Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ======o0o====== ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CÔ.
Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ======o0o====== ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NỒI XUÔI CHIỀU THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CĨ ỐNG TUẦN HỒN TRUNG TÂM DÙNG CHO CƠ ĐẶC DUNG DỊCH Giáo viên hướng dẫn : PGS.Ts Nguyễn Thế Hữu Sinh viên thực : Nguyễn Văn Đức Lớp : ĐH CN Hóa – K14 Hà Nội, năm 2021 Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa Lời cảm ơn Dưới hướng dẫn khoa học PGS.Ts Nguyễn Thế Hữu, em hoàn thành nội dung đề tài, em cảm ơn thầy tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em mặt khoa học thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn thầy khoa Cơng nghệ Hóa, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội giúp em thời gian học tập nghiên cứu trường Tuy làm cịn nhiều thiếu sót hạn chế mong nhận góp ý nhận xét từ thầy cô Trường Đại Học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa Mục lục Mở đầu Trong thời kỳ đất nước trình phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước cơng nghiệp nước ta phát triển mạnh kéo theo phát triển ngành sản xuất hợp chất hóa học, hợp chất hóa học có ứng dụng vơ quan trọng để ngành khác phát triển Trong kỹ thuật sản xuất cơng nghiệp hóa chất ngành khác, thường phải làm việc với hệ dung dịch rắn tan lỏng, lỏng lỏng Để cao nồng độ dung dịch theo yêu cầu sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi khỏi dung dịch Phương pháp phổ biến dùng nhiệt để làm bay chất rắn tan khơng bay hơi, nồng độ dung dịch tăng lên theo yêu cầu mong muốn Thiết bị dùng chủ yếu thiết bị cô đặc ống tuần hồn trung tâm, tuần hồn cưỡng bức, phịng đốt ngồi, …trong thiết bị đặc tuần hồn có ống trung tâm dùng phổ biến thiết bị có cấu tạo nguyên lý đơn đơn giản, dễ vận hành sửa chữa, hiệu suất xử dụng cao… dây truyền thiết bị dùng nồi, nồi, nồi…nối tiếp để tạo sản phẩm theo yêu cầu thực tế người ta thường xử dụng thiết hệ thống nồi nồi để có hiệu suất xử dụng đốt cao nhất, giảm tổn thất trình sản xuất Để bước đầu làm quen với công 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 Cơng nghệ Hóa học”.Việc thực đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với việc thực tiễn sau hồn thành khối lượng kiến thức giáo trình “Cơ sở q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học “ sở lượng kiến thức kiến thức số môn khoa học khác có liên quan,mỗi sinh viên tự thiết kế thiết bị , hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa kĩ thuật có giới hạn q trình cơng nghệ Qua việc làm đồ án mơn 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 kĩ trình bầy thiết kế theo văn khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Trong đồ án mơn học này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành thiết kế hệ thống đặc hai nồi xi chiều, ống tuần hồn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch Na2SO4, suất 1450kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 15,3%, nồng độ sản phẩm 28,7 % Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội CHƯƠNG 1: Khoa Cơng Nghệ Hóa GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ Na2SO4 • Tính chất vật lý *Danh pháp IUPAC: Natri sunfat ngồi cịn có tên gọi khác như: Thenardite (khống vật), muối