Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều phòng đốt ngoài. Cô đặc dung dịch KNO với năng suất 11128 kgh ,chiều cao ống gia nhiệt h =4m.Các số liệu ban đầu : Nồng độ đầu của dung dịch là 12,7 % Nồng độ cuối là 29,9 % Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4 at Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,2 at
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ tên MSSV Lớp Khoa Giáo viên HD : : : : : Đoàn Thanh Dũng 0741120138 ĐH Công nghệ hóa – K7 Công nghệ hóa Nguyễn Thế Hữu NỘI DUNG Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều phòng đốt Cô đặc dung dịch KNO với suất 11128 kg/h ,chiều cao ống gia nhiệt h =4m Các số liệu ban đầu : - Nồng độ đầu dung dịch 12,7 % - Nồng độ cuối 29,9 % - Áp suất đốt nồi : at - Áp suất ngưng tụ : 0,2 at TT Tên vẽ Vẽ dây chuyền sản xuất Vẽ nồi cô đặc Khổ giấy A4 A0 Số lượng 01 01 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị MỤC LỤC MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.Sơ lược trình cô đặc .7 1.2.Giới thiệu dung dịch KNO3 Hình 1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất cô đặc phòng đốt 10 PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 12 2.1 Các số liệu ban đầu: .12 2.2 Cân vật liệu 12 Tính toán lượng thứ khỏi hệ thống 12 Lượng thứ khỏi nồi .12 Nồng độ cuối dung dịch 12 2.3 Cân nhiệt .13 2.3.1.Chênh lệch áp suất chung hệ thống (∆Р) 13 2.3.2.Chênh lệch nhiệt độ, áp suất đốt .13 2.3.3 Nhiệt độ áp suất thứ khỏi nồi : 13 Bảng 2.1: 14 Bảng 2.2: 14 2.3.4 Tổn thất nhiệt: 14 2.3.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích(): 16 Bảng 2.3: 17 2.3.6 Cân nhiệt lượng : 17 Bảng 2.4: 20 2.4 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi 22 2.4.1 Tính hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 22 2.4.2 Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ .23 Bảng 2.5: 23 2.4.3 Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 23 2.4.4 Tính hệ số hiệu chỉnh: 24 Bảng 2.6: 27 2.4.5 Nhiệt tải riêng phía dung dịch 28 2.4.6 So sánh 28 Bảng 2.7: 29 2.6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 29 2.6.1 Xác định tỷ số sau: .30 2.6.2 Xác định nhiệt độ hữu ích nồi: 30 2.7 So sánh ∆T’i ∆Ti tính theo giả thiết phân phối áp suất 30 Bảng 2.8: 30 2.8 Tính bề mặt truyền nhiệt (F) 30 PHẦN III : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ .32 3.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .32 3.1.1 Nhiệt lượng trao đổi :( Q) 32 3.1.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích: .33 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị 3.1.3 Bề mặt truyền nhiệt: .36 Bảng 3.1: 37 3.1.5 Đường kính thiết bị đun nóng : 37 3.1.6 Tính vận tốc chia ngăn : 37 3.2 Thiết bị ngưng tụ baromet: .38 3.2.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ: 40 3.2.2 Đường kính thiết bị 41 3.2.3 Kính thước ngăn: 41 3.2.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 42 3.2.5 Các kích thước ống Baromet: 43 3.2.6 Lượng không khí cần hút khỏi thiết bị: 44 3.3 Bơm 45 3.3.1 Xác định áp suất toàn phần bơm tạo ra: 45 3.3.2 Năng suất trục bơm: 48 3.3.3 Công suất động điện: .49 3.4 Tính thùng cao vị 50 PHẦN IV: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CƠ KHÍ .60 4.1 Buồng đốt .61 4.1.1 Xác định số ống buồng đốt 61 Bảng 4.1: 62 4.1.2 Xác định đường kính buồng đốt 62 4.1.3 Chiều dày buồng đốt 62 4.1.4 Chọn bích lắp ghép đoạn thân buồng đốt với 65 4.1.5 Tính chiều dầy lưới