ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ và tên Lớp Khoa Hóa và Môi trường GVHD TS Ngô Xuân Đại I Đầu đề thiết kế Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục Loại thiết bị Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch cần cô đặc Kali Nitrat KNO3 II Các số liệu ban đầu Năng suất 10800 kgh Chiều cao ống gia nhiệt 5 m Nồng độ đầu vào của dung dịch 5% Nồng độ cuối của dung dịch 23% Áp suất hơi đốt nồi 1 5 at Áp suất hơi ngưng tụ 0,2 at III Nội.

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ Họ tên: Lớp: Khoa: Hóa Mơi trường GVHD: TS Ngơ Xuân Đại I Đầu đề thiết kế Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục Loại thiết bị: Thiết bị cô đặc có ống tuần hồn trung tâm Dung dịch cần đặc: Kali Nitrat - KNO3 II Các số liệu ban đầu Năng suất 10800 kg/h Chiều cao ống gia nhiệt: m Nồng độ đầu vào dung dịch: 5% Nồng độ cuối dung dịch: 23% Áp suất đốt nồi 1: at Áp suất ngưng tụ: 0,2 at III Nội dung phần thuyết minh tính tốn Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ cơng nghệ (bản vẽ A4) Tính tốn kỹ thuật thiết bị Tính khí thiết bị số thiết bị khác Kết luận.6 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 Ngô Xuân Đại VI Ngày giao nhiệm vụ VII Ngày phải hoàn thành: ngày 29 tháng năm 2022 Phê duyệt Bộ môn Ngày tháng năm 2022 Người hướng dẫn MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG iii LỜI MỞ ĐẦU .1 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu 1.2 Phân loại thiết bị cô đặc 1.3 Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm 1.4 Tổng quan dung dịch KNO3 1.5 Sơ đồ công nghệ PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Xác định lượng thứ bốc toàn hệ thống 2.2 Xác định lượng thứ bốc từ nồi 2.3 Xác định nồng độ cuối dung dịch nồi 2.4 Xác định áp suất chung hệ thống 2.5 Xác định áp suất nhiệt độ đốt nồi 10 2.6 Xác định áp suất nhiệt độ thứ khỏi nồi 10 2.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho nồi 11 2.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống nồi .13 2.9 Thiết lập phương trình cân nhiệt lượng để tính lượng đốt, thứ nồi 13 2.10 Tính hệ số cấp nhiệt nhiệt lượng trung bình nồi .16 2.11 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi 21 2.12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi 21 2.13 So sánh ΔTi* ΔTi tính theo giả thiết phân phối áp suất .22 2.14 Tính bề mặt truyền nhiệt .23 PHẦN III: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 24 3.