đồ án cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn ngoài

đồ án quá trình thiết bị thiết kế hẹ thống cô dặc 2 nồi xuôi chiều phòng đốt ngoài đại học công nghiệp hà nội khoa công nghệ hóa đồ án quá trình thiết bịđồ án quá trình thiết bịđồ án quá trình thiết bị

Trường ĐHCN Hà Nội Đồ án Quá trình thiết bị ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ Họ tên : Nguyễn Đình Long Lớp : ĐHCN Hóa – K13 Khoa : Cơng Nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Mạnh NỘI DUNG ĐỀ BÀI: Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , phịng đốt ngồi thẳng đứng Cơ đặc dung dịch HNO3 với suất 3250 kg/h Các số liệu ban đầu : -Chiếu cao ống gia nhiệt : H = 3m -Nồng độ đầu dung dịch : 30,15% -Nồng độ cuối : 58,2 % -Áp suất đốt nồi : 4,0 at -Áp suất ngưng tụ : 0,29 at NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN  Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2010 Người nhận xét GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13 Trường ĐHCN Hà Nội Đồ án Quá trình thiết bị MỤC LỤC Phần : Mở đầu: I Sơ lược q trình đặc II Giới thiệu chung sản phẩm Phần : Sơ đồ mô tả dây chuyền sản xuất I Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều: 10 II Nguyên lý làm việc hệ thống 11 Phần : Tính toán thiết bị 12 I Tính tốn thiết bị chính: 12 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống: 12 Tính sơ lượng thứ bốc nồi: 12 Nồng độ cuối dung dịch nồi: 13 Chênh lệch áp suất chung hệ thống: 13 Áp suất, nhiệt độ đốt nồi: 13 Nhiệt độ (t’i) áp suất thứ (p’i) khỏi nồi: 14 Tổn thất nhiệt độ nồi: 15 Hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống: 18 Thiết lập phương trình cân nhiệt lượng: 19 10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi: 22 11 Xác định hệ số truyền nhiệt cho nồi: 27 12 Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi: 27 13 So sánh ∆T*i ∆Ti: 28 14 Bề mặt truyền nhiệt: (F) 29 II Tính tốn thiết bị phụ 29 1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: 29 2.Thùng cao vị: 34 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13 Trường ĐHCN Hà Nội Đồ án Quá trình thiết bị 3.Tính tốn thiết bị ngưng tụ: 41 4.Tính tốn bơm chân không: 48 III: Tính tốn khí: 50 A.Buồng đốt: 50 Số ống buồng đốt: 50 Đường kính buồng đốt: 51 Chiều dày phòng đốt: 51 Chiều dày lưới đỡ ống: 54 Chiều dày đáy nồi phòng đốt: 55 Tra bích để lắp đáy vào thân: 57 B Buồng bốc 58 Thể tích phịng bốc hơi: 58 Tính chiều cao phịng bay hơi: 58 Chiều dày phòng bốc: 59 Chiều dày nắp buồng bốc: 60 Tra bích để lắp nắp vào thân: 62 IV Một số chi tiết khác 62 Tính đường kính ống nối dẫn dung dịch vào: 62 Tính chọn tai treo: 66 Chọn kính quan sát: 71 Tính bề dày lớp cách nhiệt: 72 Phần Kết luận 73 Tài liệu tham khảo: 74 GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13 Trường ĐHCN Hà Nội Đồ án Q trình thiết bị LỜI NÓI ĐẦU Là sinh viên ngành cơng nghiệp hóa chất kĩ sư hóa chất tương lai Ngoài kiến thức học lớp, học qua sách vở, cần trau dồi kiến thức chuyên môn thực tế Sau học xong mơn q trình thiết bị, em nhận đề tài đồ án “Thiết kế hệ thống cô dặc hai nồi xi chiều thiết bị đặc có phịng đốt ngồi kiểu đứng” Việc thực đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức giáo trình “Cơ sở q trình thiết bị Cơng nghệ Hố học” Việc làm đồ án môn học giúp em làm quen với thực tiễn mà tạo điều kiện để em phát huy lực việc hồn thiện kĩ tính tốn, tư duy, thu thập thông tin thực tế tự nâng cao kĩ trình bày thiết kế theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Để đồ án hồn thiện tốt em mong nhận bảo, giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày…tháng…năm… Sinh viên thực GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13 Trường ĐHCN