Đồ án quá trình thiết bị tính toán và thiết kế thiết bị cô đặc một nồi dung dịch koh

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC -  - ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH KOH GVHD SVTH Lớp MSSV : Hồ Tấn Thành : Phạm Minh Quốc : 09DHVL : 2026181018 TP Hồ Chí Minh ngày 20 tháng năm 2022 i Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH LỜI CẢM ƠN Đồ án Quá trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức trình thiết bị cơng nghệ hóa học Bên cạnh đó, cịn giúp sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết số thiết bị với số liệu cụ thể thông dụng Cô đặc nồi dung dịch KOH đồ án thực hướng dẫn nhiệt tình Thầy Hồ Tấn Thành, Khoa Cơng Nghệ Hóa Học, Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình chu đáo Thầy Hồ Tấn Thành thầy mơn Q Trình Thiết bị giúp đỡ em thực xong đồ án Q trình làm có thể có thiếu xót hạn chế khơng thể tránh khỏi Em mong đóng góp ý kiến, dẫn từ Thầy (Cô) để củng cố thêm kiến thức chuyên môn Em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, 20 tháng năm 2022 Sinh viên thực Phạm Minh Quốc ii Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên: Phạm Minh Quốc MSSV: 2026181018 Nhận xét: Điểm đánh giá: Ngày…tháng… năm 2022 ( Ký, ghi rõ họ tên) iii Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên: Phạm Minh Quốc MSSV: 2026181018 Nhận xét: Điểm đánh giá: Ngày…tháng… năm 2022 ( Ký, ghi rõ họ tên) iv Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv MỤC LỤC v I NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN II GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU III KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC .1 Định nghĩa Các phương pháp cô đặc Bản chất cô đặc nhiệt Ứng dụng cô đặc .2 IV THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT Phân loại ứng dụng 2 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc V.LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH KOH VI.THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Quy trình Nguyên lý làm việc nồi cô đặc .4 Nguyên tắc hoạt động ống tuần hoàn trung tâm .4 PHẦN 2: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG .6 I DỮ KIỆN BAN ĐẦU II CÂN BẰNG VẬT CHẤT Suất lượng tháo hiệu Tổng lượng thứ bốc lên III TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ 1.Tổn thấp nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (Δ’’) Phương trình cân nhiệt………………………………………………………… 10 PHẦN TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 11 I TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 11 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 11 v Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH 2.Nhiệt tải riêng phía tường 12 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dịng chất lỏng sơi 13 Tiến trình tính nhiệt tải riêng 14 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho trình đặc 15 Diện tích bề mặt truyền nhiệt .15 II TÍNH KÍCH THƯỚC CHO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 16 Tính kích thước buồng bốc 16 1.1 Đường kính buồng bốc (Db) 16 1.2 Chiều cao buồng bốc (Hb)………………………………………………………… 18 Tính kích thước buồng đốt 18 2.1 Số ống truyền nhiệt 18 2.2 Đường kính ống tuần hồn trung tâm (Dth)…………………………………………18 2.3 Đường kính buồng đốt 19 2.4 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt 20 Tính kích thước ống dẫn 20 3.1 Ống