làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4

làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4 làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên: Trần Quang Vinh MSSV : 0741120351 Lớp : ĐH HÓA – K7 Khóa : VII I Đầu đề thiết kế: Thiết kế tính toán hệ thống cô đặc hai nồi, xuôi chiều, làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO Thiết bị cô đặc kiểu: phòng đốt II Các số liệu ban đầu: Thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều phòng đốt thẳng đứng cô đặc Na2SO4 Với suât 9000 kg/h Nồng độ đầu vào dung dịch: 10% Chiều cao ống gia nhiệt: 2m Nồng độ cuối dung dịch : 30% áp suất đốt nồi 1: at áp suất ngưng tụ: 0,24at III Nội dung phần thuyết minh tính toán Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ công nghệ ( vẽ A4 ) Tính toán kỹ thuật thiết bị chính: Tính cân vật liệu toàn tháp Tính đường kính chiều cao thiết bị Tính trở lực tháp Tính toán khí Tính chọn thiết bị phụ Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4 Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A0 GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học V Cán hướng dẫn: ThS Nguyễn Tuấn Anh VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày 15 tháng 03 năm 2015 VII Ngày hoàn thành: ngày 18 tháng 07 năm 2015 Phê duyệt môn Ngày 18 tháng 07 năm 2015 Người hướng dẫn ThS Nguyễn Tuấn Anh GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ********* Hà Nội, Ngày … Tháng … Năm 2015 Người nhận xét GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học Contents GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học PHẦN 1: MỞ ĐẦU Để bước đầu làm quen với công việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ sản xuất, sinh viên khoa công nghệ Hóa học trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội nhận đồ án môn học: “Quá trình thiết bị công nghệ hóa học” Việc thực đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức giáo trình “ Cở sở trình thiết bị công nghệ Hóa học” sở lượng kiến thức kiến thức số môn khoa học khác có liên quan, sinh viên thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn trình công 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 định tính toán thiết kế, tự nâng cao kỹ trình bày thiết kế theo văn phong khoa học Trong đồ án môn học nhiệm vụ cần phải hoàn thành thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều,ông tuần hoàn trung tâm với dung dịch Na 2SO , suất đầu 9000 (k/h), nồng độ đầu vào 10%, nồng độ sản phẩm 30% Áp suất đốt nồi (at), áp suất ngưng tụ 0.24 (at) Do hạn chế thời gian, chiều sâu kiến thức, hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế nhiều mặt khác nên không tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong nhận đóng góp ý kiến, xem xét dẫn thêm thầy cô giáo để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Tuấn Anh hướng dẫn em hoàn thành đồ án GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học I QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC Cô đặc trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nhiệt độ sôi Mục đích trình cô đặc là: - Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể - Thu dung môi dạng nguyên chất (nước cất) Cô đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất (áp suất chân không, áp suất thường, áp suất dư), hệ thống thiết bị cô đặc (nồi), hay