1 Mục lục LỜI MỞ ĐẦU 5 PHẦN 1 PHẦN MỞ ĐẦU 6 1 Giới thiệu chung 6 2 Giới thiệu về quá trình cô đặc 7 3 Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng 8 PHẦN 2 SƠ ĐỒ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 9 2 1 Sơ đồ công n[.]
Mục lục LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1: PHẦN MỞ ĐẦU .6 1.Giới thiệu chung Giới thiệu trình cô đặc Thiết bị đặc phịng đốt kiểu đứng .8 PHẦN 2: SƠ ĐỒ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1 Sơ đồ công nghệ .9 2.2 Nguyên lí làm việc hệ thống thiết bị 10 PHẦN TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH .11 * Các số liệu đầu 11 3.1 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W 11 3.2 Tính sơ lượng thứ bốc nồi 11 3.3 Tính nồng độ cuối dung dịch trọng nồi 11 3.4 Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống ΔP 12 3.5 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi 12 3.6 Tính nhiệt độ (t’i) áp suất thứ (p’i )ra khỏi nồi 12 3.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho nồi .13 3.7.1 Tính tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆’’ 13 3.7.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng cao (Δ’) .14 3.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống …………………………………… 15 3.8.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống .15 3.8.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi .15 3.9 Cân bằng nhiệt lượng 16 3.9.1 Sơ đồ cân nhiệt lượng .16 3.9.2 Tính nhiệt dung riêng dung dịch CaCl2 17 3.9.3 Tính toán lượng thứ thoát lượng đốt cần thiết .18 3.10 Tính tốn hệ số cấp nhiệt nhiệt trị riêng cho lưu thể .19 3.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α1 ngưng tụ 19 3.10.2 Tính hệ số cấp nhiệt α2 từ phía ống đến bề mặt lưu thể 20 a Tính hiệu số nhiệt độ hai bề mặt truyền nhiệt 20 b Xác định Δt2i – Hiệu số nhiệt độ ống truyền nhiệt dung dịch cần đặc 21 c Tính hệ số hiệu chỉnh Ψ 21 3.10.3 Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch .24 3.10.4 So sánh q i q i 25 3.11 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi 25 3.12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi .26 3.13 So sánh ∆ Ti∗¿ ∆ T i 26 3.14 Tính bề mặt truyền nhiệt F 27 PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 28 4.1 Hệ thống thiết bị ngưng tụ baromet 28 4.1.1 Tính tốn hệ thiết bị ngưng tụ baromet: 28 4.1.2 Tính lượng nước làm lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ : .28 4.1.3 Tính đường kính thiết bị ngưng tụ: 29 4.1.4 Tính kích thước ngăn: 29 4.1.5 Tổng điện tích bề mặt lỗ tồn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ 29 4.1.6 Tính bước lỗ t .30 4.1.7 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ: .30 Mức độ đun nóng thiết bị ngưng tụ xác định theo công thức sau: .30 4.1.8 Tính kích thức ống baromet .31 4.1.9 Xác định chiều cao ống baromet: 31 4.1.10 Tính lượng khí khơng ngưng 32 4.2 Tính tốn bơm chân khơng: 32 4.3 Tính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 33 4.3.1 Tính nhiệt lượng trao đổi 33 4.3.2 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích .34 4.3.3 Tính hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ .34 4.3.4 Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 35 4.3.5 Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xốy .35 4.3.6 Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch 38 4.3.7 So sánh q v q 38 4.3.8 Xác định bề mặt truyền nhiệt 39 4.3.9 Xác định số ống truyền nhiệt 39 4.3.10 Tính đường kính thiết bị đun nóng 40 4.3.11 Tính vận tốc chia ngăn 40 PHẦN TÍNH TỐN CƠ KHÍ .42 5.1 Tính buồng đốt nồi đặc .42 5.1.1 Xác định số ống buồng đốt 42 5.1.2 Xác đường kính buồng đốt 42 5.1.3 Xác định bề dày buồng đốt 43 5.1.4 Tính chiều dày lưới đỡ ống 46 5.1.5 Tính chiều dày đáy phịng đốt 48 5.1.6 Tính chiều dày nắp phịng đốt 50 5.1.7 Tra bích để lắp đáy, nắp thân, số bulông cần thiết để lắp