cô đặc cacl2 hai nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm

Các thông số và số liệu ban đầu:Dung dịch cô đặc:CaCl2Nồng độ đầu của dung dịch (xđ): 8%Nồng độ cuối của dung dịch (xc): 22%Áp suất hơi đốt nồi 1 (at): 4.8Áp suất hơi ngưng tụ (at):0.28Năng suất tính theo dung dịch đầu ( Tấnh): 15Chiều cao ống gia nhiệt (m): 2

GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá Mục lục 1.Giới thiệu chung……………………………………………………………  Lời mở đầu giới hiệu dung dịch CaCl2…………………………….2  Hình vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất dung dịch…………………5 2.Tính toán thiết bị *Cân vật liệu……………………………………………………………  Lượng thứ khỏi hệ thống  Lượng thứ khỏi nồi cô đặc  Nồng độ cuối dung dịch khỏi thiết bị *Tính nhiệt cân bằng………………………………………………………  Áp suất chung hệ thống  Áp suất, nhiệt độ đốt vào nồi  Áp suất, nhiệt độ thứ khỏi nồi  Hệ số truyền nhiệt nồi  Bề mặt truyền niệt nồi 3.Tính thiết bị phụ…………………………………………………………….25  Tính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu(ống chùm)………………………….25  Thùng cao vị…………………………………………………………… 31  Bơm…………………………………………………………………… 38  Thiết bị ngưng tụ baromet ………………………………………………40  Bơm chân không……………………………………………………… 47 4.Tính toán khí lựa chọn thiết bị………………………………………48  Tính buồng đốt………………………………………………………… 48  Tính buồng bốc…………………………………………………… .53  Các thiết bị khác…………………………………………………………58 5.Kết luận…………………………………………………………………… 67 6.Tài liệu tham khảo………………………………………………………… 68 SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá 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” Trên 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 CaCl , suất đầu 15000(k/h), nồng độ đầu vào 8%, nồng độ sản phẩm 22% Áp suất đốt nồi 4,8 (at), áp suất ngưng tụ 0,28 (at) 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 SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá 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 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 DUNG DỊCH CANXI CLORUA :CaCl2 Canxi clorua (CaCl2) hợp chất ion canxi gồm yếu tố (một kim loại kiềm thổ) clo Nó một, không màu không mùi, nontoxic giải pháp, sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác ứng dụng giới Canxi clorua (CaCl2), dạng lỏng, giải pháp hút ẩm cao hòa tan tỏa nhiệt Khả để vẽ độ ẩm từ môi trường xung quanh mình, chống lại bốc hơi, nhiệt phát hành phản SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá ứng hóa học làm cho chất hoàn hảo cho việc xây dựng bảo trì đường bộ, bao gồm băng kiểm soát bụi ổn định Ứng dụng Calcium Chloride : • • • • • • • • • • • • • Cơ sở ổn định cho xây dựng đường Freeze-hiệu đinh cát để áp dụng đường mùa đông Nước thải tinh chế viện trợ, flocculent, bãi bỏ phốt phát fluorides Bơm vữa đại lý cho mỏ giếng dầu Môi trường phụ gia cho xi măng lò nung Nitơ ức chế cho nhà máy phân bón Muối thay thức ăn động vật (như bổ sung cho thiếu hụt canxi) Phân bón hữu canxi