Đang tải... (xem toàn văn)
thiết kế hệ thống cô đặc chan không gián đoạn NaCl từ 10% lên 20%, năng suất 1200kgmẻ, sử dục ống chùm nhiệm vụ đồ ám là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn, là cơ hội tốt cho sinh viên về các quá trình và công nghệ hoá học.
OVE \) Ni Đồ án môn học Máy Thiết bị “Thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCl từ 10% lên 27% „năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ông chum” Đồ án môn hoc May Thiét bibé an mon hoc May va Thiét bi Lời nói đầu MUC LUC Chương I: Giới thiệu tổng quan 1.Nhiệm vụ đồ án ILTinh chất nguyên liệu sản phẩm II.Cơ đặc IV.Quy trình cơng nghệ Chương II : Thiết kế thiết bị A.Cân vật chất lượng I Can vật chất II Cân lượng B Tính thiết kế thiết bị 1.Hệ số truyền nhiệt 1I.Bề mặt truyền nhiệt thời gian cô đặc 14 21 24 27 27 28 30 32 32 33 34 35 III.Buồng đốt đáy IV Buồng bốc nắp C Tính khí cho thiết bị 1.Buồng đốt 1I.Buồng bốc II.Đáy IV.Nắp V Tinh cách nhiệt cho thân VIMối ghép bích VIILVi ống 'VIII.Khối lượng va tai treo IX.Các ống dẫn ,cửa 37 Chương II :Tính tiết thiết bị phụ 39 44 49 1.Thiết bị ngưng tụ Baromet TI.Bơm Chương IV : Tính giá thành thiết bị Kết luận 51 Tài liệu tham khảo 52 trang Đồ án môn hoc May Thiét bibé an mon hoc May va Thiét bi Lời nói đâu ` * re ~ Ngày nay, cơng nghiệp sản xuất hóa chất ngành cơng nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác Một sản phẩm quan tâm sản xuất nhiều Natri Clorua (NaCl) kha nang sir dung rộng rãi nó.NaCI tinh khiết sử dụng nhiều thực phẩm đạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều ngành y tế dạng dịch truyền.đ Nhiệm vu cụ thể đồ án môn học thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCl tir 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chùm Đồ án gồm chương : © _ Chương I:Giới thiệu tổng quan e Chương II :Thiết kế thiết bị e _ Chương III:Thiết kế tiết phụ © Chuong IV: Tinh tốn giá thành thiết bị Có thể nói thực Đồ án mơn học hội tốt cho sinh viên ôn lại tồn kiến thức học trình cơng nghệ hóa học Ngồi cịn địp mà sinh viên tiếp cận với thực tế thơng qua việc lựa chọn, tính tốn thiết kế tiết thiết bị với số liệu cụ thể thực tế Đồ án thực giúp đỡ hướng dẫn trực tiếp thầy Trần Văn Nghệ , thầy cô môn Máy Thiết Bị khoa Cơng nghệ Hóa học Dầu khí trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Nghệ đồ án thầy cô khác bạn bè giúp đỡ em trình thực CHUONG I, GIOI THIEU TONG QUAN I NHIEM VU CUA DO AN trang Đồ án môn hoc May Thiét bibé an mon hoc May va Thiét bi Nhiệm vụ cụ thể Đồ án môn học thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 27%, suất 1200kg/mẻ, sử dụng ống chùm Il TINH CHAT NGUYEN LIEU VA SAN PHAM: Nguyén liéu : - NaCl 1a mét khéi tinh thé mau trắng, tan nước phân ly thành - Lathanh phan muối ăn ngày ion -_ Khối lượng riêng đđ 10% 1073 (kg/m?) -_ Độ nhớt 1,07 *10° (Ns/m’) 20°C (dung dich 10%) -_ Độ hòa tan 60°C 27,1% ,ở 20°C 26,3% - Nguyên liệu đem cô đặc dd NaCl 10% với dung mơi nước San Pham: ® Khi kết thúc q trình đặc ,dung địch nhiệt độ từ 75-80°C ,khi độ hịa tan dung dịch khoảng 27,5% Nhưng độ hòa tan cuả dung dịch nhiệt độ thường chừng 26,3%.Vì ,q trình đặc NaCl để tạo dung dịch bão hòa ,và làm nguội thi có NaCl tinh thé két tinh Trong mudi tạp chất khác MgC]; hay CaC]; lại tan nhiệt độ thường ,vì q trình sử dụng vừa thu dung dịch muối bão hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tỉnh khiết hạ nhiệt độ Muối tỉnh khiết thường sử dụng thực phẩm y tế 3.Những biến đổi nguyên liệu sản phẩm q trình đặc: Trong q trình đặc, tính chất "bản nguyên liệu sản phẩm biến đổi không ngừng Thời gian cô đặc tăng làm cho nơng độ dung dịch tăng dân đên tính chât dung dịch thay đôi: Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dich, độ nhớt, tổn thất nhiệt nồng độ, nhiệt độ sôi Yêu cẩu chất lượng sản phẩm : | Đạt nông độ độ tinh khiet yeu cau Thanh phan ho hoc chủ yêu không thay đôi II CƠ ĐẶC: Định nghĩa Cơ đặc phương pháp thường đùng đề làm tăng nồng độ cấu tử dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó) ta tách phần dung môi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt hay phương pháp làm lạnh kết tỉnh trang Đồ án môn hoc May Thiét bibé an mon hoc May va Thiét bi Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dich cách tách bớt phần dung môi qua dạng Các phương pháp đặc: Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác đụng lên mặt thống chất lỏng Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dang tinh thể đơn chất tỉnh khiết, thường kết tỉnh dung môi đề tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà trình kết tỉnh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải đùng đến máy lạnh Phân loại ứng dụng a Theo cầu fạo e Nhóm l: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hồn tự nhiên dung dịch dễ đàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm: - Có buồng ngồi - đốt (đồng trục buồng bốc), có ống tuần hồn C6 buồng đốt ngồi ( khơng đồng trục buồng bốc) e Nhóm 2: dung dich đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tai bé mat truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tỉnh bề mặt truyền nhiệt Gồm: - C6 buồng đốt trong, ống tuần hồn ngơi - _ Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngơi © Nhóm 3: dung địch chảy thành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho dung dịch thực phẩm dung dịch nước trái cây,hoa qua ép Gém: -_ Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt khó - Mang dung dich chảy xi, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt vo bọt dễ vỡ b Theo phương pháp thực trình Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sơi, áp suất khơng đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định đẻ đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt không cao Cô đặc áp suất chân khơng: Dung dịch có nhiệt độ sơi 100°C, áp suất chân không Dung địch tuần hồn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục Cơ đặc nhiều nồi: Mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên lớn q làm giảm hiệu tiết kiệm Có thể chân không, cô áp lực hay phối hợp hai phương pháp Đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế trang Đồ án môn học Máy Thiết bịĐầ ăn môn học Máy Thiết bị Cô đặc liên tục: Cho kết tốt cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, chưa có cảm biến tin cậy Ưu điểm nhược điểm cô đặc chân không gián đoạn e Uu điển -_ Giữ chất lượng, tính chất sản phẩm, hay cấu tử đễ bay - _ Nhập liệu tháo sản phẩm đơn giản, không cần ồn định lưu lượng - Thao tac dé dang - C6 thé c6 đặc đến nồng độ khác -_ Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dich -_ Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp e Nhược điểm - Q trinh khơng én định, tính chất hóa lý đung địch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian -_ Nhiệt độ thứ thấp, khơng ding cho mục đích khác - Khó giữ độ chân khơng thiết bị IV QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Thuyết minh quy trình cơng nghệ -_ Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,7 at -_ Sau bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 10% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi đặc bơm ly tâm Q trình nhập liệu diễn vòng 20 phút đến nhập đủ 3240 kg ngừng -_ Khi nhập liệu đủ 3240 kg bắt đầu cấp đốt (là nước bão hòa áp suất at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) ống tuần hồn trung tâm có đường kính lớn Dung dịch chảy ống gia nhiệt đốt ngồi ống Dung địch ống sôi tuần