ĐỒ ÁN HOÁ CÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH - THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MƠN HỌC TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC HAI NỒI XI CHIỀU LÀM VIỆC LIÊN TỤC VỚI DUNG DỊCH NaCl Người thiết kế Lớp, khóa Người hướng dẫn : Nguyễn Văn Sơn : KTHH 07 – K62 : TS Vũ Thị Phương Anh HÀ NỘI 2021 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440 (Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư) Họ tên: Nguyễn Văn Sơn MSSV: 20175136 Lớp: KTHH 07 Khóa: 62 I Đầu đề thiết kế Tính tốn thiết kế hệ thống đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục - Loại thiết bị: Thiết bị đặc có phịng đốt ngồi - Dung dịch cần cô đặc: Natriclorua -NaCl II Các số liệu ban đầu - Năng suất: 8500 kg/h - Chiều cao ống gia nhiệt: m - Nồng độ đầu dung dịch: 5% - Nồng độ cuối dung dịch: 25% - Áp suất đốt nồi 1: 4.8 at - Độ chân không: 0,2 at III Nội dung phần thuyết minh tính tốn Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4) Tính toán kỹ thuật thiết bị chính Tính khí thiết bị chính Tính chọn thiết bị phụ (lựa chọn 03 thiết bị phụ dây chuyền công nghệ) Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: Khổ A4 - Bản vẽ lắp thiết bị chính: Khổ A1 V Cán hướng dẫn: TS Vũ Thị Phương Anh VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm 2021 VII Ngày phải hoàn thành: ngày tháng năm 2021 Phê duyệt Bộ môn Ngày tháng năm 2021 Người hướng dẫn Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU I, CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1, Tổng quan về q trình đặc 1.1, Giới thiệu 1.2, Phân loại thiết bị cô đặc .2 2, Tổng quan về dung dịch NaCl 2.1, Giới thiệu chung 2.2, Điều chế .4 2.3, Ứng dụng 3, Sơ đồ công nghệ .5 II, TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ 1, Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W .8 2, Xác định lượng lượng thứ bốc nồi 3, Xác định nồng độ cuối dung dịch nồi 4, Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống P .9 5, Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi 6, Xác định áp suất, nhiệt độ thứ khỏi nồi 10 7, Xác định tổn thất nhiệt độ nồi 11 7.1, Tính tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao: Δi’’ 11 7.2, Tính tổn thất nhiệt độ nồng độ: Δi’ 12 7.3, Tính tổng tổn thất nhiệt độ hệ thống 13 8, Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống .13 9, Thiết lập phương trình cân nhiệt lượng để tính lượng đốt Di lượng thứ Wi nồi 14 10, Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi 18 10.1, Tính hệ số cấp nhiệt α1 ngưng tụ .18 10.2, Tính nhiệt tải riêng về phía ngưng tụ .19 10.3, Tính hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 20 10.4, Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch 25 10.5, So sánh q1i q2i .25 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh 11, Xác định hệ số truyền nhiệt nồi 26 12, Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi 27 13, So sánh tính theo giả thiết phân bố áp suất .27 14, Tính bề mặt truyền nhiệt .28 III, TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 29 1, Thiết bị ngưng tụ baromet .29 1.1, Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 29 1.2, Tính đường kính D thiết bị ngưng tụ 30 1.3, Kích thước ngăn 30 1.4, Tổng diện tích bề mặt lỗ mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ 31 1.5, Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ .31 1.6, Kích thước ống Baromet 32 1.7, Lượng khí không ngưng 34 2, Tính tốn bơm chân khơng 34 3, Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 35 3.1, Nhiệt lượng trao đổi Q .35 3.2, Hiệu số hữu ích 36 3.3, Hệ số cấp nhiệt cho lưu thể 36 3.4, Nhiệt tải riêng về phía ngưng tụ .37 3.5, Hệ số cấp nhiệt phía cuối hỗn hợp chảy xốy 37 IV, TÍNH TỐN CƠ KHÍ .40 1, Buồng đốt 40 1.1, Xác định số ống buồng đốt đường kính buồng đốt 41 1.2, Tính chiều dày phòng đốt 42 1.3, Tính chiều dày lưới ống 44 1.4, Tính chiều dày đáy lồi phòng đốt .45 1.5, Tra bích để lắp vào thân 47 2, Buồng bốc 47 2.1, Thể tích phòng bốc .47 2.2, Chiều cao đường kính phòng bốc 48 2.3, Chiều dày phòng bốc 48 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh 2.4, Chiều dày nắp buồng bốc 49 2.5, Tra bích để lắp vào thân buồng bốc 50 3, Một số chi tiết khác 51 4, Tính chọn tai treo 55 4.1, Tính khối lượng nồi không Gnk 55 4.2, Tính khối lượng nước đổ đầy rong nồi Gnd 58 4.3, Tính khối lượng nồi thủy lực 58 5, Chọn kính quan sát 60 6, Tính bề dày lớp cách nhiệt 60 V, TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 VI, KẾT LUẬN 61 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh LỜI MỞ ĐẦU Nhiệm vụ mợt kĩ sư hóa học phải biết thiết kế mợt thiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ sản xuất, chính nên sinh viên Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhận đồ án môn học: “ Quá trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học” Việc thực hiện đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức mơn học Trên sở kiến thức mợt số mơn khoa học khác có liên quan, sinh viên tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn q trình cơng nghệ Qua việc làm đồ án môn học này, sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu việc tra cứu, vận dụng kiến thức,quy trình tính tốn thiết kế, tự nâng cao kĩ trình bày thiết kế theo văn phòng khoa học nhìn nhận vấn đề mợt cách có hệ thống Trong đồ án mơn học này, nhiệm vụ phải hồn thành thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, buồng đốt với dung dịch NaCl , suất 8500 kg/h, nồng độ dung dich ban đầu 5%, nồng độ sản phẩm 25% Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiệm thực tế nhiều mặt khác nên khơng tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong nhận đóng góp ý kiến, xem xét dẫn thêm thầy để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn TS Vũ Thị Phương Anh hướng dẫn em hoàn thành đồ án này! Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh PHẦN I, CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1, Tổng quan về q trình đặc 1.1, Giới thiệu - Cơ đặc q trình làm bay một phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sôi, với mục đích: + Làm tăng nồng độ chất tan + Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể + Thu dung môi dạng nguyên chất - Đặc điểm trình đặc dung mơi tách khỏi dung dịch dạng cịn chất tan khơng bay giữ lại dung dịch, q trình chưng cất dung mơi lẫn chất tan đều bay - Cô đặc tiến hành trạng thái sôi, nghĩa áp suất riêng phần dung môi bề mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị Q tình tiến hành hệ thống một thiết bị cô đặc, hay hệ thống nhiều thiết bị cô đặc thực hiện gián đoạn hoặc liên tục Hơi bay q trình đặc gọi “hơi thứ” thường có nhiệt đợ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên sử dụng làm đốt cho nồi cô đặc Nếu “hơi thứ” sử dụng ngồi dây chùn đặc gọi “hơi phụ” - Q trình đặc tiến hành áp suất khác (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư) Khi làm việc áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở; làm việc áp suất khác ta dùng thiết bị kín 1.2, Phân loại thiết bị đặc * Dựa vào chế độ tuần dồn dung dịch: Loại 1: Dung dịch tuần hoàn tự nhiên: dựa vào chênh lệch khối lượng riêng dung dịch, dùng để đặc dung dịch lỏng có đợ nhớt thấp VD: + Thiết bị cô đặc ống tuần hồn trung tâm + Thiết bị đặc phịng đốt treo + Thiết bị đặc phịng đốt ngồi  Để tăng hiệu cô đặc rút ngắn thời gian người ta dùng thêm bơm, ta có loại sau: Loại 2: Dung dịch tuần hoàn cưỡng bức: dùng thêm bơm để tăng vận tốc dung dịch lên 1,5 – 3,5 m/s nhằm tăng hệ số cấp nhiệt, dùng cho dung dịch đặc, có đợ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Nhóm 3: Dung dịch chuyển đợng dọc theo bề mặt truyền nhiệt thành màng mỏng từ lên trên, thời gian bay nhanh giúp giảm khả biến chất sản phẩm, thích hợp cho dung dịch thực phẩm nước trái cây, hoa ép….VD: Thiết bị cô đặc loại màng Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh * Dựa vào áp suất thiết bị cô đặc: - Cơ đặc chân khơng dùng cho dung dịch có nhiệt độ sôi cao dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, ngồi cịn làm tăng hiệu số nhiệt đợ đốt nhiệt đợ sơi trung bình dung dịch dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Cơ đặc chân khơng nhiệt đợ sơi dung dịch thấp nên tận dụng nhiệt thừa trình sản xuất khác (hoặc sử dụng thứ) cho q trình đặc - Cơ đặc áp suất cao áp suất khí thường dùng cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao thứ sử dụng cho trình đặc q trình đun nóng khác - Cơ đặc áp suất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi không khí Phương pháp đơn giản không kinh tế Trong hệ thống thiết bị cô đặc nhiều nồi nồi thường làm việc áp suất lớn áp suất khí quyển, nồi sau làm việc áp suất chân không * Dựa vào bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng * Dựa vào chất tải nhiệt: đun nóng (hơi nước bão hịa, q nhiệt), khói lị, chất tải nhiệt có nhiệt đợ cao (dầu, nước áp suất cao,…), dòng điện * Dựa vào cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngồi, ống xoắn, ống chùm… 2, Tổng quan về dung dịch NaCl 2.1, Giới thiệu chung - NaCl một hợp chất hóa học có tên gọi Natrichorua hay cịn gọi muối ăn ,muối mỏ - NaCl chất điện ly mạnh phân ly hoàn toàn nước sản phẩm ion âm dương, muối axit mạnh bazo mạnh nên mang tính trung tính - Ứng dụng nhiều ngành khác công nghiệp giấy, thuốc nhuộm, chăn nuôi, y tế đời sống - Tính chất vật lý: + NaCl Chất rắn màu trắng hoặc không màu + Khối lượng mol: 58,5 g/mol + Khối lượng riêng: 2,16 g/cm3 (16 °C) + Điểm nóng chảy: 801°C + Tan nhiều nước (13,3 g/100 mL (0 °C), 36 g/100 mL (25 °C), 247 g/100 mL (100 °C)) - Tính chất hóa học: +NaCl có tính Oxy hóa cao, phân li hồn tồn nước, tạo ion âm dương Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh + Tác dụng với muối Ag+ (phản ứng trao đổi): NaCl + AgNO3 -> AgCl + NaNO3 + Tác dụng với nước: Ứng dụng để sản xuất HCl 2.2, Điều chế  Axit tác dụng với bazo HCl + NaOH → NaCl + H20 Na2Cr2O7 + 14HCl→ 2NaCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H20  Sục khí clo vào dung dịch kiềm 2NaOH (ng̣i, lỗng) + Cl2 → NaCl + NaClO + H20 5NaOH (nóng) + 3Cl2 → NaClO3 + 3H20 + 5NaCl  Clo đẩy brom iot khỏi muối bromua iotua 2NaBr + Cl2→ 2NaCl + Br2 2NaI + Cl2 → 2NaCl + I2  Thủy phân hợp chất chứa oxy bền với nhiệt NaClO3 2NaClO3 ( xúc tác MnO2, đun nóng) → 2NaCl + 3O2  Đun nhẹ hỗn hợp bão hòa NH4Cl NaNO2 2.3, Ứng dụng        Trong công nghiệp, muối tinh khiết tiêu thụ hàng năm toàn giới khoảng 200 triệu tấn: Đối với sản xuất da, giày: người ta dùng muối để bảo vệ da Trong sản xuất cao su: muối dùng để làm trắng loại cao su Trong dầu khí: muối thành phần quan trọng dung dịch khoan giếng khoan Từ muối chế loại hóa chất dùng cho ngành khác sản xuất nhôm, đồng, thép, điều chế nước Javel, cách điện phân nóng chảy hoặc điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn Trong nơng nghiệp, trồng trọt Trong chăn nuôi gia súc, gia cầm: muối dùng để cân trình sinh lý thể giúp gia súc, gia cầm tăng trưởng nhanh, giảm bệnh tật Phân loại hạt giống theo trọng lượng Làm yếu tố vi lượng trộn với loại phân hữu để tăng hiệu phân bón Natri Clorua thực phẩm Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh  Là thành phần chính muối ăn sử dụng phổ biến đồ gia vị chất bảo quản thực phẩm Dùng muối để ướp thực phẩm sống tôm, cá, để không bị ươn, ôi trước thực phẩm nấu  Khử mùi thực phẩm, giữ cho trái không bị thâm  Tăng hương vị, kiểm sốt q trình lên men thực phẩm Natri Clorua y tế  Muối tinh khiết dùng để sát trùng vết thương, trị cảm lạnh dùng để pha huyết thanh, thuốc tiêu độc một số loại thuốc khác để chữa bệnh cho người  Là một yếu tố thiết yếu cuộc sống người thành phần chủ yếu muối natri clo hai nguyên tố đóng vai trò quan trọng việc cân thể dịch thể, đảm bảo cho tế bào hoạt đợng bình thường  Cung cấp muối khống cho thể thiếu nước  Muối có tác dụng khử đợc, lọc thể, làm đẹp da, chữa viêm họng, làm trắng răng, chữa hôi miệng, Muối tinh khiết đời sống gia đình  Muối tinh khiết dùng để giữ hoa tươi lâu hơn, làm thớt, làm đồ thủy tinh  Giúp lau chùi tủ lạnh, chảo dính dầu mỡ, bàn ủi, tẩy vết rượu vang quần áo  Khử mùi hôi giày, đuổi kiến Ứng dụng Natri Clorua giao thông  Tại nước hàn đới, người ta sử dụng một lượng lớn muối để làm tan băng, tuyết đường Với nồng độ 23.3% nhiệt đợ thấp -21.2 đợ C, muối làm tan băng Nhiệt độ tốt để muối làm tan băng độ C.Ở Mỹ, gần 40% sản lượng muối sử dụng cho công việc 3, Sơ đồ công nghệ *Chú thích 1: Thùng chứa hỗn hợp đầu 2, 16, 17: Bơm 3: Thùng cao vị 4: Lưu lượng kế 5: Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6, 7: Thiết bị cô đặc buồng đốt 8: Thiết bị ngưng tụ Baromet 9: Cyclon tách bọt Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh P: áp suất làm việc thiết bị ( ) áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng buồng đốt Hdd = Hống + hb+h+h1 = + 0,25+0,025+0,4 = 4,675 m áp suất thứ nồi, = 1,78 at = 174183 (N/m2)  (N/m2) Xét > 50 nên bỏ qua P mẫu số, biểu thức viết dạng là: (m) Đại lượng bổ sung C, S-C < 10mm nên ta thêm 2mm so với C đó:  S= Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [4-384] lấy S = mm  Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: (N/m2) [4-486] Với Po =1,5.Phơi+ 1,5.1,78.9,81.104 + = 247797,5 (N/m2)  (N/m2) Độ bền đảm bảo an toàn, chiều dày đáy elip buồng đốt S = mm 1.5 Tra bích lắp đáy thân, số bulong cần thiết để lắp ghép Tra bảng XIII.27 [4-420], bích liền ghép thép để nối thiết bị Ta có bảng: Kích