Khoan muds Lạnh chất lỏng Lỏng kiểm soát mùi Điều chỉnh độ pH đất Chất chống đông cho xe vui chơi giải trí, quăn & rinks trượt băng nhiều SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá PHẦN : SƠ ĐỒ - MÔ TẢ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 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; không ngưng vào thiết bị thu hồi bọt ( ) vào bơm hút chân không Dung dịch sau ra 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 SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá 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 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 Sơ đồ dây truyền hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá PHẦN ΙΙI: TÍNH CÔNG NGHỆ +)Các thông số số liệu ban đầu: Dung dịch cô đặc:CaCl2 Nồng độ đầu dung dịch (xđ): 8% Nồng độ cuối dung dịch (xc): 22% Áp suất đốt nồi (at): 4.8 Áp suất ngưng tụ (at):0.28 Năng suất tính theo dung dịch đầu ( Tấn/h): 15 Chiều cao ống gia nhiệt (m): 3.1:Cân vật liệu 3.1.1:Lượng dung môi nguyên chất bốc (lượng thứ) nồng độ dung dịch thay đổi từ xđ đến xc : W=Gđ(1- xd ) (kg/h) xc =15000.(1- (VI.1 STQTTB T2) )=9545,4545 (kg/h) 22 Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/s; xđ , xc - nồng độ đầu nồng độ cuối dung dịch, % khối lượng Chọn tỉ lệ phân bố thứ cho nồi sau:W1:W2=1:1 Ta có: W1=W2= 9545,4545 =4772,73 (kg/h) 3.1.2:Nồng độ cuối dung dịch nồi: x1 = = x2 = = Gd ⋅ xd Gd −W1 (% khối lượng) (CT3.22 QTTBT3-T151) 15000.8 = 11,733 (% khối lượng) 15000 − 4772,73 G1 ⋅ x d G − ( W1 + W2 ) ( % khối lượng) (CT3.23 QTTBT3-T151) 15000.8 15000 − 9545,4545 = SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 22 ( % khối lượng) Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá x1, x2 - nồng độ cuối dung dịch % khối lượng; W 1, W2 - lượng thứ bốc lên từ nồi kg/h; x đ - nồng độ đầu dung dịch, % khối lượng; Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/h; 3.2: Xác định nhiệt độ áp suất nồi: Chênh lệch áp suất chung hệ thống: ∆ P = P1 – Png = 4,8 - 0,28 = 4,52 (at) ∆ P = ∆Ρ1 + ∆Ρ2 =4,52 (at) (1) Chọn tỷ số : 2,5 ∆Ρ1 = ∆Ρ2 (2) Từ (1) (2) ta có : ∆Ρ1 = 3.23(at ) ∆Ρ2 = 1,29(at ) ∆Ρ1 = Ρ1 − Ρ2 ⇔ Ρ2 = Ρ1 − ∆Ρ1 = 4,8 − 3,23 = 1,57(at ) ∆Ρ2 = Ρ2 − Ρng ⇔ Ρng = Ρ − ∆Ρ2 = 1,57 − 1,29 = 0,28(at ) Trong đó:P1,P2,Png áp suất đốt nồi 1, nồi 2, thiết bị barômet Nhiệt độ đốt nồi 1, nồi 2, ngưng tụ xác định cách tra bảng I.251 STQTTBT1- T314 Ta có: • Với P1= 4,8 (at) ta có: t1=151,86 ºC i1=2752.10 (J/kg) r1=2121,8.10 (J/kg) • Với P2=1,57(at), ta có: t2=112,1 ºC i2=2701,5.10 (J/kg) r2=2228,5.10 (J/kg) • Với Png =0,28 (at), ta có: tng =66,9ºC i3=2617,4.10 (J/kg) r3=2318,4.10 (J/kg) SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá 3.3:Xác định áp suất, nhiệt độ thứ khỏi nồi: Nhiệt độ thứ khỏi nồi: Công thức tính: ti´ =ti+1 + ∆''i' Trong đó: ti+1 nhiệt độ thứ khỏi nồi thứ (i+1) ∆''i' :Tổn thất nhiệt độ trở lực đường ống nồi thứ i Giả sử tổn thất