thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch xút

thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch xút

GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành PHẦN I: GIỚI THIỆU SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang1 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành I.1/ Đặt vấn đề: Đồ án quá trình thiết bò đã làm trước đây là thiết kế hệ thống cô đặc dung dòch xút một nồi liên tục năng suất 4 tấn/h. Nhưng trong thực tế khi vận hành, các quá trình diễn ra không ổn đònh do các yếu tố nhiễu như nhiệt độ dòng nhập liệu, nồng độ dòng nhập liệu, nhiệt độ của môi trường, hệ số truyền nhiệt K ,…, giá trò thông số công nghệ thực sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trò tính toán trong một khoảng nhỏ nào đó nhưng lại có ảnh hưởng lớn quá trình cô đặc. Cụ thể áp suất trong nồi cô đặc nếu không đạt 0.3 atm chỉ sai số khoảng 10% thì nhiệt độ sẽ không đạt dẫn đến dung dòch vào nồi không sôi, ta phải tốn thêm nhiệt lượng để cung cấp cho nồi đồng thời các thông số hóa lý của dung dòch, hơi đều thay đổi thì kết quả tính toán sẽ không chính xác . Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm , làm phá vỡ cân bằng vật chất, năng lượng. Hoặc nồng độ dòng nhập liệu nếu không đạt 10 %kl như yêu cầu thì khi vào nồi cô đặc ta lại phải tốn năng lượng để dung dòch tiếp tục sôi đạt nồng độ mong muốn. Nếu không có sự kiểm tra, theo dõi, điều chỉnh mà quá trình lại xảy ra liên tục thì việc cần tăng năng lượng cung cấp, thời gian lưu của dung dòch, cũng như những thay đổi cần thiết để đáp ứng lại các yếu tố nhiễu trên thì quá trình sẽ không diễn ra như mong muốn, chất lượng sản phẩm không ổn đònh ảnh hưởng trực tiếp đến các khâu sau của quá trình sản xuất. Xuất phát từ mục tiêu đó, đồ án chuyên ngành đặt ra là phải đi sâu vào thông số công nghệ , tìm hiểu làm sao có thể ổn đònh được các thông số, điều chỉnh được chúng. Và trong thực tế tại các xí nghiệp hóa chất và thực phẩm Việt Nam vấn đề này lại rất bức thiết, đa phần các thiết bò máy móc được nhập từ nước ngoài có lắp các thiết bò điều chỉnh tự động, do đó đòi hỏi người kỹ sư hóa chất phải có kiến thức không những về quá trình thiết bò mà còn phải hiểu biết về tự động. Do đây là một lónh vực còn mới, và thời gian tìm hiểu có giới hạn cho nên mục đích tự động hóa toàn bộ hệ thống là không đạt được, em chỉ có thể tìm hiểu các thông số công nghệ, lựa chọn các kênh điều chỉnh để ổn đònh thông số công nghệ và kết quả đạt được chỉ xét về chất còn giá trò về lượng sẽ được tính toán kỹ trong đề tài tốt nghiệp sắp tới của em. I.2/ Mục đích đồ án: Nghiên cứu khảo sát các thông số công nghệ của quá trình cô đặc. Thiết kế hệ thống điều khiển các đại lượng này. I.3/ Đối tượng: Thiết bò cô đặc xút: một nồi liên tục, làm việc trong điều kiện chân không, năng suất 4 tấn / giờ. SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang2 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành I.4/ Nội dung:  Xác đònh nhiệm vụ điều khiển.  Chọn lựa những đại lượng điều khiển, kiểm tra.  Xác đònh những tác động điều chỉnh.  Chọn lựa kênh điều chỉnh.  Chọn lựa công cụ điều khiển và kiểm tra.  