hồn qua ống tuần hồn (do ống tuần hồn có đường kính lớn ống truyền nhiệt nên dung dịch ống tuần hồn sơi ống truyền nhiệt, khối lượng riêng dung dịch ống tuần hồn lớn khối lượng riêng dung dịch ống truyền nhiệt tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hồn sang ống truyền nhiệt) Dung môi nước bốc ngồi qua ống dẫn thứ sau qua buồng bốc thiết bị tách giọt Hơi thứ dẫn qua thiết bị ngưng tụ baromet ngưng tụ nước lạnh, sau ngưng tụ thành lỏng chảy ngồi bồn chứa Phần không ngưng dẫn qua thiết bị tách giọt để cịn khí khơng ngưng bơm chân khơng hút ngồi Hơi đốt ngưng tụ chảy ngồi qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy xả ngồi -_ Quá trình tiếp tục đến đạt nồng độ 27% (sau thời gian cô đặc tính: 121,3 phút) ngưng cấp Mở van thơng áp, sau tháo sản phẩm cách mở van tháo liệu Các thiết bị lựa chọn quy trình cơng nghệ a Bơm Bơm sử dụng quy trình cơng nghệ gồm: bơm ly tâm bơm chân không trang Đồ án môn hoc May Thiét bibé an mon hoc May va Thiét bi + Bơm ly tâm cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guỗng có cánh hướng dịng Bánh guồng gắn trục truyền động Ĩng hút ống day Bơm ly tâm duge ding dé bom dung dich NaCl tir bé chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc + Bơm chân không dùng để tạo độ chân không hệ thống bắt đầu làm việc b Thiét bị cô đặc Đây thiết bị quy trình cơng nghệ Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc buồng đốt Bên buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ ống tuần hồn trung tâm có đường kính lớn Tác dụng buồng đốt để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng thành giọt lỏng rơi trở lại, dẫn qua ống dẫn thứ Óng tuần hồn str dung để tạo dong chảy tuần hồn thiết bị e Thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ sử dụng quy trình cơng nghệ loại thiết bị ngưng tụ trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet) Chất làm lạnh nước đưa vào ngăn thiết bị Thiết bị thường làm việc áp suất chân khơng nên phải đặt độ cao cần thiết để nước ngưng tự chảy ngồi khí mà khơng cần máy bơm d Thiết bị tách lỏng Thiết bị tách lỏng đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách cấu tử bay cịn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng vào bơm chân không e_ Các thiết bị phụ trợ khác - Bay hoi - CAc thiét bi 4p suat, nhiét d6, cdc loai van trang Đồ án môn học Máy Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi CHUONG I THIET KE THIET BI CHiINH A CAN BANG VAT CHAT VA NANG LUONG I CAN BANG VAT CHAT Các số liệu ban đầu: + Dung dich NaCl co: -_ Aùp suất ngưng tụ: P„= 0,7 at - Nhiét độ đầu 25°C, nồng độ đầu 10% -_ Nồng độ cuối 27% + Chon hoi đốt nước bão hòa áp suất 3at Cô đặc gián đoạn với suất 1200 kg/mẻ Khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ Nồng độ, % Khối lượng riêng, kg/m° | 10 15 20 27 1073 1110 1150 1205 Cân vật chất cho giai đoạn GaG,+W Gg.Xq= Ge.Xe Trong Ga,G W Xa, Xe : lượng dung dịch đầu cuối giai đoạn (kg) : lượng thứ bốc lên giai đoạn (kg) : nồng độ đầu cuối giai đoạn Ga.xa, Ge.x;: khối lugng NaCl dung dich (kg) „ Khối lượng dd đầu : Ga= 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg) a Giai doan 10% dén 15% Ga = 3240 (kg) XÂ= 0,1; x, =0,15 ô Lng sn phm ( đung dich NaCl 15% ): G,=Gg.đ ¢ xX; 0,1 —* x =3240*—— 015 =2160 e > (k (kg) Luong hoi thi: trang Đồ án môn học Máy Thiết bibé án môn học Máy Thiết bị W =Ga - Ge= 3240-2160 = 1080 (kg) b Giai doan 15% đến 20% Ga= 2160(kg) ; ;xa=0,15 ; x-=0,2 0,15 => Ge= G,.~* =2160*> = 1620 (kg) x, e 0,2” W =Gy—G, = 2160 — 1620 = 540 (kg) c_ Giai đoạn 20% đến 27% Ga= 1620 (kg) ; xa=0,2 =G =G,." =1620* x, ; x.