Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
I/ Tổng quan về sản phẩm:
NH4Cl còn được gọi là Amoni clorua (Ammonium chloride)
• Là muối tinh thể màu trắng, hòa tan cao trong nước, dung dịch amoni clorua nhẹ có tính axit
• Điểm nóng chảy: 338 °C
• Công thức: NH4Cl
• Khối lượng phân tử: 53,491 g/mol
• Mật độ: 1,53 g/cm³
• Có thể hòa tan trong: Amoniac, Nước, Methanol, Glyxêrin, Ancol, Hydrazin
Ứng dụng chính của hóa chất NH4Cl là như một nguồn nitơ trong phân bón, ví dụ như chloroammonium phosphate.
Trong kim loại: hóa chất NH4Cl được sử dụng trong xi mạ hoặc hàn. Nó làm sạch bề mặt của phôi bằng phản ứng với các oxit kim loại ở bề mặt để tạo thành một clorua kim loại dễ bay hơi.
Trong Y học: hóa chất NH4Cl hay còn gọi là muối lạnh được sử dụng như một chất long đờm trong thuốc ho. Nó tác động trên niêm mạc phế quản làm long đờm và dễ dàng hơn để có thể ho ra. Muối amoni là một chất kích thích vào niêm mạc dạ dày và có thể gây buồn nôn và nôn. Hóa chất NH4Cl được sử dụng như một tác nhân axit hóa hệ thống trong điều trị nhiễm kiềm chuyển hóa nặng, để duy trì nước tiểu tại một pH acid trong điều trị một số rối loạn tiết niệu- đường.
Trong thực phẩm: Ở một số nước, hóa chất NH4Cl được gọi là sal ammoniac, được sử dụng như phụ gia thực phẩm là E510, thường là một chất dinh dưỡng trong nấm men nướng bánh mì. Nó là một loại thức ăn bổ sung cho gia súc, một thành phần trong phương tiện truyền thông dinh dưỡng cho nấm men và nhiều vi sinh vật.
Hóa chất NH4Cl được sử dụng để tăng thêm vị ngọt cho cam thảo mặn, và cho hương liệu trong vodka Salmiakki Koskenkorva. Ở Ấn Độ và Pakistan, nó được gọi là "Noshader" và được sử dụng để cải thiện sự sinh động của món ăn nhẹ như samosas và jalebi.
II/ Phương pháp điều chế:
Amoni clorua được điều chế trong công nghiệp bằng cách kết hợp amoniac (NH3) với hydro clorua (khí) hoặc axit hydrochloric (dung dịch):
NH3 + HCl → NH4Cl
Amoni clorua còn được hình thành một cách tự nhiên trên các bãi đốt than, do sự ngưng tụ của khí than. Nó cũng được tìm thấy xung quanh một số loại miệng núi lửa, khoáng vật tự nhiên của nó có tên là Sal amoniac.
III/ Phương án thiết kế:
Trong bài này ta cô đặc dung dịch NH4Cl, vì NH4Cl dễ bị phân hủy ở
nhiệt độ cao nên ta dùng hệ thống hai nồi xuôi chiều.
Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục:
Nguyên liệu ban đầu là dung dịch NH4Cl có nồng độ 6% được chứa trong bồn chứa nguyên liệu (16). Sau đó được bơm lên bồn cao vị (1) nhờ bơm nguyên liệu (17). Từ bồn cao vị, dung dịch NH4Cl chảy qua lưu lượng kế rồi đi vào thiết bị gia nhiệt (2) và được đun nóng đến nhiệt độ sôi rồi đưa vào nồi cô đặc số 1 để cô đặc một phần dung dịch. Nồi số 1 sử dụng hơi đốt là hơi chính trong nhà máy. Dung dịch từ nồi cô đặc số 1 tự chuyển sang nồi số 2 do chênh lệch áp suất làm việc giữa hai nồi ( do áp suất nồi sau < áp suất nồi trước). Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn nhiệt độ của nồi sau do đó dung dịch đi làm nồi thứ 2 có nhiệt độ cao hơn nhiệt độc sôi. Nồi thứ 2 sử dụng hơi thứ của nồi số 1 để làm hơi đốt, tiếp tục cô đặc dung dịch NH4Cl đạt tới nồng độ yêu cầu (20% theo khối lượng). Hơi thứ của nồi số 2 được đưa qua thiết bị ngưng tụ Baromet (8) để tạo độ chân không cho hệ thống nhờ bơm hút chân không (10). Sản phẩm ở nồi cô đặt số 2 được bơm sản phẩm ( bơm ly tâm) (12) liên tục hút ra ngoài.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA
----------
BÀI TẬP
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾẾT BỊ
TRUYẾỀN NHIỆT
GVHD: Lê Ngọc Trung
Lớp học phầần: 15.45
Nhóm: 4
Sinh viên: Lê Thị Hồầng Phúc
Trầần Thị Tồố Trinh
Trầần Thị Tuyêốt Phi
Võ Thị Cẩm Tú
Nguyêễn Thị Bích Ngọc
NHÓM 4
Chương 1:
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
I/ Tổng quan về sản phẩm:
NH4Cl còn được gọi là Amoni clorua (Ammonium chloride)
Là muối tinh thể màu trắng, hòa tan cao trong nước, dung dịch
amoni clorua nhẹ có tính axit
Điểm nóng chảy: 338 °C
Công thức: NH4Cl
Khối lượng phân tử: 53,491 g/mol
Mật độ: 1,53 g/cm³
Có thể hòa tan trong: Amoniac, Nước, Methanol, Glyxêrin,
Ancol, Hydrazin
Ứng dụng chính của hóa chất NH4Cl là như một nguồn nitơ trong
phân bón, ví dụ như chloroammonium phosphate.
Trong kim loại: hóa chất NH4Cl được sử dụng trong xi mạ hoặc
hàn. Nó làm sạch bề mặt của phôi bằng phản ứng với các oxit kim
loại ở bề mặt để tạo thành một clorua kim loại dễ bay hơi.
Trong Y học: hóa chất NH4Cl hay còn gọi là muối lạnh được sử
dụng như một chất long đờm trong thuốc ho. Nó tác động trên niêm
mạc phế quản làm long đờm và dễ dàng hơn để có thể ho ra. Muối
amoni là một chất kích thích vào niêm mạc dạ dày và có thể gây
buồn nôn và nôn. Hóa chất NH4Cl được sử dụng như một tác nhân
axit hóa hệ thống trong điều trị nhiễm kiềm chuyển hóa nặng, để
duy trì nước tiểu tại một pH acid trong điều trị một số rối loạn tiết
niệu- đường.
Trong thực phẩm: Ở một số nước, hóa chất NH4Cl được gọi là sal
ammoniac, được sử dụng như phụ gia thực phẩm là E510, thường
là một chất dinh dưỡng trong nấm men nướng bánh mì. Nó là một
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
2
NHÓM 4
loại thức ăn bổ sung cho gia súc, một thành phần trong phương tiện
truyền thông dinh dưỡng cho nấm men và nhiều vi sinh vật.
Hóa chất NH4Cl được sử dụng để tăng thêm vị ngọt cho cam thảo
mặn, và cho hương liệu trong vodka Salmiakki Koskenkorva. Ở Ấn
Độ và Pakistan, nó được gọi là "Noshader" và được sử dụng để cải
thiện sự sinh động của món ăn nhẹ như samosas và jalebi.
II/ Phương pháp điều chế:
Amoni clorua được điều chế trong công nghiệp bằng cách kết hợp
amoniac (NH3) với hydro clorua (khí) hoặc axit hydrochloric (dung
dịch):
NH3 + HCl → NH4Cl
Amoni clorua còn được hình thành một cách tự nhiên trên các bãi đốt
than, do sự ngưng tụ của khí than. Nó cũng được tìm thấy xung quanh
một số loại miệng núi lửa, khoáng vật tự nhiên của nó có tên là Sal
amoniac.