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 24 i 3.2 Chiều cao thùng cao vị 29 3.3 Tính tốn bơm 34 3.4 Hệ thống ngưng tự Baromet 37 PHẦN IV: TÍNH TỐN CƠ KHÍ .43 4.1 Buồng đốt nồi cô đặc 43 4.2 Buồng bốc nồi cô đặc 49 4.3 Tính tốn số chi tiết khác 53 KẾT LUẬN .64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 ii LỜI MỞ ĐẦU Để bước đầu làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất, em nhận đồ án mơn học Q trình thiết bị với đề tài là: “Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi xi chiều phịng đốt ngồi dùng để đặc dung dịch KNO3 với suất 10800 kg/giờ” Việc thực đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với việc thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức giáo trình “Các trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm” Trên sở lượng kiến thức kiến thức số mơn khoa học khác có liên quan, sinh viên tự thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị thực 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 định tính tốn thiết kế, tự nâng cao kỹ trình bày thiết kế theo văn khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Trong đồ án mơn học này, em chia thành nội dung chính: Phần I: Giới thiệu chung Phần II: Tính tốn thiết bị Phần III: Tính tốn thiết bị phụ Phần IV: Tính tốn khí Phần V: Kết luận Do hạn chế thời gian, chiều sâu kiến thức, hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế nhiều mặt khác nên khơng tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong nhận đóng góp ý kiến, xem xét dẫn thêm thầy cô giáo bạn để đồ án hoàn thiện PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu - Cơ đặc q trình làm bay 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 q trình đặc dung mơi tách khỏi dung dịch dạng chất tan không bay giữ lại dung dịch, q trình chưng cất dung môi lẫn chất tan 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 thiết bị cô đặc, hay hệ thống nhiều thiết bị đặc thực gián đoạn liên tục Hơi bay trình đặc gọi “hơi thứ” thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên sử dụng làm đốt cho nồi cô đặc Nếu “hơi thứ” sử dụng ngồi dây chuyền 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 cô đặc * Dựa vào chế độ tuần doàn dung dịch: Loại 1: Dung dịch tuần hoàn tự nhiên: dựa vào chênh lệch khối lượng riêng dung dịch, dùng để cô đặc dung dịch lỏng có độ nhớt thấp VD: + Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm + Thiết bị đặc phịng đốt treo + Thiết bị đặc phịng đốt ngồi Để tăng hiệu 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 độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Nhóm 3: Dung dịch chuyển động 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 * Dựa vào áp suất thiết bị cô đặc: - Cô đặc chân khơng dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, ngồi cịn làm tăng hiệu số nhiệt độ đốt nhiệt độ sơi trung bình dung dịch dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Cô đặc chân khơng nhiệt độ 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 q trình đặc q trình đun nóng khác - Cơ đặc áp suất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí Phương pháp đơn giản không kinh tế Trong hệ thống thiết bị đặc nhiều nồi nồi thường làm việc áp suất lớn áp suất khí quyển, nồi sau làm việc áp suất chân khơng * 