Đang tải... (xem toàn văn)
Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phân hủy vì nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt. Cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt thừa của các quá trình sản xuất khác (hoặc sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc. Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao và hơi thứ được sử dụng cho quá trình cô đặc và các quá trình đun nóng khác. Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí. Phương pháp này tuy đơn giản nhưng không kinh tế. Trong hệ thống thiết bị cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không. Dựa vào bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng. Dựa vào chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói lò, bằng chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất cao…), bằng dòng điện. Dựa vào cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm…
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN QÚA TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC HAI NỒI XI CHIỀU,BUỒNG ĐỐT NGỒI LÀM VIỆC LIÊN TỤC CÔ ĐẶC DUNG DỊCH AMONI NITRAT (NH4NO3) Sinh viên thực : Mã số sinh viên : Lớp : Giáo viên hướng dẫn : Hà Nội, 6/2023 VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM 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: Lớp: MSSV: Khóa: I Đầu đề thiết kế: Hệ thống thiết bị cô đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch NH4NO3 II Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo dung dịch đầu : Gđ = kg/s = 14400 [kg/h] Nồng độ dung dịch đầu : xđ = 5% Nồng độ cuối dung dịch : xc = 30% Áp suất đốt : P1 = [at] Áp suất ngưng tụ : P2 = 0.2 [at] Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 3m III Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Phần mở đầu Sơ đồ dây chuyền sản xuất (bản vẽ A4) Tính tốn thiết bị Tính chọn thiết bị phụ (chọn thiết bị phụ) Tính tốn khí Tài liệu tham khảo IV Các vẽ - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: Khổ A3 - Bản vẽ lắp thiết bị chính; Khổ A1 V Cán hướng dẫn: VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm VII Ngày phải hoàn thành: ngày tháng năm Phê duyệt Bộ môn Ngày 27 tháng năm 2023 Người hướng dẫn ( Họ tên chữ ký ) MỤC LỤC MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Quá trình cô đặc 1.2 Giới thiệu chung chất cần cô đặc ( NH4NO3 ) 1.2.1 Tính chất vật lý .6 1.2.2 Tính chất hóa học 1.2.3 Ứng dụng NH4NO3 1.3 Cấu trúc tập đồ án PHẦN II SƠ ĐỒ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1 Sơ đồ công nghệ 2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống thiết bị 10 PHẦN III TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH .11 3.1 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W 11 3.2 Lượng thứ thoát từ nồi .12 3.3 Nồng độ dung dịch nồi .12 3.4 Chênh lệch áp suất chung hệ thống : ∆ p 12 3.5 Nhiệt độ đốt, chênh lệch áp suất cho nồi .13 3.6 Tính nhiệt độ áp suất thứ hỏi nồi 14 3.7 Tổn thất nhiệt độ cho nồi 15 3.7.1 Tính tổn thất áp suất thuỷ tĩnh tăng cao ∆ i ' ' : .15 3.7.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ ∆ i ' 16 3.7.3 Tổng tổn thất hệ thống 17 3.8.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống .17 3.8.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống đặc 17 3.8.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi 18 3.9 Thiết lập phương trình cân nhiệt để tính lượng đốt D lượng thứ Wi nồi .18 3.9.1 Sơ đồ cân nhiệt lượng: 18 3.9.2 Lập hệ phương trình cân nhiệt lượng 19 3.9.3 Các thông số nước ngưng 20 3.9.4 Lập phương trình cân nhiệt lượng .21 3.10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi 23 3.