nồi nhau: thông thường ta thưòng lấy ∆'1'' = ∆''2' Thay số vào ta có: t1’= t2 + ∆'1'' =112,1+1,1=113,2ºC t2’ =tng + ∆''2' =66,9+1,1 =68ºC Áp suất thứ khỏi nồi: Tra bảng I.250_STQTTBT1 _T312,313 • Với t1’=113,2ºC, ta có: P1’ =1,63 (at) i1’ = 2703,833.10 (J/kg) r1’ = 2325,611.10 (J/kg) • Với t2’ = 68ºC, ta có: P2’ = 0,2922 (at) i2’ = 2618,9889.10 (J/kg) r2’ = 2337,711.10 (J/kg) Bảng tổng hợp số liệu 1: Nồ Hơi đốt i P T (at) (ºC) 4,8 151,86 i.10 (J/kg) 2752 2701,5 1,57 112,1 Hơi thứ r.10 P’ T’ (J/kg) (at) (ºC) 2121,8 1,63 113, i’.10 (J/kg) 2703,83 2228,5 0,29 22 2618,98 2337,71 22 89 68 x% r’.10 (J/kg) 2325,61 11,733 3.4: Tổn thất nhiệt độ: Tổn thất nhiệt độ hệ thống cô đặc bao gồm: tổn thất nồng độ, tổn thất áp suất thuỷ tĩnh tổn thất trở lực đường ống SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá 3.41:Tổn thất nhiệt độ nồng độ:( ∆ ’) Ở áp suất nhiệt độ dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất Hiệu số nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất gọi tổn thất nồng độ : ∆’ = ∆o’ f Ts2 Với f = 16.2 r Trong : ∆0’ tổn thất nhiệt độ tsdd > tsdm áp suất thường f :Hệ số hiệu chỉnh Tra STQTTB T2/T59,T61 ta có : Bảng 1.2: Nồi I II Nồng độ % 11,733 22 ’ 1,71 5,5 ∆o Nhiệt độ ºC 113,2 68 F 0,8936 0,8058 ’ ’ 1,528 4,432 ∆ = ∆o f ∆’ = ∆1’+ ∆2’ = 1,528 + 4,432 = 5,96 ºC 3.4.2: Tổn thất nhiệt độ áp suất thuỷ tĩnh: Nhiệt độ sôi dung dịch cô đặc tăng cao hiệu ứng thủy tĩnh ∆ ’’ (tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao): Áp suất thủy tĩnh lớp khối chất lỏng cần cô đặc: Ptb = P0 + (h1 + h2 ) ρ dds ⋅ g , N/m2; P0 – áp suất thứ mặt thoáng dung dịch, N/m 2; h1 - chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch, m; h2 - chiều cao ống truyền nhiệt, m; ρ dds - khối lượng riêng dung dịch sôi, kg/m3; g – gia tốc trọng trường, m/s2 Vậy ta có: ∆ ’’ = ttb – t0 , độ; ttb - nhiệt độ sôi dung dịch ứng với áp suất ptb, 0C; t0 - nhiệt độ sôi dung môi ứng với áp suất p0, 0C t0 nhiệt độ sôi dung môi ứng với áp suất p0, 0C tra bảng I.32,STQTTB1/38 Bảng 1.3: SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 10 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá Dt P S = 2[σ ]ϕ − P + C Với áp suất thiết bị P = 1,63.9,81.10 = 15,99.10 Với ρ = 1047,2 (kg/m3) ts1 =116,26ºC Vì [δ k ] P ϕ= 146.10 0,95 = 15,99.10 (N/m2) 866,875 > 50 nên bỏ qua P mẫu: Thay số, vào ta có: Dt P 1,8.15,99.10 + 3.10 −3 = 3,8838.10 −3 (mm) S= +C= 2[σ ]ϕ 2.146.10 0,95 Quy chuẩn S = mm Kiểm tra ứng suất thiết bị theo ứng suất thử nước: σt = [ Dt + ( S − C )] P0 2( S − C )ϕ ≤ σc ; CT ( XIII-26)- [2-365] Thay số, vào ta có: P0 = 1,5.1,63.9,81.10 = 24.10 N/m2 σt [1,8 + (4 − 3).10 ].24.10 = −3 2.0,95.(4 − 3).10 −3 = 193,673.10 (N/m2) 50 nên bỏ qua P 15,99.10 P mẫu Thay số: 1,8.15,99.10 1,8 + C = 1,311.10 −3 +C (mm) S= 3,8.146.10 0,833.0,95 2.0,45 Do S –C = 1,311.10 −3 ⇔ 10 10 (mm) nên thêm 1mm cho đại lượng bổ sung C C = 3+1 = (mm) Do đó: S = 10,2.10 −4 + 4.10 −3 = 5,02.10 −3 (mm) Quy chuẩn S = mm Xác định chiều dày S theo công thức (XIII_53) -STQTTBT2_ 399, D ' P +C S= cos σ [σ ].