hệ thống nhiều thiết bị cô đặc Quá trình gián đoạn hay liên tục Hơi bay trình cô đặc thường nước, gọi thứ, thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên thường làm đốt cho nồi cô đặc Nếu thứ sử dụng dây chuyền công nghệ cô đặc gọi phụ Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sôi cao dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, làm tăng hiệu số nhiệt độ đốt nhiệt độ trung bình dung dịch (gọi hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Mặt khác, cô đặc chân không nhiệt độ sôi dung dịch thấp tận dụng nhiệt thừa trình sản xuất khác (hoặc sử dụng thứ) cho trình cô đặc Cô đặc áp suất cao áp suất khí thường dùng cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho cô đặc trình đun nóng khác Cô đặc nhiều nồi: Khi cô đặc nồi gây lãng phí nhiên liệu, làm cho trình sản xuất không đạt hiệu cao Do để tận dụng thứ thay cho đốt , sử dụng hệ thống cô đặc nhiều nồi Nguyên tắc hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều: Nồi thứ nhất, dung dịch đun đốt; thứ nồi vào nồi thứ hai Hơi thứ nồi thứ hai đưa vào nồi thứ 3,….hơi thứ nồi cuối đưa vào nồi ngưng tụ Dung dịch đưa từ nồi sang nồi kia, qua nồi dung dịch bốc phần, nồng độ dung dịch tăng dần lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt cho nồi phải có chênh lệch nhiêt độ đốt dung dịch sôi, hay nói cách khác phải có chênh lệch áp suất thứ đốt nồi Nghĩa áp suất làm việc nồi phải giảm dần thứ nồi trước làm đốt nồi sau Thông GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học thường nồi đầu làm việc áp suất dư, nồi cuối làm việc áp suất chân không Hệ thống cô đặc nhiều nồi dùng phổ biến sản xuất II DUNG DỊCH Natrisunfat- Na2SO4 Natri sunfat muốinatri acid sulfuric Khi dạng khan, tinh thể rắn màu trắng có công thức Na2SO4 biết đến tên khoáng vật thenardite; Na2SO4·10H2O tìm thấy tự nhiên dạng khoáng vật mirabilite, sản xuất gọi muối Glauber hay mang tính lich sử sal mirabilis từ kỉ 17 Một dạng khác tinh thể heptahiđrat tách từ mirabilite làm lạnh Với sản lượng sản xuất hàng năm lên đến triệu tấn, sản phẩm toàn cầu quan trọng hóa chất a Tính axit- bazơ: Natri sunfat muối trung hòa, tan nước tạo thành dung dịch có pH = Tính trung hòa chứng tỏ gốc sunfat bắt nguồn từ axit mạnh acid sulfuric Hơn nữa, ion Na+, với điện tích dương, có khả phân cực phối tử nước yếu miễn có ion kim loại dung dịch Natri sunfat phản ứng với axit sunfuric tạo muối axit natri bisunfat: Na2SO4 + H2SO4 ⇌ NaHSO4 Hằng số cân trình phụ thuộc vào nồng độ nhiệt độ Độ tan trao đổi ion: Natri sunfat có tính tan bất thường nước Độ tan nước tăng gấp mười lần khoảng °C đến 32.384 °C, điểm mà độ tan đạt giá trị cực đại 497 g/L Tại điểm đường biểu diễn độ tan uốn cong hướng xuống, độ tan trở nên không phụ thuộc vào nhệt độ Nhiệt độ 32.384 °C, tương ứng với nhiệt độ làm giải phóng nước khỏi tinh thể tan chảy muối ngậm nước, cung cấp giá trị nhiệt độ tham khảo xác cho việc định chuẩn nhiệt kế Natri sunfat muối ion điển hình, chứa ion Na+ SO42− Sự có mặt sunfat dung dịch nhận biết dễ dàng cách tạo sunfat không tan xử lý dung dịch với muối Ba2+ hay Pb2+: Na2SO4 + BaCl2 → NaCl + BaSO4 Natri sunfat biểu xu hướng tạo muối kép mức vừa phải Các loại phèn tạo với kim loại hóa trị ba thông thường NaAl(SO4)2 (không bền 39 °C) NaCr(SO4)2, đối nghịch với kali sulfat amoni sunfat tạo