TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH CaCl2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Đề Tài TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH CaCl2 Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện: Hồ Dương Phụng MSSV: 18029701 Lớp: DHVC14 Khóa : 2018-2022 Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHCN TP HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc _ TÍNH TỐN HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHOA: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC BỘ MƠN: MÁY & THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN: HỒ DƯƠNG PHỤNG MSSV: 18029701 LỚP HP: …… Tên nhiệm vụ: Tính tốn hệ thống thiết kế thiết bị đặc nồi liên tục dùng để cô đặc dung dịch CaCl với suất theo nhập liệu 2400 kg/h Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) a Số liệu ban đầu: - Nồng độ 17% khối lượng - Nồng độ cuối 38% khối lượng - Các thống số khác tự chọn b Yêu cầu: - Tổng quan quy trình cơng nghệ PFD - Cân vật chất cân lượng cho tồn hệ thống cơng nghệ PFD - Tính tốn chi tiết cho thiết bị quy trình công nghệ PFD c Bản vẽ: - Bản vẽ qui trình cơng nghệ PFD (1 A1) - Bản vẽ chi tiết thiết bị (1 A1) Ngày giao nhiệm vụ tập lớn: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ tên người hướng dẫn: ThS Nguyễn Minh Tiến Tp Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 08 năm 2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Minh Tiến LỜI CẢM ƠN Đối với sinh viên năm thứ tư đại học, môn học Đồ án Quá trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Bên cạnh đó, cịn giúp sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết số thiết bị với số liệu cụ thể thông dụng Cô đặc nồi dung dịch CaCl2 đồ án thực hướng dẫn nhiệt tình Th.S Nguyễn Minh Tiến, mơn Q trình thiết bị - Khoa cơng nghệ hóa học, trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình chu đáo thầy Nguyễn Minh Tiến thầy môn Quá Trình va Thiết Bị người bạn giúp đỡ tơi thực xong đồ án Vì đồ án đề tài lớn tơi, điều thiếu xót hạn chế khơng thể tránh khỏi Mong đóng góp ý kiến, dẫn từ thầy bạn bè để củng cố thêm kiến thức chuyên môn Tôi xin chân thành cảm ơn người NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: Tp HCM, ngày Chủ nhiệm môn tháng năm Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số: ………………………………Điểm chữ Tp HCM, ngày Chủ nhiệm môn tháng năm Giáo viên phản biện MỤC LỤC Chương Tổng quan 1.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu CaCl2 .1 1.2 Định nghĩa cô đặc 1.3 Các phương pháp cô đặc 1.4 Bản chất cô đặc nhiệt 1.5 Ứng dụng cô đặc .2 Chương Sơ đồ PFD 2.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi CaCl2 2.2 Thuyết minh quy trình .6 Chương Cân vật chất lượng 3.1 Dữ kiện ban đầu 3.2 Cân vật chất 3.2.1 Suất lượng tháo liệu (Gc) 3.2.2 Tổng lượng thứ bốc lên (W) 3.3 Tổn thất nhiệt độ .9 3.3.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng (Δ’) 10 3.3.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thuỷ tĩnh (Δ’’) .10 3.3.3 Tổng tổn thất nhiệt độ: 11 3.3.4 Nhiệt dung riêng dung dịch CaCl2: .12 3.4 Cân lượng .14 3.4.1 Cân lượng thiết bị gia nhiệt E-101 .14 3.4.2 Cân lượng thiết bị cô đặc 15 3.4.3 Cân lượng thiết bị ngưng tụ E-102 16 3.4.4 Cân lượng thiết bị làm nguội sản phẩm E-103 17 Chương Thiết kế thiết bị 19 Tính tốn truyền nhiệt cho thiết bị đặc 19 4.1 Hệ số cấp nhiệt đốt: 19 4.2 Nhiệt tải riêng phía ngưng: 19 4.2.1 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch tsdd(Ptb): .20 4.2.2 Hệ số cấp nhiệt dung dịch: 20 4.2.3 Nhiệt tải riêng phía dung dịch: 21 4.2.4 Nhiệt tải riêng trung bình: 22 4.3 Tổng trở vách: 22 4.4 Hệ số truyền nhiệt tổng quát cho trình đặc: 22 4.