thước nối Pb.10-6 Dt Bu lông D (N/m2) Db D1 1000 1140 (mm) 1090 (mm) 1060 Do (mm) (mm) 0,6 Kiểu bích db z h (mm) (cái) (mm) M20 28 (mm) 1013 30 45 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Buồng bốc Nhiệm vụ buồng bốc tạo không gian khả thu hồi bọt 2.1 Thể tích phịng bốc (m3) [4-71] Trong đó: W: lượng bốc lên thiết bị (W=W1 = 3360,24 (kg/h) : khối lượng riêng thứ, �h= 0,857 (kg/m3) cường độ bốc thể tích cho phép khoảng không gian (thể tích bốc một đơn vị thể tích khoảng không gian một đơn vị thời gian), m3/m3.h Cường độ bốc thứ phụ thuộc vào nồng độ dung dịch áp suất thứ Ở điều kiện áp suất P = at Utt(1at) = 1600 → 1700 m3/m3.h Chọn Utt(1at) = 1618,54 cường độ bốc P = at Khi P 1at Utt = f.Utt(1at) f: hệ số hiệu chỉnh tra đồ thị VI.3 [4-72] Pht = 1,78 at => f = 0,9 => Utt = 0,85.1618,54 = 1375,76 m3/m3.h  (m3) 2.2 Chiều cao đường kính phịng đốt (m) 46 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Chọn H = m, suy Dtrbb = 2.3 Chiều dày phòng bốc Vật liệu chế tạo thép X18H10T, tương tự thân buồng đốt Chiều dày tính theo công thức: (m) (*) Trong đó: Dtr: đường kính trong, Dtr = 1,1 m : ứng suất cho phép vật liệu, = 132.106 (N/m2) : hệ số hàn bền trụ theo phương dọc, hàn tay C: hệ số bổ sung, (C = 1,4 mm) P: áp suất thứ P = Pht = 1,65 at =161865 (N/m2) Ta thấy hệ số nên bỏ qua hệ số P mẫu Thay số ta có: Quy chuẩn chọn S = mm  Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: =< (N/m2) Po = 1,5.Pht + as cột nước =1,5 161865= 261927 (N/m2)   (N/m2) Vậy chiều dày buồng bốc S = mm hợp lí 2.4 Chiều dày nắp buồng bốc Nắp buồng bốc dạng elip có giờ, vật liệu chế tạo thép X18H10T Chiều dày nắp buồng bốc tính theo công thức sau: (m) (*) Trong đó: P: áp suất buồng bốc, P = Pht = 1,65 at = 161865 (N/m2) Dtr: đường kính phòng bốc hơi, Dtr = 1,1 (m) C: hệ số bổ sung, lấy C = 1,4 (mm) 47 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh : ứng suất cho phép vật liệu : hệ số bền hàn mối hàn hướng tâm: = 0,95 : chiều cao phần lồi nắp (dựa vào bảng XIII.10 [4-382], với Dtr = 1,1 m hb = 0,275 m) k: hệ số bền nắp, d: đường kính lỗ thoát thứ, (m) V: lưu lượng khỏi nồi: V = (m3/h) w: vận tốc nước bão hòa khỏi buồng bốc (w = 20 - 40 m/s), chọn w = 30 m/s  Quy chuẩn theo bảng XII.26 [4-415] ta d = 250 mm Tính lại: nằm vận tốc khuyến cáo  Xét > 30 nên bỏ qua hệ số P mẫu số biểu thức (*)  (m) Do S – C = mm < 10 mm nên phải tăng giá trị C lên thêm 2mm, C = + = mm  S = (m) Quy chuẩn S = m Lấy C = 5(mm)  Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: (N/m2)  (N/m2)  (N/m2) Vậy độ bền đảm bảo, chọn chiều dày nắp buồng bốc S = mm 2.5 Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc Tra bảng XIII.27 bích liền thép để nối thiết bị [4-42], ta có bảng Kích thước nối Pb.106 Dt (N/m2) (mm) D Db D1 Do Kiểu bích Bu lông 48 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP (mm) 0,3 1100 1240 (mm) 1190 (mm) 1160 GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Db z H (mm) (cái) (mm) M20 28 (mm) 1113 22 Tính tốn chi tiết khác 3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào tra bích để nối ống dẫn Đường kính ống dẫn dung dịch vào tính theo cơng thức: [4-74] Trong đó: vận tốc thích hợp hay chất lỏng ống, m/s V: lưu lượng chảy ống (m3/s) khối lượng riêng dung dịch hay ống (kg/m3) a) Ống dẫn đốt vào: D: lượng đốt vào nồi 1, D = 3692,03(kg/h) : khối