ĐẶT VẤN ĐỀ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HOÀ XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ Độc lập Tự do Hạnh phúc Bộ môn Công nghệ sau thu hoạch o0o NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ v[.]
CỘNG HỒ XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự - Hạnh phúc Bộ môn: Công nghệ sau thu hoạch o0o TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ tên sinh viên: Nguyễn Đăng Việt Lớp: CNTP43 Ngành: Công nghệ Thực Phẩm 1/ Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi ngược chiều Thiết bị cô đặc phịng đốt ống tuần hồn ngồi Cơ đặc dung dịch KOH 2/ Các số liệu ban đầu: - Năng suất tính theo dung dịch đầu (Tấn/giờ): 10 - Nồng độ đầu dung dịch (% khối lượng): 12 - Nồng độ cuối dung dịch (% khối lượng) 30 - Ap suất đốt nồi (at): 3.5 - Ap suất lại thiết bị ngưng (at): 0,3 3/ Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Đặt vấn đề - Chương I: Tổng quan sản phẩm, phương pháp điều chế, chọn phương án thiết kế - Chương II:Tính tốn cơng nghệ thiết bị - Chương III:Tính chọn thiết bị phụ: Thiết bị Baromet, bơm chân không, bơm dung dịch, thiết bị gia nhiệt - Chương IV: Kết luận - Tài liệu tham khảo 4/ Các vẽ đồ thị (ghi rõ loại kích thước loại vẽ): - vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1 A3 đính kèm thuyết minh - vẽ thiết bị chính, khổ A1 5/ Giáo viên hướng dẫn: Phần: toàn Họ tên giáo viên: Tống Thị Quỳnh Anh 6/ Ngày giao nhiệm vụ: 03/03/2012 7/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 03/05/2012 Thông qua môn GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm 2010 (Ký, ghi rõ họ tên) TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ I Tổng quan sản phẩm .7 II Cơ sở lý thuyết phương pháp cô đặc .8 Định nghĩa Các phương pháp cô đặc .10 Ứng dụng cô đặc 10 Cấu tạo thiết bị cô đặc 10 III Lựa chọn phương án thiết kế - thuyết minh quy trình cơng nghệ .12 Lựa chọn phương án thiết kế .12 Thuyết minh quy trình cơng nghệ .12 CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 14 Tính cân vật chất 14 1.1 Xác định lượng dung môi bốc 14 1.2 Xác định nồng độ dung dịch cuối nồi 15 Cân nhiệt lượng 16 2.1 Xác định áp suất ban đầu 16 2.2 Xác định nhiệt độ nồi 17 2.3 Xác định loại tổn thất nhiệt độ nồi .18 2.3.1 Tổn thất nồng độ gây ( ∆ ') .18 2.3.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh ( ∆ '') 19 2.3.3 Tổn thất trở lực đường ống ( ∆ ''') 21 2.3.4 Tổn thất cho toàn hệ thống .21 2.3.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho tồn hệ thống cho nồi 21 2.4 Cân nhiệt lượng .22 2.4.1 Tính nhiệt dung riêng 22 2.4.2 Tính nhiệt lượng riêng 23 Tính bề mặt truyền nhiệt .27 3.1 Độ nhớt .27 3.2 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch 30 3.3 Hệ số cấp nhiệt 31 3.3.1 Về phía ngưng tụ .31 3.3.2 Về phía dung dịch sơi 33 3.4 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho nồi .35 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHÍNH .41 3.1 Buồng bốc 41 3.1.1 Tính số ống truyền nhiệt 41 3.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt 41 3.1.3 Chiều dày buồng đốt .42 3.1.4 Chiều dày đáy buồng đốt .44 3.2 Buồng bốc 46 3.2.1 Đường kính buồng bốc 46 3.2.2 Chiều cao buồng bốc .46 3.2.3 Chiều dày buồng bốc .48 3.2.4.Chiều dày nắp buồng bốc .49 3.3 Đường kính ống dẫn 50 3.3.1 Đường kính ống dẫn đốt 50 3.3.2 Đường kính ống dẫn thứ 51 3.3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch .52 3.3.4 Đường kính ống tháo nước ngưng 54 3.3.5 Đường kính ống tuần hồn ngồi 56 3.4 Chiều dày vĩ ống 56 3.5 Chiều dày lớp cách nhiệt 57 3.5.1 Chiều dày lớp cách nhiệt ống dẫn 57 3.5.2 Tính chiều dày lớp