nhập liệu 20 3.2 Ống tháo liệu 21 3.3 Ống dẫn đốt 21 3.4 Ống dẫn thứ 22 3.5 Ống dẫn nước ngưng .22 3.6 Ống dẫn khí khơng ngưng .22 III TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 22 1.Tính cho buồng đốt 22 1.1 Sơ lược cấu tạo 22 1.2 Tính tốn 22 Tính cho buồng bốc 24 Tính cho đáy thiết bị 29 Tính cho nắp thiết bị: 34 vi Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH Tính mặt bích 36 5.1.Sơ lược cấu tạo 36 5.2 Chọn mặt bích 36 Tính vỉ ống 36 6.1.Sơ lược cấu tạo 38 6.2.Tính tốn 38 Khối lượng tai treo 38 7.1 Buồng đốt 40 7.2 Buồng bốc 41 7.3.Phần hình nón cụt buồng bốc buồng đốt 41 7.4 Đáy nón 42 7.5 Nắp ellipse 42 7.6 Ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm 43 7.7.Mặt bích 43 7.8.Bu lông ren 44 7.9.Đai ốc 46 7.10 Vỉ ống 47 PHẦN TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ .48 I THIẾT BỊ GIA NHIỆT 49 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 49 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dịng chất lỏng sơi 49 Nhiệt tải riêng phía tường .50 Cân lượng 51 4.1.Cân nhiệt lượng .51 4.2 Phương trình cân nhiệt 51 II THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 53 Chọn thiết bị ngưng tụ 53 Tính thiết bị ngưng tụ……………………………………………… ……………… 54 II BỒN CAO VỊ 59 vii Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH IV BƠM 61 1.Bơm tháo liệu 61 2.Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị 63 V CÁC THIẾT BỊ PHỤ 64 Cửa sửa chữa 64 Kính quan sát 65 PHẦN TÍNH GIÁ THÀNH 66 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 viii Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH i Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH PHẦN TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC I NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Thiết kế thiết bị cô đặc nồi để cô đặc dung dịch KOH Nồng độ đầu: xđ = 15 % Nồng độ cuối: xc = 37 % Suất lượng nhập liệu: Gđ = 2600 kg /h Nhiệt độ đầu nguyên liệu: chọn t0 = 15 oC Gia nhiệt nước bão hoà, áp suất P = 15 atm Áp suất ngưng tụ: Pck = 0,5 atm II GIỚI THIỆU VỀ NGUN LIỆU Kali hydroxide (cơng thức hóa học: KOH) kiềm mạnh có tính ăn mịn, tên thơng dụng potash ăn da Nó chất rắn kết tinh màu trắng, ưa ẩm dễ hòa tan nước Phần lớn ứng dụng chất độ phản ứng axit tính ăn mịn Năm 2005, ước tính tồn cầu sản xuất 700.000–800.000 hợp chất này, ước tính sản lượng hàng năm NaOH cao gấp 100 lần KOH[3] KOH tiền chất phần lớn xà phòng lỏng mềm hóa chất có chứa kali khác Sản phẩm tồn dạng tinh thể khơng màu, có tnc = 404oC, ts= 1324 KOH có đặc điểm sau:  Dễ hịa tan nước phát nhiệt mạnh, khoảng 20 độ C, với 100g nước hịa tan 112g KOH  Thuộc vào nhóm kiềm mạnh, hấp thụ nước CO2 khơng khí tạo thành muối kali cacbonat (K2CO3)  Dung dịch Kaly hidroxit ăn mòn thủy tinh, dạng nóng chảy ăn mịn sứ (trong mơi trường tồn khơng khí), platin  Là bazơ mạnh nên mang đầy đủ tính chất hóa học bazơ tác dụng với axit tạo thành muối nước,  Làm đổi màu chất thị (quỳ tím hóa xanh, phenolphtalin khơng màu hóa hồng) dạng lỏng  KOH tác dụng với oxit axit tạo thành muối  Kali hydroxit phản ứng trao đổi với dung dịch muối (sản phẩm phải có kết tủa)  KOH tác dụng với axit tạo muối nước Ngành công nghiệp sản xuất NaOH ngành sản xuất hoá chất lâu năm Nó đóng vai trị to lớn phát triển ngành công nghiệp khác dệt,tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn III KHÁI QT