III/ Phương án thiết kế:
Trong bài này ta cô đặc dung dịch NH4Cl, vì NH4Cl dễ bị phân hủy ở
nhiệt độ cao nên ta dùng hệ thống hai nồi xuôi chiều.
Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục:
Nguyên liệu ban đầu là dung dịch NH4Cl có nồng độ 6% được chứa
trong bồn chứa nguyên liệu (16). Sau đó được bơm lên bồn cao vị (1)
nhờ bơm nguyên liệu (17). Từ bồn cao vị, dung dịch NH4Cl chảy qua
lưu lượng kế rồi đi vào thiết bị gia nhiệt (2) và được đun nóng đến nhiệt
độ sôi rồi đưa vào nồi cô đặc số 1 để cô đặc một phần dung dịch. Nồi số
1 sử dụng hơi đốt là hơi chính trong nhà máy. Dung dịch từ nồi cô đặc
số 1 tự chuyển sang nồi số 2 do chênh lệch áp suất làm việc giữa hai nồi
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
3
NHÓM 4
( do áp suất nồi sau < áp suất nồi trước). Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn
nhiệt độ của nồi sau do đó dung dịch đi làm nồi thứ 2 có nhiệt độ cao
hơn nhiệt độc sôi. Nồi thứ 2 sử dụng hơi thứ của nồi số 1 để làm hơi đốt,
tiếp tục cô đặc dung dịch NH4Cl đạt tới nồng độ yêu cầu (20% theo khối
lượng). Hơi thứ của nồi số 2 được đưa qua thiết bị ngưng tụ Baromet (8)
để tạo độ chân không cho hệ thống nhờ bơm hút chân không (10). Sản
phẩm ở nồi cô đặt số 2 được bơm sản phẩm ( bơm ly tâm) (12) liên tục
hút ra ngoài.
1: buồng đốt trong
2: buồng bốc
3: ống tuần hoàn ngoài
4: bộ phân phân ly
5: dung dịch đi vào
6: sản phẩm đi ra
7: hơi đốt đi vào
8: nước ngưng đi ra
9: hơi thứ đi ra
10:
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
4
NHÓM 4
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc:
Phần
Chương 2: TÍNH TOÁN BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
5
NHÓM 4
Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống:
x
6
W G d 1 d 8000( 1
) 5600 kg / h
x
2
0
c
Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi:
W1
1, 002
W
2
Chọn tỉ lệ hơi thứ ra
Trong đó W1 là lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1
W2 là lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2
W1 1, 002W2 0
W1 W2 5600
W1 2802,80 [kg/h]
W2 2979,20 [kg/h]
Nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi:
Gd
8000
x1 xd
6
9, 24%
G
W
8000
2802,80
d
1
Nồi 1:
Gd
8000
x1 xd
6
20%
G
W
8000
560
0
d
Nồi 2:
Ta được
x2 xc
: phù hợp với số liệu ban đầu
Tính nhiệt độ, áp suất :
Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống :
Δp = p1 ̶ png = 5 ̶ 0,2 = 4,8 [at]
