MỤC LỤC MỤC LỤC 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 6 LỜI NÓI ĐẦU 7 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 8 1.1. Sơ lược về quá trình cô đặc. 8 1.2. Giới thiệu về dung dịch KNO3 9 PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13 2.1. Các số liệu ban đầu: 13 2.2. Cân bằng vật liệu 13 Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống 13 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi 13 Nồng độ cuối của dung dịch 13 2.3. Cân bằng nhiệt 14 2.3.1. Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р) 14 2.3.2. Chênh lệch nhiệt độ, áp suất hơi đốt 14 2.3.3. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi : 14 2.3.4. Tổn thất nhiệt: 15 2.3.5. Hiệu số nhiệt độ hữu ích( ): 17 2.3.6. Cân bằng nhiệt lượng : 18 2.4. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi 22 2.4.1. Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi. 22 2.4.2. Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 23 2.4.3. Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 23 2.4.4. Tính hệ số hiệu chỉnh : 24 2.4.5. Nhiệt tải riêng về phía dung dịch. 28 2.4.6. So sánh và 28 2.6. Hiệu số nhiệt độ hữu ích 30 2.6.1. Xác định tỷ số sau: 30 2.6.2. Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi: 30 2.7. So sánh T’i và Ti tính được theo giả thiết phân phối áp suất 30 2.8. Tính bề mặt truyền nhiệt (F) 30 PHẦN III : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 32 3.1. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 32 3.1.1. Nhiệt lượng trao đổi :( Q) 32 3.1.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích: 32 3.1.3. Bề mặt truyền nhiệt: 36 3.1.4. Số ống truyền nhiệt : 36 3.1.5. Đường kính trong của thiết bị đun nóng : 37 3.1.6. Tính vận tốc và chia ngăn : 37 3.2. Thiết bị ngưng tụ baromet: 38 3.2.1. Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ: 40 3.2.2. Đường kính thiết bị 40 3.2.3. Kính thước tấm ngăn: 41 3.2.4. Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 42 3.2.5. Các kích thước của ống Baromet: 43 3.2.6. Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị: 44 3.3. Bơm 45 3.3.1 .Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra: 45 3.4. Tính thùng cao vị 48 PHẦN IV: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CƠ KHÍ 59 4.1. Buồng đốt 59 4.1.1. Xác định số ống trong buồng đốt 59 4.1.2. Xác định đường kính của buồng đốt 60 4.1.3. Chiều dày buồng đốt 60 4.1.4. Chọn bích lắp ghép các đoạn của thân buồng đốt với nhau 63 4.1.5. Tính chiều dầy lưới đỡ ống 63 4.1.6. Tính chiều dày đáy lồi buồng đốt 65 4.1.7. Tra bích để lắp đáy và thân, số bulông cần thiết để lắp bích đáy 68 4.1.8. Tính chiều dày nắp buồng đốt 68 4.2. Buồng bốc hơi 71 4.2.1. Thể tích phòng bốc hơi 71 4.2.2. Chiều cao phòng bốc hơi: 71 4.2.3. Chiều dày phòng bốc hơi : 71 4.2.4. Chiều dày nắp buồng bốc: 73 4.2.5. Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc: 74 4.2.6. Chiều dày đáy buồng bốc: 75 4.3. Tính một số chi tiết khác: 76 4.3.1. Tính đường kính các ống nối dẫn hơi, dung dịch vào và ra thiết bị: 76 4.3.2. Ống dẫn dung dịch vào buồng đốt: 77 4.3.3. Cửa dẫn dung dịch ra khỏi buồng đốt 78 4.3.4. Cửa dẫn dung dịch vào buồng bốc 79 4.3.5. Ống dẫn hơi thứ ra 79 4.3.6. Ống dẫn dung dịch ra khỏi buồng bốc 79 4.3.7. Ống tuần hoàn: 80 4.3.8. Ống tháo nước ngưng : 80 4.4. Tính và chọn tai treo 81 4.4.1. Tính khối lượng mỗi nồi khi thử thuỷ lực: 81 4.4.2. Chọn kính quan sát: 85 4.4.3. Tính bề dày lớp cách nhiệt: 86 4.5. Kết luận 86 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HĨA ======o0o====== ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC HAI NỒI XI CHIỀU THIẾT BỊ CƠ ĐẶC, THIẾT BỊ CĨ BUỒNG ĐỐT NGOÀI THẲNG ĐỨNG Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Lớp Chuyên ngành : Hà nội , năm 2022 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Đồ án môn Q trình thiết bị ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ Họ tên MSSV Lớp Khoa Giáo viên HD : : : : : Trịnh Quang Huy 2020601252 ĐH Cơng nghệ hóa Cơng nghệ hóa Nguyễn Xn Huy NỘI DUNG Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xi chiều phịng đốt ngồi Cơ đặc dung dịch KNO với suất 21000 kg/h ,chiều cao ống gia nhiệt h =2m Các số liệu ban đầu : - Nồng độ đầu dung dịch 12 % - Nồng độ cuối 32 % - Áp suất đốt nồi : 4,2 at - Áp suất ngưng tụ : 0,25 at T T Tên vẽ Khổ giấy Số lượng Vẽ dây chuyền sản xuất Vẽ nồi cô đặc A4 A0 01 01 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Đồ án môn Quá trình thiết bị MỤC LỤC MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Sơ lược q trình đặc 1.2 Giới thiệu dung dịch KNO3 .9 PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH .13 2.1 Các số liệu ban đầu: 13 2.2 Cân vật liệu 13 Tính tốn lượng thứ khỏi hệ thống 13 Lượng thứ khỏi nồi 13 Nồng độ cuối dung dịch 13 2.3 Cân nhiệt .14 2.3.1 Chênh lệch áp suất chung hệ thống (∆Р)Р)) 14 2.3.2 Chênh lệch nhiệt độ, áp suất đốt 14 2.3.3 Nhiệt độ áp suất thứ khỏi nồi : 14 2.3.4 Tổn thất nhiệt: 15 ΔTT i ): .17 2.3.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích( 2.3.6 Cân nhiệt lượng : .18 2.4 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi 22 2.4.1 Tính hệ số cấp nhiệt α ngưng tụ .22 2.4.2 Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 23 2.4.3 Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 23 2.4.4 Tính hệ số hiệu chỉnh : 24 2.4.5 Nhiệt tải riêng phía dung dịch .28 q q 2.4.6 So sánh 2i 1i 28 2.6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 30 2.6.1 Xác định tỷ số sau: 30 2.6.2 Xác định nhiệt độ hữu ích nồi: 30 2.7 So sánh T’i Ti tính theo giả thiết phân phối áp suất 30 2.8 Tính bề mặt truyền nhiệt (F) 30 PHẦN III : TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ .32 3.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .32 3.1.1 Nhiệt lượng trao đổi :( Q) 32 3.1.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích: 32 3.1.3 Bề mặt truyền nhiệt: 36 GVHD: Nguyễn Xn Huy Đồ án mơn Q trình thiết bị 3.1.4 Số ống truyền nhiệt : 36 3.1.5 Đường kính thiết bị đun nóng : .37 3.1.6 Tính vận tốc chia ngăn : 37 3.2 Thiết bị ngưng tụ baromet: .38 3.2.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ: 40 3.2.2 Đường kính thiết bị 40 3.2.3 Kính thước ngăn: 41 3.2.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: .42 3.2.5 Các kích thước ống Baromet: 43 3.2.6 Lượng khơng khí cần hút khỏi thiết bị: .44 3.3 Bơm 45 3.3.1 Xác định áp suất toàn phần bơm tạo ra: 45 3.4 Tính thùng cao vị 48 PHẦN IV: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN CƠ KHÍ .59 4.1 Buồng đốt .59 4.1.1 Xác định số ống buồng đốt .59 4.1.2 Xác định đường kính buồng đốt 60 4.1.3 Chiều dày buồng đốt 60 4.1.4 Chọn bích lắp ghép đoạn thân buồng đốt với 63 4.1.5 Tính chiều dầy lưới đỡ ống .63 4.1.6 Tính chiều dày đáy lồi buồng đốt 65 4.1.7 Tra bích để lắp đáy thân, số bulơng cần thiết để lắp bích đáy 68 4.1.8 Tính chiều dày nắp buồng đốt 68 4.2 Buồng bốc 71 4.2.1 Thể tích phịng bốc 71 4.2.2 Chiều cao phòng bốc hơi: 71 4.2.3 Chiều dày phòng bốc : .71 4.2.4 Chiều dày nắp buồng bốc: .73 4.2.5 Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc: 74 4.2.6 Chiều dày đáy buồng bốc: .75 4.3 Tính số chi tiết khác: .76 4.3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị: 76 4.3.2 Ống dẫn dung dịch vào buồng đốt: 77 4.3.3 Cửa dẫn dung dịch khỏi buồng đốt 78 4.3.4 Cửa dẫn dung dịch vào buồng bốc 79 4.3.5 Ống dẫn thứ 79 4.3.6 Ống dẫn dung dịch khỏi buồng bốc .79 4.3.7 Ống tuần hoàn: 80 4.3.8 Ống tháo nước ngưng : 80 4.4 Tính chọn tai treo 81 4.4.1 Tính khối lượng nồi thử thuỷ lực: 81 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Đồ án mơn Q trình thiết bị 4.4.2 Chọn kính quan sát: 85 4.4.3 Tính bề dày lớp cách nhiệt: 86 4.5 Kết luận 86 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 GVHD: Nguyễn Xuân Huy Đồ án mơn Q trình thiết bị NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Hà Nội, Ngày…Tháng…Năm 2022 Người nhận xét GVHD: Nguyễn Xuân Huy Đồ án mơn Q trình thiết bị LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, cơng nghiệp sản xuất hóa chất ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất ngành khác, thường phải làm việc với hệ dung dịch rắn tan lỏng, lỏng lỏng Để 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 cịn chất rắn tan khơng bay hơi, nồng độ dung dịch tăng lên theo yêu cầu mong muốn Đối với sinh viên nghành hóa,việc thực đồ án thiết bị quan trọng 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 phịng đốt ngồi thẳng đứng làm việc liên tục với dung dịch KNO3, suất 21000 kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 12 %, nồng độ cuối dung dịch 32% , áp suất đốt nồi 1: 4,2 at, áp suất ngưng tụ: 0,25 at Chiều cao ống gia nhiệt m Tuy nhiên, q trình thiết bị mơn học khó mà kiến thức thực tế sinh viên hạn chế nên việc thực đồ án thiết bị nhiều thiếu sót Vì kính mong nhận đóng góp q thầy, bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Và cuối em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy khoa Cơng Nghệ Hóa, đặc biệt thầy giáo Nguyễn Xuân Huy tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án Xin chân thành cảm ơn ! GVHD: Nguyễn Xuân Huy Đồ án môn Quá trình thiết bị PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Sơ lược q trình đặc Q trình đặc 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, cịn bốc (ở trạng thái sơi) diễn lòng 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 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 , 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 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 mơi 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) GVHD: Nguyễn Xuân Huy Đồ án mơn Q trình thiết bị Cơ đặc nhiều nồi trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt Nguyên tắc 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 cô đặc nhiều nồi xuôi chiều sử dụng nhiều - Ưu điểm: 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 mơi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sơi, với mục đích: + Làm tăng nồng độ chất hoà tan dung dịch + Tách chất hồ tan dạng rắn(kết tinh) + Tách dung mơi dạng nguyên chất v.v 1.2 Giới thiệu dung dịch KNO3 Kali nitrat hay gọi diêm tiêu kali chất lỏng dạng tinh thể tà phương nóng chảy 334 C Khơng hút ẩm, tan nước độ tan tăng GVHD: Nguyễn Xn Huy Đồ án mơn Q trình thiết bị nhanh theo nhiệt độ nên dễ kết tinh lại Nó khó tan rượu ete 400 C , KNO3 phân huỷ thành kali nitrit oxi: KNO3 = KNO2+ ½O2 Do nhiệt độ nóng chảy KNO3 chất oxi hoá mạnh, nâng số oxi hoá Mn, Cr lên số oxi hoá cao hơn.Hỗn hợp KNO3 hợp chất hữu cháy dễ dàng mãnh liệt Hỗn hợp gồm 75% KNO3, 10% S, 15% than thuốc súng đen Diêm tiêu kali cịn dược dùng làm phân bón, chất bảo quản thịt dùng tỏng công nghiệp thuỷ tinh Ở nước ta nhân dân thường khai thác diêm tiêu từ phân dơi hay từ đất hang có dơi Phân dơi hang laau ngày bị phân huỷ giải phóng khí NH3 Dưới tác dụng số vi khuẩn, khí NH3 bị oxi hoá thành nitrơ axit nitric Axit tác dụng lên đá vôi tạo thành Ca(NO3)2, muối phần bám vào thành hang, phần tan chảy ngấm vào đất hang Người ta lấy đất hang trộn kĩ với tro củi dùng nước sôi dội nhiều lần qua hỗn hợp để tách KNO3 K CO Ca(NO3)2 + 2KNO3 + CaCO3 Phương pháp cho phép sản xuất lượng diêm tiêu ỏi thỗ mãn kịp thời yêu cầu quốc phòng kháng chiến chống PHÁP trước Cấu trúc tinh thể KNO3 10