cách nhiệt thân thiết bị .60 3.6 Chọn mặt bích 62 3.6.1 Mặt bích nối thân thiết bị với đáy nắp 62 3.6.2 Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn 63 3.7 Chọn tai treo .63 3.7.1 trọng lượng thân thiết bị 63 3.7.2 Tải trọng ống truyền nhiệt ống tuần hoàn .64 3.7.3 trọng lượng dung dịch thiết bị .65 3.7.4 trọng lượng 65 3.7.5 Trọng lượng vĩ ống 65 3.7.6 Trọng lượng đáy buồng đốt 66 3.7.7 Trọng lượng nắp buồng bốc 66 3.7.8 Trọng lượng bích 66 3.7.9 Trọng lượng lớp cách nhiệt 67 3.7.10 Tổng trọng lượng thiết bị tải trọng tai treo .67 CHƯƠNG IV: THIẾT BỊ PHỤ 69 4.1 Cân vật liệu 69 4.1.1 lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ .69 4.1.2 Thể tích khí khơng ngưng khơng khí hút khỏi thiết bị 69 4.2 kích thước thiết bị ngưng tụ .71 4.2.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ 71 4.2.2 Kích thước ngăn .71 4.2.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 73 4.2.4 Kích thước ống baromet 74 4.3 Chọn bơm 76 4.3.1 Bơm chân không 76 4.3.2 Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ 78 4.3.3 Bơm dung dịch lên thùng cao vị 82 4.3.4 Bơm dung dịch từ nồi vào nồi 84 4.3.5 Bơm dung dịch từ nồi vào nồi 86 4.3.6 Bơm dung dịch từ nồi sang bể chứa sản phẩm 89 4.4 Thiết bị gia nhiệt 92 CHƯƠNG V KẾT LUẬN 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày công nghiệp sản xuất hóa chất ngành cơng nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác Một sản phẩm quan tâm sản xuất nhiều Kali hydroxyt (KOH) khả sử dụng rộng rãi Trong q trình sản xuất KOH, q trình cô đặc thường sử dụng để thu dung dịch KOH có nồng độ cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ Nhiệm vụ cụ thể đồ án thiết kế hệ thống cô đặc nồi ngược chiều, phịng đốt ống tuần hồn ngồi, đặc dung dịch KOH từ 12% lên 30% Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, việc thực đồ án thiết bị quan trọng Nó vừa tạo hội cho sinh viên ôn tập hiểu cách sâu sắc kiến thức học trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính tốn chi tiết thiết bị với thông số kỹ thuật cụ thể Tuy nhiên, trình thiết bị mơn học khó kiến thức thực tế sinh viên hạn chế nên việc thực đồ án thiết bị nhiều thiếu xót Em mong góp ý dẫn thầy bạn bè để có thêm nhiều kiến thức chuyên môn Đồ án thực giúp đỡ hướng dẫn GV Tống Thị Quỳnh Anh thầy cô môn khoa khí – cơng nghệ, trường Đại học Nơng lâm Huế Em xin chân thành cảm ơn cô Tống Thị Quỳnh Anh thầy cô giáo bạn giúp em thực đồ án CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Tổng quan sản phẩm: Trong hầu hết ngành công nghiệp nay, hóa chất sử dụng từ ngành cơng nghiệp hóa chất có vai trị khơng thể thiếu ứng dụng rộng rãi Kalihydroxyt với cơng thức hóa học KOH, hóa chất thông dụng với nhiều ứng dụng tực tiễn, KOH sản xuất ngày lớn Các tính chất vật lý KOH: − KOH khối tinh thể suốt, không màu, ăn da mạnh − Nhiệt độ nóng chảy 360,40C (khan) − Nhiệt độ sôi 13250C (khan) − Độ nhớt 1,63 Cp 200C (dung dịch 20%) − Nó hấp thu mạnh ẩm CO khơng khí, dễ chảy rữa thành K 2CO3 KOH dễ dàng tan nước, 100g nước hòa tan 112g KOH, tỏa nhiều nhiệt tạo dung dịch KOH Áp suất nước KOH nhiệt độ phòng 0,002 mmHg Các ứng dụng KOH: − Sản xuất dầu diesel sinh học − Sản xuất xà phòng mềm, làm chất tẩy rữa − Tiền thân hợp chất kali khác − Làm pin điện phân − Các phương pháp sản xuất: Điện phân (có màng ngăn) dung dịch KCl: KCl + H2O → KOH + H2 ↑ +Cl2 ↑ − Điều chế KOH từ kali: K + H2O → KOH + H2 − Điều chế từ dung dịch K2CO3: K2CO3 + Ca(OH)2 → 2KOH + CaCO3 ↓ 1.