Hà Nội Đồ án Quá trình thiết bị Phần 1: MỞ ĐẦU I Sơ lược q trình đặc Q trình đặc q trình làm tăng nồng độ chất hồ tan (khơng khó bay hơi) dung môi bay Đặc điểm trình đặ dung mơi tách khỏi dung dịch dạng hơi, cịn chất hồ tan dung dịch khơng bay nồng độ dung chất tăng dần lên.Khi bay nhiệt độ dung dịch thấp nhiệt độ sôi, áp suất dung môi mặt dung dịch lớn áp suất riêng phần khoảng trống bề mặt thoáng dung dịch nhỏ áp suất chung Trạng thái bay xảy nhiệt độ khác nhiệt độ tăng tốc độ bay lớn, cịn bốc diễn ( trạng thái sôi) lòng dung dịch( tạo thành bọt ) áp suất dung môi áp suất chung mặt thống, trạng thái sơi có nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung nồng độ dung dịch cho Trong q trình đặc nồng độ dung dịch tăng lên, mà số tính chất dung dịch thay đổi Điều có ảnh hưởng tới q trình tính tốn, cấu tạo vận hành thiết bị đặc Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt , nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt  dung dịch giảm Ngược lại khối lượng riêng  , độ nhớt ν, tổn thất nồng độ ∆ ’ tăng Đồng thời tăng nồng độ tăng điều kiện tạo thành cặn bám bề mặt truyền nhiệt, tính chất làm giảm khả truyền nhiệt thiết bị Hơi dung môi tách q trình đặc gọi thứ, thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác, dùng thứ để đun nóng cho thiết bị ngồi hệ thống ta gọi phụ Q trình đặc tiến hành thiết bị cô đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục gián đoạn Qúa trình đặc tiến hành áp suất khác tùy theo yêu cầu kĩ thuật, làm việc áp suất thường GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13 Trường ĐHCN Hà Nội Đồ án Quá trình thiết bị dùng thiết bị hở, làm việc áp suất thấp dùng thiết bị kín đặc chân khơng có ưu điểm giảm bề mặt truyền nhiệt (khi áp suất giảm nhiệt độ sơi dung dịch giảm dần đến hiệu số nhiệt độ đốt dung dịch) Cô đặc nhiều nồi Cô đặc nhiều nồi trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa cao mặt sử dụng nhiệt Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi : Nồi đầu dung dịch đun nóng đốt, thứ bốc lên nồi đưa vào làm đốt nồi thứ hai, thứ nồi thứ hai đưa vào làm đốt nồi thứ ba, thứ nồi cuối hệ thống đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi trước đến nồi sau, qua nồi nồng độ dung dịch tăng dần lên dung môi bốc phần.Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt nồi phải có chênh lệch nhiệt độ đốt dung dịch sơi,hay nói cách khác chênh lệch áp suất đốt thứ nồi, nghĩa áp suất làm việc nồi phải giảm dần thứ nồi trước đốt nồi sau Thông thường nồi đầu làm việc áp suất dư, nồi cuối làm việc áp suất thấp áp suất khí Hệ thống cô đặc nhiều nồi sử dụng phổ biến thực tế sản xuất Ưu điểm bật loại dung dịch tự di chuyển từ nồi trước nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi, nhiệt độ sôi nồi trước lớn nhiệt độ sơi nồi sau, dung dịch vào nồi ( trừ nồi đầu ) có nhiệt độ cao nhiệt độ sơi, kết dung dịch làm lạnh đi, lượng nhiệt bốc thêm phần nước q trình tự bốc Nhược điểm nhiệt độ nồi sau thấp nồng độ lại cao so với nồi trước nên đọ nhớt dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13 Trường ĐHCN Hà Nội Đồ án Quá trình thiết bị truyền nhiệt hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Hơn dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp nhiệt độ sơi nên cần tốn thêm lượng đốt để đun nóng dung dịch Trong cơng nghệ hóa chất thực phẩm, đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sơi với mục đích: + Làm tăng nồng độ chất hòa tan dung dịch + Tách chất hòa tan dạng rắn (kết tinh) + Tách dung môi dạng nguyên chất vv… II Giới thiệu chung sản phẩm HNO3 Axit Nitric ( HNO3) hợp chất vô quan trọng sử dụng phổ biến cơng nghiệp hóa chất phân bón Phân bón chứa amoni