TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC o BỘ MÔN QT TB CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC o BỘ MƠN QT- TB CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM -🙞🙜🕮🙞🙜 - HỌC ĐỒ ÁN MÔN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC HAI NỒI XI CHIỀU BUỒNG ĐỐT NGỒI LÀM VIỆC LIÊN TỤC CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NATRI NITRAT (NaNO3) Sinh viên thực : Nguyễn Đình Vương Mã số sinh viên : 20191186 Lớp : KTHH 08 – K64 Giáo viên hướng dẫn : TS Cao Thị Mai Duyên ▪ Hà Nội, 22/07/2022 ▪ ▪ ▪ ▪ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tổng quan q trình đặc 1.1 Giới thiệu 1.2 Phân loại thiết bị cô đặc 1.3 Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm Tổng quan dung dịch NaNO3 10 2.1 Giới thiệu chung 10 2.2 Điều chế 10 2.3 Ứng dụng 11 PHẦN 2: SƠ ĐỒ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 12 2.1 Sơ đồ công nghệ 12 2.2 Nguyên lí làm việc hệ thống thiết bị 13 PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 14 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W 14 Tính sơ bộ lượng thứ bốc ở mỗi nồi 14 Tính nồng độ cuối của dung dịch mỗi nồi 14 Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống ∆ P 15 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho mỗi nồi 15 5.1 Tính áp suất đốt từng nồi 15 5.2 Xác định nhiệt độ đốt Ti , nhiệt lượng riêng ii và nhiệt hóa ri của từng nồi 16 Tính nhiệt độ và áp suất thứ khỏi từng nồi 16 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi 17 7.1 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆ ' ' 17 7.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ ∆ ' 19 7.3 Tổn thất nhiệt độ trở lực đường ống (∆ ' ' ' ¿ 20 7.4 Tính nhiệt độ tổn thất hệ thống 20 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống 20 Thiết lập phương trình cân nhiệt để tính lượng đốt D lượng thứ W nồi 21 9.1 Sơ đồ cân nhiệt lượng 21 9.2 Lập hệ phương trình cân nhiệt lượng 22 10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi 25 10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α ngưng tụ 25 10.2 Tính nhiệt tải riêng về phía ngưng tụ 27 10.3 Tính hệ số cấp nhiệt α từ bề mặt đớt đến chất lỏng sơi 27 10.4 Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch 32 10.5 So sánh q i q i 33 11 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi 33 12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi 34 13 So sánh ∆ T 1∗¿ ∆ T 2∗¿ 35 14 Tính bề mặt truyền nhiệt F 35 Phần Tính tốn khí 36 4.1 Tính buồng đốt nồi cô đặc 36 4.1.1 Xác định số ống buồng đốt 36 4.1.2 Xác đường kính buồng đốt 37 4.1.3 Xác định bề dày buồng đốt 37 4.1.4 Tính chiều dày lưới đỡ ống 40 4.1.5 Tính chiều dày đáy phịng đốt 41 4.1.6 Tra bích để lắp đáy thân, số bulông cần thiết để lắp ghép 43 4.2 Buồng bốc 44 4.2.1 Thể tích phòng bốc 44 4.2.2 Chiều cao phòng bốc 45 4.2.3 Chiều dày phòng bốc 45 4.2.4 Tính chiều dày nắp buồng bốc 47 4.2.5 Tra bích để lắp thân, số bulong cần thiết để lắp ghép 49 4.3 Tính số chi tiết khác 49 4.3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào 49 4.3.2 Tính tai treo chân đỡ 54 4.3.3 Chọn kính quan sát 61 4.3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt 61 Phần 5: Tính tốn thiết bị phụ 65 5.1 Tính tốn thiết bị ngưng tụ baromet 65 5.1.1 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để làm lạnh 65 5.1.2 Đường kính Dtr thiết bị ngưng tụ 65 5.1.3 Tính kích thước ngăn 66 5.