Với p1 : áp suất hơi đốt nồi 1
png : áp suất hơi nước ngưng
Nhiệt độ áp suất hơi đốt :
p1
2,5
p
2
Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
6
NHÓM 4
Mà : Δp1 + Δp2 = 4,8
Suy ra : Δp1 = 3,43 at = p1 ̶ p2
Δ p2
= 1,37 at
p2 = 5 ̶ 3,43 = 1,57 at
Với Δp 1: chênh lệch áp suất giữa nồi 1 và nồi 2
Δp 2:
chênh lệch áp suất giữa nồi 2 và thiết bị ngưng
Tra bảng I.251 [3-314] ( Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa
phụ thuộc áp suất) và nội suy ta có:
Nồi 1: với p1 = 5at ta được:
- Nhiệt độ hơi đốt : t1 = 151,1oC
- Nhiệt lượng riêng : i1 = 2754 [kJ/kg]
- Nhiệt hóa hơi :
r1 = 2117 [kJ/kg]
Nồi 2 : với p2 = 1,57at ta được :
- Nhiệt độ hơi đốt : t2 = 112,1oC
- Nhiệt lượng riêng : i2 = 2711,5 [kJ/kg]
- Nhiệt hóa hơi :
r2 = 2228,5 [kJ/kg]
Nhiệt độ và áp suất hơi thứ:
Theo sơ đồ nồi cô đặc, nhiệt độ hơi thứ nồi 1 (Tht1) bằng
nhiệt độ hơi đốt nồi 2 (T2́ ) nhưng do tổn thất nhiệt độ
đường ống ( chọn = 1oC) nên:
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1:
t1’= t2 + 1 = 112,1 + 1 = 113,1oC
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2:
t2’= tng + 1 = 59,7 + 1 = 60,7oC
Tra bảng I.250 [3-314] ( Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa
phụ thuộc nhiệt độ) và nội suy ta có:
Nồi 1: với t1’= 113,1oC ta được:
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
7
NHÓM 4
- Áp suất hơi thứ : p1’= 1,624 [at]
- Nhiệt lượng riêng: i1’= 2701 [kJ/kg]
- Nhiệt hóa hơi:
r1’= 2225,9 [kJ/kg]
Nồi 2: với T2’= 60,7 oC ta được:
- Áp suất hơi thứ : p2’= 0,210 [at]
- Nhiệt lượng riêng: i2’= 2609,6 [kJ/kg]
- Nhiệt hóa hơi:
r2’= 2355,3 [kJ/kg]
Nồi
Hơi
đốt
Hơi
thứ
1
2
p(at)
5
t(oC)
151,1
p(at)
1,57
t(oC)
112,1
1,624
113,1
0,210
60,7
TB ngưng tụ
p(at)
t(oC)
0,2
59,7
Bảng tổng hợp số liệu 1:
Hơi đốt
Hơi thứ
x
Nồ p(at t(oC) i(kJ/kg r(kJ/kg p(at) t(oC) i(kJ/kg r(kJ/kg (%)
i
)
)
)
)
)
1
5 151, 2754
2117 1,62 113, 2701 2225,9 9,2
1
4
1
4
2 1,57 112, 2711,5 2228,5 0,21 60,7 2609,6 2355,3 20
1
0
Tính tổn thất nhiệt cho từng nồi:
Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ Δ':
Ta dùng phương pháp Tisenco:
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
8
NHÓM 4
Tsi2
i ' f 0' 16, 2 '0i o C
r
Trong đó:
o
Tsi : nhiệt độ sôi của dung môi K
r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi [J/kg]
'0i
: Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn
của dung môi ở áp suất khí quyển.
Với nồi 1 ta có:
Ts1 (t tb1 273) 113,1 273 386,1 o K
Tra bảng VI.2 [61] tập 2 và nội suy với nồng độ dung dịch NH 4Cl là
o
x1 9, 24% ta được '01 1,85 C
386,12
1' 16, 2
1,85 2, 0 o C
3
2225,9 10
Với nồi 2 ta có:
Ts2 (t tb2 273) 60, 7 273 333, 7 o K
Tra bảng VI.2 [61] tập 2 và nội suy với nồng độ dung dịch NH 4Cl là
o
x2 20% ta được '02 4,30 C
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
9
NHÓM 4
333, 7 2
2 ' 16, 2
4,30 3,3 o C
3
2355,3 10
Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao Δ'i' :
i '' t tbi t i ' o C
Công thức:
Với ttbi : nhiệt độ sôi ứng với ptbi [at]
tí : nhiệt độ sôi ứng với pí [at]
⁎ ptbi là áp suất thủy tĩnh ở giữa ống truyền nhiệt, được tính theo
công thức:
1
H
p tbi pi ' (h1 )ρ ddi .g
2
2
[at]
Trong đó:
pi ' : áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch [at]
h1
: chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng, chọn h1 = 0,5 [m]
H: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = 5 [m]
ρddi
: khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ 20 oC [kg/m3]
g 9,81 m s 2
g: gia tốc trọng trường
Với nồi 1 : p1́ = 1,624 at
Tra bảng I.27 [46] tập1 – Khối lượng riêng của dung dịch NH 4Cl - nước
và nội suy với t = 20oC và x1= 9,24% ta có: ρ ⅆd= 1,0949 [kg/m3]
Thay vào phương trình ta có:
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
10
NHÓM 4
1
5 1, 0949 103.9,81
p tb1 1, 624 (0,5 )
1, 788 at
2
2
9,81 104
Tra bảng I.251 [314] tập 1 và nội suy với
p tb1 1, 788 at
ta có
o
t tb1 116,1 C
1'' t tb1 p1' 116,1 113,1 3 o C
Với nồi 2: p2’= 0,21 at
Tra bảng I.27 [36] tập 1 – Khối lượng riêng của dung dịch NH 4Cl - nước
o
ρdd2 1, 0567 kg m3
x2 20%
t
20
C
và nội suy với
và
ta có
Thay vào phương trình ta có:
p tb2
1
5 1, 0567.103 9,81
0.21 (0, 5 )
0,369 at
2
2
9,8110 4
Tra bảng I.251 [314] tập 1 và nội suy với
p tb2 0,369 at
ta có
t tb2 73,3 o C
2 '' t tb2 p 2 ' 73,3 60, 7 12, 6 o C
Tính nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi theo công thức:
o
t si t i ' i ' i '' C
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
11
NHÓM 4
t s1 t1' 1' 1'' 113,1 2, 0 3, 0 118,1 o C
t s2 t 2' 2 ' 2'' 60, 7 3,3 12, 6 76, 6 o C
Tổn thất nhiệt độ do trở lực của đường ống ( Δ ' ' ' ):
Chọn tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống từng nồi là 1oC
Tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống:
2
2
2
2
' '' ''' (2, 0 3,3) (3, 0 12, 6) (1 1) 22,9
i
i=1
i=1
i
i
i=1
i=1
0
C
Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:
Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:
2
T T T
i
1
ng
2
i=1
151,1 59, 7 22,9 68,5
i=1
o
C
Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi.
Ta có: ti ti t si
t1 151,1 118,1 33 0C
t2 112,1 76, 6 35,5 0C
Bảng tổng hợp số liệu 2:
Nồi
', o C
'', o C
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
''', o C
t , o C
t si , o C
12
NHÓM 4
1
2,0
3
1
33
118,1
2
3,3
12,6
1
35,5
76,6
Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt để tính lượng hơi đốt D
