ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT HÓA HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NaOH MỘT NỒI LIÊN TỤC CÓ ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ o0o ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT HĨA HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC NaOH MỘT NỒI LIÊN TỤC CĨ ỐNG TUẦN HỒN TRUNG TÂM GVHD: TS Nguyễn Thị Lê Liên SVTH : Nguyễn Thị Hồng Thắm MSSV : 1915212 Lớp HC19HLY : TP.HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2022 Trường ĐH BK – ĐHQG TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Kỹ thuật Hóa học Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT HÓA HỌC (MSMH: CH4007) Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Thắm MSSV: 1915212 Ngành: Kỹ thuật Hóa Lý phân tích Lớp: HC19HLY Tên đề tài: …………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Số liệu ban đầu: …………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Nội dung cần thực hiện: 3.1 Giới thiệu 3.2 Tổng quan 3.3 Chọn thuyết minh quy trình cơng nghệ 3.4 Tính tốn cơng nghệ thiết bị 3.5 Tính tốn kết cấu thiết bị 3.6 Tính chọn thiết bị phụ 3.7 Kết luận Bản vẽ: vẽ A1: vẽ sơ đồ quy trình cơng nghệ vẽ lắp thiết bị Ngày giao nhiệm vụ: …………………… Ngày nộp đồ án : ……………………… Trưởng Bộ môn QT&TBCN (Ký ghi rõ họ tên) PGS TS Trịnh Văn Dũng Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2022 Người hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) ……………………… MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Nhiệm vụ đồ án 1.2 Giới thiệu nguyên liệu 1.3 Khái quát cô đặc 1.3.1 Định nghĩa 1.3.2 Các phương pháp cô đặc 1.3.2.1 Phương pháp nhiệt ( đun nóng) 1.3.2.2 Phương pháp lạnh 1.3.2.3 Bản chất cô đặc phương pháp nhiệt 1.3.3 1.4 Ứng dụng q trình đặc Thiết bị cô đặc dùng phương pháp nhiệt 1.4.1 Phân loại 1.4.2 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc 1.5 Lựa chọn thiết bị cô đặc dung dịch NaOH CHƯƠNG II QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 2.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ CHƯƠNG III TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 3.1 Cân vật chất lượng 3.1.1 Cân vật chất 3.1.1.1 Dữ kiện ban đầu 3.1.1.2 Cân vật chất 3.1.2 Tổn thất nhiệt độ 3.1.2.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ 3.1.2.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng 3.1.2.3 Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh 10 3.1.2.4 Tổng tồn thất nhiệt độ 11 BẢNG KẾT QUẢ 11 3.1.3 3.2 3.1.3.1 Nhiệt độ dung dịch NaOH 15% trước sau qua thiết bị gia nhiệt 12 3.1.3.2 Phương trình cân nhiệt lượng 13 3.1.3.3 Bảng kết 15 Thiết kế thiết bị 15 3.2.1 3.3 Cân lượng 12 Tính tốn truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 15 3.2.1.1 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 15 3.2.1.2 Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi 17 3.2.1.3 Nhiệt tải riêng phía thành thiết bị 19 3.2.1.4 Nhiệt tải riêng trung bình 19 3.2.1.5 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K 20 3.2.1.6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 20 3.2.1.7 Bảng kết 20 Tính tốn kích thước thiết bị đặc 21 3.3.1 Tính kích thước buồng đốt 21 3.3.1.1 Số ống truyền nhiệt 21 