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α , i ngưng tụ .23 3.10.2 Xác định tải nhiệt phía ngưng tụ 25 3.10.3 Tính hệ số cấp nhiệt α i từ mặt ống truyền nhiệt đến hỗn hợp cô đặc (lỏng – hơi) sôi 25 3.10.4 Nhiệt tải riêng phía dung dịch 32 3.11 Xác định hệ số truyền nhiệt cho nồi theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt thiết bị cô đặc .32 3.12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho thiết bị cô đặc 33 3.13 So sánh ∆ Ti ∆T∗i 34 3.14 Tính bề mặt truyền nhiệt thiết bị cô đặc F .35 PHẦN IV TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 36 4.1 Hệ thống thiết bị ngưng tụ baromet .36 4.1.1 Tính tốn thiết bị ngưng tụ 38 4.1.2 Lượng nước lạnh (Gn) cần thiết để ngưng tụ .39 4.1.3 Tính đường kính thiết bị ngưng tụ 40 4.1.4 Tính kích thước ngăn 40 4.1.5 Tổng diện tích bề mặt lỗ toàn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ 41 4.1.6 Tính bước lỗ t .41 4.1.7 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 42 4.1.8 Tính kích thước đường kính ống baromet .42 4.1 Xác định chiều cao ống baromet .43 4.1.10 Tính lượng khí khơng ngưng 45 4.2 Tính chọn bơm chân khơng 45 4.3 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 47 4.3.1 Nhiệt lượng trao đổi .47 4.3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 48 4.3.3 Hệ số cấp nhiệt cho lưu thể 48 4.3.4 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 49 4.3.5 Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy 49 4.3.6 Tính nhiệt tải riêng dung dịch 52 4.3.7 Xác định bề mặt truyền nhiệt 53 4.3.8 Xác định số ống truyền nhiệt 53 4.3.9 Đường kính thiết bị gia nhiệt .54 4.3.10 Tính vận tốc chia ngăn 54 PHẦN V TÍNH TỐN CƠ KHÍ 56 5.1 Buồng đốt 56 5.1.1 Xác định số ống buồng đốt: .56 5.1.2 Xác định đường kính ống đốt : 56 5.1.3 Xác định bề dày phòng đốt 58 5.1.4 Tính chiều dày lưới đỡ ống 60 5.1.5 Chiều dày đáy lồi phòng đốt 62 5.1.6 Tra bích để lắp đáy thân, số bulơng cần thiết để lắp ghép bích đáy .64 5.2 Buồng bốc 65 5.2.1 Thể tích buồng bốc 65 5.2.2 Chiều cao buồng bốc 66 5.2.3 Chiều dày buồng bốc 66 5.2.4 Chiều dày đáy nồi phòng bốc .67 5.2.5.Tra bích để lắp vào thân buồng bốc 69 5.3 Tính số chi tiết khác .69 5.3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị 69 5.3.1.1 Ống dẫn đốt vào .69 5.3.1.2 Ống dẫn dung dịch vào 71 5.3.1.3 Ống dẫn thứ 72 5.3.3 Chọn kính quan sát .80 5.3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt 80 KẾT LUẬN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO .85 PHẦN I: MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Để giúp sinh viên làm quen với công việc thực tế kỹ sư Kỹ thuật Hóa Học, sinh viên ngành Kỹ Thuật Hóa Học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhận đồ án môn học “ Q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học” Việc làm đồ án giúp sinh viên bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức học phần “ Quá trình thiết bị I,II,III” Qua việc làm đồ án, sinh viên biết cách tìm sử dụng tài liệu tham khảo để tra cứu, vận dụng kiến thức, quy định thiết kế, tự nâng cao kỹ vận dụng, tính tốn, trình bày nội dung thiết kế theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Khơng đồ án giúp sinh viên củng cố kiến thức môn sở Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hồn thành thiết kế hệ thống đặc xi chiều, có buồng đốt ngồi, làm việc liên tục dùng để đặc 𝑁H4NO3 có suất đầu 14400 [kg/h] Nồng độ dung dịch đầu cuối ( theo khối lượng) 5% 30% Áp suất đốt nồi (at), áp suất thiết bị ngưng tụ 0,2(at) Em xin chân thành cảm ơn cô Đặng Thị Thu Ngân, thầy cô mơn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn truyền đạt kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn quý thầy mơn “Q trình- Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm” tạo