và lượng hơi thứ Wi ở từng nồi:
Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng:
Di1
W1i1'
W1i 2
W2i 2 '
Q tt1
Gd
G dCd t d
Q tt2
W1 C1t s1
DC ng1θ1
G c C2 t s 2
W1Cng2θ 2
Trong đó:
D : lượng hơi đốt vào nồi 1 [kg/h]
Gd, Gc : lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống [kg/h]
W: lượng hơi thứ bốc ra của toàn hệ thống [kg/h]
W1, W2 : lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2 [kg/h]
C1, C2 : nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1, 2 [J/kg.độ]
Cng1, Cng2 : nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2 [J/kg.độ]
i1, i2 : hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2 [J/kg.độ]
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
13
NHÓM 4
i1', i2' : hàm nhiệt hơi thứ nồi 1, 2 [J/kg.độ]
td : nhiệt độ đầu của dung dịch [oC]
ts1, ts2 : nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1, 2 ở Ptb [oC]
θ1 , θ2 :
nhiệt độ nước ngưng nồi 1, 2 [oC]
Qtt1, Qtt2 : nhiệt tổn thất ra môi trường nồi 1, 2 [J] (giả thiết bằng
4% nhiệt lượng tiêu tốn để bốc hơi ở từng nồi)
Tính nhiệt dung riêng của dung dịch NH4Cl:
x 20%
Với dung dịch loãng
nhiệt dung riêng tính theo công
thức:
C 4186 (1 x)
[I.43 tập 1/tr152]
Dung dịch ban đầu có xd 6% nên ta có:
Cd 4186 (1 xd ) 4186 (1 0, 06) 3934,84 [J/kg.độ]
Dung dịch ra khỏi nồi 1 có x1 9, 24% nên ta có:
C1 4186 (1 x1 ) 4186 (1 0, 0924) 3799, 21 [J/kg.độ]
Với dung dịch đặc
x 20% nhiệt dung riêng tính theo công thức:
C Cht x 4186 (1 x)
C ht
[I.44 tập 1/tr152]
tính theo công thức: MC ht n1c1 n 2c 2 n 3c3
[I.41 tập
1/tr152]
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
14
NHÓM 4
Với NH4Cl ta có M 53,5; n1 1; n 2 4; n 3 1
Tra bảng I.141 [152] tập 1 ta có nhiệt dung nguyên tử của các
nguyên tố:
N: c1 26000 [J/kg nguyên tử.độ]
H: c 2 9639
Cl: c3 26000
[J/kg nguyên tử.độ]
[J/kg nguyên tử.độ]
1 26000 4 9639 1 26000
C ht
1692, 64
53,5
Từ đó ta có:
[J/kg.độ]
Dung dịch ra khỏi nồi 2 có x2 20% nên ta có:
C2 Cht x2 4186(1 x2 ) 1692, 64 0.2 4186(1 0, 2) 3687,33
[J/kg.độ]
Các thông số của nước ngưng:
0
0
θ
t
151,1
C;
θ
t
112,1
C
1
1
2
2
Nhiệt độ của nước ngưng :
Nhiệt dung riêng của nước ngưng:
Tra bảng I.249 [310] tập 2 và nội suy với:
θ1 151,1 0 C C ng1 4315, 08
θ 2 112,10 C C ng2 4236,57
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
[J/kg.độ]
[J/kg.độ]
15
NHÓM 4
Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Với nồi 1:
Lượng nhiệt mang vào:
từ dung dịch đầu : Gd.Cd.td
từ hơi đốt: D.i1
Lượng nhiệt mang ra:
do sản phẩm mang ra: Gd W1 )C1t s1
do hơi thứ : W1i1'
do nước ngưng : D.Cng1.θ1= D 4315,08 151,1 [kg/h]
do tổn thất Qtt1:
Q tt1 0, 04.D i1 Cng1θ1
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1:
G d C d t d Di1 W1i1' G d W1 C1t s1 DC ng1θ1 Q tt1
Với nồi 2:
Lượng nhiệt mang vào:
do hơi đốt: W1i2
do dung dịch từ nồi 1:
G d W1 C1t s1
Lượng nhiệt mang ra :
do hơi thứ : W2i 2'
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