=0,27 0, =1200 (kg) W = 1620-1200 = 420 (kg) © Tổng lượng thứ bốc W = 1080+540+420 = 2040 (kg) ¢ Ta cé bảng tóm tắt kết cân vat chat Nồng độ dung dịch, % Thể tích dung dịch nồi, mỄ Khối lượng dung dịch, kg 10 15 20 27 3,02 1,946 1,4 3240 2160 1620 1200 1080 1620 2040 1073 1110 1150 1205 Lượng thứ bốc hơi, kg Khối lượng riêng dung dịch, kg/m? H CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Aùp suất làm việc buồng bốc thiết bị cô đặc P= 0,3 at = Nhiệt độ thứ buồng bốc t¡ = 68,7°C ( Bang I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) °C Đây nhiệt độ sôi dung môi (là nước) mặt thống dung dich team) = 68,7 Chọn tồn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc thiết bị ngung tu A” =1K = Nhiệt độ thứ thiết bị ngưng tụ : tạ = 68,7 - = 67,7°C Các tôn thất nhiệt độ - Nhiệt độ sôi dung dich a_ Xác định tôn thất nhiệt độ nồng độ nhiệt độ sôi dung dịch NaCl theo nồng độ áp suấtP; = 0,3 at (A): Theo tài liệu [3] trang 149: A = Ao *f Với f tra tài liệu [3] trang 147 : V6i temp) = 68,7°C ,f= 0,81 Nong d6 dung dich, % 10 trang 15 20 27 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi Ton that Ao, °C 1,9 3,25 4,85 Tổn thất A ,°C 1,54 2,63 3,9 6,48 70,2 71,3 72,6 75,2 Nhiệt độ sôi dd, °C b Ton that nhiệt độ hiệu ứng thủy tinh A:A’ Nhiệt độ sôi dụng dịch áp suất trung sink Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4] Ẩ = teage,) ~ teary = tsar) ~ tsar) Voi: Ph = Pi + 0,5 Py -8-Hop = Pi + AP © AP=0,5 Pnn-&-Hop © Ph = 5% Trong ø„¿: Khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối nhiệt độ †;s„s, p; © Hop : Chiéu cao lớp chất lỏng sôi Trong thiệt bị tuân hôn tự nhiên Hop =[0,26 + 0,0014(ø„„ — ø„ )}H, Với Hạ ; Chiều cao ống truyền nhiệt /Øam: Khối lượng riêng dung môi tam * Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Hạ = 1,5m "_ Tĩnh cho trường hợp dung dich NaCl 10 % Do khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số /„ — Pym thay di khong đáng kể nên : Pim =999(kg /m*) Praa(25%) = 1073(kg /m`) = H„ =[0.26+0.0014*(1073~999)]*1.5 = 0,5454 (m) => AP=0,5* dụ *g* H„ =0,5 *2*1073*981 *0,5454 =1435,24N/m? = 0,015af > P, = P +AP=0,3+ 0,015 = 0,315at Nhiệt độ sôi HạO 0,315 at la 69,7 °C ( Bang I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) Độ tăng nhiệt độ sôi cột thủy tĩnh ` =2 — fa„j¡y = 69,7 — 68,7 = 19C => nhiệt độ sôi dung dich NaCl 10 % áp suất P,+ AP F2zœ-ap = 70,2+1= 71/2°C "Tính tương tự ta Nồng độ dung dịch, % 10 trang 10 15 20 27 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi Minép = 2472 + 0,087*7900 ~3160 (kg) - Khối lượng dung dịch lớn 3240 (kg) + Tổng tải trọng thiết bị : M.=3160 + 3240 = 6400 (kg) Tai treo - Dung tai treo - Tai tai treo m= 6400 ** 9,81 = 15696 (N) Tra bang XIII.36 trang 438 Tai ligu [2] ta duge “ Tải trọng cho phép 25000 (N) + Bề mặt đỡ 173*10 (m2) - Tải trọng cho phép bề mặt đỡ q = 1,45*10° (N/m’) - Các kích thước L= 150mm S=8mm B=120mm 1=60 mm B, = 130 mm a=20 H=215 mm d=30mm Khối lượng 3,48 kg, vật liệu thép CT; Ix CAC DUONG ONG DAN, CUA Ống cửa nhập liệu Thời gian nhập liệu : Ti = 20 phút = 1200 s Lưu lượng nhập liệu _ 3,02 nl ~ 1200 =2,517*103 (mẺ/s) Chọn vận tốc dung dich di ống @ =1,5 m/s (trang 74 Tai ligu [2]) Vậy đường kính ống nhập liệu: d,, =| Aa = |4"0.002517 — 06m =46 (mm) * z*œ Z*1,5 Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XII.33 Tài liệu [2] Đường kính 50 (mm) Bề dày 3,5 (mm) Chiều dài ống 100 (mm) Ống cửa tháo liệu: Thời gian tháo liệu Tạ = 15 phút = 900 (s) Lưu lượngong tháo liệu eu J Vi, =———( 900 m/s ) trang 35 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi Chon van téc dung dich di éng o =1,5 (m/s) (trang 74 Tài liệu [2]) = Đường kính ống tháo liệu d,= |—"! — -0031m=31 (mm) z*15*900 * Chọn ống tháo liệu : Đường kính 32 (mm) Bề dày (mm) Chiều dài 90 (mm) Óng dẫn thứ : Thời gian cô đặc (lấy giai đoạn đầu) Tị =2438 (s) Lượng thứ giai đoạn đầu 1080 (kg) Vậy lưu lượng thứ: ht —— 1080 ~ 0,1876 * 2438 = 2,36 (m/s) ( Prainsn = 01876 (kg/m’) Chọn vận tốc di 6ng Vix = 20 (m/s) = đường kính ống dẫn thứ: %°, ~ |4“2-36 _ 039 m=390 (mm) * * Z*vụ z*20 Chon dit = 400 (mm) Bé day S = 13 (mm) Chiéu dai 150 (mm) Ĩng dẫn đốt: Thời gian đặc gia nhiệt T =8ó,3 phút = 5178 (s) Lượng đốt D = 2720,3 (kg) Khối lượng riêng đốt at ø,„ = 1.628(kg/m”) = lưu lượng đốt: Vựy =D/(ø„.T)= 2720,3 = 0,323 (m’/s) 1.628*5178 Chọn vận tốc đốt vụa= 20 m/s => đường kính ống dẫn đốt 4J„ —= |4*0,323 dg = —" agg = 043m = 143 (rn) oY hit Chọn dụa= 150 mm Bề dày S = 4,5 mm Chiều dài 150 mm Ong din nuéc ngung: Lượng nước ngưng mạ = 2720,3 (kg) trang 36 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi Thời gian ngung T =86,3 phut = 5178 (s) Khối lượng riêng nước ngưng 132,9°C P,, = 932,277 (kg/m’) = lưu lượng nước ngưng: = 2203 _5.637*10-* (m'/s) 5178* 932,277 Chọn vận tốc nước ngưng chảy ống vạn = 1,5( m/s) = đường kính ống dẫn nước ngưng: din = Vm *Vựy * = *10* 45,637 "10" z*1,5 = 0,022 m= 22 (mm) Chọn dạn = 25 mm Bề dày S = 3,5 mm Chiều dài 90 mm e Tóm tắt đường ống dẫn cửa Ong Đường kính trong, mm Bề dày, mm Chiều dài, mm Nhập liêu 50 3,5 100 Tháo liệu 32 90 Hơi thứ 400 13 150 Hơi đốt 150 4,5 150 Nước ngưng 25 3,5 90 THIET BINGUNG TU BAROMET CHƯƠNG II CAC CHI TIET THIET BI PHU I Chỉ phí nước dé ngưng tu Cơng thức 4.39 trang 188 Tài liệu [4] g=w i-c,*t,, Cy * (to ty) Trong G, W_ ¡ ca : lượng nước cần cung cấp (kg) : lượng thứ cần ngưng (kg) : entanpi thứ áp suất ngưng tụ 0,3 at (J/ kg) i =2620*10° J/kg (bang 1.251 trang 314 Tai liu [1]) : nhiệt dung riêng trung bình nước (J/kg dd) ca =4178 (J/kg độ) tai, fn2: nhiệt độ vào nước (°C ) ti= 25°C trang 37 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi tra = 60°C =G, =2040* 2620*10° —4178* 60 4178* (60 — 25) =36491 (kg) Lượng khơng khí bơm hút từ thiết bi ngưng tụ - Theo công thức 4.40 trang 188 Tài liệu [4] Gra = 0,01*W + 2,5*10°*(W + Gn) Trong W_ G; : lượng thứ cần ngưng (kg) : lượng nước cần cho ngưng tụ (kg) G,_ : lượng khơng khí cần hút (kg) => Gy, = 0,01* 2040 + 2,5*10™ *(2040 + 36491) = 21,28 (kg) - Với Thể tích khơng khí cần hút (công thức VI.49 trang 84 Tài liệu [2]) 288* G,, * (273+ ty) Vie = RE P-P, tụ : nhiệt độ khơng khí (°C) Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô (công thức VI.50 trang 84 Tài liệu [2]): th = tạị + 4+ 0,1#(tz¿ — tar) = 25 + + 0,1*(60 — 25) = 32,5 (°C) P : áp suất hỗn hợp thiết bị ngưng tụ (N/m?) P=0,3 at = 29430 (N/m’) Pụ _ tực : áp suất riêng phan nước hỗn hợp, lấy áp suất bão hồ Px = 0,0448 (at) = 4394,88 (N/m?) - Vay thể tích khơng khí cần hút : Vụ _ 288*21,28* (273 + 32,5) = 74,79 (m°) 29430 — 4394,88 Thẻ tích khơng khí cần hút 0°C va 760 mmHg Vụ = 0,001*(0,02*(W+G,)+8W) =0,001*(0,02*(2040+36491)+8*2040) = 17 (m*) Đường kính thiết bị ngưng tu:ï - Theo công D,yyr) Với (wn) W_ thức VI.52 trang = 1,383 * 84 Tài liệu [2 W Pr *O; : lưu lượng ngưng, kg/s 2040 = —— = 0,425 4800 (s/s) p, : khối lượng riêng hoi Ap suat 0,3 (at) P, = 0,1876 (kg/m*) (trang 314 Tài liệu [1]) ø„ _ : tốc độ hoi (m/s) trang 38 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi Chon @,= 20 (m/s ) Dư@n : đường kính thiết bị ngưng tụ Dyiyp) (nr) = 1,383", |— 0,425> — = 0,47(m 0,1876* 20 (m) - Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ 500 mm Kích thước ngăn - Tắm ngăn dạng hình viên phân - Chiều rộng tắm ngăn b D b=— 2) ¿ ø0= Š P + 50-300 (mm) - Trên tắm ngăn đục nhiều lỗ nhỏ - Nước làm nguội nước - Lấy đường kính lỗ = (mm) - Tổng diện tích lỗ cặp tắm ngăn f= S; „ công thức VI.54 trang 85 Tài liệu [2] %ẹ - Ga : lưu lượng nước (m/s) 36491 G, = —— =7,6 ` " @, 4800 (kg/s es) tốc độ tia nước (m/s) Chọn chiều cao gờ tắm ngăn 40 mm nên @,=0,62 (m/s) =ƒ= _— 16 *10° = 12536 (mm?) 0,62*977,8 Với ø„ =977,8 (kg/mỶ ) 68,7°C - Số lỗ n n= Af 4412536 =3990 (lỗ) z*d) z*4 - Chọn chiều dày tắm ngăn mm - Các lỗ xếp theo hình lục giác 0,5 - Bước lỗ t = 0,866* d, 4) th J (mm) fe tỉ số diện tông diện tích tiết điện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị ngưng tụ tb Sf te 125346 _ a 5007 - Vậy bước lỗ : t = 0,866 *2*0,064°° = 0,44 (mm) trang 39 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi Chiều cao thiết bị ngưng tụ: “ Mức độ đun nóng nước ( cơng thức VI.56 trang 85 Tài liệu [2]) — ty at — 60—25 t,t, 687-25 _ ~ Tra bảng VI.7 trang 86 Tài liệu [2] với đường kính tia nước mm thi Số bậc Số ngăn Khoảng cách ngăn 400 mm Thời gian rơi qua bậc 0,41 s - Chọn khoảng cách ngăn giảm đần từ lên sau 400 mm, 350 mm, 300 mm, 250mm, 200 mm, 150mm, 100 mm ~ Khoảng cách từ ngăn nắp thiết bị 1300 (mm) ~ Khoảng cách từ ngăn đưới đến đáy thiết bị 1200 (mm) - Nắp elip tiêu chuẩn có gờ, đuờng kính 500 (mm) Chiều cao gờ 50 (mm) Chiều cao phần elip 125 (mm) - Đáy nón tiêu chuẩn có gờ , góc đáy 60°C, đuờng kính 500 (mm) Chiều cao gờ 50 (mm) Chiều cao phần nón 450 (mm ) - Vậy chiều cao thiết bị ngưng tụ Hat= 125 + 25 +1300 + 100 +150 +200 +250 +300 +350 +400 +1200 +50 +450 =4900 mm = 4,9 (m) Đường kính ống baromet Theo cơng thức VI.57 trang 86 Tài liệu [2] 0,004*(G, +W Với xa W_ G; _ : lưu lượng ngưng (kg/S) : lưu lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s) « : tốc độ hỗn hợp nước ngưng chảy ống, thường lấy œ=0,5—>0,6 m/s Vậy chọn ø= 0,55 (m/S) dụ _ : đường kính ống baramet (m) 0,004*(7,6 + 0,425) đ,=.Í———— = 0,143 b xz*05 (m) Chọn đường kính ống baromet dụ = 150 mm Chiều cao ống baromet H =h¡ +h;+ 0,5 (m) (công thức VL.58 trang 86 Tài liệu [2]) «hy : chiéu cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí quyền áp suất thiết bị ngưng tụ hy : chiều cao cột nước ống dẫn cần để khác phục tồn trở lực nước chảy ống trang 40 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi - Tinhh; hy = 10,33 = „m (công thức Vi.59 trang 86 Tài liệu [2]) P độ chân không thiết bị ngưng tụ P` = 0,7 at = 514,5 (mmHg) 514,5 hị = 1033*~—— =7 (m) 760 - Tinh hy: ? H h, = ( +2 q + s2] b Lay „ m (công thức VI.60 trang 87 Tài liệu [2]) €=6,+6,=15 ế, = 0,5 hệ số trở lực vào ống ế; = Thệ số trở lực khỏi ống H : chiều cao ống baromet (m) dụ : đường kính ống baromet, dụ = 0,15 (m) : hệ số trở lực ma sát nước chảy ống Re _0*p*ad ưa Với _ ø= 0,5 (m⁄s) vận tốc nước chảy ống d= 0,15 (m) đường kính ống baromet p = 983,2 (kg/mỶ ) khối lượng riêng nước 60°C u=0,47*107 (Ns/m’) độ nhớt động lực nước 60°C =Re= 0,5 * 983,2 * 0,15 = 156894 > 10° >> chế độ chảy rối 0,47 *10° => A=0,0032 + — 0,5 >" 2*9,81 - 0,221 1568949? = 0,0178 Ñ 0017892 +18) = 0,03185+1,51*10°H TinhH H=7 + 0,03185 + 1,51*10°H => H=7,04m Cac kích thước khác - Chiéu day thành thiết bị (mm) -_ Lỗ vào 300 (mm) -_ Lỗ nước vào 100 (mm) - _ Hỗn hợp khí nối với thiết bị thu hồi 80 (mm) - Đường kính ống nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet 50 (mm) -_ Khoảng cách từ tâm thiết bị ngưng tụ đến tâm thiết bị thu hồi 675 (mm) trang 41 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi - Đường kính thiết bị thu hồi 400 (mm) - _ Chiều cao thiết bị thu hồi 1440 (mm) - _ Hỗn hợp khí khỏi thiết bị thu hồi 50 (mm) - _ Ống thông khí 50 (mm) H BƠM Bơm chân khơng o_ Tốc độ hút bơm chân không 0°c 760 mmHg Sp = 17/80 = 0,2125 (mỶ/ph) = 12,75 (mỶ/h) + Công suất bơm chân không m=] N= m tụ „mm *p,* Nex*t m—] Po Py -1 : số đa biến, thường m= 1,2 > 1,62 Lay m= 1,5 p :ấp suất trước nén pi=P—Pạ= 0,3 — 0,05 = 0,25 at Pụ = 0,05 áp suất nước hỗn hợp po : áp suất sau nén P; = Pạ= at= 9.81*10! (N/m’) t : thời gian đặc (s ) Vụ, : thể tích không can hit (m*) Nex : hệ số hiệu chỉnh, 77„„= 0.8 15-1 7479 1ã *0,25*9,81*104*|{| ——1 |”)is -1|=836 0,8* 4800 15-1 > (as) + Chọn bơm chân không Hiệu bơm KBH-4 Tốc độ hút 0°C va 760 mmHg: 0,4 (mỶ/ph) Aùp suất giới hạn: 110 (mmHg) Công suất động 1,5 (kW) Khối lượng bơm 38 (kg) Bơm nhập liệu © Cơng suất bơm _0*H*p*s — 1000 Q: lưu lượng nhập liệu (mỶ/s) 3,02 Ø= 12po =0,0025167 (mỶ/s) H: côt áp bơm (m) trang 42 Đồ án môn học Máy Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 (mat thống bể chứa nguyên liệu) 2-2 (miệng ống nhập liệ) 2P SẺ SuP: 2g Trong « Z¡, Z2 « v29 cm, y 28 : chiều cao hình học mặt cắt so với đất Chọn Z¡ =2 m, Z¿ = 6,5 m Pups : ấp suất mặt cắt pị =pạ = l at vi,v; _ : vận tốc dung dich mat cat (m/s) vị=0 « Ta va =v : vận tốc dung địch ống ( m/s) : tổng tồn thất ống (m) ¬ hịa v?(„I có h,¿=—| —~+ ễ : tổng hệ số tổn thất cục Š =É,+2* ốm» „amse + 2* Evan +E pq = 0,5+2*119 +2*0,5+1= 4,88 1, d: chiều dài, đường kính ống nối bơm ( m) ^ : hệ sô ma sát Xác định A Chọn đường kính d = dụạ = dạy= = 50 (mm) Vận tôc chảy ông v-.40 -_ 4*0,0025167 = 1,28 (mis) rd V6i z*0,05 Chuẩn số Re = } 42 - 128700571013 _ u11 0,71*10 p : khéi lugng riéng dung dich NaCl 10% (kg/m*) «i : độ nhớt động lực dung dich NaCl 10% (Pa.s) Chọn độ nhám ống thép ¢ = 0,2 (mm) Re, -s(#} Re, =220 | § -e( S0) =3301,07 é 0,2> é } -220+( 2) 0,2” =109674,4 Vay Reg, < Re < Re, nén A= 0.|L46* A6*Ê2 oy Re = 41, 46% 02 , 100 | 50 ` 96721 Chiều dài đường ống từ bể lên cửa nhập liệu l=8 m = Tổng tổn thất áp suất: trang 43 0.25 = 0,029 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi = 278 +{0,029*1 +488 |= 0,8 (m) 2*981 0,05 > Chọn ø¡ = ø; = = Cột áp bơm H=(Z)-Zi)+ PoP +hị, =68~2+ 1,287 +0,91= 5,38 (m) 2*9,81 g _ ¢ Céng sudt bom N _ 5,38 *1073 * 9,81 *0,0025167 s = 0,178 (kW) 1000*0,8 ¢ Chon bom theo bảng 1.7 trang 35 Tài liệu [4] Hiệu bơm : X20/18 Lưu lượng Q = 5,5*10° m/s Cot ap H= 10,5 m Số vòng n = 48,3 v/ph Động điện : Loại A02-31-2 Công suất N = kW Hiệu suất ;;; = 0,83 Bơm vào thiết bị ngưng tụ Công suất bơm —0*H*p,*g —— = 1000 Pat khối lượng riêng nude 25°C, Øa~996,9 (kg/m) * :higu suat cia bom, 7= 0,8 Q: lưu lượng nhập liệu (mỶ/s) _G, _ 36491 g= P,t 996,9* 4800 t =7,626*10*3 (m/s) : thời gian cô đặc (s) H: cơt áp bơm (m) Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 (mặt thống bồn chứa nước vào thiết bị ngưng tụ) 2-2 (mặt thống cửa vào ống dẫn nước) Z+ +, 28 2 ‡=7¿tP2 Z2”? +hịa 28 Trong + Zi,Z: _ : chiều cao hình học mặt cắt so với đất Chọn Z¡ =2 m, Z2 = 12m « Dị : áp suất mặt cắt 1-1, pị = at p2 : áp suất mặt cắt 2-2, pa = 0,3 at > Pr 23 mHạO ⁄ vivo v= : vận tốc nước mat cat, m/s trang 44 P: -10mH;O ⁄ Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi « hị¿ v2 =v : van tốc nước chảy Ống, m/s : tổng tồn thất ống, m Ta có h, 1-2; == v2gV A 1d +ế š : tổng hệ số tổn thất cục EE, +2* Ei anton +2” Evan +E pq = 0,5 +2*1,19 +2*0,5+1= 4,88 1, đ: chiều dài, đường kính ống nối từ bể chứa đến thiết bị ngưng tụ (m) ^ : hệ số ma sát Xác định  Chọn đường kính d = du = dạy= dại =100 mm Van toc chảy ông »-42 4*7,626 *10" z*d =1 (m⁄) z*0,1 y*đ*p Chuẩn số Re = _ I*0,*996,9 uw 0,892*107 =111760 Voip : khéi luợng riêng nước 25°C (kg/m*) úu : độ nhớt động lực nước 25°C, /¡ =0,892*10 (Pas) Chọn độ nhám ống thép £ = 0,2 mm § § Re,, = s(S} = “(5} = 7289,34 £ 0.2 9 Re, =220* BÌ =220* (S] =239201,1 # , Vay Reg, < Re < Re, nén 0,25 A = 0,1} 1,46 * “+ 100 d Re 0,25 = 0,1] 1,46 * 0,2 + 100 100 111760 = 0,025 Chiều dài đường ống từ bề lên cửa nhập liệu l = 15 m = Tổng tổn thất áp suất h_, = "2" r *! 