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 độ cao (dầu, nước áp suất cao, …), dòng điện * Dựa vào cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngồi, ống xoắn, ống chùm… 1.3 Thiết bị đặc phịng đốt ngồi Ngun lí hoạt động: - Thiết bị làm việc liên tục gián đoạn - Dung dịch vào phòng đốt đun sối tạo thành hỗn hợp lỏng hơi, qua ống dẫn vào phòng bay - Tại phòng bay hơi, thứ tách lên phía trên, dung dịch cịn lại phịng đốt theo ống tuần hồn - Hơi thứ bay lên qua cấu tách bọt ngồi - Các ống truyền nhiệt làm dài (5-7m) kết nối vài buồng đốt vào buồng bay để làm việc thay cần vệ sinh sữa chữa mà đảm bảo dây chuyền làm việc Ưu – nhược điểm: - Do ống truyền nhiệt cao, ống tuần hoàn cao, chênh lệch áp suất lớn, tốc độ tuần hoàn cao Dung dịch sơi mép ống truyền nhiệt, khả tạo cặn bên thiết bị - Hệ thống thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích tốn lượng 1.4 Tổng quan dung dịch KNO3 1.4.1 Giới thiệu chung - KNO3 hợp chất hóa học có tên gọi Kali Nitrat Potassium Nitrate Đây muối ion ion kali K+ ion nitrate NO3- - KNO3 xem tiêu thạch khoáng sản nguồn rắn tự nhiên nitơ - Ưu điểm hóa chất khơng gây hại cho sức khỏe người Và bản, KNO3 khơng độc hại mà có lợi cho trồng Chính mà sử dụng phổ biến trở thành loại hóa chất nơng nghiệp thường gặp - Tính chất vật lý: + KNO3 Chất rắn màu trắng, không mùi + Khối lượng mol: 101,103 g/mol + Khối lượng riêng: 2,109 g/cm3 (16°C) + Điểm nóng chảy: 334 °C; Phân hủy 400°C + Tan nhiều nước (13,3 g/100 mL (0°C), 36 g/100 mL (25°C), 247 g/100 mL (100 °C) + Đây muối tan ethanol tan glycerol, amoni - Tính chất hóa học: + KNO3 có tính Oxy hóa cao + KNO3 bị nhiệt phân tạo thành kali Nitrít Oxi với phương trình sau đây: KNO3 → KNO2 + O2 (Điều kiện xảy phản ứng nhiệt độ cao) 1.4.2 Điều chế - Điều chế KNO3 phản ứng trao đổi: NaNO3 + KCl → KNO3 + NaCl - Hòa tan NaNO3 KCl với lượng vào nước NaCl kết tinh 30oC, tách tinh thể khỏi dung dịch, sau làm nguội đến 22oC KNO3 kết tinh 1.4.3 Ứng dụng - Trong nông nghiệp: + Kali nitrat loại phân bón cung cấp tồn dinh dưỡng dạng đa lượng, gần cao thành phần cơng thức phân bón khác + KNO3 nguồn cung cấp kali tuyệt vời Mà kali nitrat kali cần thiết cho phát triển hoạt động bình thường mơ Kation kali (K+) đóng phần quan trọng nhiều trình trao đổi chất tế bào, đóng vai trị điều hịa tham gia vào số trình cung cấp quản lý nước (tham gia vào đóng mở lỗ khí khổng) + KNO3 giúp cho trồng khỏe mạnh cho suất trồng tốt + KNO3 sau bón vào đất giúp đất giảm mặn, cải thiện tình hình sử dụng nước giúp tiết kiệm nước trồng + KNO3 thành phần khơng thể thiếu dinh dưỡng thủy canh, định tới phát triển trồng lớn, việc thiếu Kali Nitrat thể rõ, cháy mép lá, đốm đen lá, vàng + Loại hóa chất ví chất để chống lại vi khuẩn, nấm gây bệnh, côn trùng virus KNO3 làm giảm đáng kể hấp thụ Cl trồng Đồng thời chống lại tác nhân gây hại natri - Trong chế tạo thuốc nổ: + Chế tạo thuốc nổ đen với công thức: 75% KNO3, 10% S 15% C Khi nổ, tạo muối kali sunfua, khí nitơ khí CO2: 2KNO3 + 3C + 5S → K2S + N2 + 3CO2 + Ngồi ra, KNO3 cịn dùng để tạo thành pháo hoa 10 - Trong bảo quản thực phẩm công nghiệp: + Phụ gia thực phẩm (E252) + Là cách để bảo quản thịt chống thiu - Vai trị KNO3 ngành dược + Được sử dụng số kem đánh cho nhạy cảm Gần đây, việc sử dụng kali nitrat kem đánh để điều trị nhạy cảm tăng lên phương pháp điều trị hiệu + Được sử dụng lịch sử để điều trị bệnh hen suyễn viêm khớp 1.5 Sơ đồ cơng nghệ Chú thích Thùng chứa hỗn hợp đầu Bơm Thùng cao vị Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Thiết bị cô đặc ống tuần hồn trung tâm Thiết bị đặc ống tuần hoàn trung tâm Thiết bị ngưng tụ Baromet Cyclon tách bọt 10 Van Hệ thống cốc tháo 11 nước ngưng Hệ thống cốc tháo 12 nước ngưng 11 13 Hệ thống cốc tháo nước ngưng 14 Bể chứa nước ngưng 15 Bể chứa sản phẩm 16 Bơm 17 Bơm 12 4.2.4 Chiều dày nắp buồng bốc Chọn nắp elip có gờ, vật liệu chế tạo thép CT3 Theo CT [2-385], chiều dày nắp buồng bốc xác định sau: Dtrbb P S= 3,8.[σ ¿¿ k ] k φ h−P D trbb +C ¿ hb k: số không thứ nguyên, xác định theo công thức [2-385]  k = 1- (d/Dtr) d: đường kính lớn đáy khơng tăng cứng xác định sau: d= √ V 0,785.w V: lưu lượng dung dịch vào nồi V= W1 4167,35 = = 1,37 (m3/s) ρh 3600.0,8475 w: vận tốc thích hợp thiết bị, bão hịa khơ chọn w = 40m/s [2-74] d= √ 1,37 =0,2(m) 0,785.40 Quy chuẩn d = 0,2m = 200mm  k = 1- (0,2/1,4) = 0,86 (m) hb: chiều cao phần lỗi đáy, hb = 0,25 Dtrbb = 0,25 1,4 = 0,35m = 350mm C: đại lượng bổ sung, tính theo cơng thức [2-363] Có tăng thêm đáy: Thêm 2mm S – C = 20mm P: áp suất phòng bốc áp suất thứ  P = 1,64at = 160884 N/m2 [σk ] 131,54 106 k φ h= 0,86 0,95 = 667,98 >30 P 160884 52  loại bỏ đại lượng P mẫu Dtrbb P S= 3,8.[σ ¿¿ k ] k φ h Dtr = 1,10.10-3 + C 1,4.160884 1,4 +C=S= +C ¿ 2.h b 3,8.131,54 106 0,86 0,95 2.0,35 S – C = 1,10mm< 10mm  thêm 2mm vào C  C = 1,8 + = 3,8mm  S = 1,10 + 3,8 = 4,9mm Quy chuẩn S = 6mm Kiểm tra ứng suất thành nắp thiết bị áp suất thử thủy lực, theo cơng thức [2-386] ta có: [ σ ]= [D ¿ ¿ trbb ¿ ¿ 2+2 hb ( S−C ) ] P σ C ≤ ¿ ¿ (N/m2) 1,2 7,6 k h b ( S−C ) φh Po = 1,5 P = 1,5 160884 = 241326 (N/m2) [ σ ]= [1,4 ¿ ¿ 2+ 2.0,35 (6−3,8 ) 10−3 ].241326 240.106 =99129891,15 ¿ =200 10 (N/m ) < −3 1,2 7,6.0,86 0,35 ( 6−3,8 ) 10 0,95 Vậy S = 6mm thỏa mãn 4.2.5 Tra bích lắp đáy vào thân buồng đơt Chọn bích liền kiểu 1, theo bảng [2-421] Kiểu Kích thước nối Pb.106 Dtr (N/m2) (mm) 0,3 1400 D Db D1 D0 (mm) (mm) (mm) (mm) 1540 1490 1460 1413 db z bích h (mm) M20 Cái 40 (mm) 30 Bu long 4.3 Tính tốn số chi tiết khác 4.3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị Đường kính ống dẫn tính theo cơng thức tổng qt sau: dtr = √ V 0,785.w 53 Trong đó: V: lưu lượng lỏng chảy ống, m3/s w: vận tốc thích hợp