Các bản vẽ yêu cầu: • Quy trình khảo sát và chọn lựa kênh điều chỉnh. • Sơ đồ điều khiển quá trình. SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang3 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành PHẦN II: SƠ LƯC VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang4 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành II.1/ Giới thiệu về cô đặc: Trong lónh vực hoá chất và thực phẩm có nhiều phương pháp làm tăng nồng độ của một dung dòch như cô đặc, kết tinh, chưng cất, trích ly, … Dựa vào đặc tính hóa lý của từng loại dung dòch mà chúng ta lựa chọn phương pháp thích hợp, và đối với dung dòch xút người ta thường áp dụng phương pháp cô đặc. Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dòch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi, quá trình tiến hành ở trạng thái sôi. Có nhiều phương pháp cũng như loại thiết bò cô đặc , ở đây dung dòch xút nồng độ nhỏ hơn 40% khối lượng có độ nhớt nhỏ(không quá 8.10-3 Ns/m2) và không kết tinh nên ta dùng nồi cô đặc loại thẳng đứng, tuần hoàn tự nhiên, buồng đốt trong, cô đặc ở áp suất chân không. II.2/ Nguyên tắc hoạt động của hệ thống: Dung dòch xút (10%kl,30 o C, 1atm) từ bồn chứa được bơm lên bồn cao vò( mặt thoáng cách mặt đất 3 m) . Từ đây dung dòch sẽ tự chảy qua thiết bò gia nhiệt để đạt đến nhiệt độ sôi 75 o C ở 0.3 atm, lưu chất cấp nhiệt là hơi nước bão hòa ở 3 atm. Dung dòch vào trong thiết bò(vận tốc khoảng 0.0036m 3 /s) được tiếp tục cấp nhiệt gián tiếp nhờ vào hơi nước bão hòa như trên để tiếp tục sôi, dung dòch sôi tuần hoàn đối lưu tự nhiên trong ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm tạo hỗn hợp lỏng hơi. Nhờ khoảng không gian hơi trong buồng bốc hỗn hợp được tách ra hai dòng lưu chất. Dòng lỏng tiếp tục sôi cho đến khi đạt (nồng độ 35%kl, 101 o C ở 0.344atm )sẽ được tháo ra ngoài nhờ bơm ly tâm với vận tốc khoảng 0.8 l/s. Còn dòng hơi thứ( ở 0.3 atm, 68.7 o C, 15m 3 /s)trong buồng bốc được dẫn đến thiết bò ngưng tụ baromet. Tại thiết bò này, hơi thứ được ngưng tụ thành nước theo ống baromet xả xuống bể cùng với dòng nước làm mát. Phần khí không ngưng và hơi nước chưa ngưng tụ được đưa qua bộ phận thu hồi bọt. Tại đây bơm chân không sẽ hút khí không ngưng ra ngoài, còn phần lỏng được dẫn về ống baromet. II.3/ Các giả thiết khi tính cân bằng vật chất và năng lượng:  Hệ thống đang xét đã ổn đònh.  Dung dòch vào nồi có nhiệt độ bằng nhiệt độ sôi trong nồi khi cô đặc.  Nước ngưng ra khỏi thiết bò có nhiệt độ bằng nhiệt độ bằng nhiệt độ hơi bão hòa ở áp suất tương ứng.  Sự truyền nhiệt là ổn đònh theo thời gian.  Trong đồ án sử dụng thuyết bền và các điều kiện ổn đònh để tính toán cơ khí cho thiết bò, sử dụng phương trình becnuli để tính, lựa chọn các thiết bò phụ SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang5 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành II.4/ Bảng tổng kết các thông số công nghệ: KẾT QUẢ TÍNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ Lưu chất Đại lượng Kí hiệu Đơn vò TBCĐ TBBaromet TBGN Thôn g số Giá trò Thông số Giá trò Thôn g số Giá trò Dung dòch vào Dung dòch Hơi thứ Dung dòch Lưu lượng G Kg/h 14000 10000 1400 0 Nồng độ x %kl 10 10 psuất p at 0.3 0.29 0.3 Nhiệt độ t 0 C 75 131.9 30 Ra Dung dòch Dung dòch Lưu lượng G Kg/h 4000 1400 0 Nồng độ x %kl 35 10 Nhiệt độ t 0 C 101 75 Chất thứ Ra Hơi thứ Không khí Lưư lượng G Kg/h 10000 101.232 p suất p at 0.3 0.184 Nhiệt độ t 0 C 68.7 57.7 Tải Nhiệt Vào Hơi nước Nước Hơi đốt Lưu lượng G Kg/h 11961 178920 7872 7 p suất p at 3 0.29 3 Nhiệt độ t 0 C 132.9 30 132. 