nhiều loại phèn bền Những muối kép với vài kim loại kiềm khác biết gồm Na 2SO4·3K2SO4, muối có tự nhiên dạng khoáng vậtglaserit Sự hình thành glaserit phản ứng GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học natri sunfat kali clorua dùng làm sở phương pháp sản xuất kali sulfat, loại phân bón Các muối kép khác bao gồm 3Na2SO4·CaSO4, 3Na2SO4·MgSO4 (vanthoffite) NaF.Na2SO4 b Cấu trúc tinh thể: Các tinh thể chứa ion [Na(OH2)6]+ dạng bát diện, tìm thấy nhiều muối sunfat kim loại Những cation liên kết với gốc sunfat thông qua liên kết hiđrô Độ dài liên kết Na-O 240 pm Hai phân tử nước đơn vị công thức phân tử không tạo phối trí với Na + Tinh thể natri sunfat đecahiđrat bất thường so với loại muối ngậm nước khác có giá trị entropy dư thừa (entropy nhiệt độ không tuyệt đối) 6.32 J·K−1·mol−1 Điều cho khả phân bố nước nhanh nhiều so với hầu hết muối khác GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học PHẦN : SƠ ĐỒ - MÔ TẢ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT I Nguyên lý làm việc hệ thống Dung dịch đầu chứa thùng (1) qua bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Từ điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu qua lưu lượng kế (4) trước vào thiết bị gia nhiệt (5) Tại thiết bị (5), dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sôi tác nhân nước bão hòa cấp vào nồi cô đặc thứ (6), thực trình bốc Dung dịch khỏi nồi đưa vào nồi thứ hai (7) Tại xảy trình bốc tương tự nồi với tác nhân đun nóng thứ nồi thứ (đây ý nghĩa mặt sử dụng nhiệt cô đặc nhiều nồi ) Hơi thứ nồi vào thiết bị ngưng tụ (8) Ở đây, thứ ngưng tụ lại thành lỏng chảy vào thùng chứa ngoài; khí không ngưng vào thiết bị thu hồi bọt ( ) vào bơm hút chân không Dung dịch sau khỏi nồi bơm phía thiết bị cô đặc vào thùng chứa sản phẩm Nước ngưng tạo hệ thống chứa cốc theo đường nước thải xử lý trước thải môi trường Hệ thống cô đặc xuôi chiều (hơi đốt dung dịch chiều với từ nồi sang nồi kia) dùng phổ biến công nghiệp hóa chất Loại có ưu điểm dung dịch tự chảy từ nồi trước lớn nồi sau, đó, dung dịch vào nồi (trừ nồi 1) có nhiệt độ cao nhiệt độ sôi, kết dung dịch làm lạnh lượng nhiệt làm bốc thêm lượng nước gọi trình tự bốc Nhưng dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp nhiệt độ sôi dung dịch, cần phải đun nóng dung dịch tiêu tốn thêm lượng đốt Vì vậy, cô đặc xuôi chiều, dung dịch trước vào nồi nấu đầu cần đun nóng sơ phụ nước ngưng tụ Nhược điểm cô đặc xuôi chiều nhiệt độ dung dịch nồi sau thấp dần, nồng độ dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt dung dịch tăng nhanh, kết hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Ghi chú: 1- Thùng chứa dung dịch đầu 2- Bơm chân không GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học 3- Thùng cao vị 4- Lưu lượng kế 5- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6- Thiết bị cô đặc 7- Thiết bị cô đặc 8- Thiết bị ngưng tụ (bazomet) 9- Thiết bị tách bọt II Sơ đồ dây truyền hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 10 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học [1,2 ⇒σ = σ ] + 2.0,3( − 3,8).10 −3 22,4536.10 240.10 7,6.0,8616 0,95.0,3( − 3,8).10 −3 ≤ 1,2 = 78,7.106 < 200.106 Độ bền đảm bảo an toàn.Vậy chọn S = 6mm 5.2.5 Tra bích để lắp đáy, thân, số bulong cần thiết để ghép bích đáy - Dựa vào Dt p tra theo bảng XIII.27, [2-420]: Kích thước nối Pb.10-6 N/m2 0,3 Dtr D (mm) (mm) 1200 1340 Db (mm) 1290 D1 (mm) 1260 Bu lông db M20 D0 (mm) 1213 Z(cái) 32 Kiểu bích h(mm) 25 D Db D1 db Do Dt 5.3 TÍNH MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC 5.3.1 Đường kính ống nối dẫn dung dịch vào thiết bị Đường kính ống nối dẫn dung dịch cửa vào tính theo công thức dựa vào phương trình lưu lượng: Vs = π d ω ,m3/s GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 73 (VI.41, [2-74]) Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học ⇒ Vs 0,785 ω d= ,m (VI.42, [2-74]) Trong đó: Vs: lưu lượng dung dịch hay chảy ống, m3/s Vs = W ρ ρ , : khối lượng riêng dung dịch hay ống ω ⇒ d= : vận tốc thích hợp dung dịch hay ống W 0,785 ρ ω (*) 5.3.1.1 Đường kính ống dẫn đốt vào: Đối với đốt ω = (20 ÷40) lấy ω = 30 m/s W = D = 2675,73 (kg/h) - D lượng đốt vào nồi ρ: khối lượng riêng nước bão hòa ρ = 2,12 kg/m3 Phđ = 4at (bảng I.251, [1-315]) ⇒ 2675,73 3600.0,785 2,12.30 d= = 0,1219 (m) Quy chuẩn d = 125 mm Tra bích buồng bốc (bảng XIII.26, [2-413]) Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm) 0,6 125 Dn Kích thước nối D Dδ (mm) (mm) (mm) 130 235 200 Kiểu D1 Bulông Z(cái) (mm) db 178 M16 bích h(mm) 20 5.3.1.2 Đường kính ống dẫn dung dịch vào: W = Gđ = 9000 kg/h ω dịch CaCl2: : vận tốc thích hợp dung dịch ống Với dung ω = 1÷2 m/s chọn ω ρ = 1,5m/s = 1089,425 kg/m3, nhiệt độ đầu vào 250C, nồng độ đầu 10%, (I.32, [1-38]) GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 74 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học (*) ⇒ 9000 0,785 1089 ,425.1,5.3600 d= =0,044 (m) Quy chuẩn d = 0,05m = 50mm Tra bích buồng bốc (bảng XIII.26, [2-411]): Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm 0,25 ) 50 Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) (mm) (mm) (mm) Bulông db Z(cái) bích h(mm) 57 140 110 90 M12 12 5.3.1.3 Đường kính ống dẫn thứ ra: Ta có: W = W1 = 2770,73 (kg/h) lượng thứ khỏi nồi ρ : khối lượng riêng thứ khỏi nồi Tra bảng I.251, [1-315] ta có ω ρ = 1,1835 kg/m3 : vận tốc thích hợp ống, chọn ω = 30m/s Thay số vào công thức (*) ta có : 2770,73 0,785 1,1835 30.3600 d= =0,1662 (m) Quy chuẩn d = 0,2m = 200mm Tra bích nối ống dẫn thứ với hệ thống dẫn bên (bảng XIII.26, [2-414]) Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm 0,25 ) 200 Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) (mm) (mm) (mm) Bulông db Z(cái) bích h(mm) 219 290 255 232 M16 16 5.3.1.4 Đường kính ống dẫn dung dịch ra: Ta có: W = Gđ - W1 = 9000 – 2770,73 = 6229,27 (kg/h) Gđ: suất ban đầu (kg/h) : Gđ = 9000 kg/h GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 75 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học W1 : lượng thứ bốc khỏi nồi 1: W1 = 2770,73 kg/h ω : vận tốc thích hợp dung dịch ống dẫn, chọn ω = 1m/s ρ = ρdd1 = 1077,1617 kg/m3 khối lượng riêng dung dịch khỏi nồi (*) ⇒ 6229,27 0,785 1077,1617.1.3600 d= =0,0452m Quy chuẩn d = 0,050m = 50mm Tra bích nối ống dẫn dung dịch với hệ thống bên (bảng XIII.26, [2-411]) Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm 0,25 ) 50 Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) (mm) (mm) (mm) Bu lông db Z(cái) bích h(mm) 57 140 110 90 M12 12 5.3.1.5 Đường kính tháo nước ngưng: Vì nước ngưng chất lỏng nhớt nên chọn ω = 2m/s Coi lượng nước ngưng lượng đốt vào V= D ρ nc Png= 0,2at → ρnc: tra bảng khối lượng riêng nước (I.251, [1314]), ρnc= 128,3 kg/m3, 2675,73 0,785 2.3600.128,3 →d= = 0,0607 (m) Quy chuẩn d = 70mm Tra bích buồng bốc (bảng XIII.26, [2-409]) Ống Py.10-6 Kích thước nối Kiểu D bích Dy Dn Dδ GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 76 D1 Bulông Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học N/m2 (mm (mm) (mm) (mm) (mm) db Z(cái) h(mm) 0,25 ) 70 76 160 130 110 M12 14 5.3.2 Tính tai treo chân đỡ Trọng lượng nồi tính thủy lực: Gtl = Gnk + Gnd ,N Gnk: trọng lượng nồi không, N Gnd: trọng lượng nước đổ đầy nồi, N 5.3.2.1 Tính khối lượng khí nồi, Gnk Để tính Gnk ta cần tính thông số sau: a) Khối lượng đáy đốt: m1 = khối lượng nắp Kích thước đáy: + đường kính đáy buồng đốt: Dtr = 1000mm +chiều dày: S= 4mm +chiều cao gờ: h = 25mm Tra bảng XIII.11, [2-384] ta có khối lượng đáy elip: m1= 36 (kg) b) Khối lượng thân buồng đốt: m2 ρV2 m2 = ρ ,kg : khối lượng riêng thép CT3: 7850 kg/m3 π V2: thể tích thân buồng đốt m : V2 = h ( D h: chiều cao buồng đốt 3,5 (m) Dn: đường kính buồng đốt: Dn = Dtr + 2S = 1000 + 2.4 = 1008 (mm) ⇒ V2 = 3,5 3,14 2 (1,008) − (1) [ GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 77 ] = 0,0441 (m3) 2 n –D tr ) ,m3 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học ⇒ m2 = 7850 0,0441 = 346,4663 (kg) c) Khối lượng hai lưới đỡ ống: m3 m3 = ρV3 ,kg ( V3: thể tích lưới đỡ ống: V3 = S π 2 D − nd n ) ,m3 S: chiều dày lưới đỡ ống, S = 12.10-3 m D: đường kính buồng đốt: 1m dn: đường kính ống truyền nhiệt: 0,038m ρ khối lượng riêng thép CT3: 7850 kg/m3 ⇒ ⇒ V3 = 12.10 -3 3,14 ( − 187 0,038 ) −3 = 6,8763.10 (m3) −3 m3 = 7850.6,8763.10 = 107,9579 (kg) d) Khối lượng ống truyền nhiệt: m4 m4=n ρV4 ,kg ( V4: thể tích ống truyên nhiệt: V4 = H (m3) H: chiều cao ống truyền nhiệt: 2m π 2 d n − d tr dn: đường kính ống chảy truyền: 0,038m dtr: đường kính ống chảy truyền: 0,034m n: số ống truyền nhiệt: 187 ống ρ: khối lượng riêng thép hợp kim crom-niken-titan ρ = 7900 kg/m3 ⇒ ⇒ V4 = 3,14 ( 0,0382 − 0,0342 ) = 4,5216.10-3 (m3) m4 = 187.7900 4,5216.10-3 = 667,976 (kg) GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 78 ) Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học e) Khối lượng thân buồng bốc: m5 m5 = ρV5 ,kg π V5: thể tích thân buồng bốc: V5 = h ( D n –D tr ) h: chiều cao buồng bốc, h = m Dtr: đường kính buồng bốc: 1,2m Dn: đường kính buồng bốc Dn = Dtr + 2.S = 1,2 + 2.3.10-3 = 1,206(m) ⇒ ⇒ V5 = 3,14 (1,206 − 1,2 ) = 0,0227 (m3) m5 = 7850 0,0227 = 117,92 (kg) f) Khối lượng nắp: m6 = khối lượng nắp Kích thước nắp: +Đường kính trong: Dtr = 1,2m +Chiều dày: S = 6mm +Chiều cao gờ: h = 25mm Tra bảng XIII.11, [2-384] ta có khối lượng nắp elip: m6 = 79 (kg) g) Khối lượng phần nón cụt: m7 m7 = ρV7 ,kg π V7: thể tích nón cụt: V7 = h (D n – D tr) h: chiều cao phần nón cụt, h = 0,5m Dn = Dnbb + Dddn = 1208 + 200 GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 79 = 704 (mm) Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học Dtr = Dtrbb + Dddtr = 1200 + 192 = 696 (mm) Dddn: đường kính ống dẫn thứ Dddtr: đường kính ống dẫn thứ Dddtr = Dddn – 2.S = 200 - 2.4 = 192 (mm) ⇒ ⇒ V7 = 0,5 3,14 ( 0,704 − 0,696 ) = 4,396.10-3 (m3) m7 =4,396.10-3 7850 = 34,5086 (kg) h) Khối lượng bích ghép nắp, thân đáy buồng đốt với hình nón cụt: m8 m8= ρV8 , kg H V8: thể tích bích: V8= π ( D − D02 − Z d b2 ) H: chiều cao bích Chọn H = 0,028m 0,028 ⇒ V8= 3,14 (1,14 − 1,013 − 28.0,02 ) = 5,4561.10 −3 (m3)- Số liệu T74 ⇒ m8 = 4.7850.5,4561.10-3 = 171,3215 (kg) i) Khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc: m9 m9 = ρV9 ,kg H V9: thể tích bích: V9= 0,028 ⇒ V9 = π ( D − D02 − Z d b2 ) 3,14 (1,34 − 1,213 − 32.0,02 ) = 6,8452.10 −3 ⇒ m9 = 2.7850.6,8452.10-3 = 107,4696 (kg) j) Tổng khối lượng nồi không: GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 80 (m3) Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học ∑m Gnk = g i =1 i = 9,81(m1 + m2 + m3 + m4 + m5 + m6 + m7 + m8 + m9) Thay số vào ta có: Gnk= 9,81.(36 + 346,4663 + 107,9579 + 667,976 + 117,92 + 79 + 34,5086 + 171,3215 + 107,4696) Gnk= 16369,1558 (kg) 5.3.2.2 Tính khối lượng nồi thử thủy lực, Gnd a) Thể tích không gian buồng đốt buồng bốc: ( V= π hb D trbb + hd Dtrbd ) ,m3 Trong đó: + hb: chiều cao buồng bốc: 2,5m + hd: chiều cao buồng đốt: 6m +Dtrbb: đường kính buồng bốc: 1,2m +Dtrd: đường kính buồng đốt ⇒ V= 3,14 ( 2,5.1,2 + 6.12 ) = 7,536 (m3) b) Khối lượng nước chứa đầy nồi: Gnd = g ρV =9,81.1000 7,536 = 73928,16 (N) Vậy khối lượng nồi thử thủy lực: Gtl = Gnd + Gnk = 73928,16 + 16369,1558 = 90297,3158 (N) 5.3.3 Chọn tai treo chân đỡ Chọn tai treo chân đỡ 8, tải trọng tai treo, chân đỡ phải chịu là: G = Gtl = 90297,3158 = 1,1287.104 N Tra bảng XIII.36, [2-438] tai treo thiết bị thẳng đứng GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 81 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học a S H B B L S 20 Tải trọng cho phép chân đỡ G.10-4 Bề mặt đỡ, F.104 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 L B B1 H S L A D Khối lượng tai treo d N N/m2 N/m2 mm kg 89,5 1,12 150 120 130 215 10 60 20 23 3,84 Tra bảng XIII.35-ST2-T437, chân thép thiết bị thẳng đứng ta có bảng sau: Tải trọng cho phép chân đỡ G.10-4 Bề mặt đỡ, F.104 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 L B B1 B2 H S L A GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 82 N N/m2 N/m2 mm 811 0,32 210 150 180 245 300 160 14 75 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học D 23 4.3.4 Chọn kính quan sát: Ta chọn kính quan sát làm thuỷ tinh silicat dày: đường kính: d = 300mm Áp suất làm việc nhỏ 6at δ = 15mm, Chọn bích kiểu 1, bảng bảng XIII.26, [2-415]), bích liền kim loại để nối phận thiết bị: Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm 0,6 ) 300 Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) (mm) (mm) (mm) Bulông db Z(cái) bích h(mm) 325 435 595 365 M20 24 12 4.3.5 Tính bề dày lớp cách nhiệt: Bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị tính theo công thức: αn (tT2 - tkk) = δc = λc δc ( tT1 - tT2) λc ( tT − tT ) α n ( tT − t kk ) (VI.66, [2-92]) (*) Trong đó: tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cánh nhiệt phía không khí, khoảng 40 → 50 0C, chọn tT2= 45 0C tT1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị trở lực tường thiết bị nhỏ so với trở lực lớp cách nhiệt t T lấy gần nhiệt độ đốt, tT1 = 158,10C tkk: nhiệt độ môi trường xunh quanh Tra bảng VII.1, [2-98], chọn tkk = 23,4 0C, lấy Hà Nội trung bình năm GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 83 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học λc : hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt đất sét: PL.14, [3-348]) αn đến không khí : λc = 0,055 kcal/m.h.