lỏng ống, m/s a) Ống dẫn đốt vào V= D 4983,37 = = 1906,42 (m3/h) ρ 2,614 D: lượng đốt nồi, D = 4983,37 (Kg/h) : khối lượng riêng đốt tra theo bảng [1-313], t = 151,1oC   = 2,614 (Kg/m3) w: vận tốc thích hợp nhiệt ống, chọn w = 35m/s dtr = √ 1906,42 = 0,14m 0,785.35.3600 Quy chuẩn dtr = 0,15m = 150mm b) Ống dẫn dung dịch vào V= Gd 10800 = = 10,50 (m3/h) ρ 1028,1 Gd: lưu lượng dung dịch đầu, Gd = 10800 (Kg/h) : khối lượng riêng dung dich đầu [1-313], t = 25oC   = 1028,1 (Kg/m3) w: vận tốc thích hợp dung dịch ống, chọn w = 1m/s thiết bị đặc phịng đốt ngồi dtr = √ 11,1331 = 0,063m 0,785.1.3600 Quy chuẩn dtr = 0,07m = 70mm c) Ống dẫn thứ V= W 416 7,35 = = 4917,23 (m3/h) ρ 0,8475 W1: lượng thứ khỏi nồi 1, W1 = 4167,35 (Kg/h) 54 : khối lượng riêng đốt tra theo bảng [1-313], t = 113,43oC   = 0,8475(Kg/m3) w: vận tốc thích hợp đo ống, chọn w = 35m/s dtr = √ 4917,23 = 0,22m 0,785.35.3600 Quy chuẩn dtr = 0,25m = 250mm d) Ống dẫn dung dịch V= G d−W 10800−41 7,35 = = 6,66 (m3/h) ρ 995,31 W1: lượng thứ khỏi nồi 1, W1 = 4167,35 (Kg/h) Gd: lưu lượng dung dịch đầu, Gd = 10800 (Kg/h) : khối lượng riêng dung dịch nồi 1,  = 995,31Kg/m3) w: vận tốc thích hợp dung dịch ống dẫn, chọn w = 1m/s dtr = √ 6,66 = 0,048m 0,785.1.3600 Quy chuẩn dtr = 0,07m = 70mm e) Ống tháo nước ngưng Chọn dtr = 50mm Tra bích nối ống dẫn với hệ thống ống dẫn bên ngồi Bảng [2-409] bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn f) Ống tuần hoàn Tiết diện ống tuần hoàn thường lấy 8-10% tiết diện buồng đốt: fth = 0,1 fbd fbd: tiết diện buồng đốt fth: tiết diện ống tuần hồn Dn: đường kính ngồi ống tuần hồn 55 Dnbđ: đường kính ngồi buồng đốt  π D 2n π D 2nbđ  Dn = √ 0,1 D 2nb đ =√ 0,1.0,9082 =0,2871(m) =0,1 4 Quy chuẩn Dn = 0,3m = 300mm Chọn chiều dày theo chiều dày buồng đốt S=5mm Ống Ống Ống dẫn vào Ống dẫn dung dịch vào Ống dẫn thứ vao Ống dẫn dung dịch Ống tháo nước ngưng Ống tuần hoàn Pb.10 Dtr D Db (mm) Kích thước nối Bu long D1 D0 db z Kiểu bích h Cái (mm) 0,6 150 159 260 255 202 M16 20 0,6 70 76 160 130 110 M12 16 0,6 250 273 370 335 312 M16 12 24 0,6 70 76 160 130 110 M12 16 0,6 50 57 140 110 90 M12 16 0,6 300 325 435 395 365 M20 12 24 4.3.2 Tính chọn tai treo giá đỡ Khối lượng nồi thử thuỷ lực: Gtl = Gnk + Gnd (N) Trong Gnk Là khối lượng nồi không (N) Gnd khối lượng nước đổ đầy nồi (N) a) Tính Gnk Khối lượng đáy buồng đốt (m1) Kích thước đáy: 56 Đường kính buồng đốt Dtr = 1100 mm, Chiều dày đáy s = 7mm Tra bảng (XIII- 11) [2-384] Chiều dày khối lượng đáy nắp elip có gờ m1 = 78kg Khối lượng thân buồng đốt (m2) m2 =  V2 Trong đó: : khối lượng riêng thép CT3,  = 7850 (kg/m3) V2: thể tích thân buồng đốt π V2 = h ¿) h: chiều cao buồng đốt, h= 5m Dn: Đường kính ngồi buồng đốt, Dn = Dtr + 2.S = 1100 + 2.7 = 1114 (m) π  V2 = ¿) = 0,122 (m3)  m2 = 7850 0,122 = 957,7 (kg) Khối lượng lưới đỡ ống (m3) m3 = 2..V3 Trong đó: : khối