đỡ ống 65 4.1.6 Tính chiều dày đáy lồi buồng đốt 67 4.1.7 Tra bích để lắp đáy thân, số bulông cần thiết để lắp bích đáy 69 4.1.8 Tính chiều dày nắp buồng đốt 69 4.2 Buồng bốc 71 4.2.1 Thể tích phòng bốc 71 2.2 Chiều cao phòng bốc hơi: 72 4.2.3 Chiều dày phòng bốc : 72 4.2.4 Chiều dày nắp buồng bốc: 73 4.2.5 Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc: .75 4.2.6 Chiều dày đáy buồng bốc: 75 4.3 Tính số chi tiết khác: .77 4.3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị: 77 4.3.2 Ống dẫn dung dịch vào buồng đốt: 77 4.3.3 Cửa dẫn dung dịch khỏi buồng đốt 78 4.3.4 Cửa dẫn dung dịch vào buồng bốc .79 4.3.5 Ống dẫn thứ .79 4.3.6 Ống dẫn dung dịch khỏi buồng bốc 79 4.3.7 Ống tuần hoàn: .80 4.3.8 Ống tháo nước ngưng : 80 4.4 Tính chọn tai treo 81 4.4.1 Tính khối lượng nồi thử thuỷ lực: 81 4.4.2 Chọn kính quan sát: 85 4.4.3 Tính bề dày lớp cách nhiệt: 85 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị 4.5 Kết luận 86 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Hà Nội, Ngày…Tháng…Năm 2015 Người nhận xét Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất ngành khác, thường phải làm việc với hệ dung dịch rắn tan lỏng, lỏng lỏng Để cao nồng độ dung dịch theo yêu cầu sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi khỏi dung dịch Phương pháp phổ biến dùng nhiệt để làm bay chất rắn tan không bay hơi, nồng độ dung dịch tăng lên theo yêu cầu mong muốn Đối với sinh viên nghành hóa,việc thực đồ án thiết bị quan trọng 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 kĩ trình bày thiết kế theo văn khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Trong đồ án môn học này, em cần thực thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều phòng đốt thẳng đứng làm việc liên tục với dung dịch KNO3, suất 11128 kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 12,7 %, nồng độ sản phẩm 30%, áp suất đốt nồi 1: at, áp suất ngưng tụ: 0,2 at Chiều cao ống gia nhiệt m Tuy nhiên, trình thiết bị môn học khó mà kiến thức thực tế sinh viên hạn chế nên việc thực đồ án thiết bị nhiều thiếu sót Vì kính mong nhận đóng góp quý thầy, cô bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Và cuối em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt thầy giáo Nguyễn Thế Hữu tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án Xin chân thành cảm ơn ! Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Sơ lược trình cô đặc Quá trình cô đặc trình làm đậm đặc dung dịch việc đun sôi Đặc điểm trình dung môi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hoà tan giữ lại dung dịch, đó, nồng độ dung dịch tăng lên Khi bay hơi, nhiệt độ dung dịch thấp nhiệt độ sôi, áp suất dung môi mặt dung dịch lớn áp suất riêng phần khoảng trống mặt thoáng dung dịch nhỏ áp suất chung.Trạng thái bay xảy nhiệt độ khác nhiệt độ tăng tốc độ bay lớn, bốc (ở trạng thái sôi) diễn lòng dung dịch ( tạo thành bọt) áp suất dung môi áp suất chung mặt thoáng , trạng thái sôi có nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung nồng độ dung dịch cho Trong trình cô đặc, nồng độ dung dịch tăng lên, mà số tính chất dung dịch thay đổi Điều có ảnh hưởng đến trình tính toán, cấu tạo vá vận hành thiết bị cô đặc Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt α dung dịch giảm Ngược lại, khối lượng riêng ρ, độ nhớt µ, tổn thất nồng độ ∆’ tăng Đồng thời tăng nồng độ tăng điều kiện tạo thành cặn bám bề mặt truyền nhiệt, tính chất làm