0,025*—15 +488 | = 0,44 (m) 2*981 0,1 Chọn ø; = ø; = 1= Cột áp bơm _ ể g H=(Z)—Z,) + — ¢ Céng sudt bom N= 7,626 * 10° *3,5*996,9 *9,81 1000 * 0,8 =12-2+(3-10)+ = 0,326 (kW) + Chọn bơm theo bảng 1.7 trang 35 Tài liệu [4] Hiéu bom : X45/21 trang 45 2*9,81 +0,44 =3,5 (m) Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi Lưu lượng Q = 12,5*10° (m/s) Cột áp H = 13,5 (m) Số vòng n = 48,3 (v/ph) Động điện : Loại A02-51-2 Công suất N = 10 (kW) Hiệu suat 7, = 0,88 CHƯƠNG IV TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ - _ Khối lượng thép làm thiết bị không kể ống truyền nhiệt : 2464 kg Gia thép X18H10T : 50000 đ/kg > Siniée i= 50000*2472 = 123600000 (A) - Ong truyén nhiệt Ống có d < 50 mm giá 50000 đ/m Ống có d >50 mm giá 100000 đ/m > Séng= 234*1,5*50000 + 100000*1,5 = 17700000 (d) - Bulong Gia bulong 3000 d/cai > Sputong= (32*2 +40 )*3000 = 312000 (đ) - Dém: - Ctra quan sat : 300000 (d/cai) - Bom nhập liệu Giá 250000 đ > $aem= 3*250000 = 750000 (a) - Tai đỡ Vật liệu CTs, gid 10000 d/kg Khối lượng tai 3,48 kg > Sai treo= 3,48*4* 10000 = 139000 (đ) = Vậy tổng giá thành thiết bị chính: $ nist bj chinh = (123,6 + 17,7 +0,312 + 0,75 + 0,139 +0, 3)*105 = 142801000 (đ) - _ Nhiệt kế giá: 150000 đ/cái ~> Su ké= 150000*2 = 300000 (đ) -_ Aùp kế giá: 600000 đ/cái > $¿;x¿ = 60000*3 = 1800000 (đ) - Bơm chân không 1500000 đ/cái Công suất N = 0,23 kW = 0,3 Hp Chọn bơm 0,5 Hp Giá bơm 700000 đ/Hp *> Sbơm nhập nạu— 700000%0,5 = 350000 (đ) - Bơm vào thiết bị ngưng tụ (bơm nước) trang 46 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi N= 0,39 kW = 0,52 Hp Chon bom Hp > Sbom nude= 700000* 1= 700000 (4) - _ Thiết bị ngưng tụ baromet va bình tach lỏng giá: 15000000 (đ) - Ong dan liéu: 8m dng thép cút: Giá cút 2000 (đ) 1m ống đ 50 20000 (đ/m) $ahap tigu= 20000*8+8*2000= 176000 (4) - Ong dan nước vào thiết bị ngưng tụ : 15m ống thép cút : Giá 1m ống đ100 30000 (đ/m) S$ngung= 30000*15+ 10*2000= 470000 (a) Vậy tổng giá thành thiết bị ( chưa kể tiền gia công lắp đặt) $ =(142,801 + 0,3 + 1,8 +1,5 +0,35*2 +15+0,176+0,47)*10° = 162747000 (đ) Nếu tình giá gia cơng 100% giá vật tư tổng giá thành thiết bị là: $áng— 2*162747000 = 325494000 (đ) KET LUAN Hệ thống cô đặc gián đoạn thiết kế gồm nồi cô đặc thiết bi ngưng tụ baromet đơn giản, không phức tạp, không cần thiết bị gia nhiệt ban đầu bồn cao vi dé én trang 47 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi định lưu lượng Thời gian cô đặc tương đối ngắn (121,3 phút ), hệ số truyền nhiệt đạt q trình đặc cao Thiết bị tương đối nhỏ gọn, giá thành khơng q cao chấp nhận Tuy nhiên ta khó điều khiển q trình đặc thời gian đặc thay đổi khơng ổn định Q trình đặc q trình cần thiết cơng nghệ hóa chất thực phẩm nên cần nghiên cứu phát triển để có hiệu đặc cao, chi phí thấp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các tác học Kỹ thuật, [2] Các tác học Kỹ thuật, [3] giả, Sổ fay Quá trình thiết bị Công nghệ hồ chất, Tập I, NXB Khoa 1992 giả, Sổ fay Q trình thiết bị Cơng nghệ hồ chất, Tập 2, NXB Khoa 1992 Phạm Văn Bôn (chủ biên) - Nguyễn Đình Tho, Gido trinh OT & TB CNHH tap : Quá trình thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc gia TP HCM, 2002 [4] Phạm Văn Bôn - Vũ Bá Minh - Hồng Minh Nam, QT & 7B CNHH tập 10 : Ví dụ Bài tập, Trường ĐH Bách Khoa TP HCM trang 48 Đồ án môn hoc May Thiết bibé an mon hoc May va Thiét bi [5] Phạm Văn Bôn : Hướng dẫn đô án môn học, Trường DH Bách Khoa TP HCM, [6] Trần Hùng Dũng - Nguyễn Văn Lục - Hồng Minh Nam - Vũ Bá Minh, Q7 & 7B 1993 CNHH tập 1, quyén : Phân riêng khí động, lực ly tâm, Bơm, quạt, máy nén, Tính hệ thống đường ống, NXB ĐH Quốc gia TP HCM, 1997 [7] Hồ Lê Viên, Thiết kế tính tốn tiết thiết bị hóa chất, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1978 [8] Nguyễn Văn Lụa, Q7 & TB CNHH tập I, 1: Khuấy - Lắng - Lọc, NXB ĐH Quốc gia TP HCM, 2002 trang 49