Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
II.2 Cân bằng vật chất:

II.2 Cân bằng vật chất:

Tải bản đầy đủ - 0trang

Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, người ta phải dùng cách

lựa chọn áp suất và lượng hơi thứ ở từng nối thích hợp.

Giả sử chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và nồi 2:

Ta có lượng nước bốc hơi của các nồi:



=>

Gọi : là nồng độ tương ứng trong nồi 1 và 2 , % khối lượng.

Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi :



x1=

12,12 %

x2=

25,00 %

II.2.2 Xác định nhiệt độ và áp suất mỗi nồi:

Gọi:



: hiệu áp suất chung, at;

Pi: áp suất giảm ở nồi i;

P1, P2: áp suất hơi đốt nồi 1, 2, at;

Pnt: áp suất hơi ở thiết bị ngưng tụ, at.



Bằng cách giả thiết hệ số áp suất giữa các nồi là 1 đại lượng thích hợp.

Áp suất hơi đốt cho nồi 1 là: P1 = 3 at

Hiệu số áp suất cho cả hệ thống: ∆P = P1 – Pnt = 3 – 0,15 = 2,85 at

Chọn tỷ lệ hiệu số áp suất cho các nồi như sau: ∆P1/∆P2 = 2,1/1

Mà: ∆P1 + ∆P2 = ∆P = 2,85 at

Suy ra:

∆P1 = 1,93 at

∆P2 = 0,92 at

Ta có :



∆P1 = P1 – P2

∆P2 = P2 – Pnt



Suy ra: P2 = P1 - ∆P1 = 3 – 1,93 = 1,07 at

Với: P1,P2 : áp suất hơi đốt nồi 1, 2 , at

Pnt : áp suất ở thiết bị ngưng tụ, at

∆P1, ∆P2 : hiệu số áp suất nồi 1 so với nồi 2, nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ , at

∆P: hiệu số áp suất cho cả hệ thống, at

Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước trừ đi 1 (1 chính là tổn thất nhiệt

độ do trở lực thuỷ học trên ống dẫn), còn nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng thì bằng nhiệt

độ ở thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1oC. (trang 106 [2])

Bảng 1: Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt và hơi thứ ở mỗi nồi

Nồi I

Hơi

đốt

Hơi

thứ



Nồi II

o

1



o

2



P1(at)



t C



P2(at)



t C



3,00



132,90



1,07



100,87



1,10



101,87



0,15



54,60



Thiết bị ngưng tụ

Pn(at)

tnoC

0,15



53,60



(tra bảng I.250, I.251 [4])

II.2.3 Xác định tổn thất nhiệt độ:

Tổn thất nhiệt độ trong hệ cô đặc bao gồm: tổn thất do tăng nhiệt độ sôi, tổn thất do áp

suất thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống.

II.2.3.1 Tổn thất nhiệt do tăng nhiệt độ sôi ∆ ’:

Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch NH4Cl bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ

sôi của nước .

Độ tăng nhiệt độ sôi tỷ lệ thuận với nồng độ chất khô trong dung dịch

Khi áp lực của dung dịch khác áp lực thường , độ tăng nhiệt độ sơi có sai khác một ít,

tính dộ tăng nhiệt đơ sơi ở áp lực bất kì theo cơng thức:

Theo Tisencơ:

∆’ = ∆o’f

IV-12/196 [X]

Mà:



f= 16,2. (T+273)2/r



T.197 [X]



Suy ra:



∆’ = ∆o’ . 0,003872



T.197[X]



Trong đó:

∆o’ : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường

f

: hệ số hiệu chỉnh.

Tm : nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, về giá trị bằng



nhiệt độ hơi thứ, oC

r

: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc, J/kg.

Từ nồng độ và nhiệt độ hơi thứ của hiệu bốc hơi , có thể tra độ tăng nhiệt độ sơi theo

bảng: IV-1 T. 198 [X]

Bảng 2: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ

∆'

Ts(oC)

r (10-3)(J/kg)

Nồi 1 101,87

2255,86

2,48

Nồi 2 54,60

2369,70

4,27

o

Tổng: ∆' = 6,78 ( C)



P(at)

1,10

0,15



Tsdd

102,17

105,77



Pnbh

1,11

1,26



II.2.3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh: ∆ ’’

Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc : Ptb

Ptb = Po + ( h1 + . ρdds .g ; N/ m2.

Trong đó:

- Po : áp suất hơi thứ trên mặt thống, N/ m2.

- h1 : chiều cao lớp dung dịch sôi từ miệng trên của ống truyền nhiệt đến mặt

thoáng của dung dịch , m.

Chọn

h1 = 0,5 m.

- H : chiều cao của ống truyền nhiệt.

Chọn

H = 5 m.

- ρdds : khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ sôi, kg/ m3.

- g : gia tốc trọng trường, m/ s2.