3.3.1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm 21 3.3.1.3 Đường kính buồng đốt 22 3.3.1.4 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt 22 3.3.2 Tính kích thước buồng bốc 23 3.3.2.1 Đường kính buồng bốc 23 3.3.2.2 Chiều cao buồng bốc 25 3.3.3 Tính kích thước ống dẫn 26 3.3.3.1 Ống nhập liệu 26 3.3.3.2 Ống tháo liệu 26 3.3.3.3 Ống dẫn đốt 27 3.3.3.4 Ống dẫn thứ 27 3.3.3.5 Ống dẫn nước ngưng 27 3.3.3.6 Ống dẫn khí khơng ngưng 28 3.3.4 Bảng kết 28 CHƯƠNG IV TÍNH BỀN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 28 4.1 Tính bền cho thân thiết bị 28 4.1.1 4.1.1.1 Tính bề dày thân buồng đốt 28 4.1.1.2 Tính bền cho lỗ thân buồng đốt 30 4.1.2 4.2 Tính bền cho thân buồng đốt 28 Tính bền cho thân buồng bốc 31 4.1.2.1 Tính bề dày thân buồng bốc 31 4.1.2.2 Tính bền cho lỗ thân buồng bốc 34 4.1.2.3 Tính tốn phần nón cụt nối buồng đốt buồng bốc 34 Tính bền cho nắp thiết bị 34 4.2.1 Sơ lược cấu tạo 34 4.2.2 Tính tốn 35 4.3 4.2.2.1 Bề dày thực 35 4.2.2.2 Tính bền cho lỗ 36 Tính bền cho đáy thiết bị 38 4.3.1 Sơ lược cấu tạo 38 4.3.2 4.4 Tính tốn 38 4.3.2.1 Tính bề dày đáy thiết bị 38 4.3.2.2 Tính bền cho lỗ đáy thiết bị 40 Tính bu long mặt bích 41 4.4.1 Sơ lược cấu tạo 41 4.4.2 Chọn mặt bích bu lơng 41 4.5 4.4.2.1 Mặt bích nối buồng bốc buồng đốt 41 4.4.2.2 Mặt bích nối buồng bốc với nắp 42 4.4.2.3 Mặt bích nối buồng đốt với đáy 42 Tính vỉ ống 43 4.5.1 Sơ lược cấu tạo 43 4.5.2 Tính tốn 43 4.6 Tính tốn tai treo 45 4.6.1 Khối lượng thiết bị 45 4.6.1.1 Buồng đốt 46 4.6.1.2 Buồng bốc 46 4.6.1.3 Phần nón cụt nối buồng bốc buồng đốt 47 4.6.1.4 Nắp ellipse 47 4.6.1.5 Đáy nón 48 4.6.1.6 Ống tuần hoàn ống truyền nhiệt 48 4.6.1.7 Mặt bích 49 4.6.1.8 Vỉ ống 50 4.6.1.9 Bu lông đai ốc 50 4.6.2 Khối lượng dung dịch 52 4.6.3 Tính tốn tai treo 53 CHƯƠNG V: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ 54 5.1 Tính tốn thiết bị gia nhiệt 54 5.1.1 Cân nhiệt lượng 54 5.1.2 Tính tốn truyền nhiệt 55 5.2 5.1.2.1 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 55 5.1.2.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dịng chất lỏng sơi 56 Tính tốn thiết bị ngưng tụ baromet 60 5.2.1 Lựa chọn thiết bị ngưng tụ 60 5.2.2 Tính tốn thiết bị ngưng tụ 60 5.2.3 Bồn cao vị 69 5.3 5.2.3.1 Tính tốn hệ số ma sát hệ số trở lực cục 69 5.2.3.2 Tính tốn chiều cao bồn cao vị 70 Bơm 70 5.3.1 Bơm chân không 70 5.3.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ 71 5.3.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị 74 5.3.4 Bơm tháo liệu 76 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 LỜI NÓI ĐẦU Mơn học Đồ án Q trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức q trình thiết bị cơng nghệ hố học Bên cạnh đó, mơn cịn dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng Đề tài mà em nhận “Thiết kế thiết bị cô đặc NaOH nồi liên tục với suất nhập liệu 5000 l/h, nồng độ nhập liệu 15% khối lượng, nồng độ sản phẩm 30% khối lượng Sử dụng thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm.” Em xin cảm ơn TS Nguyễn Thị Lê Liên, mơn Q trình Thiết bị - khoa Kỹ thuật Hoá học trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh dẫn tận tình trình em thực đồ án Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn bạn giúp đỡ, cung cấp cho em kiến thức bổ ích q trình hồn thành đồ án Tuy nhiên, đề tài lớn nên có nhiều thiếu sót hạn chế q trình thực hiện, em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp dẫn quý thầy cô bạn CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Nhiệm vụ đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH -Nồng độ nhập liệu: xđ = 15% - Nồng độ sản phẩm: xc = 30% - Sản lượng nhập liệu: 5000 l/h = 5m3/h -Áp suất ngưng tụ: Pck = 0,4 at → Pc = – 0,4 = 0,6 at - Áp suất bão hòa: P = 4at - Nhiệt độ đầu vào nguyên liệu: t = 30oC 1.2 Giới thiệu 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 NaOH tan tốt nước (1110 g/l 20 oC) hồ tan toả 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 mịn thiết bị đảm bảo an tồn lao động q trình sản xuất NaOH - Ngành cơng nghiệp sản xuất NaOH ngành sản xuất hố chất lâu năm Nó đóng vai trò to lớn phát triển ngành công nghiệp khác dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn 1.3 Khái quát cô đặc 1.3.1 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 1.3.2 Các phương pháp đặc 1.3.2.1 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 Một số dung dịch khơng chịu nhiệt độ cao làm biến đổi tính chất sản phẩm nên địi hỏi phải đặc nhiệt độ thấp tương ứng với nhiệt độ mặt thống thấp → phương pháp đặc chân không 1.3.2.2 Phương pháp lạnh Khi 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 1.3.2.3 Bản chất cô đặc phương pháp 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 trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, Lưu lượng thể tích khơng khí hút khỏi thiết bị m3/s 0,0138 Nhiệt độ oC 34,05 Khối lượng riêng thứ Kg/m3 0,359 Tốc độ thứ m/s 20 Đường kính mm 500 ĐƯỜNG KÍNH TRONG THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KÍCH THƯỚC TẤM NGĂN Chiều rộng ngăn 300 Đường kính lỗ ngăn Bề dày ngăn Bước lỗ 0,502 CHIỀU CAO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Mức độ đun nóng nước 0,835 Số ngăn Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị 1300 Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị 1200 Chiều cao 5650 KÍCH THƯỚC ỐNG BAROMET Tốc độ nước lạnh nước ngưng chảy ống 1,39 Đường kính ống 100 Độ chân không 319 Chiều cao cột nước 4,34 Hệ số trở lực vào 0,5 Hệ số trở lực Khối lượng riêng nước lạnh nước ngưng 987,75 Độ nhớt động học 0,000543 Chuẩn số Reynold 252422 Hệ số ma sát 0,024 68 Chiều cao Chiều cao thiết bị ΣH = H + H’ = 5,65 + = 11,65 m 5.2.3 Bồn cao vị - Bồn cao vị dùng để ổn định lưu lượng dung dịch nhập liệu Bồn đặt độ cao phù hợp nhằm thắng trở lực đường ống cao so với mặt thống dung dịch nồi đặc - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) – (mặt thống nồi đặc): z1  p1   1.v12 2g  z2  p2    v22 2g  h12 Trong đó: + v1 = v2 = m/s + p1 = at + p2 = p0 = 0,6275 at + ρ = 1171,97 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch NaOH 15 % ttb = 66,1 oC + μ = 0,00165 Ns/m2 – độ nhớt động lực dung dịch NaOH 15 % ttb (bảng I.107, trang 100, [2]) 5.2.3.1 Tính tốn hệ số ma sát hệ số trở lực cục Tốc độ dung dịch ống tính theo cơng thức VI.41 trang 74 , [2]: 5795 4G 3600 dd   = 2,8 m/s  dt   0, 0252.1171,97 Chuẩn số Reynold: 69 dd dt dd 2,8.0, 025.1171,97 = 49711,55 > 104 → Chảy rối  dd 0, 00165 Re  Vật liệu t hép CT3 có độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm, ta được: Regh = 7289,343, Ren = 239201,5 Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64/380 [2]: 0,25 ε 100 0,25 0,0002 100 ) ) λ = 0,1 (1,46 + = 0,1 (1,46 + = 0,0265 d Re 0,1 49711,55 Trên đường ống dẫn có co 90°, van, đầu vào đầu ra, tổng hệ số trở lực tính sau: ∑ 𝜉 =6.