lượng riêng đốt vào ống, tra bảng I.251 [3-315], với Phđ = 4,8 at (kg/m3)  V = (m3/h) Đối với đốt bão hoà , m/s, chọn = 30 m/s 49 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Do đó, Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [4-413] ta d = 150 mm Tính lại Vận tốc thực tế nằm khuyến cáo nên d = 150 mm thỏa mãn Tra bích buồng bốc, bảng XIII.26 [4-413]: Kích thước nối Pb.10-6 Dy Bu lông Dn D (mm) 150 159 (mm) 260 D1 (mm) 0,25 Kiểu bích (mm) 225 Db z h (mm) (cái) (mm) M16 (mm) 202 16 Tra bảng XIII.32 [4-434] kích thước chiều dài đoạn ống nối : l=130mm b) Ống dẫn dung dịch vào: Gđ: lưu lượng dung dịch đầu, Gđ = 8500 kg/h : khối lượng riêng dung dịch đầu, dung dịch vào có nồng đợ đầu 5%, tra bảng I.29 [3-37] nội suy, ta (kg/m3) �: vận tốc thích hợp dung dịch ống, với dung dịch NH4NO3 chất lỏng có đợ nhớt vừa phải, � = (0,5 ÷ 1) m/s chọn � = 0,7 (m/s) V: lưu lượng lỏng chảy ống, V=(m3/h) Do đó, dtr = Quy chuẩn theo bảng XII.26 [4-412], dtr = 70 mm Tính lại nằm khuyến cáo nên chọn d = 100 mm Tra bích buồng bốc, bảng XIII.26 [4-413] Kích thước nối Kiểu bích 50 Đồ án môn học Q trình thiết bị CNHH&TP Pb.10-6 Dy Bu lơng Dn (N/m2) D 70 76 (mm) 160 D1 (mm) (mm) 0,25 GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh (mm) 130 Db z h (mm) (cái) (mm) M12 (mm) 110 14 c) Ống dẫn thứ Như tính phần chiều dày nắp buồng bốc, đường kính ống dẫn thứ d = 250 mm Tra bích ống nối dẫn thứ với hệ thống bên ngoài, bảng XIII.26 [4-414]: Kích thước nối Pb.10-6 Dy Bu lông Dn (N/m2) D 250 273 (mm) 370 D1 (mm) (mm) 0,25 Kiểu bích (mm) 335 db z h (mm) (cái) (mm) M16 12 (mm) 312 22 d) Ống dẫn dung dịch Đã tính phần chiều dày đáy lồi buồng đốt, đường kính ống dẫn dung dịch d = 0,07 m = 70 mm 51 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Tra bích nối ống dẫn dung dịch với hệ thống bên ngoài, bảng XIII.26 [4-412]: Kích thước nối Pb.10-6 Dy Bu lông Dn (N/m2) D 70 76 D1 (mm) (mm) 0,25 Kiểu bích (mm) (mm) 160 130 db z h (mm) (cái) (mm) M12 (mm) 110 14 e) Ống tháo nước ngưng: Vì nước ngưng chất lỏng ít nên � = ÷ (m/s), chọn � = 1,5 (m/s) Coi lượng nước ngưng lượng đốt vào, V = (m3/h) Nhiệt độ nước ngưng coi nhiệt độ đốt, Tng = 149,46oC, tra bảng I.5 [3-11], (kg/m3) Do đó: Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [4-411], ta d= 0,04 m = 40 mm Tra bích buồng bốc bảng XIII.26 [4-412] Tính lại nằm khuyến cáo nên chọn d = 40 mm a) Ống tuần hoàn Tiết diện ống tuần hoàn lấy 20% tiết diện tất ống buồng đốt Tổng tiết diện ống là: Sống = n dống2 = 241 .0,0342 = 0,22 m2 Tiết diện ống tuần hồn ngồi là: 52 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh S = Sống.20% = 0,044 m2 Đường kính ống tuần hoàn là: S = d2 ⇒ d = 0,236 m Chọn đường kính ống tuần hồn ngồi d = 250 mm Tính chọn tai treo, chân đỡ Tính khối lượng nồi thử thủy lực: Gtl = Gnk + Gnd (N) Trong đó: Gnk: khối lượng nồi không Gnd: khối lượng nước đổ đầy nồi 4.1 Tính khối lượng nồi khơng Gnk a) Khối lượng đáy buồng đốt nắp buồng bốc (m1 m2) Tra bảng XIII.11 chiều dày khối lượng đáy elip có gờ với đáy buồng đốt: Dtr = 1000 mm, S = mm, h = 25 mm ta m1 = 38 (kg) Dtr = 1100 mm, S = mm, h = 25 mm ta m2 = 54,4 (kg) b) Khối lượng thân buồng đốt (m3): m3= V3 (kg) Trong đó: : khối lượng riêng thép X18H10T, =7900 kg/m3 tra từ bảng XII.7 [4-313] Kích thước nối Pb.10-6 (N/m2) 0,25 Dy (mm) 40 Dn (mm) D (mm) (mm) D1 (mm) 