9 Ra Nước Nước Nước Lưu lượng G Kg/h 11961 7872 7 Nhiệt độ t t 132.9 57.7 132. 9 SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang6 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ PHỤ STT Thiết bò Thông số Kí hiệu Đơn vò Giá trò 1 Baromet Mức độ đun nóng P 0.73 Số bậc Hb 4 Số ngăn n 8 Khoảng cách a tb mm 300 Đường kính trong Dt mm 1000 Vận tốc hơi w m/s 40 Chiều cao h mm 5680 Bề rộng tấm ngăn b mm 550 Chiều dày tấm ngăn δ mm 4 Đường kính lỗ d mm 5 Tổng diện tích lỗ f m 2 77.15 Gờ h g mm Đường kính ống d mm 200 Chiều cao ống H m 8 Vận tốc nước w n m/s 0.6 Chiều cao nước h m 7.5 2 Bồn cao vò Chiều cao h m 6 Đường kình ống d mm 54 Chiều dài ống l m 15 Vận tốc lưu chất v m/s 2 SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang7 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành 3 Máy bơm C ộ C o Ống dẫn V d ( m m ) l C h â n k h ô n g 7 . 5 B ơ m n ư ớ c 1 . 3 2 0 . 8 6 2 0 0 1 1 N h ậ p li ệ u 4 . 1 1 0 . 1 0 7 3 5 0 1 1 T h á o s ả n p h ẩ m 2 . 3 2 5 0 . 0 3 4 3 5 1 0 4 Ố d(mm) l(mm) v(m/s) SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang8 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành n g d ẫ n H ơ i t h ứ 820 15 30 H ơ i đ ố t 402 15 20 N h ậ p li ệ u 54 15 2 T h á o s ả n p h ẩ m 40 10 1 SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang9 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành PHẦN III: KHẢO SÁT ĐỐI TƯNG CÔNG NGHỆ SVTH: Huỳnh Thò Kim Hằng Trang10 [...]... hiệu đầu ra Trong hệ thống cô đặc đang xét tín hiệu đầu ra y chính là các thông số cần điều chỉnh ổn đònh: nồng độ sản phẩm, áp suất cô đặc, mức dung dòch, nhiệt độ dòng nhập liệu Còn các tín hiệu đầu vào chính là các thông số nhiễu đã xét ở trên Như đã phân tích ở phần trước ta chọn phương án 1 để điều chỉnh hệ thống cô đặc, và do không xét các giá trò cụ thể cho nên việc lựa chọn các thiết bò trong... của bộ điều chỉnh khí nén chấp nhận được do phần lớn các đại lượng công nghệ thay đổi đủ chậm Do đó toàn bộ thiết bò điều chỉnh của hệ cô đặc ta chọn bộ điều chỉnh khí nén TBTH: Như đã phân tích trong công nghiệp hóa chất ta chọn thiết bò thừa hành khí nén dạng màng , còn cơ quan điều chỉnh là van điều chỉnh cho toàn bộ hệ thống cô đặc Chỉ riêng cảm biến đo lường của từng kênh là khác nhau ta sẽ... nhiệt để nâng nhiệt độ dòng lên khi đó quá trình cô đặc mới diễn ra Điều này không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng dòng thành phẩm nhưng sẽ gây tôn thất nhiệt của hơi đốt Xét đến nhiệt độ dòng nhập liệu: Quá trình cô đặc chủ yếu là dựa vào đặc tính sôi của dung dòch hay là dựa vào đặc tính nhiệt độ Do đó yếu tố nhiệt độ là có ảnh hưởng nhiều đến quá trình cô đặc Theo tính toán nhiệt độ dòng nhập liệu khi... chất hay năng lượng và đưa đại lượng điều chỉnh gần giá trò cho trước