giảm bề mặt truyền nhiệt thiết bị Hơi dung môi tách trình cô đặc gọi thứ, thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác, dùng thứ để đun nóng cho thiết bị hệ thống ta gọi phụ Quá trình cô đặc tiến hành thiết bị cô đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục gián đoạn Quá trình cô đặc thực áp suất khác tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật, làm việc áp suất thường dùng thiết bị hở, làm việc áp suất thấp dùng thiết bị kín cô đặc chân không có ưu điểm giảm bề mặt truyền nhiệt ( áp suất giảm nhiệt độ sôi dung dịch giảm dẩn đến hiệu số nhiệt độ đốt dung dịch tăng) Cô đặc nhiều nồi trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt Nguyên tắc trình cô đặc nhiều nồi Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị tóm tắt sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch đun nóng đốt, thứ nồi đưa vào đun nồi thứ hai, thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba thứ nồi cuối vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi sang nồi kia, qua nồi bốc môt phần, nồng độ dần tăng lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt nồi phải có chênh lệch nhiệt độ đốt dung dịch sôi, hay nói cách khác chênh lệch áp suất đốt thứ nồi, nghĩa áp suất làm việc nồi phải giảm dần thứ nồi trước đốt nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc áp suất dư, nồi cuối làm việc áp suất thấp áp suất khí Trong loại hệ thống cô đặc nhiều nồi hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều sử dụng nhiều - Ưu điểm: dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi, nhiệt độ sôi nồi trước lớn nồi sau, dung dịch vào nồi (trừ nồi đầu) có nhiệt độ cao nhiệt độ sôi, kết dung dịch làm lạnh đi, lượng nhiệt làm bốc thêm phần nước làm trình tự bốc - Nhược điểm: nhiệt độ dung dịch nồi sau thấp dần nồng độ dung dịch lại tăng dần làm cho độ nhớt dung dịch tăng nhanh, kết hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Hơn nữa, dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp nhiệt độ sôi nên cần phải tốn thêm lượng đốt để đun nóng dung dịch Trong công nghệ hoá chất thực phẩm, Cô đặc trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sôi, với mục đích: + Làm tăng nồng độ chất hoà tan dung dịch + Tách chất hoà tan dạng rắn(kết tinh) + Tách dung môi dạng nguyên chất v.v 1.2 Giới thiệu dung dịch KNO3 Kali nitrat hay gọi diêm tiêu kali chất lỏng dạng tinh thể tà phương nóng chảy 334 C Không hút ẩm, tan nước độ tan tăng nhanh theo nhiệt độ nên dễ kết tinh lại Nó khó tan rượu ete 400 C , KNO3 phân huỷ thành kali nitrit oxi: Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị KNO3 = KNO2+ ½O2 Do nhiệt độ nóng chảy KNO3 chất oxi hoá mạnh, nâng số oxi hoá Mn, Cr lên số oxi hoá cao Hỗn hợp KNO3 hợp chất hữu cháy dễ dàng mãnh liệt Hỗn hợp gồm 75% KNO3, 10% S, 15% than thuốc súng đen Diêm tiêu kali dược dùng làm phân bón, chất bảo quản thịt dùng tỏng công nghiệp thuỷ tinh Ở nước ta nhân dân thường khai thác diêm tiêu từ phân dơi hay từ đất hang có dơi Phân dơi hang laau ngày bị phân huỷ giải phóng khí NH3 Dưới tác dụng số vi khuẩn, khí NH3 bị oxi hoá thành nitrơ axit nitric Axit tác dụng lên đá vôi tạo thành Ca(NO3)2, muối phần bám vào thành hang, phần tan chảy ngấm vào đất hang Người ta lấy đất hang trộn kĩ với tro củi dùng nước sôi dội nhiều lần qua hỗn hợp để tách KNO3 Ca(NO3)2 + K 2CO3 2KNO3 + CaCO3 Phương pháp cho phép sản xuất lượng diêm tiêu ỏi thoã