ϕ D’ = D- [ R.δ (1 − cos α ) + 10.S sin α ] > 0,5.[ Dt − 2.R.δ (1 − cos α ) + d ] = 1,8 - [0,21.(1 − cos 45) + 10.6.10 −3 sin 45] > 0,713 = 1,592> 0,713 (thoả mãn) [δ k ] 146.10 Vì ϕ= 0,95 = 15,99.10 P 1018,28 > 50 nên bỏ qua P mẫu Thay số : S= 1,592.15,99.10 + C = 9,666.10 −4 +C cos 45.146.10 6.0,95 Vì S- C = 9,666.10 −4 < 10 (mm) nên thêm 2mm cho đại lượng bổ sung C C = 3+2 = (mm) Do đó: S = 9,666.10 −4 + 5.10 −3 = 5,9666.10 −3 (mm) Quy chuẩn S = mm Kiểm tra ứng suất thuỷ lực: SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 58 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi σ= Khoa Công Nghệ Hoá Pt Po y σ < c 2.( S − C ).ϕ h 1,2 Trong đó: Po = 1,5.P = 1,5.1,63.10 = 24.10 N/m2 Thay số: σ= 1,8.24.10 4.0,98 = 63,23.10 N/m2 < 200.10 N/m2 2.(6 − 3).0,95.10 −3 Vậy chiều dày đáy nón cụt mm Tra bảng (XIII-19)-[2-393]: Dtrbb = 1,8 m ta có: H = 900 mm;h = 40mm Chọn d = 49,6 mm 5.2.6:Tra bích để lắp đáy, nắp thân buồng bốc: Theo bảng [ XIII- 27]- [2-417] , ta có bảng sau: Pb.10 −6 Dtr (N/m2) mm Kích thước nối D mm Db mm 0,3 1800 1950 1990 5.3:Một số chi tiết khác: D1 mm D0 mm 1860 1815 Kiểu bích h mm 30 Bu lông Db Z mm M20 48 5.3.1:Đường kính ống nối dẫn dung dịch vào thiết bị: 5.3.1.1:Đường kính ống dẫn vào: Theo công thức [ 2- 74] π d ω Từ phương trình lưu lượng Vs = (VI.41.STQTTB2/74) Đường kính ống hình trụ tính theo công thức: dtr = Vs 0,785.ω , (m) Trong đó: Vs - lưu lượng dung dịch chảy ống (m /s) ω - vận tốc thích hợp dung dịch chảy ống(m/s), Chọn ω = 50 m/s Mặt khác: Vs = D/ ρ với D- lưu lượng khối lượng đốt (kg/h), D= 5596,342 (Kg/h) SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 59 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá ρ - Khối lượng riêng đốt, ρ = 2,5152(kg/m3) Suy ra: dtr = D 5596,342 = 0,1255(m) = 3600.0,785.ρ ω 3600.0,785.2,5152.50 Quy chuẩn dtr = 0,15 m = 150 mm Ta bảng [ XIII- 26] _ [ -409] Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn: Pb.10 −6 Kích thước nối (N/m2) Dy, Kiểu D mm mm 150 159 300 250 5.3.1.2:Đối với ống dẫn dung dịch vào: dtr = V 0,785.3600.ω , D1 mm 218 Bu lông Db Z bích h mm Dn mm mm Dσ mm M22 30 (m) Trong đó: V - lưu lượng dung dịch chảy ống (m /s) ω - vận tốc thích hợp dung dịch chảy ống(m/s), Chọn ω = m/s theo [2-74] Mặt khác: Vs = Gđ/ ρ với Gđ- lưu lượng khối lượng (kg/h),Gđ = 15000 (kg/h) ρ - Khối lượng riêng dung dịch đầu, tra bảng I.32-T1-Tr38 ρ = 1064,25 (kg/m3) Suy ra: dtr = Gd 15000 = = 0,0408 (m) 3600.0,785.ρ ω 3600.0,785.1064,25.3 Quy chuẩn dtr = 0,07 m = 70 mm Ta bảng [ XIII- 27] _ [ -417] Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn: SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 60 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá Pb.10 −6 (N/m2) Dy, mm Kích thước nối Dn mm D mm Dσ mm D1 mm 0,6 76 160 130 110 70 Kiểu bích h mm 16 Bu lông Db Z mm M12 5.3.1.3:Đối với ống dẫn thứ ra: dtr = V 0,785.3600.