Glauber (decahiđrat), Sal mirabilis (decahiđrat), Mirabilite (decahiđrat) *Thuộc tính: - Dạng Na2SO4: +Phân tử gam: 142,04 gam/mol +Bề ngoài: Tinh thể rắn, màu trắng +Khối lượng riêng: 2,664 gam/cm3 +Điểm nóng chảy: 884oC +Điểm sơi: 1429oC +Độ hịa tan nước: 4,76g/100 ml 0oC 42,7 gam/100ml 100oC +Cấu trúc tinh thể: Trục thoi hay lục phương -Dạng Na2SO4.10H2O +Phân tử gam: 322,2 gam/mol +Bề ngoài: Tinh thể rắn màu trắng +Khối lượng riêng: 1,464 gam/cm3 +Điểm nóng chảy: 32,38 oC +Cấu trúc tinh thể: Đơn tà • Tính chất hóa học - Na2SO4 có tính bền vững: Na2SO4 khơng bị oxy hóa khử nhiệt độ bình thường điều kiện có xúc tác nhiệt độ cao tác dụng với cacbon (bị khử) Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa Na2SO4 + C → Na2S + CO2 - Na2SO4 có tính bazơ: Natri sunfat phản ứng với axit sunfuric tạo muối axit natri bisunfat: Na2SO4 + H2SO4 ⇌ NaHSO4 + Lưu ý: Với nồng độ nhiệt độ khác có hệ số khác - Na2SO4 có tính chất trao đổi ion: Natri sunfat muối ion điển hình, chứa ion Na + SO42− Sự có mặt sunfat dung dịch nhận biết dễ dàng cách tạo sunfat không tan xử lý dung dịch với muối Ba2+ hay Pb2+: Na2SO4 + BaCl2 → NaCl + BaSO4 (Kết tủa) 1.2 SƠ LƯỢC VỀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT • Giới thiệu trình đặc: Q trình đặc q trình làm tăng nồng độ chất hịa tan (khơng khó bay hơi) dung mơi bay Đặc điểm q trình đặc dung mơi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hòa tan dung dịch khơng bay nồng độ dung chất tăng lên Hơi dung mơi tách q trình đặc gọi thứ Hơi thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác Nếu thứ dùng để đun nóng thiết bị khác ngồi hệ thống đặc gọi phụ - Cô đặc nhiều nồi: Cô đặc nhiều nồi trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa cao mặt sử dụng nhiệt Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi: nồi đầu dung dịch đun nóng đốt, thứ bốc lên nồi đưa vào làm đốt nồi thứ hai, thứ nồi thứ hai đưa vào làm đốt cho nồi thứ ba, …hơi thứ nồi cuối hệ thống đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi trước đến nồi sau, qua nồi nồng độ dung dịch tăng dần lên dung môi bốc phần Hệ thống cô đặc nhiều nồi sử dụng phổ biến thực tế sản xuất Ưu điểm Trường Đại Học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa bật loại dung dịch tự di chuyển từ nồi trước nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi Nhược điểm nhiệt độ nồi sau thấp nồng độ lại cao so với nồng độ nồi trước nên độ nhớt dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối • Dây chuyền sản xuất thuyết minh: Hình 1.1 Sơ đồ cô đặc nồi xuôi chiều Chú thích: 1-Thùng chứa dung dịch đầu, 2-Bơm, 3-Thùng cao vị, 4-Lưu lượng kế, 5-Thiết bị nhiệt hỗn hợp đầu, 6-Thiết bị cô đặc, 7- Thiết bị ngưng tụ Baromet, 8-Thiết bị tách bọt, 9-Thùng chứa nước, 10-Thùng chứa sản phẩm I-Hơi đốt, II-Nước ngưng, III-Nước làm lạnh - Thuyết minh nguyên lý làm việc: Dung dịch đầu Na2SO4 15.3% bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ thùng chứa (1), sau chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich đun nóng sơ đến nhiệt độ sôi Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa vào nồi (6) Ở nồi dung dich tiếp tục dung nóng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy ống truyền nhiệt đốt đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí khơng ngưng đưa qua tháo khí khơng