mãn kịp thời yêu cầu quốc phòng kháng chiến chống PHÁP trước Cấu trúc tinh thể KNO3 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị Sơ đồ dây chuyền sản xuất thuyết minh 11 10 Nước lạnh Cửa xã khói Cửa xã khói Hơi đốt Sản phẩm Hơi đốt Nước ngưng Nước ngưng Nước ngưng Cửa xả đáy Cửa xả đáy 12 Chú thích: Thùng chứa dung dịch đầu Bơm Thùng cao vị Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc Thùng chứa nước Thùng chứa sản phẩm 10.Thiết bị ngưng tụ Baromet 11.Thiết bị tách bọt 12.Bơm chân không Hình 1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất cô đặc phòng đốt 10 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị Ta có: D tr P D tr 1, 2.0,1315.106 1, S= × +C = × + C = 0, 7214.10−3 + C m 3,8δ bk kφ h 2h b 3,8.146.10 0,83.0,95 2.0,3 Ta có S − C = 1, 0952 < 10mm nên C tăng thêm 2mm: C = + = mm Vậy S = 0, 7214 + = 4, 7214 mm Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [ST2-Tr384] lấy S = 5(mm) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực: • D + 2h b ( S − C ) p δ tr ≤ c N/m σ= 7, 6kφ h h b ( S − C ) 1, (V.33) Trong đó: p : áp suất thử, 1,5p b = 1,5 ×0,1315 × = 0,1973 × N/m 10 10 Thay vào công thức ta có: 1, 22 + 2.0,3 ( − ) 10 −3 0,1973.106 σ= = 158,1008.106 (N/m ) −3 7, 6.0,83.0,95.0,3 ( − ) 10 < σ c 240.106 = = 200 × 10 1, 1, Vậy chiều dày nắp buồng bốc S = 5(mm) 4.2.5 Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc: Tra bảng XIII.27 bích liền thép để nối thiết bị [ST2_Tr421] Kích thước nối p b 10 −6 D tr (N/m ) (mm) 0,3 1200 Bulông D (mm) Db DI D0 (mm) (mm) (mm) d b (cái) 1340 1290 1260 1213 M20 z (cái) 32 Kiểu bích h (mm) 25 4.2.6 Chiều dày đáy buồng bốc: Chọn đáy buồng bốc đáy nón có gờ, góc đáy 90o Chiều dày S xác định theo hai công thức sau, lấy kết lớn hơn: 75 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu S= S= Đồ án môn Quá trình thiết bị D tr py +C [ σ ] ϕh (V.34) D'p +C cos α ( [ σ ] ϕ − p ) (V.35) y : yếu tố hình dạng đáy, xác định theo đồ thị hình XIII.15 R δ Tra bảng XIII.22 Với D tr = 1200mm ta có R δ = 180mm ⇒ D = 0,15 t R δ Theo đồ thị XIII.15 với D = 0,15 α = 45o ta có y = 1, 34 t p: áp suất làm việc đáy p = 0,1973.10 N/m σϕ 146.106.0,95 = = 702,9934 > 50 nên bỏ qua đại lượng p mẫu số Ta có: p 0,1973.106 công thức tính S Xác định S theo công thức XIII.52 ta có: 1, 2.0,1973.106.1,34 S= + C = 1,1437.10 −3 + C 2.146.10 0,95 Chọn S = 2.10-3 + C Tính D’ D ' = D tr − [ R δ (1 − cos α) + 10Ssin α ] = 1, − 0,180(1 − cos 45o ) + 10.2.10 -3 sin 45o = 1, 0663m > 0,5 [ D tr − 2R δ (1- cos α) + d ] = 0,5 1, − 2.0,180(1 − cos 45) + 200.10-3 = 0, 6473m Hệ số bền đáy nón theo phương dọc ϕ = ϕh = 0,95 σ 146.106 ×0, 95 = 740,9399 > 50 nên bỏ qua đại lượng p mẫu số Vì ϕ = p 0,1973.106 công thức XIII.53 Ta có: 1, 0663.0,1973.106 S= + C = 1, 0725.10 −3 + C o cos 45 146.10 0,95 Giá trị tính theo XIII.52 lớn nên chọn kết S = 1, 0725.10−3 + C Đại lượng bổ sung bổ sung C = mm Do chiều dày S = 1, 0725 + = 3, 0725 mm Quy chuẩn chọn S = mm 76 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị Kiểm tra ứng suất thủy lực thiết bị nước theo công thức XIII.54: σ= D tr py σ 1, 2.0,1973.106.1,34 = = 55, 6594.106 < c = 200.106 −3 2(S − C)ϕh 2(5 − 2).10 0,95 1, Vậy S = 5mm 4.3 Tính số chi tiết khác: 4.3.1 Tính đường kính ống nối dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị: • Ống dẫn đốt vào: Đường kính ống dẫn đốt vào tính theo công thức: d tr = V π 3600 ω , [ m] (V.36) Trong : ω : vận tốc thích hợp đốt ống; chọn ω = 30 m/s D V : lưu lượng đốt chảy ống, V = ρ , m /h D: lượng đốt vào nồi 1, D = 3067,9561 kg/h ρ : khối lượng riêng đốt, tra bảng I.251 [ST2-Tr314] với áp suất đốt 4(at) ta có ρ = 2,120 ( kg/m ) Do : d tr = 3067,9561 = 0,1307 (m) 3600.0, 785.30.2,120 Qui chuẩn: dtr= 200 m Tra bích để nối ống dẫn đốt với hệ thống bên Tra bảng XIII.26 (ST2-Tr413) bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn, với D tr =200(mm) Kiểu bích Kích thước nối p y × -6 10 D tr (N/m ) (mm) D (mm) (mm) (mm) (mm) d b (mm) 200 290 255 232 M16 0,6 219 Db DI D0 Bulông z (cái) h (mm) 22 Tra bảng XIII.32 (ST2-Tr434) với dtr = 200(mm) ta có chiều dài ống l= 130mm 4.3.2 Ống dẫn dung dịch vào buồng đốt: 77 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị Đường kính ống dẫn dung dịch vào tính theo công thức: d tr = V (m) π 3600ω (V.37) Trong : ω : vận tốc thích hợp dung dịch ống, ω =1 (m/s) G V : lưu lượng lỏng chảy ống, V = ρ ( m /h ) G: lượng dung dịch đầu vào nồi 1, G = 10500 ( kg/h ) ρ : khối lượng riêng dung dịch đầu, ρ = 1068, 2865(kg/m3 ) Do : d tr = 10500 = 0, 059 (m) 3600.0, 785.1.1068, 2865 Qui chuẩn theo bảng XIII.26 [ST2-Tr412] lấy d tr =100(mm) Tra bảng XIII.26 bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn [ST2_Tr413] lấy d tr =100(mm) Kích thước nối p y 10−6 D tr Bulông db z (mm) (N/m ) (mm) (mm) (mm) (mm) (cái) (cái) 0,6 100 108 205 170 148 M16 Tra bảng XIII.32 [St2-Tr434] lấy chiều dài ống l= 120(mm) Dn D Dδ Dl Kiểu bích h (mm) 18 4.3.3 Cửa dẫn dung dịch khỏi buồng đốt Chọn đường kính trong: D tr = 300 mm Tra bảng XIII.26 bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị với ống dẫn [ST2-Tr415] p y 10 −6 Kích thước nối D tr 0,25 (mm) 300 Dn D Dδ Dl (mm) (N/m ) (mm) (mm) (mm) 325 435 395 365 Bulông db (cái) M20 Kiểu bích z (cái) h (mm) 12 22 Tra bảng XIII.32 (ST2-Tr434)lấy chiều dài đoạn ống nối l= 140(mm) 78 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị 4.3.4 Cửa dẫn dung dịch vào buồng bốc Chọn đường kính trong: D tr = 300 mm Tra bảng XIII.26 bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị với ống dẫn [ST2-Tr415] Kiểu bích Kích thước nối p y 10−6 D tr (N/m ) (mm) Bulông 300 D Dδ Dl (mm) 0,25 Dn (mm) (mm) (mm) db (cái) 325 435 395 365 M20 z (cái) 12 h (mm) 22 Tra bảng XIII.32 (ST2-Tr434)lấy chiều dài đoạn ống nối l= 140(mm) 4.3.5 Ống dẫn thứ Đã tính phần buồng bốc D tr = 300 mm Tra bích để nối ống dẫn thứ bên Tra bảng XIII.26 bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị với ống dẫn [ST2-Tr415] Kiểu bích Kích thước nối p y 10−6 D tr (N/m ) (mm) Bulông 300 Dσ Dl D0 (mm) 0,25 D (mm) (mm) (mm) db (cái) 325 435 395 365 M20 z (cái) 12 h (mm) 22 Tra bảng XIII.32 (ST2-Tr434)lấy chiều dài đoạn ống nối l= 140(mm) 4.3.6 Ống dẫn dung dịch khỏi buồng bốc Chọn kích thước ống giống ống dẫn dung dịch vào dtr = 100 mm Tra bảng XIII.26 bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị với ống dẫn [ST2_Tr415] D tr Kích thước nối Kiểu bích 79 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu p y 10−6 (N/m ) 0,25 (mm) 100 Đồ án môn Quá trình thiết bị Bulông D Db Dl D0 (mm) (mm) (mm) (mm) db (cái) 108 205 170 148 M16 z (cái) h (mm) 14 Tra bảng XIII.32 (ST2-Tr434)lấy chiều dài đoạn ống nối l= 120(mm) 4.3.7 Ống tuần hoàn: Chọn đường kính ống d = 200(mm) Tra bảng XIII.26 bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị với ống dẫn [ST2-Tr415] Kiểu bích Kích thước