Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi ở nhiệt độ sôi, với mục đích: + Làm tăng nồng độ chất tan. + Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể. + Thu dung môi ở dạng nguyên chất. Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi còn chất tan không bay hơi được giữ lại trong dung dịch, trong khi đó quá trình chưng cất thì cả dung môi lẫn chất tan đều bay hơi. Cô đặc được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị. Quá tình có thể được tiến hành trong hệ thống một thiết bị cô đặc, hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc và có thể thực hiện gián đoạn hoặc liên tục. Hơi bay ra trong quá trình cô đặc gọi là “hơi thứ” thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc. Nếu “hơi thứ” được sử dụng ngoài dây chuyền cô đặc gọi là “hơi phụ”. Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư). Khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở; còn khi làm việc ở áp suất khác ta dùng thiết bị kín.
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 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU LÀM VIỆC LIÊN TỤC VỚI DUNG DỊCH NaCl Người thiết kế : Nơng Thúy Quỳnh Lớp, khóa : KTHH 07 – K62 Người hướng dẫn : TS Nghiêm Xuân Sơn HÀ NỘI 2021 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc 1.1.1.1.1.1.1.1 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440 (Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư) Họ tên: Nông Thúy Quỳnh MSSV: 20175121 Lớp: KTHH 07 Khóa: 62 I Đầu đề thiết kế Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục.c hai nồi xuôi chiều làm việ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục.c liên tục - Loại thiết bị: Thiết bị đặc có phịng đốt ngồi - Dung dịch cần cô đặc: Natriclorua -NaCl II Các số liệu ban đầu - Năng suất: 11000 kg/h - Chiều cao ống gia truyền nhiệt: m - Nồng độ đầu dung dịch: 8% - Nồng độ cuối dung dịch: 25% - Áp suất đốt P1: at - Áp sauats ngưng tụ Png: 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 toán kỹ thuật thiết bị chính Tính khí thiết bị chính Tính chọn thiết bị phụ (lựa chọn 03 thiết bị phụ dây chuyền công nghệ) 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 Nghiêm Xuân Sơn VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm 2020 VII Ngày phải hoàn thành: ngày tháng năm 2021 Phê duyệt Bộ môn Ngày tháng năm 2020 Người hướng dẫn SVTH: Nông Thúy Quỳnh - 20175121 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn SVTH: Nông Thúy Quỳnh - 20175121 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU I, CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1, Tổng quan q trình đặc 1.1, Giới thiệu 1.2, Phân loại thiết bị cô đặc 1.3, Thiết bị đặc có phịng đốt 2, Tổng quan dung dịch NaCl 2.1, Giới thiệu chung 2.2, Điều chế 2.3, Ứng dụng 3, Sơ đồ công nghệ 11 II, TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ 14 1, Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W 14 2, Xác định lượng lượng thứ bốc nồi 14 3, Xác định nồng độ cuối dung dịch nồi 14 4, Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống ΔP 15 5, Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi 15 6, Xác định áp suất, nhiệt độ thứ khỏi nồi 16 7, Xác định tổn thất nhiệt độ nồi 17 7.1, Tính tổn thất nhiệt đợ áp suất thủy tĩnh tăng cao: Δi’’ 17 7.2, Tính tổn thất nhiệt độ nồng độ: Δi’ 18 7.3, Tính tổng tổn thất nhiệt đợ hệ thống 19 8, Tính hiệu số nhiệt đợ hữu ích hệ thống 19 9, Thiết lập phương trình cân nhiệt lượng để tính lượng đốt Di lượng thứ Wi nồi 20 10, Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi 24 10.1, Tính hệ số cấp nhiệt α1 ngưng tụ 24 10.2, Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 25 SVTH: Nông Thúy Quỳnh - 20175121 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn 10.3, Tính hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sơi 25 10.4, Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch 31 10.5, So sánh q1i q2i 31 11, Xác định hệ số truyền nhiệt nồi 31 12, Tính hiệu số nhiệt đợ hữu ích cho nồi 32 13, So sánh ∆ T i ∆ T i tính theo giả thiết phân bố áp suất 33 14, Tính bề mặt truyền nhiệt 33 III, TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 35 1, Thiết bị ngưng tụ baromet 35 ¿ 1.1, Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 35 1.2, Tính đường kính D thiết bị ngưng tụ 36 1.3, Kích thước ngăn 36 1.4, Tổng diện tích bề mặt lỗ mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ 37 1.5, Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 37 1.6, Kích thước ống Baromet 38 1.7, Lượng khí khơng ngưng 40 2, Tính tốn bơm chân khơng 40 3, Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 41 3.1, Nhiệt lượng trao đổi Q 41 3.2, Hiệu số hữu ích 42 3.3, Hệ số cấp nhiệt cho lưu thể 42 3.4, Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 43 3.5, Hệ số cấp nhiệt phía cuối hỗn hợp chảy xốy 43 IV, TÍNH TỐN CƠ KHÍ 47 1, Buồng đốt 47 1.1, Số ống buồng đốt 47 1.2, Đường kính buồng đốt 48 1.3, Tính chiều dày phịng đốt 48 1.4, Tính chiều dày lưới ống 50 SVTH: Nông Thúy Quỳnh - 20175121 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn 1.5, Tính chiều dày đáy phịng đốt 52 1.6, Tra bích để lắp vào thân 54 2, Buồng bốc 54 2.1, Thể