Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH

Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập -Tự do-Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Số………… Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN XUÂN HUY Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp : ĐH Công Nghệ Hóa 1 – K3 Khoa : Công Nghệ Hóa Học NỘI DUNG Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất 11000 kg/h , chiều cao ống gia nhiệt h =2m . Các số liệu ban đầu : - Nồng độ đầu của dung dịch là 8% - Nồng độ cuối là : 30 % - Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4,1 at - Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,2 at TT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng 1 Dây chuyền sản xuất A 01 2 Nồi cô đặc A 01 PHẦN THUYẾT MINH 1 . Mở đầu 2 . Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất 3 . Tính toán thiết bị chính 4 . Tính toán thiết bị phụ 5 . Tính toán cơ khí 6 . Tỏng kết 1 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Ngày giao đề :……………………ngày hoàn thành:………………… TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ********* Hà Nội , Ngày … Tháng … Năm 2011 Người nhận xét Mục lục 2 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị 1. Giới thiệu chung  Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH  Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh 2. Tính toán thiết bị chính *Cân bằng vật liệu  tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống  Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi  Nồng độ cuối của dung dịch *Tính nhiệt độ, áp suất  Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р)  Nhiệt độ, áp suất hơi đốt  Nhiệt độ và áp suất hơi thứ :  hệ số truyền nhiệt 3.Tính toán thiết bị phụ  Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : *) Nhiệt lượng trao đổi : ( Q) *) Hiệu số nhiệt độ hữu ích : *) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể : *) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ : *) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy : *) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch : *) Bề mặt truyền nhiệt : *) Số ống truyền nhiệt : *) Đường kính trong của thiết bị đun nóng  Chiều cao thùng cao vị : *)Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến cô đặc : *)Trở lực dẫn từ thùng cao vị đén thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : *)Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :  Tính thiết bị ngưng tụ  Tính bơm : 1 - Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra : 2 - Năng suất yêu cầu trên trục bơm : 3- công suất động cơ điện : 4. Tính toán cơ khí và lựa chọn  Tính buồng đốt :  Tính buồng bốc  mặt bích  đường kính ống dẫn  Tính tai treo và chọn tai treo :  Tính thiết bị phụ khác : 1-Đoạn côn nối buồng đốt và buồng bốc : 2-Kính quan sát : 3-Tính bề dày lớp cách nhiệt 5.Tổng kết 6.Tài liệu tham khảo: 3 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị 1. Giới thiệu chung ● Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH - Lời mở đầu Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác, thường phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng , hoặc lỏng trong lỏng . Để nâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch . Phương pháp phổ biến là dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi , khi đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn . Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm , tuần hoàn cưỡng bức , phòng đốt ngoài , …trong đó thiết bị cô đặc có tuần hoàn có ống tuần hoàn ngoài được dùng phổ biến vì thiết bị này có nguyên lý đơn giản , dễ vận hành và sửa chữa , hiệu suất sử dụng cao… dây truyền thiết bị có thể dùng 1 nồi , 2 nồi , 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu. trong thực tế người ta thường xử dụng thiết hệ thống 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất sử dụng hơi đốt cao nhất , giảm tổn thất trong quá trình sản xuất . Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất , em được nhận đồ án môn học : “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học”. Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học “ trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan , mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ . Qua việc làm đồ án môn học này , mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu , vận dụng đúng những kiến thức , quy 4 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị định trong tính toán và thiết kế , tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống . Trong đồ án môn học này, em cần thực hiện là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH , năng suất 11000kg/h , nồng độ dung dịch ban đầu 8% , nồng độ sản phẩm 30% - Giới thiệu về dung dịch KOH As proven experts, Ward Chemical can produce various concentrations of liquid calcium chloride . Uses of Calcium Chlor The innate properties of liquid calcium chloride CaCl2 lend this substance to a variety of applications.KOH có dạng tinh thể không màu , t nc = 404 o C , t s = 1324 o C. Dễ tan trong nước và phát nhiệt mạnh : ở 20 o C, 100 g nước hoà tan được 112 g KOH . Thuộc loại kiềm mạnh ; hấp thụ nước và khí cacbonic (CO 2 ) trong không khí , tạo thành kali cacbonat (K 2 CO 3 ) . Dung dịch nước KOH ăn mòn thủy tinh ; KOH nóng chảy ăn mòn sứ (trong môi trường có không khí) , platin . Điều chế bằng cách điện phân dung dịch kali clorua (KCl) có màng ngăn . Dùng trong phòng thí nghiệm , sản xuất xà phòng mềm, các muối kali ; KOH ăn da và rất nguy hiểm khi bắn vào mắt . Antifreeze for recreation vehicles, curling & skating ● Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục : Dung dịch đầu KOH 8% được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ thùng chứa (1) , sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) . Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi (6). Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm , dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch . Một phần khí không ngưng được đưa qua của tháo khí không ngưng . Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng . Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ . Hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt . Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ 2 do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < áp suất nồi trước . Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (2) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi , kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này 5 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi . Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (10) . Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (8) . Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đi xuống , ở đây hời thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ra ngoài còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không (11) 6 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT Chú thích 1. Thùng chứa dung dịch đầu 2. Bơm 3. Thùng cao vị 4. Lưu lượng kế 5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6,7. Thiết bị cô đặc 8. Thùng chứa nước 9. Thùng chứa sản phẩm 10.Thiết bị ngưng tụ Baromet 11. Thiết bị tách bọt 12. Bơm chân không 13. Ống tuần hoàn 2. Tính toán thiết bị chính Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo dung dịch đầu : G đ = 11000 kg/h Nồng độ đầu : x đ = 8 % x c = 30% P hơi đốt nồi 1 = 4,1 at . P hơi ngưng tụ = 0,2 at . *Cân bằng vật liệu ● tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống 7 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị từ công thức: ( VI.1 - Tr.55 - Stttt2 ) ● Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi Chọn tỷ lệ hơi thứ: ● Nồng độ cuối của dung dịch Nồi 1: (VI.2a - Tr57 - Stttt2) (khối lượng ) Nồi 2: == 30% ( khối lượng) W: tổng lượng hơi thứ của hệ thống W 1 : lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1 W 2 : lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2 : nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1 : nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi *Tính nhiệt độ, áp suất ● Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р) (at ) (1) Р hd1 : áp suất hơi đốt nồi 1 Р ng áp suất hơi nước ngưng ● Nhiệt độ, áp suất hơi đốt Ta có: chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi : = (at) (2) từ (1) và(2) ta có hệ phương trình : 8 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Giải ra ta được : Áp suất hơi đốt nồi 2 : -= 4,1- 2,68125 = 1,41875 (at) Trong đó: : chênh lệch áp suất của nồi 1 và nồi 2 : chênh lệch áp suất của nồi 2 và thiết bị ngưng Hơi đốt nồi 1 được được cấp từ nồi hơi , hơi thứ ra khỏi nồi 1 được đưa sang nồi 2 làm hơi đốt để tận dụng nhiệt . Tra bảng (I.251 - Tr 314 – stttt1) ta có : Nồi P hdi at T hdi o C i hdi J/kg r hdi J/kg 1 4,1 143 2744010 2140995,8 2 1,41875 109 2691285,5 2235326,4 ngưng 0,2 59,7 2596000 2358000 ● Nhiệt độ và áp suất hơi thứ : Theo sơ đồ nồi cô dặc , nhiệt độ hơi thứ nồi 1(T ht1 ) bằng nhiệt độ hơi đốt nồi 2 (T hd2 ) . Nhưng do quá trình truyền khối cố sự tổn thất nhiệt do trở lực đường ống () chọn = 1°C = 1°C Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1(T ht1 ) = o C Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2(T ht2 ) = o C (*)Tra bảng I.251-Tr314-Stttt1. 9 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Nồi P hti at T hti o C i hti J/kg r hti J/kg 1 1,461 110 2696000 2234000 2 0,210366 60,7 2609588 2356000 - Tổn thất nhiệt : Tổn thất do nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn dung môi () Ta có : (VI.10 - Tr.59 - Stttt2) (VI.11 - Tr59 - Stttt2) T i: nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất hơi thứ r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước Giá trị được tra từ bảng ( VI.2 – Tr.63 – Stttt2 ) Nồi 1: x=12,6316% =3,4C Nồi 2 : x=30% = 12,2C - Tổn thất do tăng áp suất thủy tĩnh () (VI.12 - Tr.60 -Stttt2) P hti : áp suất hơi thứ nồi i h 1i : chiều cao dung dịch trong ống truyền nhiệt , =0,5 (m) h 2: chiều cao ống truyền nhiệt , = 2 (m) khối lượng riêng của dung dịch khi sôi . Lấy gần đúng bằng ½ khối lượng riêng của dung dịch ở 15C 10 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 [...]... nắp thiết S a 5 1300 bị Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết P 1200 bị Bề rộng của tấm ngăn Khoảng cách giữa tâm của thiết b K1 725 K2 H T D1 h1(h) D2 h2 10500 1400 400 1400 - a1 260 a2 300 a3 360 a4 400 a5 430 Hơi vào d1 350 Nước vào d2 125 bị ngưng tụ và thiết bị thu hồi Chiều cao của hệ thống thiết bị Chiều rộng của hệ thống thiết bị Đường kính của thiết bị thu hồi Chiều cao của thiết bị thu... thiết bị Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KOH tính theo công thức ( I 32 –Tr.123 - Stttt1) (w/m.độ) hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết M: khối lượng phân tử mol của dung dịch Áp dụng công thức (1) (g/mol) Vậy giá trị có thể chấp nhận Hệ số truyền nhiệt giữa hai lưu thể : (w/m2.độ) hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi i nhiệt tải riêng trung bình nồi i Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống. .. 125(m2) 3.Tính toán thiết bị phụ ● Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu vào là thiết bị đun nóng loại ống chùm ngược chiều dùng hơi nước bão hoà ở 4,1at , hơi nước đi bên ngoài ống từ trên xuống dưới Hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên Hỗn hợp đầu vào 18 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị thiết bị gia nhiệt ở nhiệt... cao H>10,5m để khi độ chân không trong thiết bị có tăng thì nước cũng không dâng lên ngập thiết bị Loại này có ưu điểm là : nước tự chảy ra được không cần bơm nên tốn ít năng lượng , năng suất lớn Trong công nghiệp hóa chất , thiết bị ngưng tụ Baromet chân cao ngược chiều loại khô thường được sử dụng trong hệ thống cô đặc nhiều nồi , đặt ở vị trí cuối hệ thống vì nồi cuối thường làm việc ở áp suất chân... môn Quá trình thiết bị L: chiều dài ống dẫn : hệ số ma sát : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ: với : hệ số trở lực cục bộ : áp suất cần thiết khắc phục trở lực trong thiết bị =0 : áp suất bổ sung ở cuối đường ống , =0 *)Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến cô đặc : Áp suất động học, công thức : có 1056 (kg/m³) Chọn đường kính ống dẫn liệu là d= 800 (mm) Vậy : = Áp... Quá trình thiết bị Ta có: Regh=4691,05 Ren= 220 Nhận thấy Regh . Xuân Lớp : ĐH Công Nghệ Hóa 1 – K3 Khoa : Công Nghệ Hóa Học NỘI DUNG Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất. em cần thực hiện là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH , năng suất 11000kg/h , nồng độ dung dịch ban đầu 8% , nồng. dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn . Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm , tuần hoàn cưỡng bức , phòng đốt ngoài , …trong đó thiết bị cô đặc có tuần hoàn