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp cô đặc 1.2.1 Định nghĩa Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan khơng bay hơi, nhiệt độ sơi với mục đích: - Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể - Thu dung mơi dạng ngun chất Q trình đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), hệ thống thiết bị cô đặc hay hệ thống nhiều thiết bị cô đặc Trong đó: Cơ đặc chân khơng dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao, dễ bị phân hủy nhiệt Cô đặc áp suất cao áp suất khí dùng cho dung dịch khơng bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho cô đặc cho q trình đun nóng khác Cơ đặc áp suất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí Đây phương pháp đơn giản không kinh tế Trong cơng nghiệp hóa chất thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi trình đặc, đặc điểm q trình đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng hơi, cịn chất hịa tan dung dịch khơng bay hơi, nồng độ dung dịch tăng dần lên, khác với trình chưng cất, trình chưng cất cấu tử hỗn hợp bay khác nồng độ hỗn hợp Hơi dung môi tách trình đặc gọi thứ, thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác, dùng thứ đung nóng thiết bị ngồi hệ thống đặc ta gọi phụ Q trình đặc tiến hành thiết bị nồi nhiều nồi làm việc gián đoạn liên tục Quá trình đặc thực áp suất khác tùy theo yêu cầu kỹ thuật, làm việc áp suất thường (áp suất khí quyển) dùng thiết bị hở; cịn làm việc áp suất khác dùng thiết bị kín đặc chân khơng (áp suất thấp) có ưu điểm là: áp suất giảm nhiệt độ sơi dung dịch giảm, hiệu số nhiệt độ đốt dung dịch tăng, nghĩa giảm bề mặt truyền nhiệt Cơ đặc nhiều nồi trình sử dụng thứ thay đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt Nguyên tắc trình đặc nhiều nồi tóm tắt sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch đun nóng đốt, thứ nồi đưa vào đun nồi thứ hai, thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba thứ nồi cuối vào thiết bị ngưng tụ Còn dung dịch vào từ nồi sang nồi kia, qua nồi bốc môt phần, nồng độ dần tăng lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt nồi phải có chênh lệch nhiệt độ đốt dung dịch sơi, hay nói cách khác chênh lệch áp suất đốt thứ nồi, nghĩa áp suất làm việc nồi phải giảm dần thứ nồi trước đốt nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc áp suất dư, nồi cuối làm việc áp suất thấp áp suất khí 1.2.2 Các phương pháp cô đặc − Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung dịch chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng − Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy theo tính chất cấu tử áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh 1.2.3 Ứng dụng cô đặc − Dùng sản xuất thực phẩm: đường, mỳ chính, nước trái − Dùng sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô 1.2.4.Cấu tạo thiết bị đặc 1.2.4.1 Phân loại theo cấu tạo Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn tự nhiên dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm: Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), có ống tuần hồn ngồi Có buồng đốt ngồi ( khơng đồng trục buồng bốc) Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Gồm: 10 ... 51 3. 3 .3 Đường kính ống dẫn dung dịch .52 3. 3.4 Đường kính ống tháo nước ngưng 54 3. 3.5 Đường kính ống tuần hoàn 56 3. 4 Chiều dày vĩ ống 56 3. 5 Chiều dày... xc (%kl) Nồi I Nồi II Nồi III Tổng nồi 30 19,678 14,821 ∆ o’ ( C ) t’ ( C ) r (J/kg) 12,2 110,68 2 232 ,2.1 03 8,4 87,564 2290,6.1 03 7,1 69,7 233 3,7.1 03 ∑∆ ’ = ∆ 1’+ ∆ 2’ +∆ 3? ?? = 26 ,30 3 o o ∆’ (oC... tính lượng thứ bốc nồi theo công thức: W = W1 + W2 +W3 = 6000 kg/h Nồi 1: W1 = 21 93, 353kg/h Nồi 2: W2 = 19 93, 958 kg/h Nồi 3: W3 = 1812,689 kg/h 1.2 Xác định nồng độ dung dịch cuối nồi: Để đảm bảo