sunfat có tác dụng làm giảm pH cho đất Ngồi sử dung thành phần thuốc diệt cỏ,thuốc sát trùng, thuốc trừ sâu…Trong hóa sinh kết tủa axit nitric phương pháp chung để làm protein Axit Nitric tạo thành từ phản ứng amoniac Axit Nitric Có thể tồn dạng bột khô dung dịch dạng khô hình thành từ việc phun axit sunfuric vào phịng kín chứa đầy khí amoniac Amoni sunfat sản xuất từ thạch cao Ở nhiệt độ 2500C Axit Nitric bị phân hủy GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13 Trường ĐHCN Hà Nội Đồ án Q trình thiết bị SƠ ĐỒ MƠ TẢ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT I.Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc xuôi chiều làm việc liên tục : Chú thích sơ đồ: Thùng chứa dung dịch đầu Bơm Thùng cao vị Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc Thùng chứa nước Thùng chứa sản phẩm 10.Thiết bị ngưng tụ Baromet 11.Thiết bị tách bọt 12.Bơm chân khơng 13 Khóa 14 Buồng bốc 15.Buồng bốc GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13 Trường: ĐHCN Hà Nội GVHD: Nguyễn Văn Mạnh Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học SV: Nguyễn Đình Long Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học II.Ngun lý làm việc: Dung dịch đầu HNO3 bơm( 6) đưa vào thùng cao vị (số 5) từ thùng chứa, sau chảy vào thiết bị trao đổi nhiệt (3) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch đun nóng sơ đến nhiệt độ sơi vào nồi Ở nồi 1, dung dịch tiếp tục đun nóng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy ống truyền nhiệt, đốt đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Nước ngưng đưa khỏi phòng đốt cửa tháo nước ngưng Dung môi bốc lên phòng bốc gọi thứ, thứ trước khỏi nồi cô đặc đưa qua phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc theo thứ qua bọt Hơi thứ khỏi nồi làm đốt cho nồi Dung dịch từ nồi tự di chuyển sang nồi thứ có chênh lệch áp suất làm việc nồi, áp suất nồi sau nhỏ áp suất nồi trước Nhiệt độ nồi trước lớn nhiệt độ nồi sau, dung dịch vào nồi có nhiệt độ cao nhiệt độ sơi, kết dung dịch làm lạnh, lượng nhiệt làm bốc thêm lượng dung môi gọi trình tự bốc Nhưng dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp nhiệt độ sơi dung dịch cần phải tiêu tốn thêm lượng đốt để đun nóng dung dịch, đặc xi chiều dung dịch trước đưa vào nồi đầu đun nóng sơ Dung dịch sản phẩm nồi đưa vào thùng chứa sản phẩm Hơi thứ bốc khỏi nồi thứ đưa vào thiết bị ngưng tụ barômet Trong thiết bị ngưng tụ nước làm lạnh từ xuống cần ngưng từ lên, ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống baromet (10) ngồi, cịn khí khơng ngưng qua thiết bị thu hồi bọt vào bơm hút chân không GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long Trường: ĐHCN Hà Nội w Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học 4.F 4.8878  0,6734 m/s  0,6 3600. d  3600.3,14.0,04 1067,24 -Trở lực tiêu tốn để thắng lực đường ống đẩy hút là: P hm=  g P áp suất tồn phần để thắng tất sức cản thủy lực đường ống dòng chảy đẳng nhiệt: P  Pđ  Pm  Pt  Pk  Pcb ( CT II.53-ST1/376) Trong đó: + Pđ : áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống dẫn: Pđ   w2 Với:  : khối lượng riêng chất lỏng w : vận tốc lưu thể Pđ  1067,24.0,6 192 ,1 (N/m²) 242.04 + Pm : áp suất khắc phục trở lực dòng chảy ổn định ống thẳng Pm =  L L  w Pđ =  d td dtd Với: dtd; điều kiện ống L: chiều dài ống dẫn Chọn L= 18m  :hệ số ma sát Chỉ số Reynold: Re = w.d   ;  : độ nhớt hỗn hợp đầu nhiệt độ sôi GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SV: Nguyễn Đình Long Trường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học Có  = 0,35.10¯³(N.S/m²)  Re  0,6.0,07.1067,24  12,81.10  10 3 0,35.10  dtd  Ta có: Regh=    1, 07.10     dtd   3, 49.105     Ren= 220  Nhận thấy Regh