ghép .51 5.2 Buồng bốc 52 5.2.1 Thể tích phịng bốc .52 5.2.2 Chiều cao phòng bốc 53 5.2.3 Chiều dày phòng bốc 53 5.2.4 Tính chiều dày nắp buồng bốc 54 5.2.5 Tra bích để nắp thân, số bulong cần thiết để lắp ghép 56 5.3 Tính số chi tiết khác .57 5.3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào .57 5.3.1.1 Ống dẫn đốt vào dtr1 57 5.3.1.2 Tính đường kính ống dẫn dung dịch vào dtr2 58 5.3.1.3 Tính đường kính ống dẫn thứ dtr3 59 5.3.1.4 Tính đường kính ống dẫn dung dịch dtr4 60 5.3.1.5 Tính đường kính ống tháo nước ngưng 61 5.3.2 Tính tai treo chân đỡ 62 5.3.2.1 Tính Gnk 63 5.3.2.2 Tính Gnd 67 5.3.2.3 Chọn tai treo chân đỡ 68 5.3.3 Chọn kính quan sát .69 5.3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 LỜI MỞ ĐẦU 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 nâng 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 , thiết bị đặc phịng đốt ngồi dùng phổ biến thiết bị có ngun lý đơn giản, dễ vận hành sửa chữa, hiệu suất sử dụng cao dây truyền thiết bị dùng nồi, nồi, nồi nối tiếp để tạo sản phẩm theo yêu cầu Trong thực tế người ta thường sử dụng thiết bị hệ thống nồi nồi để có hiệu suất sử dụng đốt cao nhất, giảm tổn thất trình sản xuất 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 Cơng nghệ Hóa học” 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 “Cơ sở q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học “ 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 kĩ trình bày thiết kế theo văn khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Trong đồ án môn học này, em cần thực thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xi chiều , thiết bị đặc phịng đốt ngồi dùng cho cô đặc dung dịch CaCl2 với suất 3,5 kg/s, chiều cao ống gia nhiệt 5m, nồng độ dung dịch ban đầu 5%, nồng độ sản phẩm 30%, áp suất đốt nồi at, áp suất ngưng tụ 0,2 at Dung dịch vào nồi nhiệt độ sôi. PHẦN 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.Giới thiệu chung 1.1 Tính chất hóa học - Cơng thức hóa học: CaCl2 - Canxi Clorua CaCl2, tinh lớn, màu trắng khơng màu, có vị mặn đắng Tan nhiều nước Thường tồn dạng kết tinh với phân tử nước có CTHH CaCl2.6H2O Ngồi cịn có canxi clorua ngậm hai nước CaCl 2.2H2O canxi clorua khan CaCl2 - Khi đung nóng CaCl2, CaCl2.6H2O bốn phân tử nước chuyển thành đihidrat CaCl2.2H2O có dạng hình khối xốp trắng - Khi nung chảy CaCl2.2H2O làm nước, trở thành CaCl khan : khối tinh trắng, háo nước Do bị phân hủy phần nên CaCl nóng chảy ln ln chứa lượng CaO canxi oxit 1.2 Tính chất vật lý - Khối lượng phân tử 110,99 - Nhiệt độ nóng chảy 772 – 782°C - Nhiệt độ sơi > 160°C - Tỷ trọng 2152 – 2512 kg/m3 - Canxiclorua tan nhiều nước, dung dịch bão hịa sơi 180 oC Trong dung dịch có nồng độ khác nhiệt độ sơi, nhiệt độ đơng đặc thay đổi Bột Canxiclorua khan thu phun sấy nhiệt độ cao 260°C Khi hòa tan nước tan tốt kèm theo toả nhiều nhiệt dung dịch có vị mặn đắng Tất hóa chất Canxi Clorua CaCl2; dễ tan nước ethanol, tan aceton - Clorua canxi gây dị ứng, cụ thể da ẩm Đeo găng tay kính hay mặt nạ để bảo vệ tay mắt; tránh hít thở phải hay bụi chứa clorua canxi - Clorua canxi khan phản ứng tỏa nhiệt tiếp xúc với nước Các vết bỏng sinh miệng hay thực quản vơ tình nuốt phải viên clorua canxi khan - Bảo quản: Calcium Chloride khan phải giữ nắp đậy kín chứa khơng khí chặt chẽ 1.3 Ứng dụng Trong cơng nghiệp, hóa chất CaCl2 ứng dụng rộng rãi Có hàng triệu Clorua canxi (hóa chất CaCl2) sản xuất năm, Bắc Mỹ, lượng tiêu thụ năm 2002 1.687.000 (3,7 tỷ pao) Các sở sản xuất Cơng ty hóa chất Dow Michigan chiếm khoảng 35% tổng sản lượng Hoa Kỳ clorua canxi Trong cơng nghiệp CaCl, chất có ứng dụng nhiều như: ngành công nghiệp dệt ngun liệu thơ phụ gia hỗ trợ dùng làm chất hút ẩm, chống sương mù, chống bụi, chống cháy công nghiệp dệt Nó dùng tái chế giấy nhằm tách thành phần mực in, dùng bể bơi nhằm tránh ô nhiễm Phụ gia: ngành