VỀ CƠ ĐẶC Định nghĩa Cơ 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 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH Số ống truyền nhiệt tính theo cơng thức (III-49), trang 134, [4]: n= Trong : F = 11,85 – diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2 ) l = 1,5 m – chiều dài ống truyền nhiệt d – đường kính ống truyền nhiệt Ta chọn d = dt = 25 mm Số ống truyền nhiệt là: Số ống truyền nhiệt là: n = = 100,64 Theo bảng V.11, trang 48, [2], chọn số ống n = 91 bố trí ống theo hình lục giác Đường kính thiết bị trao đổi nhiệt tính theo cơng thức V.140, trang 49, [2]: D = t.(b-1) + 4.dn Trong đó: dn = dt + 2S = 0,025 + 2.0,002 = 0,027 m – đường kính ống truyền nhiệt t = β.dn = 1,4.0.027 = 0,0378 m – bước ống b = = = 11 ( b - số ống đường xuyên tâm lục giác) ⇒ D = 0,0378.(11-1) + 4.0,027= 0,486 m Thể tích bình gia nhiệt: V = l = 3,14 1,5 = 0,278 m3 Dung dịch chảy chậm ống nên thời gian truyền nhiệt lớn, chọn số pass phía vỏ m = Thơng số Ký hiệu DUNG DỊCH NaOH G xđ Suất lượng Nồng độ Nhiệt độ đầu vào Nhiệt độ đầu Nhiệt dung riêng đầu vào Nhiệt dung riêng đầu cđ cc HƠI ĐỐT Áp suất pD Nhiệt độ tD ẩn nhiệt ngưng tụ rD Chiều cao thiết bị gia nhiệt H Đường kính ống truyền nhiệt dt Đường kính ngồi ống truyền nhiệt dn Nhiệt lượng đốt cung cấp QD Đơn vị Giá trị Kg/h %wt o C o C J/(kg.K) J/(kg.K) 2600 15 15 116 3558,1 2983,6 at C kJ/kg m m m W 15 198,89 1949,526 1,5 0,025 0,027 246063,323 o 49 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Lượng đốt biểu kiến II THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Khoa CNHH D Kg/s 6,643 Chọn thiết bị ngưng tụ - Lượng khí bổ sung sinh thiết bị cô đặc bao gồm: Hơi nước (chủ yếu) Dung mơi dễ bay Khí khơng ngưng - Khí bổ sung cần giải phóng để tạo chân không Thiết bị ngưng tụ kết hợp với bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu - Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khơ, ngược chiều, chân cao (baromet) Trong đó,nước làm lạnh nước ngưng tụ chảy xuống cịn khí khơng ngưng bơm hút từ phần thiết bị qua phận tách lỏng - Chiều cao ống baromet chọn cho tổng áp suất thiết bị cột áp thuỷ tĩnh với áp suất khí Tính thiết bị ngưng tụ - Theo bảng VII.1, trang 97, [2]: nhiệt độ không khí trung bình TPHCM t = 27,2 C độ ẩm tương đối φ = 77 % Theo giản đồ h – x khơng khí ẩm,h = 72,5 kJ/kg khơng khí ẩm - Nhiệt độ bầu ướt chọn tư = 23 oC Nhiệt độ đầu nước lạnh chọn t2d = 23 + = 26 o C - Với pc = at tc = 85,5 oC: Nhiệt độ cuối nước lạnh chọn t2c = tc – 10 = 99 – 10 = 89 oC - Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp, lượng khơng khí cần hút tính theo cơng thứcVI.47, trang 84, [2]: Gkk = 0,000025.W + 0,000025.Gn + 0,01.W; kg/s Trong đó: Gn – lượng nước tưới vào thiết bị ngưng tụ; kg/s, tính theo cơng thức VI.51, trang 84, [2]: = Với: W = 1545, 9459 kg/h – lượng thứ vào thiết bị ngưng tụ i = 26433217 J/kg – nhiệt lượng riêng nước (bảng I.251,trang314,[1]) cn = 4180 J/(kg.K) – nhiệt dung riêng trung bình nước ⇒ Gn = = 4,3 kg/s ⇒ Gkk = 0,000025 + 0,000025.4,3 + 0,01 = 4,413.10-3 kg/s - Đối với thiệt bị ngưng tụ trực tiếp loại khơ, nhiệt độ khơng khí tính theo cơng thức 50 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH VI.50, trang 84, [2]: tkk = t2d + + 0,1.(t2c – t2d) = 26 + + 0,1.