ngưng Nước ngưng đưa khỏi phịng đốt tháo nước ngưng Dung dịch sôi, dung môi bốc lên phòng bốc gọi thứ Hơi thứ trước khỏi nồi cô đặc qua phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc theo thứ qua ống dẫn bọt Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ chênh lệch áp suất làm việc nồi, áp suất nồi sau < áp suất nồi trước Nhiệt độ nồi trước lớn nồi sau dung dịch vào nồi thứ (2) có nhiệt độ cao nhiệt độ sơi, kết dung dịch làm lạnh lượng nhiệt làm bốc lượng nước gọi trình tự bốc Dung dịch sản phẩm nồi (7) đưa vào thùng chứa sản phẩm (10) Hơi thứ bốc khỏi nồi (7) đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (8) Trong thiết bị ngưng tụ, nước làm lạnh từ xuống, thứ ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ngồi cịn khí không ngưng qua thiết bị thu hồi bọt (9) vào bơm hút chân không Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội CHƯƠNG 2: Khoa Công Nghệ Hóa TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU Năng suất tính theo dung dịch cuối : Gd = 1450 kg/giờ Nồng độ đầu: xd = 15,3% Nồng độ cuối: xc = 28,7% P đốt nồi 1: P1 = at P ngưng tụ: Png = 0,3 at H chiều cao ống chuyền nhiệt: m 2.1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU 2.1.1 Tính tốn lượng thứ khỏi hệ thống Từ công thức: W = Gd.( –) (ST2_VI.1-T55) → 677,0035 (kg/h) 2.1.2 Lượng thứ khỏi nồi Lượng thứ bốc nồi sau lớn nồi trước Để đảm bảo việc dùng toàn lượng thứ nồi trước làm đốt cho nồi sau ta chọn: Tỷ lệ thứ: W1 : W2 = : 1,07 (1) W = W1 + W2 = 677,0035 (kg/h) (2) Từ (1) (2) => W1 = 327,0548 (kg/h) W2 = 349,9487 (kg/h) Trong đó: W- Tổng lượng thứ bốc khổi hệ thống (Kg/s) - Nồng độ đầu cuối dung dịch Gd- Năng suất tính theo dung dịch đầu W1, W2- Lượng thứ khỏi nồi nồi 2.1.3 Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi Nồng độ dung dịch khỏi nồi vào nồi là: Trường Đại Học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa Nồng độ dung dịch khỏi nồi là: Đúng ban đầu cho nồng độ cuối nồi 28,7% Trong đó: x1, x2- Nồng độ cuối dung dịch nồi nồi 2.2 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 2.2.1 Chênh lệch áp suất chung hệ thống (): P = P1 - Png = – 0,3 = 3,7 at Trong đó: P1- Áp suất đốt nồi Png- Áp suất nước ngưng 2.2.2 Nhiệt độ, áp suất đốt nồi Mà: Từ (1) (2) ta được: Áp suất đốt nồi 2: Trong : Chênh lệch áp suất nồi nồi : Chênh lệch áp suất nồi thiết bị ngưng Hơi đốt nồi cấp từ nồi hơi, thứ khỏi nồi đưa sang nồi làm đốt để tận dụng nhiệt Tra ST1_Bảng I.251-315 Nồi Pi at Ti C i J/Kg r J/Kg 142,9 2744000 2141000 o Trường Đại Học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa hệ số trở lực cục toàn đường ống xác định: hệ số trở lực van chọn van tiêu chuẩn có d = 0,07 m, = 0,7 hệ số trở lực đột thu chọn = 0,9 hệ số trở lực đột mở chọn = 0,9 hệ số trở lực trục khuỷu = 1,1 ⇒ ⇒=7,6 = 36,6244 (N/m²) +: áp suất cần thiết khắc phục trở lực thiết bị = +: áp suất bổ sung cuối đường ống, = Vậy tổng trở lực: (N/m²) *Vậy tổn thất áp suất để khắc phục trở lực hệ thống dẫn từ nguyên liệu đầu vào thùng cao vị: hm= *Vậy H = H0+hm = 15+0,0061 = 15,0061 m Vậy chọn bơm có áp suất tồn phần có H ≥ 15 m Vậy chọn bơm có áp suất tồn phần có H ≥ 15 m.Theo bảng II.36/ST1 T444 Loại bơm OπB Năng suất 103 m3/h - 150 Áp suất tồn phần m -20 Số vịng quay vg/ph 250 -960 Nhiệt độ Vật liệu C Vỏ Bánh guồng < 35 Gang, thép Thép 