Nồi I

Nồi II



x (%)

12,12

25



ρdds

996,8

1027,7



Từ áp suất trung bình ta có:

ttb

to



∆’’ = ttb - to

: nhiệt độ sôi ở Ptb;

: nhiệt độ sôi ở Po;



Po

0,15

0,154



Ptb

1,246

0,306



; 0C

o



C

C



o



Tra bảng [I–314; I–315]



Khi Ptb1 = 1,246( at ) ta được ttb1 = 108,25oC

Khi Ptb2 = 0,306( at ) ta được ttb2 = 74,47oC

Thay số ∆1’’ = ttb1 – T1’= 3,9

∆2’’ = ttb2 – T2’ = 15,6

∆’’ = ∆1’’ + ∆2’’ = 19,5 oC

II.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra: ∆ ’’’

Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là: 1 0C

Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra trên cả hệ thống ∆’’’ = 2 0C



II.2.3.4 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống:

Σ∆ = ∆’ + ∆’’ + ∆’’’ , 0C

= 8,78 + 19,51 + 2 = 30,29 0C

II.2.3.5 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và của cả hệ thống:

Theo định nghĩa, hiệu số nhiệt độ hữu ích là:

∆ti = ∆tch - ∑∆

III-9/111[2]

∆tch = T – tng

Hoặc:

∆ti = T – ts

III-10/111 [2]

Mà: ts = t’ + ∆’ + ∆’’

Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:

Nồi I:

∆tiI = TI – tsI = TI – (tI’ + ∆I’ + ∆I’’)

Nồi II:

∆tiII = TII– tsII = TII – (tII’ + ∆II’ + ∆II’’)

Trong đó:

∆tiI, ∆tiII,

: Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi I, nồi II, oC

TI, TII,

: Nhiệt độ hơi đốt nồi I, nồi II, oC

tI’, tII’ ,

: Nhiệt độ hơi thứ nồi I, nồi II, , oC

tsI, tsII,

: Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi I, nồi II, oC

∆I’, ∆II’,

: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở nồi I, nồi II, oC

∆I’’, ∆II’’,

: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ở nồi I, nồi II, , oC

Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn hệ thống:

∑∆ti = ∆tiI + ∆tiII

Bảng 4: Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi

o

T( C )



o

t’( C )



o

∆ ’( C )



o

∆”( C )



o

ts( C )



Nồi I



132,9



101,87



2,95



3,9



108,72



∆ti( C )

24,18



Nồi II



100,87

54,6

5,83

∑∆ ti =24,18 + 24,84 =49,02



15,6



76,03



24.84



Tổng 2 nồi



o



II.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG:

II.3.1 Nhiệt dung riêng:

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x < 20%

C = 4186.(1 - x), J/kg.độ;

I.43/152[4]

x: nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng(%);

Nhiệt dung riêng dung dịch đầu: Cđ = 4186.(1 - 0,08) = 3851,12 J/kg.độ;

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x > 20%

C = Cht.x + 4186.(1 - x), J/kg.độ;

I.44/152[4]

Cht: nhiệt dung riêng của chất hoà tan (J/kg.độ);



Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi I:

C1 = 4186. (1 - 0,1212 ) = 3678,61 J/kg.độ;

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi II:

C2 = 1423.0,25 + 4186.(1-0,25) = 3562,49 J/kg.độ;

Theo công thức:

MNH4Cl .Cht = ΣCi. Ni.

I.41/152[4]

M

: khối lượng mol của hợp chất

Ci

: nhiệt dung riêng của đơn chất

Ni

: số nguyên tử trong phân tử

Ta có: CN = 2600 (J/kg.độ); CCl = 2600 (J/kg.độ) CH = 9630 (J/kg.độ)

Vậy :

Cht = 1692 J/kg.độ

II.3.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:

D

: Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h



: Lượng dung dịch ban đầu, kg/h.

ϕ

: Độ ẩm của hơi đốt.

i, i1, i2

: Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi I và nồi II, J/kg.

tđ, t1, t2

: Nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II của dung dịch,

Cđ, C1, C2 : Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II của dd, J/kg.độ.

θ1, θ2

: Nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I, nồi II.

Cng1, Cng2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ở nồi I, nồi II, J/kg.độ.

Qxq1, Qxq2 : Nhiệt mất mác ra mơi trường xung quanh, J.

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Nồi I: Di + (Gđ –W2)C2t2 = W1i1 + DCng1θ1 + (Gđ – W)C1t1 + Qxq1 [1]

Nồi II: W1i1+GđCđtđ=W2i2+(Gđ – W2)C2t2+W1Cng1θ1 +Qxq1

[2]

Mà:

Cho:



W = W1 + W2

Qxq1 = 0,05 D(i – Cng1θ1)

[3]

Qxq2 = 0,05 W1(i1 – Cng2θ2)

Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hồ, các thơng số tra được:

Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ nồi I và nồi II:

i = 2730,64 kJ/kg

i1 = 2680,39

kJ/kg

(tra Bảng I.250/312 [4])

i2 = 2598,42

kJ/kg

Nhiệt độ sôi của dung dịch: t1 = 108,25 oC

t2 = 74,47 oC

Nhiệt dung riêng của dung dịch: Cđ = 3851,12 J/kg.độ

C 1 = 3678,61 J/kg.độ

C 2 = 3562,49 J/kg.độ



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

II.2 Cân bằng vật chất:

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×