Chương 3: Cô đặc | Bài giảng môn Quá trình thiết bị | Đại học Bách khoa hà nội

Chương 3 Cô đặc
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Cô đặc nhiều nồi quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt,có ý nghĩa cao về mặt sử dụng nhiệt
Nguyên tắc Nồi thứ nhất, dung dịch được đun bằng hơi đốt; hơi thứ của nồi này
đưa vào đun nồi thứ hai. Hơi thứ của nồi thứ hai được đưa vào nồi thứ ba v. v., hơi
thứ của nồi cuối cùng được đưa vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ
nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi dung môi được bốc hơi một phần, nồng độ của dung dịch tăng dần lên.
Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi: có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi
đốt và dung dịch sôi (phải có chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các
nồi). Thông thường, nồi đầu làm việc ở áp suất dư, nồi cuối cùng làm việc ở áp suất chân không.
Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Sơ đồ cô đặc nhiều nồi xuôi chiều - Được dùng phổ biến
- Dung dịch tự di chuyển từ nồi trước
sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi
- Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn
nồi sau,dấn dến hiện tượng tự bốc hơi
- Khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung
dịch do đó cần phải tiêu tốn thêm một
lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch
- Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều
là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi
sau thấp dần nhưng nồng độ của
dung dịch lại tăng dần làm cho độ
nhớt của dung dịch tăng nhanh, dẫn
đến hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Sơ đồ cô đặc nhiều nồi ngược chiều
- Hơi di chuyển giống như trường hợp xuôi chiều
- Dung dịch đi vào nồi 3 và sản phẩm ra
khỏi ở nồi 1 (áp suất nồi trước lớn hơn nồi
sau, do đó dung dịch không tự chảy từ nồi
nọ sang nồi kia được mà phải dùng bơm để vận chuyển)
- Khi cô đặc ngược chiều thì dung dịch có
nhiệt độ cao nhất sẽ đi vào ở nồi đầu, ở
đấy nhiệt độ lớn hơn nên độ nhớt không
tăng nhiều (hệ số truyền nhiệt trong các
nồi hầu như không giảm nhiều)
- Lượng nước bốc hơi ở nồi cuối sẽ nhỏ
hơn khi cô đặc xuôi chiều, do đó lượng
nước dùng làm ngưng tụ hơi trong thiết bị ngưng tụ sẽ nhỏ hơn QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Sơ đồ cô đặc nhiều nồi song song
- Dung dịch đầu vào đồng thời ở các nồi - Sản phẩm cũng đồng
thời lấy ra ở mỗi nồi - Chỉ dùng khi yêu cầu
nồng độ của dung dịch không cao lắm, hoặc khi
dung dịch cô đặc có kết
tinh, vì khi đó dung dịch có
kết tinh di chuyển từ nồi nọ
sang nồi kia dễ làm tắc ống QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Cân bằng vật liệu trong nồi cô đặc
Lượng nước bốc hơi của cả hệ thống ⎛ x ⎞ W = đ G 1 đ ⎜⎜ − ⎟⎟ x G ⎝ c ⎠ đ
: lượng dung dịch đầu, kg/s; xd, xc
: nồng độ của dung dịch vào ở nồi đầu và ra khỏi nồi cuối, % khối lượng; W
: lượng nước bốc hơi của các nồi
Lượng nước bốc hơi của các nồi W
W =W1 +W +... 2 +Wn
W1 ,W2.,.. . ,Wn - lượng nước bốc hơi ở các nồi 1, 2, . . ., n, kg/s;
Nồng độ của dung dịch ra khỏi mỗi nồi tính theo công thức x Với nồi đầu: đ Với nồi thứ n: W = G 1 đ G −W x đ 1 đ W = G Với nồi 2: x n đ W = G đ
G −W1 −W −... 2 −W 2 đ đ n
G −W −W đ 1 2
từ n phương trình tìm được lượng hơi thứ của mỗi nồi và lượng hơi đốt cho vào nồi 1 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Phân phối nhiệt độ hữu ích giữa các nồi
- Theo phương trình truyền nhiệt: khi cho biết Q và K thì F phụ thuộc vào Δt,
vì vậy tổng bề mặt đốt trong hệ thống cô đặc phụ thuộc vào sự phân phối W và
hiệu số nhiệt độ có ích giữa các nồi
- Thực tế thường gặp ba phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ:
a) theo điều kiện bề mặt các nồi bằng nhau
F1 =F2 =F3 = . . . =Fn = không đổi.
b) theo điều kiện tổng bề mặt đốt nóng các nồi là nhỏ nhất ( ∑F = min)
c) theo điều kiện bề mặt đốt các nồi bằng nhau và tổng bề mặt đốt nóng các nồi là nhỏ nhất.