45 130 1000 80 Bu lông db z (mm) (cái) M12 Kiểu bích h (mm) 12 V3: thể tích thân buồng đốt V3 = H (Dn2 – Dtr2) (m3) H: chiều cao buồng đốt: m 53 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Dtr: đường kính buồng đốt, Dtr= m Dn: đường kính buồng đốt, Dn= Dtr+ 2.S =1 + 2.4.10-3 = 1,008 m m3 = 7900.4 (1,0082 – 12) = 398,68 (kg) c) Khối lượng thân buồng bốc (m4) m4 =.V4 (kg) Trong đó: : khối lượng riêng thép X18H10T, =7900 kg/m3 V4: thể tích thân buồng bốc, V4=H (Dn – Dtr2) H: chiều cao buồng bốc: m Dtr: đường kính buồng bốc, Dtr= 1,1 m Dn: đường kính buồng bốc, Dn= Dtr + 2.S =1,1+2.4.10-3 = 1,108 m m4 = 7900.3 (1,1082 – 1,12) = 328,64 (kg) d) Khối lượng bích ghép lắp vào thân buồng đốt (m5) m5 = .V5 (kg) V4 = h .(D2 – D02 – z.db2) (m3) V4 = 0,03 .(1,352 – 1,2132 – 28.0,0242) = 0,005 (m3) m5 = 4.7900 0,005 = 39,5 (kg) e) Khối lượng bích ghép thân buồng bốc với nắp buồng bốc (m6) m6 = .V6 (kg) V6 = h .(D2 – D02 – z.db2) (m3) V6 = 0,022 (1,752 – 1,6132 – 28.0,0242) = 0,0038 (m3) m6 = 2.7900.0,0038= 30,02 (kg) f) Khối lượng hai lưới đỡ ống (m7): m7 = .V7 (kg) Trong đó: : khối lượng riêng thép X18H10T, = 7900kg/m3 V7: thể tích lưới đỡ ống V7 = S (Dtr2 – n.dn2) (m3) S: chiều dày lưới đỡ ống, S =15 mm 54 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Dtr: đường kính buồng đốt, Dtr = m n: số ống truyền nhiệt, n = 223 ống dn: đường kính ống truyền nhiệt, dn= 38mm V7 = 0,015 (12 - 223.0,0382) = 0,079 (m3) m7 = 2.7900.0,079 = 1248,2 (kg) g) Khối lượng ống truyền nhiệt (m8) m8 = n .V8 (kg) Trong đó: : khối lượng riêng thép X18H10T, = 7900 (kg/m3) n: số ống truyền nhiệt, n=223 ống V8= h .(dn2 – dtr2) = .(0,0382 – 0,0342) = 1,13.10 -3 (m3) m8= n .V8 = 223.7900 1,13.10 -3 = 1990,72 (kg) h) Khối lượng phần nối ống tuần hoàn thân buồng bốc (m9): m9= V9 (kg) : khối lượng riêng thép X18H10T, = 7900 kg/m3 V9: thể tích phần nón cụt V= h [ (Dn2 + dn2 +Dn.dn) – (Dtr2 + dtr2+Dtr.dtr) ] Dtr: đường kính to phần nón cụt, Dtr = 1,1 m Dn: đường kinh to phần nón cụt, Dn = 1,124 m dtr: đường kính nhỏ phần nón cụt, dtr = 0,25 m dn: đường kính nhỏ ngồi phần nón cụt, dn = 0,274 m H: chiều cao phần nón cụt, h= 0,675m Thay vào ta có V= 0,017 (m3) Vậy m9 = 7850 0,034= 133,45 kg i) Tổng trọng lượng nồi chưa tính bu lơng, đai ốc là: Gnk= g (N) Gnk= 9,81.(38+54,4+358,66+328,64+39,5+30,02+1248,2+1990,72+133,45) = 41414,78 (N) 55 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh 4.2 Tính trọng lượng nước đầy nồi Gnd: Thể tích không gian nồi: V= (Dtrbb2.hbb + Dtrbd2.hbđ + Dtrtb2 hnc) (m3) Trong đó: hbb: chiều cao buồng bốc, hb= m Dtrbb: đường kính buồng bốc, Dtrbb= 1,1 m Hbđ: chiều cao buồng đốt, hd= m Dtrbd: đường kính buồng đốt, Dtrbd= m V = ( 1,12.3+12.4) = 5,95 (m3) Trọng lượng nước chứa đầy nồi là: Gnd= g .V= 9,81.1000 5,95 = 58369,5 (N) 4.3 Khối lượng nồi thử thủy lực là: Gtl= Gnk + Gnd =41414,78+58369,5 = 99784,28 (N) Ta chọn số tai treo chân đỡ tải trọng một tai treo hoặc một chân đỡ phải chịu là: G = (N) Tra bảng XIII.36 [4-438] tai treo thiết bị thằng đứng: Tải trọng cho phép một tai treo G.10-4 (N) 2,5 Bề mặt đỡ F.10-4 (m2) 173 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 (N/m2) 1,45 L Mm 150 B 120 56 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh B1 130 H 215 S L 60 A 20 D 30 Khối lượng một tai treo Kg 3,48 Tra bảng XIII.35 [4-437] chân thép thiết bị thẳng