(89 – 26) = 36,3 oC ⇒ ph = 0,057 at (tra giản đồ h – x khơng khí ẩm) -Thể tích khơng khí cần hút tính theo cơng thức VI.49, trang 84, [2]: Vkk = = = 4,429.10-3 m3 /s Kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ: - Thơng thường, suất tính tốn chọn lớn 1,5 lần so với suất thực tế Khi đó, đường kính thiết bị tính theo cơng thức VI.52, trang 84, [2]: = 1,383 Trong đó: ρh = 0,3252 kg/m – khối lượng riêng thứ 0,54 at (tra bảng I.251, trang 314, [1]) ωh = 20 m/s – tốc độ thứ thiết bị ngưng tụ (chọn) ⇒ = 1,383 = 0,3554 m Chọn = 0,35 m = 350 mm -Kích thước thiết bị ngưng tụ baromet chọn theo bảng VI.8, trang 88, [2]: Kích thước Ký hiệu Giá trị;mm Đường kính thiết bị Dtr 350 Chiều dày thành thiết bị S Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị ao 1000 Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị an 900 Bề rộng ngăn b Khoảng cách từ tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị K1 675 thu hồi Chiều cao hệ thống thiết bị K2 Đường kính thiết bị thu hồi T 1300 Chiều cao thiết bị thu hồi D1 150 Đường kính thiết bị thu hồi h1 1440 Đường kính cửa vào D2 Nước vào d2 300 Hỗn hợp khí vào d3 100 Nối với ống baromet d4 80 Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi d5 125 Hỗn hợp khí thiết bị thu hồi d6 80 Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 50 ống thơng thiết bị d8 50 - Kích thước ngăn: Tấm ngăn có dạng hình viên phân để bảo đảm làm việc tốt Chiều rộng ngăn 51 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH xác định theo công thức VI.53, trang 85, [2]: b = + 50 = + 50 = 225 mm Có nhiều lỗ nhỏ đục ngăn, nước làm nguội nước nên đường kính lỗ chọn d = mm - Lưu lượng thể tích nước lạnh dùng để ngưng tụ thứ: Nhiệt độ trung bình nước: ttb = = = 57,5 oC ⇒ ρn = 984,4 kg/m3 (bảng I.249, trang 310, [1]) ⇒ Vn = = = 0,004172 m3/s Chọn chiều cao gờ ngăn h = 40 mm, chiều dày ngăn δ = mm, tốc độ tia nước ωc = 2,62 m/s Tổng diện tích bề mặt lỗ tồn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ, nghĩa cặp ngăn là: f = = = 1,56 m2 Chọn tỷ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị ngưng tụ = 0,1 Các lỗ xếp theo hình lục giác Bước lỗ xác định công thức VI.55, trang 85, [2]: t = 0,866 = 0,866.2.0,10,5= 0,000548 m 0,00055m = 0,55mm Mức độ đun nóng nước: P = = = 0,863 Tra bảng VI.7, trang 86, [2] với d = mm P = 0,774: Số ngăn n = Số bậc n = Khoảng cách ngăn h = 300 mm Thời gian rơi qua bậc τ = 0,35 s Trong thực tế, thiết bị ngưng tụ từ lên thể tích giảm dần Do đó, khoảng cách hợp lý ngăn nên giảm dần theo hướng từ lên khoảng 50 mm cho ngăn Chọn khoảng cách ngăn 300 mm Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị 1000 mm Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị 900 mm Chiều cao phần gờ nắp 100 mm   Chiều cao phần nắp ellipse 200 mm Chiều cao phần đáy nón 125 mm 52 Trường ĐH Cơng Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH ⇒ Chiều cao thiết bị ngưng tụ: H = 200+ 100 + 1000 + 300.4 + 900 + 125 = 3525 mm Kích thước ống baromet: - Chọn đường kính ống baromet d = 100 mm = 0,1 m - Tốc độ nước lạnh nước ngưng tụ chảy ống baromet tính theo cơng thức VI.57, trang 86, [2]: d= ⇒ = = = 0,092 m/s -Chiều cao ống baromet tính theo cơng thức II-15, trang 102, [4]: H’ = h1 + h2 + h3 + h4; m Chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ h1 tính theo cơng thức VI.59, trang 86, [2]: h1 = 10,33 ; m : b- độ chân khơng thiết bị ngưng tụ ; mmHg b = 1at = 735,5 mmHg ⇒ h1 = 10,33 10 m Chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống h2 tính theo công thức VI.60, trang87, [2]: h2 = ( + λ + ∑) ; m chọn hệ số trở lực vào ống  = 0,5 ống = ⇒ ∑     Nước lạnh nước ngưng tụ có : ttb = 57,75 oC ρn = 984,4 kg/m3 μn = 0,000489 Ns/m2 ⇒ Re = = = 100654,4 10000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.