lượng riêng kim loại đen, = 8500 (kg/m3) V3: thể tích lưới đỡ π V3 = S ¿) S: chiều dày lưới đỡ ống, S= 0,012m D: Đường kính buồng đốt D = 1,4m n: số ống truyền nhiệt, n = 241 ống dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt, dn = 0,038m π  V3 = 0,012 ¿) = 0,0185 (m3)  m3 = 2.8500.0,0185 = 314,5 (kg) Khối lượng ống truyền nhiệt (m4) 57 m4 = n..V4 Trong đó: : khối lượng riêng thép CT3, = 7850 (kg/m3) V4: thể tích ống truyền nhiệt π V4 = H ¿) H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 5m dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt, dn = 0,038m dtr: đường kính ống truyền nhiệt, dn = 0,0374m π  V4 = ¿) = 1,131.10-3 (m3)  m4 = 241.7850.1,131.10-3 = 2139,63 (kg) Khối lượng thân buồng bốc (m5) m5 = .V5 Trong đó: : khối lượng riêng thép CT3, = 7850 (kg/m3) V5: thể tích thân buồng bốc π V5 = h ¿) h: chiều cao buồng bốc, h = 2,5m Dnbb: đường kính ngồi buồng bốc, Dnbb = Dtrbb + 2.S = 1,4 + 2.0,004 = 1,408m π  V5 = 2,5 ¿) = 0,044 (m3)  m5 = 7850.0,004 = 346,25 (kg) Khối lượng nắp buồng bố (m6) Kích thước nắp: Đường kính Dtrbb = 1,4m Chiều dày S = 6mm Tra bảng [2-384], khối lượng nắp có gờ: m6 = 106 kg Khối lượng phần nón cụt nối thân (m7) m7 = .V7 58 Trong đó: : khối lượng riêng thép CT3, = 7850 (kg/m3) V7: Thể tích nón cụt π V7 = h ¿) h: chiều cao phần nón cụt, chọn h = 0,3m Dn: đường kính ngồi trung bình phần nón cụt Dn = D nb đ + D nbb 1114+1408 = =1261 (mm) 2 Dtr: đường kính trung bình phần nón cụt Dtr = D trb đ + D trbb 1100+1400 = =1250 (mm) 2 π  V7 = 0,3 ¿) = 0,011 (m3) m7 = 7850.0,011 = 85,15 (Kg) Khối lượng bích nối đáy với thân buồng đốt thân với nón cụt (m8) m8 = 4..V8 Trong đó: : khối lượng riêng thép CT3, = 7850 (kg/m3) V8: thể tích bích π V8 = H ¿ – Z.d 2b ) H: chiều cao bích, H = 0,022m D, DO, Z, db: kích thước bích có bảng số liệu π  V8 = 0,022 ¿) = 3,28.10-3 (m3)  m8 = 4.7850.3,28.10-3 = 103,1 (kg) Khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc (m9) m9 = 2..V9 Trong đó: : khối lượng riêng thép CT3, = 7850 (kg/m3) 59 V9: thể tích bích π V9 = H ¿ – Z.d 2b ) H: chiều cao bích, H = 0,03m D, DO, Z, db: kích thước bích có bảng số liệu π  V9 = 0,03 ¿) = 8,45.10-3 (m3)  m10 = 2.7850.8,45.10-3 = 132,81 (kg) 10 Khối lượng ống tuần hoàn (m10) m10 = .V10 Trong đó: : khối lượng riêng thép CT3, = 7850 (kg/m3) V10: thể tích ống tuần hồn π 2 V10 = h .( Dn−Dtr ) Dn = 0,3m  Dtr = 0,3 – 0,004 = 0,292 π 2  V10 = 4,7 .(0,3 −0,292 ) = 0,0175 (m3)  m10 = 7850.0,0175 = 137,24 (kg) 11 Tổng khối lượng nồi không 10 Gnk = g ∑ m i = 9,81 (m1 + m2 + m3 + m4 + m5 + m6 + m7 + m8 + m9 + m10) i=1 Gnk = 43167,73 (Kg) b, Tính Gnd Thể tích khơng gian buồng đốt buồng bốc: V= π (hb D 2trbb +h d D 2trbd +hnc D 2trnc ) Trong đó: hb chiều cao buồng bốc, hb = 2,5m hd chiều cao buồng đốt, hd = 5m hnc chiều cao nón cụt, hnc = 0,3 60 Dtrbb đường kính buồng bốc, Dtrbb = 1,4m Dtrbd