ξco + 2.ξvan + ξvào + ξra = 6.1 + 2.1,5 + 0,5 + = 10,5 5.2.3.2 Tính tốn chiều cao bồn cao vị Chiều cao cột áp hao phí: h12  dd2  l 20   2,8          0,0265  10,5  = 12,66 m 2g  d 0,025  2.9,81   Khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch bồn cao vị đến mặt đất: z1  z2  P2  P1 (0, 6275  1).9,81.104  h12    12, 66 = 13,48 m  g 1171,97.9,81 Vậy khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch bồn cao vị đến mặt đất 14m 5.3 Bơm 5.3.1 Bơm chân không Công suất bơm chân không: N= Vkk m ηck m−1 p2 p1 [( ) p1 m−1 m − 1] 70 →N= 0,01 0,8 1,62 1,62−1 0,544.9,81.10 [( 0,544 ) 1,62−1 1,62 − 1] = 103,617 W m: số đa biến, có giá trị từ 1,2 đến 1,62 Chọn m = 1,62 p1: áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ p1 = pc – ph = 0,6– 0,056 = 0,544 at ph: áp suất nước hỗn hợp p2 = pa = at = 9,81.104 N/m2 – áp suất khí Vkk: lưu lượng thể tích khơng khí cần hút ηck = 0,8: hệ số hiệu chỉnh Tốc độ hút 0℃ 760 mmHg S = 0,01.60 = 0,6 m3/phút Ta chọn bơm có ký hiệu BH-025-2 với thông số: Số cấp Tốc độ bơm vùng áp suất 760 – mmHg (L/s) 0,25 Lượng dầu (L) 0,86 Công suất động (kW) 0,18 Kích thước tổng thể dài x rộng x cao (mm) 330 x 243,5 x 229 Khối lượng (kg) 16,5 5.3.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ Công suất bơm: N = Q.ρ.g.H 1000.η (kW) H: cột áp bơm (m) η: hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 ρ = 996,66 kg/m3 – khối lượng riêng nước 25℃ 71 Q: lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ (m3/s) Q = Gn 10,09 = = 0,01 m3 /s ρ 996,66 Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt - (mặt thoáng bể nước) – (mặt thoáng thiết bị ngưng tụ): Z1 + p1 v12 p2 v22 + α1 + H = Z2 + + α2 + h1−2 γ 2g γ 2g v1 = v2 = m/s p1 = at p2 = 0,6 at μ = 0,000874 Ns/m2 – độ nhớt động lực nước 25℃ (bảng I.249/310 [2]) z1 = m: khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất z2 = 12 m: khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 100mm = 0,1m → v1 = v2 = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = 13 m Tốc độ dòng chảy ống: v= Q 0,01 m = = 1,28 πd2 π 0,12 s 4 Chuẩn số Reynolds: Re = v d ρ 1,28.0,1.996,66 = = 145963 > 4000 (chế độ chảy rối) μ 0,000874 Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15/381 [2]) → độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo công thức II.60/378 [1]: 72 Regh d 0,1 ) = 7289,343 = ( ) = ( ε 0,0002 Ren tính theo cơng thức II.62/379 [1]: 9 d 0,1 ) = 239201,5 Ren = 220 ( ) = 220 ( ε 0,0002 → Regh < Re < Ren (khu vực độ) → Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64/380 [1]: ε 100 0,25 0,0002 100 0,25 ) ) λ = 0,1 (1,46 + = 0,1 (1,46 + = 0,025 d Re 0,1 145963 Các hệ số trở lực cục bộ: Ký hiệu Hệ số trở lực cục Số lượng ξvào 0,5 ξra 1 Khủy 90º ξkhuỷu 90º Van cửa ξvan 1,5 Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu → Σξ = 0,5 + + 2.1 + 2.1,5 = 6,5 Tổng tổn thất đường ống: h1−2 = v2 l 1,282 13 (λ + Σξ) = (0,025 + 6,5) = 0,814 2g d 2.9,81 0,1 73 Cột áp bơm: (0,6 − 1) 9,81.104 p2 − p1 H = (Z2 − Z1 ) + + h1−2 = (12 − 2) + + 0,814 = 6,8 m γ 996,66.9,81 →N = Q ρ g H 0,01.996,66.9,81.6,8 = = 0,89 kW = 1,21 hp 1000 η 1000.0,75 Chọn N = 0,7 hp Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K 5.3.