18029701-HDPhụng-cô đặc1

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 Mã HP : Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHCN TP HỒ CHÍ Độc lập – Tự – Hạnh phúc MINH 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 cô đặc nồi liên tục dùng để cô đặc dung dịch CaCl2 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 cơng 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 Chương 1.1 Tổng quan Định nghĩa 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 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 1.2 Các phương pháp đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi 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 1.3 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 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 1.4 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 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 đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an tồn hiệu suất cao Do đó, u cầu đặt cho người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc Chương Sơ đồ PFD 2.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi CaCl2 2.2 Thuyết minh quy trình Chương 3.1 Cân vật chất lượng Dữ kiện ban đầu Nồng độ đầu: xđ = 17 % Nồng độ cuối: xc = 38 % Năng suất nhập liệu: Gđ = 2400 kg/h Nhiệt độ đầu nguyên liệu: chọn t0 = 30 Gia nhiệt nước bão hịa có độ ẩm 5%, P = 2at Áp suất ngưng tụ: pc = 0,6at 3.2 Cân vật chất 3.2.1 Suất lượng tháo liệu (Gc) Suất lượng tháo liệu: 3.2.2 Tổng lượng thứ bốc lên (W) Theo công thức 3.3 Tổn thất nhiệt độ Ta có áp suất thiết bị ngưng tụ p c = 0,6 at ⇒ nhiệt độ thứ thiết bị ngưng tụ là: tw = 85,5 (trang 314, [1]) Δ’’’ tổn thất nhiệt độ thứ đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ Chọn Δ’’’ = (trang 296, [5]) Nhiệt độ sôi dung môi áp suất buồng bốc: Áp suất buồng bốc: tra [1], trang 312 nhiệt độ 86,5 0C ⇒ 3.3.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng (Δ’) Theo công thức Tisencơ (VI.10), trang 59, [2]: Trong đó: 'o - tổn thất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung mơi áp suất khí Dung dịch đặc có tuần hồn nên Tra bảng VI.2, trang 66, [2]: f – hệ số hiệu chỉnh khác áp suất khí quyển, tính theo cơng thức VI.11, trang 59, [2]: Trong đó: t - nhiệt độ sơi dung môi áp suất cho (tsdm(po) = 86,5 ) r - ẩn nhiệt hố dung mơi nguyên chất áp suất làm việc Tra bảng I.251, trang 314, [1]: rw = 2291 (kJ/kg) ⇒ ⇒ 3.3.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thuỷ tĩnh (Δ’’) (N/m2) Giả sử (P0 + ΔP) = , xc = 38%, có ρdd = 1322 kg/m3 (tra [1], bảng I.59 trang 46) h2 – chiều cao ống truyền nhiệt; m Chọn h2 =3 m (bảng VI.6, trang 80, [2] h1 – chiều cao thích hợp dung dịch sơi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng (m) Chọn h1 = 0,5 m g – gia tốc trọng trường – áp suất thứ mặt thoáng dung dịch, N/m2 = 0,758 at Tra bảng I.251, trang 314, [1], ptb = 0,758 at tương ứng với tsdm(Ptb) =91,46 Ta có: ⇒ ⇒ Sai số 0,001% Vậy tsdd(Ptb) = 100oC 3.3.3 Tổng tổn thất nhiệt độ: ⇒ Gia nhiệt nước bão hoà, áp suất đốt at, tD = 119,6 oC (bảng I.251, trang 315, [1]) Chênh lệch nhiệt độ hữu ích, cơng thức VI.17, trang 67, [2] Trong đó: tD - nhiệt độ đốt nồi tw – nhiệt độ thứ thiết bị ngưng tụ ΣΔ – tổng tổn thất nhiệt, Hiệu số nhiệt độ chung công thức VI.18, trang 67, [2] ⇒ 3.4 Nhiệt dung riêng dung dịch CaCl2: Nhiệt độ dung dịch CaCl2 vào thiết bị cô đặc tsdd = 94,5 oC Nhiệt độ dung dịch CaCl2 38 % đáy thiết bị cô đặc là: tc = Nhiệt dung riêng dung dịch CaCl nồng độ khác tính theo cơng thức (I.43) (I.44), trang 152, [1]: a = 17 % (a < 0,2): a = 38% (a > 0,2): Cc J/(kg.K) Với cct nhiệt dung riêng CaCl2 khan, tính theo cơng thức (I.41) bảng I.141, trang 152, [1]: Cct = Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Nồng độ đầu xđ % 17 khối lượng Nồng độ cuối xc % khối lượng 38 Năng suất nhập liệu Gđ kg/h 2400 Năng suất sản phẩm Gc kg/h 1073,6 Suất lượng W kg/h Áp suất Po At 0,626 Nhiệt độ tsdm(Po) o 86,5 Enthalpy iw kJ/kg 2651,8 Ẩn nhiệt hóa rw kJ/kg 2322 Áp suất PD At Nhiệt độ tD o 119,6 Ẩn nhiệt ngưng tụ rD kJ/kg 2208 Enthalpy iD kJ/kg 2710 tsdd(Po) o C Δ’ o C Ptb At Nhiệt độ sôi dung môi Ptb tsdm(Ptb) o C Tổn thất nhiệt độ cột thủy tĩnh Δ” o C Nhiệt độ sôi dung dịch Ptb tsdd(Ptb) o C Tổn thất nhiệt độ đường ống Δ”’ o C Tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ o C Chênh lệch nhiệt độ hữu ích Δthi o C Hơi thứ C Hơi đốt C Tổn thất nhiệt độ Nhiệt độ sôi dung dịch Po Tổn thất nhiệt độ nồng độ Áp suất trung bình 0,758 3.5 Cân lượng Cân lượng thiết bị gia nhiệt E-101 Phương trình cân nhiệt lượng Nhiệt độ dung dịch CaCl2 trước sau qua thiết bị gia nhiệt: tđ = 30 oC tsdd = Nhiệt lượng tổn thất 5% nhiệt lượng đốt cung cấp Trên đường ống dẫn đốt di chuyển bị ngưng tụ phần, chọn độ ẩm đốt 5% ⇒ Lượng nước sử dụng cho thiết bị gia nhiệt 10