đường kính buồng đốt, Dtrbd = 1,1m Dtrnc đường kính trung bình nón cụt, Dtrnc = 1,25m V= π (2,5 1,42 +5.1,12 +0,3 1,252) = 8,97m Khối lượng nước chứa đầy nồi Gnd = g .V = 9,81.1000.8,97 = 87995,7 (N) Vật khối lượng nồi thử thủy lực Glt = Gnd + Gnk = 43167,73 + 87995,7 = 131163,43 (N) c) Chọn tai treo chân đỡ Chọn tai treo chân đỡ 4, tải trọn tai treo, chân đỡ phải chịu là: G= G ¿ 131163,43 = =32790,86 (N) 4 Tra bảng [2-438], tai treo thiết bị thẳng đứng Tải trọng cho phép tai treo G.10-4 (N) Bề mặt đỡ F.104 N/m Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 (N/m2) L B B1 H S l a d Khối lượng tai treo (kg) 61 4,0 297 1,34 190 160 170 280 10 80 25 30 mm 7,35 4.3.3 Chọn kính quan sát Ta chọn kính quan sát làm thủy tinh silicat dày 15mm, đường kính 200mm Chọn bích lắp kính quan sát, tra bảng [2-414] Kiểu Kích thước ống Pb.106 Dtr (N/m2) (mm) 0,6 200 Dn D Dσ D1 (mm) (mm) (mm) (mm) 219 290 255 232 Bu long Db z (mm) M16 Cái bích h (mm) 22 4.3.4 Bề dày lớp cách nhiệt Bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị tính theo cơng thức [2-92] α n ( t T 2−t kk )= ❑c ( t T −t T 2) ❑c ( t T 1−t T )=¿ δ= δc α n ( t T 2−t kk ) Trong đó: tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí, chọn tT2 = 50oC tT1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị Vì trở lực trường thiết bị nhỏ so với trở lực lớp cách nhiệt nên tT1 lấy nhiệt độ đốt, tT1 = 151,1oC tkk: Nhiệt độ môi trường xung quanh Tra bảng [2-98], chọn tkk = 23,4oC, lấy Hà Nội trung bình năm ❑c: hệ số dẫn nhiệt chất cách, chọn vật liệu cách nhiệt thủy tinh ❑c = 0,0372 W/m.độ [1-128] α n: hệ số cách nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt đến khơng khí α n = 9,3 + 0,058 tT2 [2-92] => α n = 9,3 + 0,058.50 = 12,2 W/m2.độ Thay số ¿> δ= 0,0372 ( 151,1−50 ) = 0,0116m 12,2 ( 50−23,4 ) Lấy tròn 12mm 62 TỔNG KẾT Hệ thống cô đặc hai nồi xi chiều liên tục, có ống tuần hồn trung tâm để cô đặc KNO3 Năng suất: 10800 (kg/h) Nồng độ đầu xđ = 5% khối lượng Nồng độ cuối xc = 23% khối lượng Áp suất đốt = (at) Áp suất thứ = 0,2 (at) Lượng đốt vào nồi 1: D = 4983,37 (kg/h) Lượng thứ bốc ra: - Nồi 1: W1 = 3745,4 (kg/h) - Nồi 2: W2 = 3904,6 (kg/h) Nhiệt độ sôi dung dịch: - Nồi 1: ts1 = 117,07 (oC) - Nồi 2: ts2 = 76,34 (oC) Hệ số truyền nhiệt: - Nồi 1: K1 = 981,82 (W/m2.độ) - Nồi 2: K2 = 885 (W/m2.độ) Bề mặt truyền nhiệt: F1 = F2 = 100 (m2) Thiết bị phụ 2.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Nhiệt lượng trao đổi Q =896427,71 (W) Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ q1 = 47648,15 (W/m2) Nhiệt tải riêng phía dung dịch q2 = 47257,65 (W/m2) Bề mặt truyền nhiệt F =18,89 Số ống truyền nhiệt n = 91 ống Đường kính thiết bị D = 700mm 64 Số ngăn cần chia ngăn 2.2 Chiều cao thùng cao vị Trở lực đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nồi cô đặc H1’ = 0,26m Trở lực đoạn ống từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu H2’ = 0,47m Trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu H3’ = 5,02m Chiều cao thùng cao vị 7,01m 2.3 Bơm Htp = 10,4m Công suất yêu cầu bơm Nb = 0,46 Công suất động Nđc = 0,575 (kw) 2.4 Hệ thống ngưng tụ Baromet Đường kính thiết bị Dtr = 0,8m Kích thước ngăn - Chiều rộng b = 450mm - Chiều dày ngăn:  = 4mm - Chiều cao gờ ngăn hgờ = 40mm Chiều cao thiết bị ngưng tụ H = 3200mm Kích thước ống Baromet d = 0,27m Chiều cao ống Baromet H = 10m Buồng đốt Số ống n = 241 ống Thân buồng: - Đường kính trong: Dtrđ = 1100 (mm) - Chiều cao: hbđ = 2500 (m) = 2,5 (m) - Chiều dày: S = (mm) Lưới đỡ ống: Chiều dày S = 12 (mm) Đáy nồi phòng đốt: Chiều dày: (mm) 65 Buồng bốc Thân buồng: - Đường kính trong: Dtrb = 1400 (mm) - Chiều cao: hbb = 2500(mm) = 2,5 (m) - Chiều dày: S = (mm) Nắp buồng bốc: Chiều dày: S = (mm) Nắp elip có gờ: S = (mm) Ống tuần hồn trung tâm - Đường kính: Dtrt = 300 (mm) Các chi tiết khác thiết bì: Ống dẫn vào: Dtr = 150 (mm) Ống dẫn dung dịch vào: Dtr = 70 (mm) Ống dẫn thứ vào: Dtr = 250 (mm) Ống dẫn dung dịch ra: Dtr = 70 (mm) Ống dẫn nước ngưng: Dtr = 50 (mm) Bích thiết bị - Bích lắp đáy buồng đốt với thân buồng đơt: M20 - Bích lắp đáy, nắp thân buồng bốc: M20 - Bích nối nắp thân, đáy với phận ống dẫn: M16, M12 Tai treo Thông số tai treo Tải trọng cho phép tai treo G.10-4, N Bề mặt đỡ F.104 (m2) 297 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6(N) L B B1 H 1,34 190 160 170 280 2.9 Kính quan sát 66 S l a d 10 80 25 30 Khối lượng tai treo, kg 7,35 - Chiều dày 15 (mm) - Đường kính  200 Bích lắp kinh quan sát: Kiểu Kích thước ống Pb.106 Dtr (N/m2) (mm) 0,6 200 Dn D Dσ D1 (mm) (mm) (mm) (mm) 219 290 255 232 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bu long Db z (mm) M16 Cái bích h (mm) 22 [1] Phạm Xuân Toản, Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội: Tập 3, 2003 [2] Nguyễn Bin, Các trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội: Tập 2, 2004 [3] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ hóa chất, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội: Tập 1, 2006 [4] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ hóa chất, NXB Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội: Tập 2, 2006 67 ... với công việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất, em nhận đồ án môn học Quá trình thiết bị với đề tài là: ? ?Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều... mơn khoa học khác có liên quan, sinh viên tự thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trình cơng nghệ Qua việc làm đồ án mơn học này, sinh viên phải biết cách sử... môi bề mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị Q tình tiến hành hệ thống thiết bị cô đặc, hay hệ thống nhiều thiết bị cô đặc thực gián đoạn liên tục Hơi bay q trình đặc gọi “hơi thứ” thường có nhiệt