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị Công suất bơm: N = Q ρ g H (kW) 1000 η H: cột áp bơm (m) η: hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 ρ = 1126,3 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch nhập liệu Q: lưu lượng nhập liệu (m3/s) 5975 G Q  n  3600 = 0,0014 m /s  1126,3 Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt - (mặt thoáng bể chứa nguyên liệu) – (miệng ống nhập liệu): z1  p1   1.v12 2g  H  z2  p2    v22 2g  h12 Trong 74 v1, v2: vận tốc dung dịch mặt cắt (m/s) v1 = 0, v2 = v: vận tốc dung dịch ống (m/s) p1, p2: áp suất mặt cắt p1 = p2 = at Độ nhớt động học dung dịch NaOH 15% 30oC : μ= 0,002375 Ns/m2 h1-2: tổng tổn thất ống (m) z1 = 2m: Khoảng cách từ mặt thoáng bể chứa nguyên liệu đến mặt đất z2 = 3,5 m: Khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất chọn dhút = dđẩy = 50mm = 0,05 m Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa lên bồn cao vị l = 7m Tốc độ dòng chảy ống: v Q 0, 0014 = 0,728 m/s  d 0, 052   4 Chuẩn số Reynolds: Re  v.d    4,55.0, 05.1126,3 = 17268,22 0, 002375 Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn ( bảng II.15, trang 381, [2]) , độ nhám tuyệt đối Ꜫ = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [2] 8  0, 05   d 7 Re gh       = 3301,07    0, 0002  Ren tính theo cơng thức II Trang 379, [QTTB tập 1]: 9  0, 05   d 8 Re n  220    220   = 109674,38    0, 0002   Regh  Re  Ren 75 Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [2]  100     0,1 1, 46   d Re   0,25 0, 0002 100    0,1 1, 46  = 0,0328 0, 05 3301, 07   ξ: tổng hệ số tổn thất cục Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục Số lượng Đầu vào ξvào 0,5 Đầu ξra 1 ξkhuỷu90 1,5 Khuỷu 90o ξvan Van cửa ξ = ξv + ξkhúc quanh 90º + 2ξvan + ξra = 0,5 + 3.1 + 2.0,5 + = 7.5 l, d: chiều dài, đường kính ống nối bơm (m) Tổn thất đường ống h12  v2  l   0,728          0,0328  7,5  = 0,327 m 2g  d 0,05  2.9,81   Cột áp bơm: H  ( z2  z1 )  h12 = + 3,5 + 0,327 = m Suy công suất bơm: N 0, 0014.1126,3.9,81.6 = 0,12 kW 1000.0, 75 Chọn N = 1,6 Hp 5.3.4 Bơm tháo liệu 76 Công suất bơm: N = Q.ρ.g.H 1000.η (kW) H: cột áp bơm (m) η: hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 ρ = 1272,51 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch NaOH 30% 104,66℃ Q: Lưu lượng thể tích dung dịch NaOH 30% tháo khỏi nồi cô đặc; m3/s 2897,5 Q  3600 = 0,000632 m /s  1272,51 Gn Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt 1-1 ( mặt thoáng bể nước) 2-2 ( mặt thoáng thiết bị ngưng tụ) z1  p1   1.v12 2g  H  z2  p2    v22 2g  h12 Trong đó: v1= vhút =v ; m/s v2 = m/s p1  po  2.p   g.H d 1, 01.10  0, 6275  2.0, 00336  1272,51.9,81.1, 269 = 0,791 at 1, 01.105 Với Hđ chiều cao đáy nón μ = 0,00175 Ns/m2 : độ nhớt động học dung dịch NaOH 30% 104,66 