSKH. Lê Xuân Hải

SVTH : trang 24
Đường kính buồng bốc xác định từ điều kiện phân li được giọt lỏng đường kính 0.3 mm


1
ρ
= 0.2224 kg/m
3
( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
T
1
: thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 25% đến 30% )
T
1
= 936.8 s
47
8
.2
8.936*2224.0
25.516
V
hôi
==⇒
m
3
/s
 Vận tốc hơi
4
D
V
boác_buoàng_ngang_dieän_tieát
V
2

Trong đó

l
ρ
: khối lượng riêng giọt lỏng, kg/m
3h
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ,
h
ρ
= 0.2224 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
ρ

)bb(tr
D
86.19
10*0106.0
2224.0*10*3
*
D.
478.2*4
Re =
π
=
−
−

• Giả sử 0.2< Re < 500

⇒ Vận tốc lắng

6.0
)bb(tr
2.1
)bb(tr
4
o
)D(
37.2
2224.0*D*0788.3*3

m
*
Vậy chọn đường kính buồng bốc
D
tr(bb)
=1.6 m = 1600 mm
 Kiểm tra Re
()
500,2.076.7
6.1
86.19
Re
2
∈== thỏa
2. Chiều cao
Tính theo trang 71,72 Tài liệu [2]
 Thể tích không gian hơi
tth
kgh
U.
W
V
ρ
= , m
3

Với W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h
U
tt
: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi, m

tt (1at)
: cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất bằng 1 at
f : hệ số hiệu chỉnh
Chọn U
tt (1at)
= 1650 m
3
/m
2
.h
⇒
f = 1.5 ( Đồ thị VI.3 trang 72 Tài liệu [2] )
⇒ U
tt
= 1.5*1650 =2475 m
3
/m
2
.h
⇒ Thể tích không gian hơi

17.3
2475*2224.0
34375.1742
V
kgh
== m
3
⇒Chiều cao phần không gian hơi trong trụ bốc
2.1