= 6.= 7289,343 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = = 220.= 239201,5 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: 53 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH = 0,1 = 0,1.= 0,025 ⇒ h2 = = 0,00546 + 0,00055 H’ ; m Chọn chiều cao dự trữ h3 = 0,5 m để đề ngăn ngừa nước dâng lên ống chảy tràn vào đường ống dẫn áp suất khí tăng Chọn chiều cao đoạn ống baromet ngập bể nước h4 = 0,5 m ⇒ H’ = 10 + 0,00546 + 0,00055.H’ + 0,5 + 0,5 ⇒ H’ = 11,0104 m Chọn chiều cao ống baromet H’ = 11 m Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị HƠI VÀO o tc C pc at NƯỚC LÀM NGUỘI o C Nhiệt độ đầu vào t2đ o C Nhiệt độ đầu t2c Nhiệt dung riêng cn J/(kg.K) Lưu lượng khối lượng nước lạnh cần Gn Kg/s thiết nt m3/s Vn Lưu lượng thể tích nước lạnh cần ngưng tụ Áp suất bão hòa ph At KHƠNG KHÍ NGƯNG Kg/s Gkk Lưu lượng khối lượng khơng khí hút thiết bị Lưu lượng thể tích khơng khí m3/s Vkk hút thiết bị o Nhiệt độ tkk C ĐƯỜNG KÍNH TRONG T/B NGƯNG TỤ Tốc độ thứ m/s Đường kính Dtr mm KÍCH THƯỚC TẤM NGĂN Chiều rộng ngăn b mm Đường kính lỗ ngăn d mm Bề dày ngăn mm Bước lỗ t mm CHIỀU CAO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Mức độ đun nóng nước P Số ngăn z Cái Chiều cao H mm Nhiệt độ Enthalpy 54 107,63 0,5166 26 89 4180 4,107 0,004807 0,057 4,413.10-3 4,429.10-3 36,3 350 175 0,55 0,863 3450 Trường ĐH Cơng Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM KÍCH THƯỚC ỐNG BAROMET Tốc độ nước lạnh nước ngưng chảy ống Đường kính ống d Độ chân không b Chiều cao cột nước cân h1  Hệ số trở lực vào  Hệ số trở lực Khối lượng riêng nước lạnh nước ngưng Độ nhớt động lực Chuẩn số Reynolds Re Hệ số ma sát Chiều cao H’ Khoa CNHH m/s 0,06 mm mmHg m 100 735,5 11 0,5 984,4 Kg/m3 Ns/m2 m 0,000489 2198,09 0,025 11 II 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 thoáng dung dịch nồi cô đặc - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) –2 (mặt thống nồi đặc): + + = + + + Trong đó: v1 = v2 = m/s p1 = at p2 = p0 = 1,033 at ρ = kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch KOH 15 % ttb = 84,5 oC(bảng 4, trang 11, [8]) μ = Ns/m2 – độ nhớt động lực dung dịch KOH 15% ttb (bảng I.107,trang 100, [1]) z2 - khoảng cách từ mặt thoáng dd nồi cô đặc đến mặt đất; m z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = + 1,3 + + 0,03 + 0,1 = 4,43 m Với: z’ = m – khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất Hđ = 0,544 + 0,03 = 0,574 m – chiều cao đáy nón Hbđ = 1,5 m – chiều cao buồng đốt Hgc = 0,03 m – chiều cao gờ nón cụt Hc = 0,2 m – chiều cao phần hình nón cụt Đường kính ống nhập liệu d = 20 mm = 0,02 m Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến buồng bốc l = 20 m 55 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH Tốc độ dung dịch ống: v = = = 1,973 m/s Chuẩn số reynolds: ⇒ Re = = = 2845 (22002845 10000) (chế độ chảy độ) Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.= 6.= 1158,419 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = = 220.