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 67 5.1.5 Tính kích thước ống Baromet 69 5.1.6 Tính lượng khí khơng ngưng 71 5.2 Tính tốn bơm chân khơng 71 5.3 Tính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 72 5.3.1 Tính nhiệt lượng trao đổi 72 5.3.2 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích 73 5.3.3 Tính hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ 73 5.3.4 Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 74 5.3.5 Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xốy 74 5.6 Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch 77 5.7 So sánh q q 77 5.8 Xác định bề mặt truyền nhiệt 78 5.9 Xác định số ống truyền nhiệt 78 5.10 Tính đường kính thiết bị đun nóng 79 5.11 Tính vận tốc chia ngăn 79 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 ▪ ▪ ▪ ▪ - LỜI MỞ ĐẦU Nhiệm vụ kỹ sư hóa học phải biết thiết kế thiết bị hay hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ sản xuất, nên sinh viên Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 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 thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức môn học Trên sở 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 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 trình tính tốn thiết kế, tự nâng cao kĩ trình bày thiết kế theo văn phịng khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Trong đồ án mơn học này, nhiệm vụ phải hồn thành thiết kế hệ thống đặc hai nồi xi chiều, ống tuần hồn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch NaNO3 , suất 12000 kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 5%, nồng độ sản phẩm 20% Do hạn chế thời gian, chiều sâu kiến thức, hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế nhiều mặt khác nên khơng tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong nhận đóng góp ý kiến, xem xét dẫn thêm thầy để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn TS Cao Thị Mai Duyên hướng dẫn em hoàn thành đồ án này! VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM _ - NHIỆM VỤ - THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC (Dành cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư) Họ tên: Nguyễn Đình Vương MSSV: 20191186 Lớp: Kỹ Thuật Hóa Học 08 Khóa: 64 I Đầu đề thiết kế: Tính tốn, thiết kế hệ thống đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch NaNO3, suất F= 11520 Kg/h, chiều cao ống truyền nhiệt: H = 6m II Các số liệu ban đầu: Nồng độ đầu dung dịch: % khối lượng; Nồng độ cuối dung dịch: 25 % khối lượng; Áp suất đốt nồi 1: at; Áp suất ngưng tụ: 0,2 at III Nội dung phần thuyết minh tính toán: Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ cơng nghệ (bản vẽ A4) Tính tốn kỹ thuật thiết bị Tính chọn thiết bị phụ Kết luận Tài liệu tham khảo IV V Các vẽ - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4; - Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A1 Cán hướng dẫn: VI Ngày giao nhiệm vụ: VII Ngày phải hoàn thành: TS Cao Thị Mai Duyên ngày 12 tháng 04 năm 2022 ngày 22 tháng 07 năm 2022 Phê duyệt Bộ môn Ngày 12 tháng 04 năm 2022 Người hướng dẫn - PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT o Tổng quan q trình đặc ▪ 1.1 Giới thiệu - Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sơi, với mục đích: + Làm tăng nồng độ chất tan + Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể + Thu dung môi dạng ngun chất - Đặc điểm q trình đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng cịn chất tan khơng bay giữ lại dung dịch, q trình chưng cất dung mơi lẫn chất tan bay - Cô đặc tiến hành trạng thái sôi, nghĩa áp suất riêng phần dung môi bề mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị Q tình tiến hành hệ thống thiết bị cô đặc, hay hệ thống nhiều thiết bị cô đặc thực gián đoạn liên tục Hơi bay q trình đặc gọi “hơi thứ” thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên sử dụng làm đốt cho nồi đặc Nếu “hơi thứ” sử dụng ngồi dây chuyền cô đặc gọi “hơi phụ” - Quá trình đặc tiến hành áp suất