Thiết bò thừa hành được lắp đặt trên ống dẫn công nghệ Tính chất của thiết bò thừa hành có ảnh hưởng đến chất lượng điều chỉnh Thông thường thiết bò thừa hành bao gồm cơ cấu thừa hành dạng khí nén điện hoặc thủy lực và cơ quan điều chỉnh Trong công nghiệp hóa chất hệ thống thường sử dụng cơ cấu thừa hành khí nén dạng màng và pittông,... đó có thể đông đặc vật liệu thì sử dụng dạng thường mở Khi hệ htống cấp không khí bò hư thì van mở hoàn toàn và nhiệt độ trong lò không khí bò hạ thấp đến giá trò không cho phép Thiết bò này nhận tín hiệu từ thiết bò điều chỉnh sẽ tác động đến giá trò x đầu vào của thiết bò cần điều chỉnh, x thay đổi theo yêu cầu của thiết bò thừa hành để đạt yêu cầu mong muốn của giá trò y Tóm lại, hệ thống điều chỉnh... chúng và xác đònh các mối quan hệ phụ thuộc để lựa chọn kênh điều chỉnh Tác động điều chỉnh được đưa vào nhờ bộ phận thừa hành làm thay đổi dòng vật chất hoặc năng lượng Khi thiết kế hệ thống điều chỉnh, chọn một hoặc nhiều chỉ tiêu hiệu suất của quá trình, xác lập những giới hạn cần thiết, xác lập những đặc tính tónh và động của đối tượng điều khiển Khi phân tích những đặc tính tónh cho phép đánh giá... số công nghệ của quá trình được ổn đònh bằng hệ thống điều chỉnh tự động, để đơn giản ta dùng hệ thống một vòng: lấy tín hiệu tác động điều chỉnh để điều chỉnh thống số cần ổn đònh Có rất nhiều phương án để ổn đònh các thông số đầu ra, ta có thể xét vài phương án sau:  Phương án 1: STT 1 2 3 4 Thông số cần ổn đònh Nồng độ sản phẩm xc p suất cô đặc Pc Mức dung dòch trong nồi L Nhiệt độ dòng nhập liệu... platin tinh khiết , khoảng đo nhiệt độ: 0 – 1600 oC Với nhiệt độ cần đo của thiết bò cô đặc ta chọn cặp nhiệt điện loại này là thích hợp V.2.2/ Kênh 2: p suất cô đặc Pc – Lưu lượng nước lạnh vào thiết bò ngưng tụ Gnl: Z Gnl Pc ĐTĐK BPTH CBĐL xĐC TBĐC Pc u CBĐL: Chọn áp kế biến dạng loại hộp xôáp kiểu xiphông vì đây là loại áp kế có cấu trúc đơn giản và tin cậy, kích thước nhỏ, dễ đọc, chính xác cao và... bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1992, 626 tr [4].Nhiều tác giả, ”Sổ tay Quá trình và thiết bò công nghệ hoá chất, tập II “, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1998, 447 tr [5].Hồ Lê Viên, Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bò hóa chất “, Nhà xuất bản giáo dục, 1978, 287 tr [6].Nguyễn Đức Lợi ,”Tự động hóa hệ thống lạnh “, Nhà xuất bản giáo dục,2001, 287 tr [7].TS Nguyễn Văn Hòa, ”Cơ sở Tự động... đại lượng điều chỉnh Do mô hình thiết bò chưa được xác đònh nên những đặc tính tónh và động không được xác lập Điều này dẫn đến những tác động điều chỉnh được lựa chọn chỉ mang tính kinh nghiệm, và dựa trên những hiểu biết về công nghệ Một số tác động điều chỉnh có thể lựa chọn:  Lưu lượng dòng nhập liệu: Lưu lượng dòng nhập liệu có ảnh hưởng đến áp suất cô đặc, mức dung dòch trong nồi, nồng độ sản . khảo sát các thông số công nghệ của quá trình cô đặc. Thiết kế hệ thống điều khiển các đại lượng này. I.3/ Đối tượng: Thiết bò cô đặc xút: một nồi liên. Chuyên ngành I.1/ Đặt vấn đề: Đồ án quá trình thiết bò đã làm trước đây là thiết kế hệ thống cô đặc dung dòch xút một nồi liên tục năng suất 4 tấn/h. Nhưng