độ = 0,0638 W/m.độ (bảng : hệ số cách nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt αn = 9,3 +0,058 tT2 (VI.67, [2-92]) → αn = 9,3 +0,058.45 =11,91 (W/m2.độ) Thay số vào (*): δc = λc ( t T − t T ) 0,0638.(158,1 − 45) = = 0,02815 α n ( t T − t kk ) 11,91.( 45 − 23,4) (m) = 28,15 (mm) Các thông số kỹ thuật hệ thống thiết bị cô đặc phòng đốt với dung dịch Na2SO4 Năng suất Nồng độ dung dịch Lượng đốt vào nồi 1: D Lượng thứ bốc Nhiệt độ sôi dung dịch Hệ số truyền nhiệt Hiệu số nhiệt độ hữu ích Bệ mặt truyền nhiệt GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 84 Đầu Cuối Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi 9000 10 30 2675,73 2770,73 3229,27 121,59 75,07 8932,27 8079,21 37,17 42,06 40,68 40,68 kg/h % % kg/h kg/h kg/h C C W/m2.độ W/m2.độ C C m2 m2 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học Các thông số cấu tạo thiết bị: Buồng đốt Buồng bốc Kính quan sát ống dẫn đốt vào ống dẫn dung dịch vào ống dẫn thứ ống dẫn dung dịch ống tháo nước ngưng Đường kính Chiều cao Chiều dày Chiều dày lưới đỡ ống Chiều dày đáy lồi phòng đốt Đường kính ống truyền nhiệt Đường kính Chiều cao Chiều dày Chiều dày nắp buồng bốc Đường kính Đường kính Đường kính Đường kính Đường kính Đường kính GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 85 1000mm 3500mm 4mm 12mm 6mm 38mm 1200mm 2000mm 4mm 6mm 300mm 125mm 50mm 200mm 50mm 70mm Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học PHẦN V: KẾT LUẬN Sau thời gian cố gắng tìm, đọc tra cứu số tài liệu tham khảo với giúp đỡ tận tình thầy Th.s.Nguyễn Tuấn Anh thầy, cô giáo môn “Quá trình thiết bị công nghệ hóa học", em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình em rút vài kinh nghiệm sau: - Việc thiết kế tính toán hệ thống cô đặc việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu trình cô đặc mà phải biết số lĩnh vực khác như: Cấu tạo thiết bị phụ, quy định vẽ kỹ thuật - Các công thức toán học không gò bó môn học khác mà mở rộng dựa giả thuyết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính toán người thiết kế tính đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động hệ thống làm việc ổn định Không vậy, việc thiết kế đồ án môn học trình thiết bị giúp em củng cố thêm kiến thức trình cô đặc nói riêng trình khác nói chung, nâng cao kỹ tra cứu, tính toán, xử lý số liệu Biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án môn học “Quá trình thiết bị công nghệ hóa học" hội tốt cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với công việc kỹ sư hóa chất Mặc dù cố gắng hoàn thành tốt nhiệm vụ, song hạn chế tài liệu, hạn chế khả nhận thức kinh nghiệm thực tế, nên em không tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong thầy cô xem xét dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 86 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị Công nghệ hóa chất NXB Khoa học – Kỹ thuật ( 1974, tập 1) Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị Công nghệ hóa chất NXB Khoa học – Kỹ thuật (1982, tập 2) GS.TSKH Nguyễn Bin Tính toán trình, thiết bị công nghệ hóa chất (2001, tâp 1) Phạm Xuân Toản Các trình thiết bị Công nghệ hóa chất thực phẩm NXB Khoa học – Kỹ thuật (tập 3) CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ HAY GẶP A N = kgm/s2 B 1Nm = jun (J) = Ws = 4,1868 cal C Nm/s = W D kcal = 4185 Nm E Ns/m2 = 10 P F at = 9,81 N/cm2 = 10 mH2O = 735 mmHg = 735,6 tor GVHD: ThS Nguyễn Tuấn Anh SVTH : Trần Quang Vinh 87 [...]... Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học W1 = 6000(2618,2 04. 10 3 − 3229,77 745 .75,07) + 9000(3229,77 745 .75,07 − 3571,3 344 3.121,59 ) 0,95(2696,335.10 3 − 42 33,0578.110,0 34) + (2609,956.10 3 − 3 842 ,8 945 .116, 143 4) =2770,73 (kg/h) 21 14, 4955( 2697,9 744 .10 3 − 3 842 ,8 945 .116, 143 4) + 540 0(3 842 ,8 945 .116, 143 4 − 3976,7.116, 143 4 D= 0,95(2 744 .10 3 − 42 94, 25. 142 ,9) = 2675,73 (kg/h) W2= W – W1 = 42 75 – 21 14, 4955 = 3229,27... lượng riêng của dung dịch Na2SO4 tra theo nồng độ và nhiệt độ) Nhiệt dung riêng: Của nước: tra bảng I. 249 , [1–311]: • - Cnc1 = 42 52, 54 J/kg.độ Cnc2 = 41 91,06 J/kg.độ - Của dung dịch Na2SO4 : tra theo bảng tổng hợp số liệu 3 Cdd1 = 3571,3 344 J/kg.độ Cdd2 = 3229,7775 J/kg.độ • Hệ số dẫn nhiệt: - Của nước: tra bảng I. 249 , [1–310]: λ nc1 = 0, 64 λnc2 = 0,55 - W/m.độ W/m.độ Của dung dịch Na2SO4 tra theo bảng:... Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 14, 68 % Cũng áp dụng công thức trên ta có: C1 = 41 86 (1- 0,0 14, 68) = 3571,3 344 3 (J/kg độ) - Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x c = 30% Áp dụng công thức I .44 , [1-152] Đối với dung dịch đậm đặc (x>0,2): C2 = Cht.x + 41 86 (1- x) (J/kg.độ) Với Cht là nhiệt dung riêng của Na2SO4 khan được xác định theo công thức I .41 , [1-152]: M.Cht = n1.c1 + n2.c2 GVHD: ThS Nguyễn Tuấn... (W/m.độ ) 1 0,51 0, 64 2 0 ,46 0,55 3 (kg/m ) 1077,161 7 1258,527 1 Cdd (J/kg.độ) Cnc (J/kg.độ) (cP) 941 ,7803 20,65 3571,3 344 42 52, 54 0,0002737 0 9 74, 758 3229,7775 41 91,06 0,0002377 0 3 (kg/m ) M 24, 39 Vậy ta có:  0,51  ψ1 =   0 , 64   0 , 565  0 ,46  ψ2 =   0,55   1077,1617  2  3571,3 344   0,0002288     .  941 ,7803 42 52, 54 0,0003796      0 , 43 5  1258,5271  2... bằng 2 khối lượng riêng của dung dịch ở 20ºC: : Khối lượng riêng của dung dịch, kg/m3 g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2 Tra bảng I.32, [1-38] ta có khối lượng riêng của dung dịch Na 2SO4 ở 20ºC: Nồi 1: x1= 14, 48% → = 1137 ,49 9 (kg/m3) Nồi 2: x2= 30% → = 12 94, 25 (kg/m3) = = 568, 749 5 (kg/m3) = = 647 ,125 (kg/m3) Vậy ta có: Ptb1= 1,958+ 568, 749 5 = 2, 04 (at) Ptb2= 0,26 + 647 ,125 = 0,36 (at) - Nhiệt độ... bảng I. 249 , [1–310] θ1 = 158,1 oC → Cnc1 = 2353,0 54 (J/kg độ) θ2 = 117,785 oC → Cnc2 = 2111 ,41 1 (J/kg độ) Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2: Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 10 % Áp dụng công thức I .43 , • - [1-152] Đối với dung dịch loãng (x ... 6000(2618,2 04. 10 3229,77 745 .75,07) + 9000(3229,77 745 .75,07 3571,3 344 3.121,59 ) 0,95(2696,335.10 42 33,0578.110,0 34) + (2609,956.10 3 842 ,8 945 .116, 143 4) =2770,73 (kg/h) 21 14, 4955( 2697,9 744 .10 3 842 ,8 945 .116, 143 4)... 21 14, 4955( 2697,9 744 .10 3 842 ,8 945 .116, 143 4) + 540 0(3 842 ,8 945 .116, 143 4 3976,7.116, 143 4 D= 0,95(2 744 .10 42 94, 25. 142 ,9) = 2675,73 (kg/h) W2= W W1 = 42 75 21 14, 4955 = 3229,27 (kg/h) Bng tng hp s liu... (1- 0,0 14, 68) = 3571,3 344 3 (J/kg ) - Dung dch ni cú nng x c = 30% p dng cụng thc I .44 , [1-152] i vi dung dch m c (x>0,2): C2 = Cht.x + 41 86 (1- x) (J/kg.) Vi Cht l nhit dung riờng ca Na2SO4 khan