khác (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư) Khi làm việc áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở; làm việc áp suất khác ta dùng thiết bị kín ▪ 1.2 Phân loại thiết bị đặc * Dựa vào chế độ tuần hồn dung dịch: Loại 1: Dung dịch tuần hoàn tự nhiên: dựa vào chênh lệch khối lượng riêng dung dịch, dùng để đặc dung dịch lỏng có độ nhớt thấp VD: + Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm + Thiết bị đặc phịng đốt treo + Thiết bị đặc phịng đốt ngồi ⇨ Để tăng hiệu cô đặc rút ngắn thời gian người ta dùng thêm bơm, ta có loại sau: Loại 2: Dung dịch tuần hoàn cưỡng bức: dùng thêm bơm để tăng vận tốc dung dịch lên 1,5 – 3,5 m/s nhằm tăng hệ số cấp nhiệt, dùng cho dung dịch đặc, có độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Nhóm 3: Dung dịch chuyển động dọc theo bề mặt truyền nhiệt thành màng mỏng từ lên trên, thời gian bay nhanh giúp giảm khả biến chất sản phẩm, thích hợp cho dung dịch thực phẩm nước trái cây, hoa ép… VD: Thiết bị cô đặc loại màng * Dựa vào áp suất thiết bị cô đặc: - Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, ngồi cịn làm tăng hiệu số nhiệt độ đốt nhiệt độ sơi trung bình dung dịch dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Cơ đặc chân khơng nhiệt độ sơi dung dịch thấp nên tận dụng nhiệt thừa trình sản xuất khác (hoặc sử dụng thứ) cho q trình đặc - Cô đặc áp suất cao áp suất khí thường dùng cho dung dịch khơng bị phân hủy nhiệt độ cao thứ sử dụng cho q trình đặc q trình đun nóng khác - Cơ đặc áp suất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí Phương pháp đơn giản không kinh tế Trong hệ thống thiết bị đặc nhiều nồi nồi thường làm việc áp suất lớn áp suất khí quyển, nồi sau làm việc áp suất chân khơng * Dựa vào bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng * Dựa vào chất tải nhiệt: đun nóng (hơi nước bão hịa, q nhiệt), khói lị, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước áp suất cao,…), dòng điện * Dựa vào cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngồi, ống xoắn, ống chùm… ▪ 1.3 Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm - Là thiết bị đặc có ống tuần hoàn đặt tâm thiết bị - Muốn cho dung dịch tuần hồn tốt nên cho dung dịch vào phòng đốt chiếm từ 0,4 – 0,7 chiều cao ống Tốc độ ống tuần hoàn chọn khoảng 0,4 – 0,5 m/s Diện tích thiết diện ống tuần hoàn lấy khoảng 20-35% tiết diện ống truyền nhiệt - Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản + Dễ dàng cọ rửa, sửa chữa - Nhược điểm: + Tốc độ tuần hoàn bé + Hệ số truyền nhiệt thấp - Phạm vi ứng dụng: Cô đặc dung dịch có độ nhớt lớn, dung dịch nhiều váng cặn o Tổng quan dung dịch NaNO3 ▪ 2.1 Giới thiệu chung - NaNO3 hợp chất hóa học có tên gọi Natri Nitrat hay cịn gọi Muối diêm tiêu Chile hay diêm tiêu Peru Đây muối ion ion natri Na + ion nitrate NO3- - Natri nitrat dùng nhiều lĩnh vực quan trọng chất nguyên liệu phân bón , nghề làm pháo hoa, bom khói, hóa chất thí nghiệm tinh khiết dùng làm chất bảo quản, thuốc đẩy tên lửa, thủy tinh hay men gốm - Tính chất vật lý: + NaNO3 Chất rắn màu trắng, khơng màu có vị tan nước + Khối lượng mol: 84,9947 g/mol + Khối lượng riêng: 2,257 g/cm3 (16 °C) + Điểm nóng chảy: 308 °C; Phân hủy 380 °C + Tan nhiều nước (730 g/L (0 °C)) + Độ hòa tan: tan tốt amoniac; tan tốt cồn + Chiết suất (nD): 1,587 ( dạng tam giác ) - Tính chất hóa học: + NaNO3 có tính Oxy hóa khử cho kẽm tác dụng với NaNO dung dịch NaOH: NaNO3 + 7NaOH + 4Zn → 2H2O + NH3 + Na2ZnO2 + NaNO với phản ứng trao đổi đun hỗn hợp natri nitrat (NaNO 3) với axit sunfuric (H2SO4) đặc Hơi HNO3 thoát dẫn vào bình làm lạnh ngưng tụ H2SO4 + NaNO3 → HNO3 + NaHSO4 + NaNO3 với phương trình hóa học hữu Cu tác dụng với H2SO4/NaNO3: 10