16
NHÓM 4
G W1 W2 C 2 t s2
do dung dịch mang ra: d
do nước ngưng:
W1Cng2θ 2
do tổn thất Qtt2:
Q tt2 0, 04W1 i 2 C ng2θ 2
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 2:
W1i 2 G d W1 C1t s1 W2i 2 ' G d W1 W2 C 2 t s2 W1C ng2θ 2 Q tt2
Kết hợp phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1 và nồi 2 với
phương trình W1 +W2 W ta có hệ phương trình:
Di1 G d C d t d W1i1' G d W1 C1t s1 DCng1θ1 0, 04D i1 Cng1θ1
W1i 2 G d W1 C1t s1 W2i 2 ' G d W1 W2 C 2 t s2 W1C ng2θ 2 0, 04W1 i2 Cng2θ 2
W1 W2 W
Giải hệ phương trình này ta được:
W i 2 ' C 2 t s2 G d C 2 t s2 C1t s1
W
1
0,96 i 2 C ng2θ 2 C1t s1 i 2 '
G d C1t s1 C d t d W1 i1' C1t s1
D
0,96 i1 C ng1θ1
W W W
1
2
Thay các số liệu ta có :
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
17
NHÓM 4
5600 2609, 6 103 3687,33 76, 6 8000 3687,33 76, 6 3799, 21118,1
W1
0,96 2711,5 103 4236,57 112,1 3799, 21 118,1 2609, 6 103
2716,36 kg/h
8000 3799, 21 118,1 3934,84 118,1 2720,33 2701 103 3799, 21118,1
D
0,96 2754 103 4315, 08 151,1
2972,82 kg/h
W W W 5600 2716,36 2883, 64 kg/h
1
2
W1
1
Xác định lại tỉ lệ phân phối hơi thứ giữa 2 nồi: W2 1, 09
Kiểm tra sai số:
Với nồi 1:
Với nồi 2:
1
2
2802,80 2716,36
100% 3, 08%
2802,80
2797, 20 2972,82
2797, 20
100% 6, 28%
Các sai số đều nhỏ hơn 10% nên chấp nhận được giả thiết.
Lập bảng số liệu 3:
Nồi
1
C,
Cng
[J/kg.độ]
[J/kg.độ]
3799,21
4315,08
,
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
W, [kg/h]
θ ,[oC]
151,1
Sai số,
Giả thiết
Tính
%
2802,80
2716,36
3,08
18
NHÓM 4
2
3687,33
4236,57
112,1
2797,20
2972,82
6,28
Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi:
Tính hệ số cấp nhiệt α1 khi ngưng tụ hơi:
Chọn ống truyền nhiệt có kích thước: 38×2 [mm]
Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt :
Nồi 1 là:
t11 4, 64 0C
Nồi 2 là:
t12 4.82 0 C
Thiết bị cô đặc phòng đốt trong thẳng đứng (H<6m), hơi ngưng bên
ngoài ống, màng nước ngưng chảy dòng nên hệ số cấp nhiệt tính
theo công thức:
ri
i 2, 04 A i
t1i H
0,25
[W/m2.độ]
Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng
Nhiệt độ màng tính theo công thức:
(V101 [28] tập 2)
tm
t mi 0,5 t1i ti ti
t1i o
C
2
t11
4, 64
151,1
148, 78 0C
2
2
t
4,82
t2 12 112,1
109, 69 0C
2
2
t m1 t1
t m2
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
19
NHÓM 4
Tra bảng A-t [29] tập 2 và nội suy ta có:
Với
t m1 148, 78o C A1 195,317
Với
t m2 109, 69 o C A 2 183,361
Thay các số liệu vào ta có :
r
11 2, 04 A1
Δt11 H
0,25
2117 103
2, 04 195, 317
4, 64 5
0,25
6925,14
[W/m2.độ]
r
12 2, 04 A 2
Δt12 H
0,25
2225,9 103
2, 04 183,361
4,82 5
0,25
6520,93
[W/m2.độ]
Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
Gọi q1i : Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ i
Ta có: q1i α1i t1i
q11 α11 t11 6925,14 4, 64 32132, 6 W/m 2
q12 α12 t12 6520,93 4,82 31430,9 W/m 2
Lập bảng số liệu 4:
Nồi
t1i 0C
t m 0C
Bài tập Quá trình và thiếết bị truyếền nhiệt
A
α1i
2
,[W/m2.độ] q1i [W/m ]
20
- Xem thêm -