đứng: Tải trọng cho phép một chân đỡ 2,5 L B B1 B2 H h 250 180 215 290 350 185 s 16 l d 90 27 Chọn kính quan sát Ta chọn kính quan sát làm thủy tinh silicat dày: δ = 15mm, đường kính d = 300mm Áp suất làm việc nhỏ at Chọn bích kiểu 1, bảng XIII.26 [4 – 415], bích liền kim loại đen để nối bộ phận thiết bị: Py.10-6 Dy (N/m2) (mm) 0,6 300 Ống Kích thước nối Kiểu bích Dn D Dδ D1 Bu long (mm) (mm) (mm) (mm) db Z (cái) h (mm) 325 435 595 365 M20 12 24 Tính bề dày lớp cách nhiệt Bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị tính theo công thức: � �(��2 − ���) = [4-92] (*) 57 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Trong đó: - tT1: nhiệt đợ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị trở lực tường thiết bị nhỏ so với trở lực lớp cách nhiệt t T lấy gần nhiệt đợ đốt, tT1 = 151,1 oC - tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí, khoảng 40 – 50 oC, chọn tT2 = 45oC - tkk: nhiệt độ môi trường xung quanh, tra bảng VII.1 [4 – 98], chọn t kk = 23,4 oC, lấy nhiệt đợ trung bình năm Hà Nội - � �: hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt thuỷ tinh �� = 0,05 W/m.độ - ��: hệ số cách nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt đến không khí: �� = 9,3 + 0,058.tT2 [2 – 92] �� = 9,3 + 0,058.45 = 11,91 (W/m2.độ) Thay số vào (*): 58 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh PHẦN V, TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bin, Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 Nguyễn Bin, Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 Tập thể tác giả, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 Tập thể tác giả, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nợi, 2006 Phạm Xn Tồn, Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập 3, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nợi, 2007 Bợ mơn Q trình – thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, Những quy định về thiết kế đồ án môn học q trình thiết bị cơng nghệ hóa học (phần cô đặc) PHẦN VI, KẾT LUẬN Qua trình tính tốn, thực đồ án em rút số nhận xét: - Việc thiết kế tính tốn dây chùn cơng nghệ mợt cơng việc tương đối phức tạo địi hỏi nhiều cơng sức thời gian, biết vận dụng tốt kiến thức học tìm hiểu tài liệu thao khảo - Nhiều kết lấy tương đối, chưa thực chính xác - Em biết sử dụng tài liệu tham khảo: tìm đọc, tra cứu, - Làm đồ án giúp em nâng cao khả tính tốn trình bày theo phong cách khoa học Em xin cảm ơn giáo viên hướng dẫn PGS.TS Vũ Thị Phương Anh thầy cô bộ môn giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên phạm vi khuôn khổ đồ án, dù cố gắng khơng thể tránh sai sót Em kính mong góp ý dẫn thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! 59 ... không tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong nhận đóng góp ý kiến, xem xét dẫn thêm thầy để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn TS Vũ Thị Phương Anh hướng dẫn em hoàn thành đồ án. .. viên Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhận đồ án mơn học: “ Q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học” Việc thực hiện đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực... dây chuyền công nghệ: Khổ A4 - Bản vẽ lắp thiết bị chính: Khổ A1 V Cán hướng dẫn: TS Vũ Thị Phương Anh VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm 2021 VII Ngày phải hoàn thành: ngày tháng năm 2021