điều kiện để em hồn thành đồ án này! Trong q trình làm đồ án cịn thiếu kinh nghiệm khơng tránh khỏi sai lầm, thiếu sót,… kính mong đóng góp nhiệt tình q thầy, bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Đặng Thị Nguyệt Hà 1.1 Q trình đặc Q trình đặc q trình làm tăng nồng độ chất hịa tan( khơng khó bay hơi) dung mơi bay Đặc điểm q trình cô đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hòa tan dung dịch khơng bay nồng độ chất tan tăng lên Hơi dung môi tách q trình đặc gọi thứ Hơi thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác Nếu thứ tách khỏi hệ thống để phục vụ mục đích khác gọi phụ Truyền nhiệt q trình đặc trực tiếp gián tiếp, truyền nhiệt trực tiếp thường dung khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, truyền nhiệt gián tiếp thường dùng nước bão hòa để đốt nóng Trong cơng nghệ hóa chất thực phẩm, đặc đóng vai trị quan trọng Nó ứng dụng với mục đích : - Làm tăng nồng độ chất tan Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể ( kết tinh) Thu dung môi dạng nguyên chất Cô đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất ( áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư) thiết bị đặc nồi hay nhiều nồi q trình gián đoạn hay liên tục I.2 - - Giới thiệu chung chất cần cô đặc ( NH4NO3 ) NH4NO3 cơng thức hóa học hợp chất muối trung hịa có tên gọi Nitrat amoni Đây hợp chất hóa học mang tinh thể màu trắng, hút ẩm mạnh tan nước NH4NO3 cịn có tên gọi khác Ammonium nitrate, Nitrat Amon, Amoni Nitrate,… NH4NO3 dùng để điều chế trực tiếp thuốc nổ đặc biệt cịn hóa chất sản xuất phân bón số lĩnh vực cơng nghiệp khác có sử dụng hóa chất 1.2.1 Tính chất vật lý - Ammonium nitrate có dạng rắn, màu trắng, hút ẩm mạnh tan nước - Khối lượng mol NH4NO3: 0.04336 g/mol - Số CAS NH4NO3: 6484-52-2 - Tỷ trọng NH4NO3: 1.73 g/cm³, rắn Điểm nóng chảy NH4NO3: 169 °C Điểm sôi NH4NO3 khoảng: 210 °C Độ hòa tan nước NH4NO3: 119 g/100 ml (0 °C) 1.2.2 Tính chất hóa học – Amoni nitrat bị nhiệt phân tác dụng nhiệt độ từ 190 đến 245 độ C làm xuất bọt khí Dinito Oxit (N2O) sinh ra: NH4NO3 ⟶ 2H2O + N2O – Amoni nitrat tác dụng với Axit HCl, H2SO4 theo phương trình đây: HCl + NH4NO3 ⟶ HNO3 + NH4Cl H2SO4 + 2NH4NO3 ⟶ (NH4)2SO4 + 2HNO3 – Amoni nitrat tác dụng với bazơ KOH + NH4NO3 ⟶ H2O + KNO3 + NH3 NaOH + NH4NO3 ⟶ NaNO3 + NH4OH Ca(OH)2 + 2NH4NO3 ⟶ Ca(NO3)2 + 2H2O + 2NH3 Amoni nitrat với muối như: Na3PO4 + NH4NO3 + Be(NO3)2 ⟶ 3NaNO3 + Be(NH4PO4) 1.2.3 Ứng dụng NH4NO3 Amoni nitrat sử dụng rộng rãi đem đến nhiều ứng dụng sản xuất đời sống sau: - Amoni nitrat - Làm nguyên liệu phân bón Amoni nitrat dạng phân bón giúp bổ sung hàm lượng Nitơ cho loại thông qua nitrat amoni Đây loại phân bón dễ hấp thụ giúp cho loại trồng đạt hiệu kinh tế cao, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng tăng suất cho trồng Ngoài loại phân không làm chua đất số trồng cần bổ sung thêm nitrat bông, đay, mía, ngơ khoai, cà phê, cao su hay loại ăn lưu niên - Amoni nitrat - Giúp sản xuất thuốc nổ NH NO chất phủ quản lý chất dễ nổ ứng dụng để sản xuất thuốc nổ đặc tính: chất oxy hóa mạnh tính hút ẩm cao vơ dễ gây cháy nổ - Các ứng dụng quan trọng khác : Ngồi chúng cịn sử dụng sản xuất túi ướp lanh gồm hai lớp: lớp chứa amoni nitrat khơ lớp cịn lại chứa nước Sử dụng cho ngành công nghiệp dệt may, ngành công nghiệp mạ điện, khai khống, cơng nghiệp hàn… Amoni nitrat cịn sử dụng cho ngành hóa chất, làm cho oxydol, phèn amoni 1.3 Cấu trúc tập đồ án - Phần I: Mở đầu - Phần II: Sơ đồ dây chuyền sản xuất - Phần III: Tính tốn thiết bị - Phần IV: Tính thiết bị phụ - Phần V: Tính tốn khí PHẦN II SƠ ĐỒ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1 Sơ đồ công nghệ