CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA HỌC CHỦ ĐỀ 3 THIẾT LẬP QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG 3 NỒI LIÊN TỤC

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA HỌC CHỦ ĐỀ THIẾT LẬP QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC CHÂN KHƠNG NỒI LIÊN TỤC GVHD: ThS HỒNG TRUNG NGƠN NHĨM THỰC HIỆN: THÀNH VIÊN Nguyễn Minh Trúc 1911140 Đinh Trung Hiếu 1910706 Huỳnh Thị Tường Vy 1910208 Nguyễn Hoàng Huy Trần Thị Thủy Tiên 1912193 1910122 Nguyễn Phan Minh Đăng Nguyễn Hoàng Uyên 1910684 1915915 Phạm Quốc Việt Phạm Thị Tường Vân 1915891 Lê Thị Cẩm Nhung 1910649 1911799 2/97 MỤC LỤC I TỔNG QUAN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT III TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ IV TÍNH TỐN THIẾT BỊ V TỔNG KẾT 3/97 I TỔNG QUAN 1.1 NHIỆM VỤ Thiết kế khí cho thiết bị đặc chân không nồi xuôi chiều liên tục để cô đặc dung dịch NaOH Năng suất nhập liệu Nồng độ đầu Nồng độ cuối 5000 kg/h 10% 40% Gia nhiệt Hơi nước bão hịa có áp suất dư pe = 3at Áp suất ngưng tụ buồng bốc pvac = 0.2at Yêu cầu Tính tốn khí cho thiết bị theo tiêu chuẩn ASME TCVN Tính tốn khí cho thiết bị phụ theo tiêu chuẩn ASME TCVN 4/97 TỔNG QUAN 1.2 NGUYÊN LIỆU NaOH 5% Tính chất vật lý Khối lượng mol: 40.01 g/mol Rắn, màu trắng Tỷ trọng: 2.13 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy: 318oC Tính chất hóa học Là base mạnh, phản ứng với acid, acidic oxide Có thể thủy phân ester, peptite Phản ứng với muối, hợp chất lưỡng tính, kim loại đặc biệt Nhiệt độ sôi: 1390oC Độ hòa tan nước: 11mg/100ml (20oC) pH: 14 5/97 TỔNG QUAN 1.3 ỨNG DỤNG Xử lý nước hồ bơi Công nghiệp dệt nhuộm màu Công nghiệp chế biến thực phẩm Cơng nghiệp dầu khí Cơng nghiệp lượng Cơng nghiệp sản xuất gỗ, giấy Khử trùng y tế 6/97 II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 2.1 ĐỊNH NGHĨA Cơ đặc Là q trình làm bay phần dung mơi dung dịch có chứa chất tan khơng bay Mục đích q trình cô đặc Làm tăng nồng độ chất tan Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể (kết tinh) Thu dung môi dạng nguyên chất (cất nước) 7/97 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 2.3 BẢN CHẤT Q trình đặc chuyển thể phần dung môi từ thể lỏng sang thể Trong q trình đặc Dung mơi tách bớt khỏi dung dịch Chất tan dung dịch không bay Nồng độ chất tan dung dịch tăng dần 8/97 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 2.3 PHÂN LOẠI Chế độ hoặt động Áp suất Cô đặc gián đoạn Cô đặc chân không Cô đặc liên tục Cô đặc áp suất dương Cô đặc áp suất khí Số giai đoạn Chế độ làm việc Cô đặc nồi Xuôi chiều Cô đặc nhiều nồi Ngược chiều Song song 9/97 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 2.4 CÁC THIẾT BỊ VÀ CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐẶC Thiết bị Ống nhập liệu, ống tháo liệu Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt Buồng bốt, 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 đo nhiệt độ, áp suất Thiết bị gia nhiệt, thiết bị ngưng tụ barometer Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị, bơm tháo liệu, bơm nước vào thiết bị ngưng tụ, bơm chân khơng Các van 10/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.1 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 4.1.5 MẶT BÍCH b) Cho buồng bốc Bước 1: Tính thơng số Tính hệ số: D D  l k   t  n 1  2 2l  D t  Db  s2     1  1.827  t    l1   D b  2l1  l1         1  0,  1.290 l2   l2   Dt  76/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.1 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 4.1.5 MẶT BÍCH b) Cho buồng bốc Bước 2: Tính bề dày bích t  0, 61.d b    []b  l1 D P o  Z  0, 7. .   k.[]bi  l2 []b  d b     Áp dụng công thức trên, ta t2 = 24.360 mm Thông số Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) Sổ tay tra cứu QTTB – NXB Khoa học kỹ thuật [σ]b Ứng suất cho phép vật liệu làm bulong 84,667 N/mm2 tra bảng 7-7 nhiệt độ làm việc (144,1oC) Ứng suất cho phép vật liệu bích 106,236 N/mm2 tra bảng 7-3 nhiệt độ làm việc (144,1oC) 77/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.1 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 4.1.5 MẶT BÍCH b) Cho buồng bốc Bước 3: Kiểm tra – tính lặp: Điều kiện Kiểm tra t  t1  5% t1 24.360  25  2.559%  5% 25 Đạt Chọn chiều dày thép t = 25 mm 78/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 4.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Lượng nước lạnh cần để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ Gn = (kg/s) Thông số Ý nghĩa Gn Lượng nước lạnh cấp TBNT W Lượng ngưng vào TBNT i NLR ngưng Giá trị (chọn/có sẵn) Thơng số Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) t2đ Nhiệt độ đầu nước 20oC 1265,2 kg/h t2c Nhiệt độ cuối nước 50oC 2674,9 KJ/kg Cn NDR TB nước 4180,89 J/kg.