tích phịng bốc 54 2.2, Chiều cao phòng bốc 55 2.3, Chiều dày phòng bốc 55 2.4, Chiều dày nắp buồng bốc 57 2.5, Tra bích để lắp vào thân buồng bốc 59 3, Mợt số chi tiết khác 59 3.1, Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị 59 3.2, Tra bích để nối ống dẫn 60 4, Tính chọn tai treo 61 4.1, Tính khối lượng nồi khơng Gnk 61 4.2, Tính khối lượng nước đổ đầy rong nồi Gnd 64 4.3, Tính khối lượng nồi thủy lực 64 5, Chọn kính quan sát 64 6, Tính bề dày lớp cách nheiệt 65 V, KẾT LUẬN 70 VI, TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 SVTH: Nông Thúy Quỳnh - 20175121 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn LỜI MỞ ĐẦU Nhiệm vụ bất kì kĩ sư hóa học phải biết thiết kế thiết bị hay hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ sản xuất, chính nên sinh viên Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhận đờ án mơn học: “ Quá trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học” Việc thực đờ án điều rất có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức mơn 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 các quá trình cơng nghệ 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 trình tính toán thiết kế, tự nâng cao kĩ trình bày thiết kế theo văn phòng khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Trong đờ án mơn học này, nhiệm vụ phải hồn thành thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch NaCl, suất 11000 kg/h, nồng độ dung dich ban đầu 8%, nồng độ sản phẩm 25% Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiệm thực tế nhiều mặt khác nên không tránh khỏi thiếu sót quá trình thiết kế Em rất mong nhận đóng góp ý kiến, xem xét dẫn thêm thầy để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn TS Nghiêm Xn Sơn hướng dẫn em hồn thành đờ án này! SVTH: Nông Thúy Quỳnh - 20175121 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn PHẦN I, CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1, Tổng quan về quá trình đặc 1.1, Giới thiệu - Cơ đặc quá trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sôi, với mục đích: + Làm tăng nờng độ chất tan + Tách chất rắn hịa tan dạng tinh thể + Thu dung môi dạng ngun chất - Đặc điểm quá trình đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng cịn chất tan khơng bay giữ lại dung dịch, quá trình chưng cất dung mơi lẫn chất tan đều 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 Quá tình tiến hành hệ thống thiết bị cô đặc, hay hệ thống nhiều thiết bị cô đặc thực gián đoạn liên tục Hơi bay quá trình đặc gọi “hơi thứ” thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên sử dụng làm đốt cho các nời đặc Nếu “hơi thứ” sử dụng ngồi dây chuyền cô đặc gọi “hơi phụ” - Quá trình đặc tiến hành các 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 cô đặc * Dựa vào chế độ tuần doàn 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 SVTH: Nông Thúy Quỳnh - 20175121 Đồ án môn học Quá trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn + 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 các 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 sôi trung bình dung dịch dẫn đến giảm bề mặt trùn nhiệt Cơ đặc chân khơng nhiệt độ sơi dung dịch thấp nên tận dụng nhiệt thừa các quá trình sản xuất khác (hoặc sử dụng thứ) cho quá trình đặc - Cơ đặc áp suất cao áp suất khí thường dùng cho các dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao thứ sử dụng cho quá trình đặc các quá trình đun nóng khác - Cơ đặc áp śt khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí Phương pháp đơn giản không kinh tế Trong hệ thống thiết bị cô đặc nhiều nời nời thường làm việc áp suất lớn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc áp suất chân không * Dựa vào bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng * Dựa vào chất tải nhiệt: đun nóng (hơi nước bão hịa, quá 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 ngoài, ống xoắn, ống chùm… 2, Tổng quan về dung dịch NaCl 2.1, Giới thiệu chung - NaCl mợt hợp chất hóa học có tên gọi Natrichorua hay cịn gọi muối ăn, muối mỏ SVTH: Nơng Thúy Quỳnh - 20175121 Đồ án mơn học Q trình thiết bị CNHH&TP GVHD: TS Nghiêm Xuân Sơn - NaCl chất điện ly mạnh phân ly hoàn toàn nước sản phẩm ion âm dương, muối axit mạnh bazo mạnh nên mang tính trung tính - Ứng dụng nhiều các ngành khác công nghiệp giấy, thuốc nhuộm, chăn nuôi, y tế đời sống - Tính chất vật lý: + NaCl Chất rắn màu trắng không màu + Khối lượng mol: 58,5 g/mol + Khối lượng riêng: 2,16 g/cm3 (16 °C) + Điểm nóng chảy: 801°C + Tan nhiều nước (13,3 g/100 mL (0 °C), 36 g/100 mL (25 °C), 247 g/100 mL (100 °C)) - Tính chất hóa học: +NaCl có tính Oxy hóa rất cao, phân li hồn tồn nước, tạo các ion âm dương + Tác dụng với muối Ag+ (phản ứng trao đổi): NaCl + AgNO3 -> AgCl + NaNO3 + Tác dụng với nước: Ứng dụng để sản xuất HCl 2.2, Điều chế ● Axit tác dụng với bazo HCl + NaOH → NaCl + H20 Na2Cr2O7 + 14HCl→ 2NaCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H20 ● Sục khí clo vào dung dịch kiềm 2NaOH (nguội, loãng) + Cl2 → NaCl + NaClO + H20 5NaOH (nóng) + 3Cl2 → NaClO3 + 3H20 + 5NaCl ● Clo đẩy brom iot khỏi muối bromua iotua 2NaBr + Cl2→ 2NaCl + Br2 SVTH: Nông Thúy Quỳnh - 20175121