= 39122,15 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: = 0,1 = 0,1 = 0,044 Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Đầu vào  vào Đầu   Khuỷu 90o khuỷu90 Van cửa van Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒  = 10,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = ( +) = ( +) = 10,813 m ⇒ khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất: = + + = 4,43 + + 10,813 = 14,942 m ⇒ Dung dịch KOH 15% tự chảy từ bồn cao vị vào buồng bốc nồi cô đặc bồn có độ cao từ 14,942 m trở lên Chọn khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất 15 m IV BƠM 1.Bơm tháo liệu - Công suất bơm: N = ;kw 56 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH Trong đó: H – cột áp bơm; m η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 Dựa vào công thức 8-1 trang 185 bảng 8.1 trang 208, [12] tính Tra bảng I.249 nội suy, trang 311, [1] khối lượng riêng dung môi nước Áp dụng công thức (I.2) trang 5, [1] để tính : Q – lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3 /s Q = = = 2,194.10-3 m3/s - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) –2 (mặt thống nồi đặc): + + = + + + Trong đó: v1 = vhút = v; m/s v2 = p2 = po + + = 1,033+0,0336+ = 1,150 at p1 = at μ = 0,264.10-3 Ns/m2 – độ nhớt động lực nước 107,63 oC (bảng I.249, trang 310, [1]) z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất z2 = m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ vhút = vđẩy = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = m Tốc độ dòng chảy ống: v = = = 6,844 m/s Chuẩn số reynolds: ⇒ Re = = = 601423 10000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.= 6.= 1158,419 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = = 220.= 39122,15 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: 57 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM = 0,1 = 0,1.= 0,035 C ác hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Đầu vào vào Đầu ra khuỷu90 Khuỷu 90o Van cửa van Khoa CNHH Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒  = 8,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = ( +) = ( +) = 0,104 m ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + + h1-2 - = (2 -1) ++ 0,104 - = 1,128 m => N = = 0,038 ;kw 2.Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị - Công suất bơm: N = ;kw Trong đó: H – cột áp bơm; m η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 Dựa vào công thức 8-1 trang 185 bảng 8.1 trang 208, [12] tính Tra bảng I.249 nội suy, trang 311, [1] khối lượng riêng dung môi nước Áp dụng công thức (I.2) trang 5, [1] để tính : Q – lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3 /s Q = = = 4,14.10-3 m3 /s - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) –2 (mặt thống nồi đặc): + + = + + + Trong đó:   v1 = v2 = m/s   p1 = at   p2 = at μ = 1,152.10-3 Ns/m2 – độ nhớt động lực nước 15 o C (bảng I.249, trang 310, [1]) z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất 58 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH z2 = 3,5 m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ v1 = v2 = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = m Tốc độ dòng chảy ống: v = = = 13,185 m/s Chuẩn số reynolds: ⇒ Re = = = 237735,874 10000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm egh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.= 6.