ω (m) V:lưu lượng chảy ống V= W/ ρ ρ - Khối lượng riêng thứ khỏi nồi, tra bảng (I-250)-[1-312] ρ =0,914(kg/m3) Chọn ω = 40 m/s Suy ra: dtr = W1 4651,92 = = 0,212(m) 3600.0,785.ρ ω 3600.0,785.0,914.40 Quy chuẩn dtr = 0,3 m = 300 mm Ta bảng [ XIII- 26] _ [ -409] Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn: Pb.10 −6 (N/m2) Dy, mm Kích thước nối Dn mm D mm Dσ mm D1 mm 0,25 325 435 395 365 300 Kiểu bích h mm 22 Bu lông Db Z mm M20 12 5.3.1.4:Đối với ống dẫn dung dịch ra: dtr = V 0,785.3600.ω , (m) Trong đó: V - lưu lượng dung dịch chảy ống (m /h) V= Gd − W1 ρ SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 61 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá ρ - Khối lượng riêng dung dịch nồi 1, tra bảng (I-250)-[1-314] ρ = ρ d = 1047,2(kg/m3) ω - vận tốc thích hợp dung dịch chảy ống(m/s), Chọn ω = m/s theo [2-74] Suy ra: dtr = G d − W1 15000 − 4651,92 = = 0,034 (m) 3600.0,785.ρ ω 3600.0,785.1047,2.3 Quy chuẩn dtr = 0,05 m = 50 mm 5.3.1.5:Đối với ống tháo nước ngưng : Đường kính ống tháo nước ngưng lấy đường kính ống dẫn dung dịch Vậy dtr = 0,05 m = 50 mm 5.3.2:Tính chọn tai treo: Khối lượng nồi thử thuỷ lực: Gtl = Gnk + Gnd (N) Gnk- Là khối lượng nồi không, (N) Gnd- khối lượng nước đổ đầy nồi, (N) 5.3.2.1:Tính Gnk: +)Khối lượng đáy nồi nắp buồng đốt: Tra bảng (XIII- 11) [2-384] Chiều dày khối lượng đáy nắp elip có gờ Với Dtr = 1600 mm, s = 6mm ta có: m = 137 (kg) Vậy m1 = 2.m = 2.137 = 274 kg +) Khối lượng thân buồng đốt: m2= ρ V2, kg Trong đó: ρ − khối lượng riêng thép CT3 , ρ = 7850 (kg/m3) π V2 – thể tích thân buồng đốt V2 = H ( Dn2 − Dtr ) ,m H- chiều cao buồng đốt, H= 2m Dn - Đường kính buồng đốt, Dn = Dtr + 2.S = 1600 + 2.6 = 1612 (m) π π 2 2 ⇒ m2 = H ρ .( Dn − Dtr ) = 7850.2 (1,612 − 1,6 ) = 475 (kg) +) Khối lượng bích ghép nắp, đáy thân buồng đốt: m3= ρ V3 ,kg Trong đó: ρ − khối lượng riêng kim loại đen, ρ = 8500 (kg/m3) SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 62 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá V3 – thể tích thân buồng đốt π V3 = h ( D − Do2 − Z d b2 ) ,m Thay số: ⇒ ⇒ m3 = 2.h ρ π ( D − D − Z d ) = 2.8500.0.04 π (1,77 − 1,615 − 40.0,03 ) o b m3 = 261 (kg) +) Khối lượng thân buồng bốc: Công thức tính: m4 = ρ V4 , kg Trong đó: ρ − khối lượng riêng thép CT3 , ρ = 7850 (kg/m3) V4 – thể tích thân buồng bốc π 2 V4 = H ( Dnbb − Dtrbb ) ,m H- chiều cao buồng bốc, h = m Dnbb- Đường kính buồng bốc Dnbb = Dtrbb + 2.S = 1,8 + 6.10 −3 = 1,812 m ⇒ m4 = ρ h π ( D − D ) = 7850.2 π (1,812 − 1,8 ) = 533,8 kg nbb trbb 4 +) Khối lượng nắp buồng bốc: Ta bảng (XIII- 19) _ [ 2-393]: Với Dtrbb = 1,8 m , S = 6mm m = 184 kg m5 = 2.m = 184 = 368 kg ⇒ +) Khối lượng đáy nón cụt buồng bốc: Tra bảng (XIII- 19) _[2 -393]: Với Dtrbb = 1,8 m , S = 6mm m6 = 171 kg +) Khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc: m7= ρ V7, kg Trong đó: ρ − khối lượng riêng kim loại đen, ρ = 8500 (kg/m3) V7 – thể tích thân buồng đốt π V7 = h ( D − Do2 − Z d b2 ) ,m Thay số: SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 63 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi ⇒ ⇒ Khoa Công Nghệ Hoá m7 = 2.h ρ π ( D − D − Z d ) o b m7 = 2.8500.0.035 π (1,95 − 1,815 − 48.0,024 ) = 224,60 (kg) +) Khối lượng lưới đỡ ống: m8= ρ V8, kg Trong đó: ρ − khối lượng riêng thép không gỉ , ρ = 1,11.7850= 8635 (kg/m3) π V8 = S .( D − n.d n2 ) với S – chiều dày lưới đỡ ống, S= 0,013 m ⇒ ⇒ D- Đường kính buồng đốt, D = 1,6 m n- số ống truyền nhiệt , n= 469 ống dn – đường kính ống truyền nhiệt m8 = ρ S π ( D − n.d ) = 2.8635.0,013 π (1,6 − 469.0,038 ) n 4 m8 = 331,82 (kg) +) Khối lượng ống truyền nhiệt Công thức tính: m9 = ρ V9 , kg Trong đó: ρ − khối lượng riêng thép CT3 , ρ = 7850 (kg/m3) π V9 = H.n (d n2 − d tr ) ,m ⇒ ⇒ H- chiều cao ống truyền nhiệt , H = m dtr = dn – 2.S = 0,038 – 2.0,002 = 0,034 (m) m9 = ρ H.n π (d − d ) = 7850.2.613 π (0,038 − 0,034 ) n tr m9 = 2176,9 kg +) Khối lượng phần trụ nối nắp, thân, đáy buồng đốt với ống dẫn: m10= ρ V10, kg Trong đó: ρ − khối lượng riêng kim loại đen, ρ = 8500 (kg/m3) π V10= H ( Dn2 − Dtr ) ,m H- chiều cao phần hình trụ, chọn h = 0,5 m Dn - Đường kính buồng đốt, Dtr - Đường kính buồng đốt, 1,6 m Dn = Dtr + 2.S = 1600 + 2.6 = 1612 (m) SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 64 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá π π 2 2 m10 = ρ H ( Dn − Dtr ) = 2.8500.0,5 (1,612 − 1,6 ) = 257,315 (kg) ⇒ +) Tổng khối lượng nồi chưa tính đai ốc, bu lông: 10 Công thức tính: Gnk = g ∑ mi i =1 ⇒ Gnk = 10.( 274 + 475+ 261+ 533,8 + 368 +171 + 224,6 +331,82 +2176,9 +257,315 ) = 503734,25 (N) 5.3.2.2:Tính Gnd: +) Thể tích không gian buồng đốt buồng bốc : V= π 2 (hb Dtrbb + hd Dtrbd ) + Vnc , (m3) Trong đó: hb- chiều cao buồng bốc, hb = hbb + 2.hnắp hn- chiều cao phần trụ nối thân buồng đốt hd- chiều cao buồng đốt, hd = H +2.hn = 2+2.0,5= 3m Vnc - Thể tích phần nón cụt, V= ( R + R.r + r ) Chọn bán kính đáy nhỏ r = 200mm Vậy ta có: V= π (2.1,8 + 3.1,6 ) + (0,7 + 0,7.0,2 + 0,2 ) = 11,34m +) Khối lượng nước chứa đầy nồi Gnd = g ρ V =9,81 1000 11,34 = 111245,4 N +) Khối lượng nồi thử thuỷ lực: Gtl = Gnk + Gnd =111245,4 + 503734,25 = 161979,65 N Chọn tai treo: Ta chọn số tay treo 8, tải trọng tai treo phải chịu là: G= Gtl 161979,65 = =20247,5 N 8 Tra bảng (XIII_36)-[2_438] chọn tai treo: Tải trọng cho phép tai treo G 10 −4 (N/m) Bề mặt đỡ F 10 (m ) Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10 −6 (N/m) L B SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 2,5 173 1,45 150 120 65 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá B1 H S l a d Khối lượng tai treo 130 215 60 20 30 mm 3,48 5.3.3:Chọn kính quan sát: Ta chọn kính quan sát làm thuỷ tinh silicat dày 15 mm, đường kính φ = 300 mm Vị trí đặt kính quan sát buồng