thực phẩm: dùng sản xuất kem, phụ gia đông cứng, dùng sản phẩm đậu, bia, nước giải khát ngồi CaCl cịn chất phụ gia cho ngành công nghiệp sản xuất xi măng pooclăng giúp làm tăng giá trị sản phẩm công nghiệp Canxi clorua khan dùng cho điện phân sản xuất canxi kim loại điều chế hợp kim canxi Với tính hút ẩm lớn canxiclorua cho phép dùng làm tác nhân sấy khí chất lỏng Nhiệt độ đông đặc thấp dung dịch CaCl cho phép chúng làm chất tải lạnh hệ thống lạnh Do áp suất thấp hydrat dung dịch Canxiclorua nên dùng để hạn chế bụi đường xá Canxiclorua dùng để diệt cỏ đường sắt, chất keo tụ hóa dược dược phẩm dùng nhiều công nghiệp khoan dầu khí Giới thiệu q trình đặc - Q trình đặc q trình làm tăng nồng độ chất tan (khơng khó bay hơi) dung mơi bay Đặc điểm q trình cô đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng cịn chất hịa tan khơng bay nên nồng độ dụng dịch tăng lên Hơi dung mơi tách q trình cô đặc gọi thứ Hơi thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác *Cô đặc nhiều nồi: Cô đặc nhiều nồi trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa cao tận dụng nhiệt Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi: Dung dịch nồi đầu đun nóng đốt, thứ bốc lên nồi đưa sang làm đốt nồi tiếp theo, thứ nồi cuối đưa vào thiết bị ngưng tụ, dung dịch vào từ nồi trước tới nồi sau, qua nồi nồng độ dung dịch tăng dần phần dung môi bay - Phương pháp cô đặc hai nồi xuôi chiều phương pháp sử dụng phổ biến có ưu điểm dung dịch tự chuyển từ nồi trước nồi sau nhờ chêch lệch áp suất nồi Nhiệt độ thứ nồi lớn nhiệt độ nồi hai nên thứ nồi làm đốt cho nồi hai để tiết kiệm lượng Nhược điểm nhiệt độ nồi sau thấp nồng độ lại cao nồi trước nên độ nhớt dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số dẫn truyền nhiệt hệ thống giảm dần từ nồi đầu nồi cuối Thiết bị đặc phịng đốt kiểu đứng - Nguyên lý hoạt động: dung dịch vào buồng đốt đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng qua ống dẫn vào phòng bốc hơi, thứ tách lên phía trên, dung dịch cịn lại phịng đốt đầu theo ống tuần hồn Các ống truyền nhiệt làm dài đến 7m nên cường độ tuần hoàn lớn, có cường độ bốc lớn Đơi người ta ghép vài phòng đốt vào buồng bốc để làm việc thay cần làm sửa chữa để đảm bảo trình làm việc liên tục PHẦN 2: SƠ ĐỒ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1 Sơ đồ công nghệ *Chú thích Thùng chứa Bơm Thùng cao vị Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Buồng đốt Buồng bốc Buồng đốt Buồng đốt 10 Thiết bị ngưng tụ 11 Xyclon 12 Bơm vòng chất lỏng 13 Thiết bị làm lạnh 14&15&16 Cốc tháo nước ngưng 17 Thùng chứa nước ngưng 18 Thùng chứa sản phẩm 19 Bể chứa nước ngưng 2.2 Nguyên lí làm việc hệ thống thiết bị *Thuyết minh sơ đồ: Hỗn hợp đầu (dung dịch CaCl2 5%) đưa vào thùng chứa (1) bơm (2) hút lên thùng cao vị (3) Ở thùng cao vị có ống chảy tràn, hỗn hợp thùng phải chế độ chảy tràn suốt q trình đặc quay trở lại thùng chứa (1) Tiếp theo, hỗn hợp đầu từ thùng cao vị chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (5) Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (5) dung dịch gia nhiệt đến nhiệt độ sơi tác nhân nước bão hồ sau vào buồng đốt (6) nồi đặc Tại hỗn hợp tuần hoàn theo vành tuần hoàn buồng đốt đến buồng bốc Hơi đốt đưa vào buồng đốt để tiếp tục đun sôi hỗn hợp Nước ngưng buồng đốt tháo hệ thống tháo nước ngưng (15) Hơi bốc lên nồi cô đặc (6) đốt nồi cô đặc 2, đồng thời dung dịch sau cô đặc nồi tiếp tục đưa sang nồi chênh lệch áp suất làm việc nồi, áp suất nồi sau nhỏ nồi trước Nước ngưng nồi cô đặc tháo hệ thống (16), dung dịch cô đặc đạt đến nồng độ yêu cầu làm lạnh đưa qua bơm để đưa vào bể chứa sản phẩm (18) Hơi thứ nồi cô đặc đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet (10) Ở thứ ngưng tụ lại thành lỏng chảy vào bể chứa (19) ngoài, cịn khí khơng ngưng sang thiết bị thu hồi bọt (11) bơm hút chân không (12) hút 10