= 1158,419 en tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = = 220.= 39122,15 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: = 0,1 = 0,1 = 0,035 Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Đầu vào vào Đầu ra khuỷu90 Khuỷu 90o Van cửa van ⇒ = 7,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 h1-2 = ( +) = ( +) = 0,788 m ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + + h1-2 = (2-1) + (3,5 -2) + 0,788 = 2,288 m ⇒ N = = 0,129 kw Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K V CÁC THIẾT BỊ PHỤ Cửa sửa chữa Vật liệu chế tạo thép CT3 - Đường kính cửa sửa chữa D = 500 mm 59 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH Cửa bố trí cho mép cao mặt thống dung dịch buồng bốc để chất lỏng khơng chảy ngồi Chọn khoảng cách từ mép cửa đến mặt thoáng dung dịch 0,45 m ⇒ Khoảng cách từ mực chất lỏng đến tâm cửa sửa chữa: h = 0,45 + = 0,7m Kính quan sát Vật liệu chế tạo thép CT3 Đường kính quan sát D = 60 mm Kính bố trí cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, có kính giống bên buồng bốc, tạo thành 180o 60 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH PHẦN 5: TÍNH GIÁ THÀNH - Tính giá thành cho tổng lượng thép khơng gỉ OX18H10T Chi tiết Loại thép Khối lượng (kg) Buồng đốt OX18H10T 158 Buồng bốc OX18H10T 280,45 Phần hình nón cụt OX18H10T 28,772 Đáy nón OX18H10T 55,55 Nắp ellipse OX18H10T 49,5 ống truyền nhiệt OX18H10T 276 Vỉ ống OX18H10T 65,69 Tai treo OX18H10T 4,92 ống tuần hoàn trung tâm Tổng 918,882 Làm tròn bù lượng hao hụt 930 Đơn giá: 200 000 VNĐ/11,78 Kg => Thành tiền: 94 736 843 VNĐ - Tính giá thành cho tổng lượng thép CT3 Chi tiết Loại thép Khối lượng (kg) Mặt bích CT3 211,75 Bu lông CT3 Ren 16,91 Đai ốc Tổng 228,66 Làm tròn bù lượng hao hụt 235 Đơn giá: 10 100 VNĐ/Kg => Thành tiền: 373 500 VNĐ 61 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH => Tổng chi phí mua thép để chế tạo thiết bị là: 94 736 843 + 373 500 = 97 110 343 VNĐ KẾT LUẬN Các phần tính tốn cho thấy : - Hệ thống cô đặc nồi liên tục dung dịch KOH với suất nhập liệu 2600 kg/h đơn giản Vì suất khơng cao nên kích thước thiết bị mức độ vừa phải Kết cấu thiết bị đơn giản Vì nhìn chung hệ thống phù hợp với quy mô vừa nhỏ 62 Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa CNHH TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu Tiếng Việt [1] Nhiều tác giả, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [3] Phạm Văn Bơn, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm,tập 10 [4] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [5] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ , Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập [6] Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ giáo dục đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng [7] Hồ Lê Viên, Tính tốn ,Thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, NXB Khoa học Kỹ thuật,2006 [8] Bộ môn Máy thiết bị, Bảng tra cứu Qúa trình học – Truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG TPHCM, 2009 [9] Sách Quá trình thiết bị Truyền Nhiệt , Khoa máy thiết bị hóa học, Trường ĐHCN TPHCM,2011  Tài liệu Tiếng Anh [1] Thomas A Davidson, A Simple and Accurate Method for Calculating Viscosity of Gaseous Mixtures, United States Department of the interior, 1993 [2] McGraw-Hill Companies, Chemical Properties Handbook, Lamar University, 1976 63