độ Tính tốn: Gn = 24873,49 kg/h 79/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 5.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Lượng khơng khí cần hút khỏi thiết bị Gkk = 0,000025W3 + 0,000025Gn + 0,01W3 (kg/s) Vkk = 0,001[0,02(W + Gn) + 8W] (m3/s) Thông số Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) Gkk Lượng khơng khí cần hút _ Vkk Thể tích khơng khí cần hút _ W Lượng ngưng vào TBNT Gn Lượng nước lạnh cấp cho TBNT Tính tốn: Gkk = 13,31 kg/h 1265,2 kg/h 24873,49 KJ/kg Vkk = 10,64 m3/h 80/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 4.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Đường kính thiết bị ngưng tụ Dtr = 1,383 (m) Thơng số Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) Dtr Đường kính TBNT W Lượng ngưng vào TBNT 1265,2 kg/h KLR 0,13 kg/m3 Tốc độ TBNT _ 35 m/s Tính tốn: Dtr = 0,384 m Quy chuẩn đường kính TBNT barometer thành 500 mm 81/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 4.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Kích thước ngăn t = 0,866d (mm) b = + 50 (mm) Thơng số Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) b Chiều rộng ngăn _ t Bước lỗ _ Dtr Đường kính TBNT 500 mm Tỷ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện TBNT Tính toán: b = 300 mm 0,1 t = 0,548 mm 82/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 5.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 5.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Chiều cao thiết bị ngưng tụ P= Thông số Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) P Mức độ đun nóng nước _ t2đ Nhiệt độ đầu nước tưới vào TB 20oC t2c Nhiệt độ cuối nước tưới vào TB 50oC tbh Nhiệt độ bão hồ ngưng tụ 59,7oC Tính tốn: P = 0,756 Tra bảng, ta có: P = 0,774 83/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 4.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Kích thước ống barometer d = (m) Thông số Ý nghĩa d Đường kính ống barometer Gn Lượng nước lạnh tưới vào tháp W3 Lượng ngưng Giá trị (chọn/có sẵn) _ 24873,49 kg/h 1265,2 kg/h Tốc độ nước chất lỏng ngưng chảy ống barometer 0,5 m/s Tính tốn: d = 0,1360 m Quy chuẩn kích thước ống barometer thành 0,4 m 84/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 4.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Kích thước ống barometer h1 = 10,33 (m) Thông số Ý nghĩa h1 Chiều cao cột nước ống barometer b Độ chân khơng TBNT Giá trị (chọn/có sẵn) _ 588,48 mmHg Tính tốn: h1 = 7,999 m 85/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 4.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Kích thước ống barometer = Re = Thơng số d Ý nghĩa Đường kính ống dẫn Giá trị (chọn/có sẵn) Thơng số 0,5 m Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) Hệ số ma sát _ KLR nước ttb 994 kg/m3 Độ nhám tương đối _ Tốc độ nước chảy 0,5 m/s Độ nhám tuyệt đối 0,2 mm Độ nhớt nước ttb 0,7225.10-3 N.s/m2 Tính tốn: Re = 275155,71 dtđ Đường kính tương đối 0,4 m = 0,0184 86/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 4.2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Kích thước ống barometer h2 = (m) Thơng số Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) Thông số h2 Chiều cao cột nước ống barometer _ H Chiều cao ống barometer _ Tốc độ nước chảy ống barometer 0,5 m/s d ĐK ống barometer 0,4 m g Gia tốc trọng trường 9,81 m/s2 Ý nghĩa Tổng trở lực Giá trị (chọn/có sẵn) 2,5 Tính tốn: h2 = 0,0319 + 5,86.10-4H 87/97 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.2 TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 4.1.2 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMETER Kích thước ống barometer H = h1 + h2 + 0,5 (m) Thông số Ý nghĩa Giá trị (chọn/có sẵn) H Chiều cao ống barometer _ h1 Chiều cao cột nước ống barometer 7,999 m h2 Chiều cao cột nước ống barometer 0,0319 + 5,86.10-4H 0,5 Chiều cao dự trữ _ Tính tốn: H = 8,534 m Quy chuẩn chiều cao ống barometer thành 10 m 88/97 V TỔNG KẾT NHẬN XÉT Nhận xét rút Việc thiết kế tính tốn hệ thống đặc việc phức tạp, địi hỏi tính tỉ mỉ q trình lâu dài Nó khơng u cầu người thiết kế phải có kiến thức sâu q trình đặc mà cịn phải hiểu biết số lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị phụ, quy chuẩn vẽ kỹ thuật,… Cơng thức tính tốn khơng gị bó mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện chế độ làm việc thiết bị Vì tính tốn, người thiết kế phải tính đến ảnh hưởng điều kiện thực tế để đưa vào vận hành thiết bị hoạt động ổn định 89/97 CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE