Đề tài thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch nacl

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM ********** ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM (Mã HP: CH3440) ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC LIÊN TỤC HAI XUÔI CHIỀU ĐỂ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaCl Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Phương Anh Sinh viên thục hiện: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878 Lớp: KTHH – K62 HÀ NỘI - 2021 NỒI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440 (Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư) Họ tên: Nguyễn Thị Thùy Linh Lớp: KTHH – K62 MSSV: 20174878 I Đầu đề thiết kế: Tính tốn thiết kế hệ thống cô đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch: NaCl Hỗn hợp đầu vào thiết bị cô đặc nhiệt độ sôi Thiết bị cô đặc loại: Có ống tuần hồn buồng đốt ngồi Ống truyền nhiệt dài m II Các số liệu ban đầu: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: 6500 kg/h Nồng độ đầu dung dịch: 5% khối lượng Nồng độ cuối dung dịch: 23 % khối lượng Áp suất đốt nồi 1: 4,8 at Áp suất ngưng tụ: 0,2 at III Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4) Tính tốn kỹ thuật thiết bị Tính khí thiết bị Tính chọn thiết bị phụ Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ: - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: Khổ A4 - Bản vẽ lắp thiết bị chính: Khổ A1 V Cán hướng dẫn: TS Vũ Thị Phương Anh VI Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 01 tháng 10 năm 2020 VII Ngày phải hoàn thành: Ngày 31 tháng 12 năm 2020 Phê duyệt Bộ môn Ngày 01 tháng 10 năm 2020 Người hướng dẫn (Họ tên chữ ký) Đồ án Quá trình thiết bị CNHH GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .4 PHẦN 1: PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sản phẩm 1.2 Sơ lược q trình đặc PHẦN 2: VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 2.1 Sơ đồ công nghệ 2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 10 PHẦN 3: TÍNH TỐN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH 11 3.1 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W 11 3.2 Xác định lượng thứ bốc từ nồi 11 3.3 Tính nồng độ cuối dung dịch nồi 11 3.4 Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống ∆P 12 3.5 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt nồi 12 3.5.1 Tính áp suất đốt nồi 12 3.5.2 Xác định nhiệt độ đốt Ti, nhiệt lượng riêng ii nhiệt hóa ri nồi 12 3.6 Xác định nhiệt độ áp suất thứ khỏi nồi 13 3.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho nồi 14 3.7.1 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao 14 3.7.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ ∆ i ' 15 3.7.3 Tính nhiệt độ tổn thất hệ thống 15 3.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống 15 3.9 Thiết lập phương trình cân nhiệt để tính lượng đốt D lượng thứ Wi nồi 16 3.9.1 Các thông số dung dịch 17 3.9.2 Các thông số nước ngưng 18 3.9.3 Phương trình cân nhiệt lượng 18 3.10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi 19 3.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 19 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878 Trang số Đồ án Quá trình thiết bị CNHH GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh 3.10.2 Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 21 3.10.3 Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sơi 21 3.10.4 Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch 25 3.10.5 So sánh q1i q2i 26 3.11 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi 26 3.12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi 26 3.13 So sánh Ti* Ti 27 3.14 Tính bề mặt truyền nhiệt F 27 PHẦN 4: TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ 28 4.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 28 4.1.1 Nhiệt lượng trao đổi 28 4.1.2 Hiệu số hữu ích 28 4.1.3 Tính hệ số cấp nhiệt cho lưu thể 29 4.1.4 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 29 4.1.5 Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xốy 29 4.1.6 Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch 30 4.1.7 So sánh q1 với q2 30 4.1.8 Xác định bề mặt truyền nhiệt 30 4.1.9 Xác định số ống truyền nhiệt 31 4.1.10 Đường kính thiết bị đun nóng 31 4.1.11 Tính vận tốc chia ngăn 32 4.2 Thiết bị ngưng tụ baromet 33 4.2.1 Các số liệu cần biết 33 4.2.2 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 34 4.2.3 Tính đường kính thiết bị ngưng tụ 34 4.2.4 Tính kích thước ngăn 35 4.2.5 Tổng diện tích bề mặt lỗ tồn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ 35 4.2.6 Tính bước lỗ t 35 4.2.7 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 36 4.2.8 Tính kích thước đường kính ống baromet 36 4.2.9 Xác định chiều cao ống baromet 37 4.2.10 Tính lượng khơng khí ngưng 38 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878 Trang số Đồ án Quá trình thiết bị CNHH GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh 4.3 Tính tốn bơm chân khơng 38 PHẦN 5: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 39 5.1 Buồng đốt nồi cô đặc 40 5.1.1 Xác định số ống buồng đốt 40 5.1.2 Xác định đường kính buồng đốt 41 5.1.3 Xác định chiều dày buồng đốt 42 5.1.4 Tính chiều dày lưới đỡ ống 44 5.1.5 Tính chiều dày đáy phịng đốt 45 5.1.6 Tra bích lắp vào thân đáy 47 5.2 Buồng bốc nồi cô đặc 48 5.2.1 Thể tích khơng gian 48 5.2.2 Đường kính chiều cao phòng bốc 49 5.2.3 Chiều dày phòng bốc 49 5.2.4 Chiều dày nắp buồng bốc 51 5.2.5 Tra bích lắp vào thân nắp 52 5.3 Tính số chi tiết khác 52 5.3.1 Tính đường kính ống dẫn vào thiết bị 52 5.3.2 Tính chọn tai