- Trong tất cả các trường hợp, đều phải biết nhiệt độ hơi đốt đi vào nồi đầu
T1, nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ Tnt và nhiệt độ tổn thất của các nồi ∑Δ
- Tổng số nhiệt độ tổn thất của hệ thống xác định theo công thức sau: n
∑Δt =∑ΔT − ∑Δ T Δ T = −T i t Δ t Δ = 1 + t Δ + + t Δ n ∑ ... 2 nt ∑ i=1 n
Δ = Δ' +Δ'' +Δ''' + Δ' +Δ'' +Δ''' + ... + Δ' +Δ'' +Δ''' i ∑ ( 1 1 1 ) ( 2 2 2 ) ( n n n ) i 1 = QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Phân phối nhiệt độ hữu ích giữa các nồi Q Q Q
Phân phối theo điều kiện bề mặt các nồi bằng nhau 1 2 n = = ... = K t 1Δ K t 1 2Δ K t 2 nΔ n t Δ = t 1 Δ 1 Q
Lượng nhiệt ở mỗi nồi tỷ lệ 2
gần đúng với lượng nước bốc K2 t Δ = t hơi 2 Δ 1 Q1 K Q 1 2 + Q t Δ K W K 2 2 2 1 n m2 = = ≅ K t Q Δ 1 W K t 1 1 2 Δ = t n n Δ 1 Q K 1 1 K1 n Q Q Q n i ∑ k t Δ K W K i K 1 t K n n n 1 Δ = t = i Δ k m 1 Q Hoặc Δt t = = ≅ k = Δ n 1 n Q t Q Δ 1 W K 1 1 n K i 1 ∑ K 1 K i= i 1 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Phân phối nhiệt độ hữu ích giữa các nồi
Phân phối theo điều kiện tổng bề mặt các nồi nhỏ Q Q ∑ F = F F 1 + = 1 2 + 2 nhất K t K t t 1Δ 1 2 (∑ Δ − Δ 1 ) dF Q Q 1 2 = − + = 0 Q Q 1 2 d(Δt K t = 2 1 ) 1(Δ )2 1 K t 2 ( Δ − Δ ∑ t )2 1 K Δt 1( 1 ) K Δt − t 2 ( Δ ∑ )2 1 Q t 1 Δ Q K 2 2 1 = . 1 K1 t Δt1 = Δt = Δt Δ Q K ∑ ∑ n 1 1 2 Q Q Q 1 2 ∑ i K K 1 2 1 K i t = i Δ ∑ + t Q Q Δ + t Δ + t 1 1 1 2 Δ 3 = t K K Δ t 1 1 1 Δ 1 Qk K Tổng quát Δt t k = ∑ Δ k i n Q ∑ i 1 K i QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân = i 10
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Phân phối nhiệt độ hữu ích giữa các nồi
Phân phối Δt từ điều kiện bề mặt đốt nóng các nồi bằng nhau và tổng các bề mặt là nhỏ nhất
phải thoả mãn cả hai điều kiện Qk K Δt t k = Δ k n Q Q Q Q Δt2 ∑ i k k k = 1 K K Δt 1 K i K 1 = i k k k Q = = 1 Q 1 Q Q 1 1 t k Δ 3 =1 K K1 K K1 t Δt t 1 Δ k = ∑ Δ k i 1 n Q ∑ i 1 K i= i Δt t ∑
Δ = Δt = Δt = ... = t 1 2 3 Δ n = Δt1 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Phân phối nhiệt độ hữu ích giữa các nồi
Phân phối Δt từ điều kiện bề mặt đốt nóng các nồi bằng nhau và tổng các bề mặt là nhỏ nhất Mặt khác Q2
Q :Q = K : K K 2 1 2 1 2 = 1 Q
Q : Q :...: Q 1
= K : K :...: K 2 1 n 2 1 n K1
Do Q tỉ lệ với W nên cũng có thể viết:
W :W :...:W = K : K :...: K 2 1 n 2 1 n
Phân phối nhiệt độ theo điều kiện này sẽ dẫn đến:
- Hiệu số nhiệt độ có ích của các nồi bằng nhau
- Lượng nước bốc hơi của các nồi tỷ lệ tương ứng với hệ số truyền nhiệt QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Số nồi thích hợp trong cô đặc nhiều nồi
(1) Khi số nồi tăng thì tiêu hao hơi đốt giảm đi:
Số liệu về lượng tiêu hao hơi đốt (kg) theo 1kg hơi thứ
cô đặc một nồi: 1,1 kg/kg. hai nồi : 0,57 ba nồi : 0,40 bốn nồi : 0,30 năm nồi : 0,27
(2) Khi số nồi tăng thì hiệu số nhiệt độ hữu ích giảm đi rất nhanh do đó bề mặt
đun nóng của các nồi sẽ tăng: Một nồi Nhiều nồi Q F Qn Q 1 = F F1 = F K t = = Δ n t Δ K t n K Δ n
Tăng số nồi phải đảm bảo điều kiện làm việc: ΔT = Δ − 〉 Δ 0 ∑ T ∑
giới hạn đối với mỗi nồi là 5÷ 7°C QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13
3.3. CÔ ĐẶC NHIỀU NỒI
Số nồi thích hợp trong cô đặc nhiều nồi
AB - chi phí về thiết bị
CD - chi phí về hơi đốt MN - chi phí chung
Số nồi thích hợp: 2 ÷ 4 QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14