12X18H19T 40 Trục Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa 4.4.2 Năng suất trục bơm + Cơng suất yêu cầu trục bơm xác định theo công thức : ;kw (CT II.189-ST1/439) H: áp suất toàn phần bơm m F: suất bơm kg/h : hiệu suất toàn phần bơm Tra bảng II.32[1-439] hiệu suất thể tích (do hao hụt chuyển từ Pcao Pthấp) hiệu suất thủy lực tính đến ma sát tạo dịng xốy bơm =0,85 hiệu suất khí , tính đén ma sát khí ổ bi lót trục ⇒Hiệu suất tồn phần bơm là: + Vậy (kw) 4.4.3 Cơng suất động điện + Công suất đông điện tính theo cơng thức sau: ;kw (CT II.190-[1-439] hiệu suất truyền động trục =0,95 hiệu suất truyền động =0,95 +Thông thường để đảm bảo an tồn người ta chọn động có cơng suất lớn cơng suất tính tốn lượng dự trữ dựa vào khả tái bơm: Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa với β hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33-[1-440] ta chọn β = Do đó: (Kw) Vậy ta chọn bơm có cơng suất Kw Trường Đại Học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa KẾT LUẬN Em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình em rút vài kinh nghiệm sau: - Việc thiết kế tính tốn hệ thống đặc việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó khơng u cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu q trình đặc mà cịn phải biết số lĩnh vực khác như: Cấu tạo thiết bị phụ, quy định vẽ kỹ thuật - Các cơng thức tốn học khơng cịn gị bó mơn học khác mà mở rộng dựa giả thuyết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn người thiết kế tính đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động hệ thống làm việc ổn định Không vậy, việc thiết kế đồ án mơn học q trình thiết bị cịn giúp em củng cố thêm kiến thức q trình đặc nói riêng q trình khác nói chung; nâng cao kỹ tra cứu, tính tốn, xử lý số liệu Biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án mơn học “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học” hội tốt cho sinh viên nghành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất Mặc dù cố gắng hoàn thành tốt nhiệm vụ, song hạn chế tài liệu, hạn chế khả nhận thức kinh nghiệm thực tế, nên em không tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong thầy cô bạn xem xét dẫn thêm Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO [ ] Nguyễn Bin – Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm – NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội – 2008 [ ] Trần Xoa , Nguyễn Trọng Khng , Phạm Xn Toản – Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập – NXB khoa học kỹ thuật – 2006 [ ] Trần Xoa , Nguyễn Trọng Khuông , Phạm Xuân Toản – Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập – NXB khoa học kỹ thuật – 2000 ... lý Nồi o C 7,3485 0,6 822 8,9 921 0,6707 Bảng 2. 9 Bảng tổng hợp số liệu (W/m2.độ) 28 054,0716 25 549,3419 (W/m2) 28 054,0716 25 549,3419 Nồi o N/m2.độ W C 918, 823 2 30,5585 848,0066 20 3 121 ,0316 29 ,9705... (VI .2/ ST2-T65) bảng (I250/ST1-3 12) Đại lượng Nồi x % k.l t’ r’ j/kg Nồi I 19,7561 1,8156 108,7348 22 375 42, 56 Nồi II 28 ,7 2, 684 69,7 ∑ 1.9155 2, 1883 4,1038 23 337 32 Bảng 2. 3 Bảng tổng hợp số liệu 2. 2.4 .2. .. 1143, 529 3 0,5375 0,673 123 4,44 Bảng 2. 7 Bảng tổng hợp số liệu Kg/m 949 ,22 05 973,18 72 21,7 527 24 ,0198 Nồi J.Kg/độ J.Kg/độ 3359,0097 424 0.6 42 327 1 ,21 38 4197,5179 Bảng 2. 8 Bảng tổng hợp số liệu N.s/m2