Tinh-Toan-Va-Thiết-Kế-Thiết-Bị-Co-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 NaOH Giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Nhất Thống Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Diễm Trâm MSSV: 11149891 Lớp: CDHO13 Khóa : 2014 – 2015 Mã HP : 111703801 Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN MÁY VÀ THIẾT BỊ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Đề Tài TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH NaOH Giảng viên hướng dẫn: MSSV: Lớp: CDHO13 Khóa : 2014 – 2015 Mã HP : Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KHOA : CƠNG NGHỆ HĨA BỘ MƠN : MÁY VÀ THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN : 1.Tên đồ án: Tính tốn thiết kế thiết bị đặc nồi dung dịch NaOH 2.Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) Năng suất tính theo suất lượng nhập liệu 2000 kg/h Nồng độ ban đầu 12 % Nồng độ cuối 48 % Áp suất ngưng tụ at Áp suất đốt (hơi bão hòa) at Yêu cầu : Cân vật chất nhiệt lượng Tính thiết bị chính, thiết bị ngưng tụ chọn bơm.Vẽ vẽ quy trình cơng nghệ A1 vẽ chi tiết thiết bị A1 Ngày giao nhiệm vụ : 10/6/2013 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 20/7/2014 Họ tên người hướng dẫn: Tp.HCM, ngày 10 tháng năm 2014 Tổ trưởng môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Trần Hoài Đức PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt:…………………………………………… Đơn vị :………………………………………………… Điểm tổng kết :………………………………………… Nơi lưu trữ: …………………………………………… LỜI CẢM ƠN Đối với sinh viên năm thứ ba cao đẳng, môn học Đồ án Quá trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức 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 NaOH đồ án thực hướng dẫn nhiệt tình Th.S LÊ NHẤT THỐNG, mơn Q trình thiết bị - Khoa Máy Thiết Bị Hóa Học, trường ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình chu đáo thầy Lê Nhất Thống thầy mơn Q Trình va Thiết Bị người bạn giúp đỡ thực xong đồ án Vì đồ án đề tài lớn tôi, 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 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC I NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Thiết kế thiết bị cô đặc nồi để cô đặc dung dịch NaOH Nồng độ đầu: xđ = 12 % Nồng độ cuối: xc = 48 % Năng suất nhập liệu: Vđ = 2m3/h Nhiệt độ đầu nguyên liệu: chọn t0 = 30 0C Gia nhiệt nước bão hoà, áp suất at Áp suất ngưng tụ: pck = pc = 1at II GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU Natri hydroxid NaOH nguyên chất chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối lượng riêng 2,13 g/ml, nóng chảy 318 oC sơi 1388 oC áp suất khí quyển.NaOH tan tốt nước (1110 g/l 20 oC) hoà tan tỏa nhiệt mạnh NaOH tan dung môi hữu methanol, ethanol… NaOH rắn dung dịch NaOH dễ hấp thụ CO2 từ khơng khí nên chúng cần chứa thùng kín Dung dịch NaOH base mạnh, có tính ăn da có khả ăn mịn cao Vì vậy, ta cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị đảm bảo an tồn lao động q trình sản xuất NaOH Ngành công nghiệp sản xuất NaOH ngành sản xuất hoá chất lâu năm Nó đóng vai trị to lớn phát triển ngành công nghiệp khác dệt,tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn Trước công nghiệp, NaOH sản xuất cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 lỗng nóng Ngày nay, người ta dùng phương pháp đại điện phân dung dịch NaCl bão hoà Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu thường có nồng độ lỗng, gây khó khăn việc vận chuyển xa Để thuận tiện cho chuyên chở sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến nồng độ định theo yêu cầu III KHÁI QT VỀ CƠ ĐẶC Định nghĩa Cơ 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 sôi cao thường tiến hành cách tách phần dung môi (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 mơi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng) phương pháp làm lạnh kết tinh Các phương pháp 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 thống 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 môi để tăng nồng độ chất tan Tuỳ tính chất cấu tử áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp ta phải dùng máy lạnh 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 Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực trình Bên cạnh đó, bay xảy chủ yếu bọt khí hình thành q trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hoàn tự nhiên nồi đặc Tách khơng khí lắng keo (protit) ngăn chặn tạo bọt cô đặc Ứng dụng cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây…Trong sản xuất hố chất, ta cần cô 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 hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy, việc cải thiện hiệu thiết bị cô đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao Do đó, yêu cầu đặt cho người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc IV THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT Phân loại ứng dụng 1.1.Theo cấu tạo - Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) Thiết bị đặc nhóm đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Bao gồm: • Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), ống tuần hồn ngồi • Có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục buồng bốc) - Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng (tuần hoàn cưỡng bức) Thiết bị đặc nhóm dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt.Ưu điểm tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Bao gồm: • Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi • Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi -Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng Thiết bị đặc nhóm cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt lần (xuôi hay ngược) để tránh tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất số thành phần dung dịch Đặc biệt thích hợp cho dung dịch thực phẩm nước trái cây, hoa ép Bao gồm: • Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt khó vỡ • Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt bọt dễ vỡ 1.2.Theo phương thức thực q trình - Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi áp suất không đổi; thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn - Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sơi thấp áp suất chân khơng.Dung dịch tuần hồn tốt, tạo cặn bay dung môi diễn liên tục - Cô đặc nhiều nồi: mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên q lớn làm giảm hiệu tiết kiệm Người ta cô chân không, cô áp lực hay phối hợp hai phương pháp; đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế - Cô đặc liên tục: cho kết tốt đặc gián đoạn Có thể điều khiển tự động chưa có cảm biến đủ tin cậy Đối với nhóm thiết bị, ta thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngồi, có khơng có ống tuần hồn Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật tính chất dung dịch, ta áp dụng chế độ đặc áp suất chân không, áp suất thường áp suất dư Các thiết bị chi tiết hệ thống đặc - Thiết bị chính: • Ống nhập liệu, ống tháo liệu • Ống tuần hồn, ống truyền nhiệt • Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp • Các ống dẫn: đốt, thứ, nước ngưng, khí khơng ngưng - Thiết bị phụ: • Bể chứa nguyên liệu • Bể chứa sản phẩm • Bồn cao vị • Lưu lượng kế • Thiết bị gia nhiệt • Thiết bị ngưng tụ baromet • Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị • Bơm tháo liệu • Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ • Bơm chân khơng • Các van • Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất… V LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH - Theo tính chất nguyên liệu sản phẩm, điều kiện kỹ thuật đầu đề, người viết lựa chọn thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục có buồng đốt ống tuần hồn trung tâm Thiết bị đặc loại có cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh sửa chữa 10