bốc Chọn bích lắp kính quan sát, tra bảng (XIII- 26)- [2 - 403] Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn cho bảng sau: Pb.10 −6 (N/m2) Dy, mm 0,25 300 Kích thước ống Dn mm D mm Dσ mm D1 mm 325 435 395 365 Bu lông Db Z mm M20 12 Kiểu bích h mm 22 5.4:Tính bề dày lớp cách nhiệt: Bề dày lớp cách nhiệt tính theo công thức [ 2- 40] δ= 1 2,8.d 2, λ1,35 t T,23 q1 ,5 , mm Trong đó: d2 - đường kính thiết bị , d2 = 1,612 m λ - hệ số dẫn nhiệt chất cách nhiệt, chọn vật liệu đất sét ta có ta có: λ = 0,055 W/m.độ tT2- Nhiệt độ dung dịch bão hoà , tT2 = 151,86º C q1- Tổn thất nhiệt tính theo 1m chiều dài thiết bị (W/m) Tra bảng (V- 7)-[ 2-42], mức tổn thất nhiệt cho bề mặt có lớp cách nhiệt độ không khí 25º C Ta có: q1 = 180 W/m SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 66 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá Thay số vào công thức ta có: 2,8.16121, 2.0,0551,35.151,861,3 δ= = 111,803 (mm) 1801,5 SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 67 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá PHẦN VI: KẾT LUẬN +) Hệ thống thiết bị cô đặc nồi xuôi chiều, ống tuần hoàn trung tâm làm việc với dung dịch CaCl2, có thông số kỹ thuật sau: Năng suất Nồng độ dung Đầu Cuối dịch Lượng đốt vào nồi Lượng thứ Nồi Nồi bốc Nhiệt độ sôi Nồi Nồi dung dịch Hệ số truyền Nồi Nồi nhiệt Hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống Bề mặt truyền nhiệt Nồi Nồi SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 15000 22 Kg/h % 5596,342 4651,92 4893,535 Kg/h 116,26 78,474 ºC 36566,51 31778,88 W/m độ 69,074 ºC 100 100 m2 68 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi +) Cấu tạo thiết bị: Buồng đốt: Thân buồng Khoa Công Nghệ Hoá Lưới đỡ ống Đường kính 1600 mm Chiều cao 2000 mm Chiều dày 6mm Chiều dày 13mm Đáy lồi phòng đốt Chiều dày 6mm Ống truyền nhiệt Kích thước 38x2 mm Buồng bốc : Thân buồng Đường kính 1800 mm Chiều cao 2000 mm Chiều dày mm Chiều dày mm Nắp buồng bốc Các chi tiết phụ: Kính quan sát: Đường kính 300mm Ống dẫn đốt Ống dẫn dung dịch vào Ống dẫn thứ Ống dẫn dung dịch Ống tháo nước ngưng Ống tuần hoàn Đường kính 150mm Đường kính 70mm Đường kính 250mm Đường kính 70mm Đường kính 50mm Đường kính 200 mm SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 69 Đồ án môn học GVHD: Vũ Minh Khôi Khoa Công Nghệ Hoá PHẦN PHỤ LỤC +) Tài liệu tham khảo: [1] Tập thể tác giả Sổ tay trình & thiết bị Công nghệ hoá học Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1974, tập [2] Tập thể tác giả Sổ tay trình & thiết bị Công nghệ hoá học Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1982, tập [3] Tập thể tác giả Cơ sở trình & thiết bị Công nghệ hoá học Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000, tập +) Chuyển đổi đơn vị thường gặp: 1N = 1kg.m/s2 1Nm = 1J = 1Ws = 4,1868 cal 1Ns/m2 = 10P = 1000cP at = 9,18.104 N/m2 = 735,5 mmHg = kp/cm2 SV:Nguyễn Thị Hồng_ ĐH Hoá _K2 70 Đồ án môn học