oC( bảng I.101, trang 91, [ ] z1 = 1m: Khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất z2 = 3,5 m: Khoảng cách từ mặt thoáng bể chứa sản phẩm đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 50mm = 0,05 m 77 Chọn chiều dài đường ống từ đáy nón đến bồn chứa sản phẩm l = 5m Tốc độ dòng chảy ống: v Q 0, 000632 = 0,322 m/s  d 0, 052   4 Chuẩn số Reynolds: Re  v.d    0,322.0, 05.1272,51 = 11717,72 0, 00175 Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381,[2]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [2] 8  0, 05   d 7 Re gh       = 3301,07    0, 0002  Ren tính theo công thức II Trang 379, [QTTB tập 1]: 9  0, 05   d 8 Re n  220    220   = 109674,38    0, 0002   Regh  Re  Ren Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64, trang 380, [2]  100     0,1 1, 46    d 0,25 Re  0, 0002 100    0,1 1, 46  0, 05 11717, 72   0,25 = 0,0346 Các hệ số trở lực cục Yếu tố gây trở lực Kí hiệu Hệ số trở lực cục Số lượng Đầu vào ξvào 0,5 78 Đầu ξra 1 Khuỷu 90o ξkhuỷu90 Van cửa ξvan 1,5  = 0,5 + + 4.1 + 2.1,5 = 8,5 Tổng tổn thất đường ống: h12  v2  l   0,322          0,0346  8,5  = 0,0633 m 2g  d 0,05  2.9,81   Cột áp bơm H  ( z2  z1 )  p2  p1   h12  1.v12 2g  (2  1)  (1  0, 791).9,81.104 0,3222  0, 0633  1272,51.9,81 2.9,81 = 2,7 m Công suất bơm: N 0, 000632.1272,51.9,81.2, = 0,0284 kW 1000.0, 75 Chọn N = 0,125 Hp 79 KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu, tính tốn hồn thành Đồ án mơn học: Thiết kế Kỹ thuật Hóa học, sinh viên ôn tập lại kiến thức học môn chuyên ngành, đặc biệt môn mơn Q trình Thiết bị Sau q trình thực đồ án, em rút số kết luận sau: - Hệ thống cô đặc chân không nồi liên tục dung dịch NaOH với sản lượng nhập liệu m3 /h đơn giản Nhưng suất cao nên kích thước thiết bị tương đối lớn - Việc thiết kế tính tốn hệ thống đặc việc làm phức tạp, địi hỏi tính tỉ mỉ lâu dài Yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức sâu q trình đặc, đồng thời cịn phải biết số lĩnh vực khác như: Cấu tạo thiết bị phụ thiết bị ngưng tụ, bơm hay quy chuẩn vẽ kĩ thuật - Việc thiết kế đồ án mơn q trình thiết bị giúp em củng cố thêm kiến thức q trình đặc, rèn luyện kỹ tính tốn xử lí số liệu, hình dung nguyên lý hoạt động thiết bị đặc có nhìn tổng quan quy trình cơng nghệ đặc NaOH 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bơn, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hố học & Thực phẩm, tập 10, Ví dụ tập, NXB ĐHQG TPHCM, 2010 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hố chất, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hố chất, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [4] Phạm Văn Bơn, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hố học & Thực phẩm, tập 10, Ví dụ tập, NXB ĐHQG TPHCM, 2010 [5] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, Q trình thiết bị Cơng nghệ Hố học & Thực phẩm, tập 5, Quá trình thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG TPHCM, 2006 [6] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hố chất dầu khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [7] Phạm Văn Bơn, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hố học & Thực phẩm, tập 10, Ví dụ tập, NXB ĐHQG TPHCM, 2010