treo 56 5.3.3 Chọn kính quan sát 60 5.3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt 61 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878 Trang số Đồ án Quá trình thiết bị CNHH GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh LỜI MỞ ĐẦU Đồ án mơn học Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học nhằm giúp sinh viên biết vận dụng kiến thức môn học Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học mơn học khác có liên quan vào việc thiết kế thiết bị số thiết bị phụ hệ thống thiết bị để thực nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn q trình cơng nghệ Để bước đầu làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị phục vụ nhiệm vụ kỹ thuật sản xuất, sinh viên làm đồ án Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Việc làm đồ án cơng việc tốt cho sinh viên bước tiếp cận tốt với thực tiễn sau hồn thành mơn học Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Trong phạm vi “Đồ án môn học – Nhiệm vụ thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xôi chiều thiết bị có ống tuần hồn ngồi dùng để đặc dung dịch NaCl đề cập đến việc tính tốn thiết kế thiết bị chính, phụ tính khí hệ thống Để hồn thành đồ án em nhận giúp đỡ lớn từ phía thầy bạn bè Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo PGS.TS Vũ Thị Phương Anh giúp đỡ em tận tình để hồn thành đồ án Do thời gian kiến thức cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến góp ý thầy để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878 Trang số Đồ án Quá trình thiết bị CNHH GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh PHẦN 1: PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sản phẩm Một số tính chất vật lý hóa học dung dịch NaCl Natri clorua muối phổ biến nhất,tính chất vật lý phổ biến không màu ,không mùi, tinh thể vị mặn số tính chất bao gồm : * Nhiệt độ nóng chảy :800,1oC * Nhiệt độ sơi :1465oC * Mật độ :2,165g/cm3 * Độ hòa tan : khoảng 35,9/100g nước 25OC * Khối lượng phân tử :58.44 g/mol * Độ nhớt [1-101] :0,982.103( )tại 20OC với nồng độ dung dịch 2% Về tính chất hóa học : * Nacl chất điện ly mạnh , phân ly hồn tồn nước * Nacl muối trung tình ,trơ mặt hóa học * Tác dụng với nước tạo HCl Ứng dụng công nghiệp : * Đối với sản xuất da,giày : người ta dùng muối để bảo vệ da * Đối với cao su : người ta dùng muối để làm trắng cao su * Trong dầu khí : muối thành phần quan trọng dung dịch khoan giếng khoan * Từ nacl pha chế hóa chất sản xuất : nước javen ,sản xuất nhôm,dồng ,thép,… 1.2 Sơ lược q trình đặc a) Qúa trình đặc Q trình đặc q trình làm đậm đặc dung dịch việc đun sơi Đặc điểm q trình dung môi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hoà tan giữ lại dung dịch, đó, nồng độ dung dịch tăng lên Khi bay hơi, nhiệt độ dung dịch thấp nhiệt độ sôi, áp suất dung môi mặt dung dịch lớn áp suất riêng phần khoảng trống mặt thống dung dịch nhỏ áp suất chung.Trạng thái bay xảy nhiệt độ khác nhiệt độ tăng tốc độ bay lớn, bốc (ở trạng thái sơi) diễn lịng dung dịch( tạo thành bọt) áp suất dung môi áp suất chung mặt thống , trạng thái sơi có nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung nồng độ dung dịch cho Trong q trình đặc, nồng độ dung dịch tăng lên, mà số tính chất dung dịch thay đổi Điều có ảnh hưởng đến q trình tính tốn, cấu tạo vá vận hành thiết bị cô đặc Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt dung dịch giảm Ngược lại, khối lượng riêng , độ nhớt μ, tổn thất nồng độ ∆’ tăng Đồng SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878 Trang số Đồ án Quá trình thiết bị CNHH GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh thời tăng nồng độ tăng điều kiện tạo thành cặn bám bề mặt truyền nhiệt, tính chất làm giảm bề mặt truyền nhiệt thiết bị Hơi dung môi tách q trình đặc gọi thứ, thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác, dùng thứ để đun nóng cho thiết bị ngồi hệ thống ta gọi phụ Q trình đặc tiến hành thiết bị cô đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục gián đoạn Q trình đặc thực áp suất khác tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật, làm việc áp suất thường dùng thiết bị hở, làm việc áp suất thấp dùng thiết bị kín đặc chân khơng có ưu điểm giảm bề mặt truyền nhiệt ( áp suất giảm nhiệt độ sơi dung dịch giảm dẩn đến hiệu số nhiệt độ đốt dung dịch tăng) b) Cô đặc nhiều nồi: Cô đặc nhiều nồi trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt Ngun tắc q 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 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 Trong loại hệ thống đặc nhiều nồi hệ thống đặc nhiều nồi xuôi chiều sử dụng nhiều Ưu điểm loại dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi, nhiệt độ sôi nồi trước lớn nồi sau, dung dịch vào nồi (trừ nồi đầu) có nhiệt độ cao nhiệt độ sôi, kết dung dịch làm lạnh đi, lượng nhiệt làm bốc thêm phần nước làm trình tự bốc Nhược điểm: nhiệt độ dung dịch nồi sau thấp dần nồng độ dung dịch lại tăng dần làm cho độ nhớt dung dịch tăng nhanh, kết hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Hơn nữa, dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp nhiệt độ sôi nên cần phải tốn thêm lượng đốt để đun nóng dung dịch Trong cơng nghệ hố chất thực phẩm, Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sôi; với mục đích: ✓ Làm tăng nồng độ chất hoà tan dung dịch ✓ Tách chất hoà tan dạng rắn (kết tinh) ✓ Tách dung môi dạng nguyên chất… SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878 Trang số Đồ án Quá trình thiết bị CNHH SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878 GVHD: TS Vũ Thị Phương Anh Trang số