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt: 22 Chương 5.1 Tính kích thước thiết bị cô đặc 23 Tính kích thước buồng bốc 23 5.1.1 Đường kính buồng bốc 23 5.1.2 Chiều cao buồng bốc (Hb) 25 5.2 Tính kích thước buồng đốt 25 5.2.1 Chọn kích thước ống truyền nhiệt: 25 5.2.2 Số ống truyền nhiệt: 26 5.2.3 Đường kính ống tuần hồn trung tâm: 26 5.2.4 Chiều cao buồng đốt 27 5.2.5 Đường kính buồng đốt: 27 5.3 Tính kích thước ống dẫn 28 5.3.1 Ống nhập liệu 28 5.3.2 Ống tháo liệu 29 5.3.3 Ống dẫn đốt .29 5.3.4 Ống dẫn nước ngưng .29 5.3.5 Ống dẫn thứ .30 5.3.6 Ống dẫn khí khơng ngưng: .30 Chương 6.1 Tính tốn tính bền khí cho chi tiết thiết bị cô đặc .32 Tính cho thiết bị buồng đốt .32 6.1.1 Sơ lược cấu tạo: 32 6.1.2 Tính tốn 32 6.2 Tính cho buồng bốc 35 6.2.1 Sơ lược cấu tạo 35 6.2.2 Tính tốn 35 6.3 Tính cho đáy thiết bị 39 6.3.1 Sơ lược cấu tạo 39 6.3.2 Tính tốn 39 6.4 Tính tốn cho nắp thiết bị 45 6.4.1 Sơ lược cấu tạo 45 6.4.2 Tính tốn 46 6.5 Tính mặt bích 48 6.5.1 Sơ lược cấu tạo 48 6.5.2 Mặt bích nối buồng bốc buồng đốt .48 6.5.3 Mặt bích nối buồng đốt đáy: .49 6.5.4 Mặt bích nối nắp buồng bốc: .49 6.6 Tính vỉ ống .50 6.6.1 Sơ lược cấu tạo: 50 6.6.2 Tính cho vỉ ống buồng đốt .50 6.6.3 Tính cho vỉ ống buồng đốt 52 6.7 Khối lượng tai treo 54 6.7.1 Buồng đốt 54 6.7.2 Buồng bốc 54 6.7.3 Phần hình nón cụt buồng bốc buồng đốt 55 6.7.4 Đáy nón 55 6.7.5 Nắp ellipse .56 6.7.6 Ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm 56 6.7.7 Mặt bích 56 6.7.8 Bu lông ren 57 6.7.9 Đai ốc .58 6.7.10 Vỉ ống .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Chương 1.1 Tổng quan Giới thiê ̣u chung về nguyên liê ̣u CaCl2 Canxi clorua (CaCl2) hợp chất ion canxi gồm yếu tố (một kim loại kiềm thổ) clo Nó một, khơng màu khơng mùi, nontoxic giải pháp, sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác ứng dụng giới Canxi clorua (CaCl2), dạng lỏng, giải pháp hút ẩm cao hòa tan tỏa nhiệt Khả để vẽ độ ẩm từ mơi trường xung quanh mình, chống lại bốc hơi, nhiệt phát hành phản ứng hóa học làm cho chất hồn hảo cho việc xây dựng bảo trì đường bộ, bao gồm băng kiểm soát bụi ổn định Ứng dụng Calcium Chloride: •Cơ sở ổn định cho xây dựng đường •Freeze-hiê ̣u đinh cát để áp dụng đường mùa đông •Nước thải tinh chế viện trợ, flocculent, bãi bỏ phốt phát fluorides • Bơm vữa đại lý cho mỏ giếng dầu • Mơi trường phụ gia cho xi măng lị nung • Nitơ ức chế cho nhà máy phân bón •Muối thay thức ăn động vật (như bổ sung cho thiếu hụt canxi) • Phân bón hữu canxi •Lạnh chất lỏng •Lỏng kiểm sốt mùi •Điều chỉnh độ pH đất •Chất chống đơng cho xe vui chơi giải trí, quăn & rinks trượt băng nhiều 1.2 Định nghĩa cô đặc Cô đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hoà tan dung dịch gồm hai nhiều cấu tử Q trình đặc dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sơi cao thường tiến hành cách tách phần dung mơi (cấu tử dễ bay hơn); q trình vật lý – hố lý Tuỳ theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó), ta tách phần dung môi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng) phương pháp làm lạnh kết tinh 1.3 Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức đó, cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết; thường kết tinh dung mơi để tăng nồng độ chất tan Tuỳ tính chất cấu tử áp suất bên tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp ta phải dùng máy lạnh 1.4 Bản chất cô đặc nhiệt Để tạo thành (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực q trình Bên cạnh đó, bay xảy chủ yếu bọt khí hình thành trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hồn tự nhiên nồi đặc Tách khơng khí lắng keo (protit) ngăn chặn tạo bọt cô đặc 1.5 Ứng dụng cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… Trong sản xuất hố chất, ta cần đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl 2, muối vô cơ… Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù cô đặc (chọn theo cách tính buồng bốc) Ca – hệ số bổ sung ăn mòn; mm D’ – đường kính tính tốn đáy; mm So sánh: Ống dẫn thứ Dt = 250 mm > dmax ⇒ Cần tăng cứng cho lỗ ống dẫn thứ, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng bề dày nắp (8 mm) 6.5 Tính mặt bích 6.5.1 Sơ lược cấu tạo Bu lơng bích làm từ thép CT3 Mặt bích dùng để nối nắp thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt buồng đốt với đáy thiết bị Chọn bích liền thép, kiểu (bảng XIII.27, trang 417, [2]) Các thông số mặt bích: Dt đường kính trong, mm D đường kính ngồi mặt bích, mm Db đường kính vịng bu lơng, mm D1 đường kính đến vành ngồi đệm, mm D0 đường kính đến vành đệm, mm db đường kính bu lơng, mm Z số lượng bu lông, h chiều dày mặt bích, mm Chọn mặt bích 6.5.2 Mặt bích nối buồng bốc buồng đốt Buồng đốt buồng bốc nối với theo đường kính buồng đốt Dt= 1000mm 47 Áp suất tính tốn buồng đốt 0,135 N/mm2 Áp suất tính tốn buồng bốc 0,1347 N/mm2  Chọn dự phòng áp suất thân Py= 0,6 N/mm2 để bích kín than Các thơng số bích tra từ bảng XIII.27, trang 420, [2] ĐÁY – BUỒNG ĐỐT Kích thước nối Py Dt N/mm2 Mm 0,6 1000 D Db D1 D0 Mm 1140 1090 1060 Kiểu bích 1013 Bu lơng Db Z h δ đệm Mm mm mm M20 28 28 6.5.3 Mặt bích nối buồng đốt đáy: Buồng đốt đáy nối với theo đường kính buồng đốt Dt= 1000mm Áp suất tính tốn buồng đốt 0,1347 N/mm2 Áp suất tính tốn đáy 0,1877 N/mm2  Chọn dự phòng áp suất thân Py= 0,6 N/mm2 để bích kín thân Các thơng số bích tra từ bảng XIII.27, trang 420, [2] ĐÁY – BUỒNG ĐỐT Kích thước nối Py Dt N/mm2 Mm 0,6 1000 D Db D1 D0 Mm 1140 1090 1060 1013 Kiểu bích Bu lơng Db Z h δ đệm Mm mm mm M20 28 28 48 6.5.4 Mặt bích nối nắp buồng bốc: Buồng bốc nắp nối với theo đường kính buồng đốt Dt= 1200mm Áp suất tính toán buồng bốc nắp 0,1347 N/mm2  Chọn dự phòng áp suất thân Py= 0,3 N/mm2 để bích kín thân Các thơng số bích tra từ bảng XIII.27, trang 420, [2] ĐÁY – BUỒNG ĐỐT Kích thước nối Py Dt N/mm2 Mm 0,3 1200 6.6 D Db D1 D0 Mm 1340 1290 1260 1213 Kiểu bích Bu lơng Db Z h δ đệm mm mm mm M20 32 25 Tính vỉ ống 6.6.1 Sơ lược cấu tạo: Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị Vỉ ống phải giữ chặt ống truyền nhiệt bền tác dụng ứng suất Dạng vỉ ống giữ nguyên trước sau nong Vật liệu chế tạo thép không gỉ OX18H10T Nhiệt độ tính tốn vỉ ống t t=t D=119,6 ℃ Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn vật liệu t t [σ ¿¿ u]¿ =120 N /mm2 ¿ (hình 1-2, trang 16, [7]) Chọn hệ số hiệu chỉnh η=1  Ứng suất uốn cho phép vật liệu tt [σ ]u=η [σ ]u∗¿ 1.120=120 N /mm2 Tính tốn 49 6.6.2 Tính cho vỉ ống buồng đốt Chiều dày tính tốn tối thiểu phía ngồi vỉ ống h1’ xác định theo công thức 847, trang 181, [7] √ h’= D t K P0 0,135 = 1000.0,3 = 10,06 mm 120 [ σ ]u √ Trong đó: K= 0,3 hệ số chọn (trang 181, [7]) Dt đường kính buồng đốt, mm p0 áp suất tính tốn ống, N/mm2 [σ ]u ứng suất uốn cho phép vật liệu tt, N/mm2 Chọn h1’ = 10 mm Chiều dày tính tốn tối thiểu phía ống h’ xác định theo cơng thức 8-48, trang 181,[7] h’= Dt K √ P0 [ σ ] u φ0 Trong đó: K= 0,5 hệ số chọn (trang 181, [7]) 0 hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ 0 = D n−¿∑ d ¿ ¿ Dn Với: Dn= 1000mm đường kính vỉ ống, mm d tổng đường kính lỗ bố trí đường kính vỉ, mm d= 6.25+1000= 423 mm 0 = D n−¿∑ d 1000−423 ¿= = 0,577