nối p y 10−6 D tr (N/m ) (mm) Bulông 200 Db Dl D0 (mm) 0,25 D (mm) (mm) (mm) db (cái) 219 290 255 232 M16 z (cái) h (mm) 22 4.3.8 Ống tháo nước ngưng : Chọn đường kính ống d = 100(mm) Tra bích để nối ống dẫn nước ngưng với hệ thống bên Tra bảng XIII.26 bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị với ống dẫn [ST2-Tr415] Kiểu bích Kích thước nối p y 10−6 D tr (N/m ) (mm) Bulông 100 Db Dl D0 (mm) 0,25 D (mm) (mm) (mm) db (cái) 108 205 170 148 M16 z (cái) h (mm) 18 80 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị 4.4 Tính chọn tai treo 4.4.1 Tính khối lượng nồi thử thuỷ lực: G tl = G nk + G nd (N) Trong : G nk : khối lượng nồi không, N G nd : khối lượng nước đổ đầy nồi , N Tính Gnk: Quy chuẩn chiều dày đáy buồng đốt, nắp buồng đốt, thân buồng đốt S = mm Quy chuẩn chiều dày đáy buồng bốc, nắp buồng bốc, thân buồng bốc S = mm • Khối lượng nắp buồng đốt,đáy buồng đốt, nắp buồng bốc Tra bảng XIII.11 chiều dày khối lượng đáy elip có gờ Tr384] [ST2- Với nắp buồng đốt: D tr = 900 mm , S = mm , h = 25 mm ta m1 = 38(kg) Với đáy buồng đốt: D tr = 900 mm , S = mm , h = 25 mm ta m = 45(kg) Với nắp buồng bốc: D tr = 1200 mm , S = mm , h = 25 mm ta m3 = 64, (kg) • Khối lượng đáy buồng bốc Tra bảng XIII.22 [ST2-Tr396] với D tr = 1200 mm , h = 40 mm , S = mm ta có : m = 71,8(kg) • Khối lượng thân buồng đốt m5 = ρV(kg) Trong đó: ρ : khối lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 ( kg/m ) V : thể tích thân buồng đốt, V = H π ( D n − D2tr ) (m3 ) H : chiều cao buồng đốt lấy chiều cao ống truyền nhiệt, H = 4m D tr : đường kính buồng đốt, D tr = 0,9 m D n : đường kính buồng đốt, D n = 0,9 08 m ⇒ V = 4.0,785 ( 0, 9082 − 0,9 ) = 0, 0454 (m ) Vậy m5 = 7850.0,0454 = 356,39 (kg) 81 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu • Đồ án môn Quá trình thiết bị Khối lượng thân buồng bốc : m = ρ× V(kg) Trong : ρ : khối lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 ( kg/m3 ) V : thể tích thân buồng bốc, V = H π ( Dn − D2tr ) (m3 ) H : chiều cao buồng bốc, H = m D tr : đường kính buồng bốc, D tr = 1, m D n : đường kính buồng bốc, D n = 1, 208 m ⇒ V = 2.0,785 ( 1, 2082 − 1,2 ) = 0, 0303(m ) Vậy m6 = 7850.0,0303 = 237,855(kg) Tính khối lượng bích ghép Các bích ghép thiết bị bao gồm: Bích ghép phần buồng đốt: •2 bích ghép nắp buồng đốt vào thân buồng đốt •4 bích ghép nắp đoạn thân buồng đốt •2 bích ghép đáy buồng đốt vào thân buồng đốt Các bích giống nên ta có tổng khối lượng là: m = 8ρV(kg) Trong : ρ : khối lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 ( kg/m3 ) V : thể tích bích, V = h π ( D − D02 − zd 2b ) Với h = 0, 028 m; D = 1, 030 m; D = 0,911m; z = 28;d b = 0, 020 m ⇒ V = 0,028.0,785 ( 1, 030 − 0,9112 − 28.0, 02 ) = 4,8307.10 −3 (m ) Vậy m = 8.7850.4,8307.10 −3 = 303,368(kg) Bích ghép phần buồng bốc: •2 bích ghép nắp buồng bốc vào thân buồng bốc m8 = 2ρV(kg) Trong đó: ρ : khối lượng riêng thép dùng làm bích, ρ = 7850 ( kg/m ) V : thể tích thân buồng bốc, V = h π ( D − D02 − zd b2 ) Với h = 0, 025 m; D = 1,340 m; D = 1, 213m; z = 32;d b = 0, 020 m ⇒ V = 0,025.0,785 ( 1,340 − 1,2132 − 32.0, 02 ) = 6,1118.10 −3 (m ) 82 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị Vậy m8 = 2.7850.6,1118.10 −3 = 95,9553(kg) • Khối lượng hai lưới đỡ ống: m9 = 2ρV(kg) Trong đó: ρ : khối lượng riêng thép, ρ = 7850 ( kg/m ) π V = S (D − nd )(m ) n S : chiều dày lưới đỡ ống, S = 0, 012 m D : đường kính thân buồng đốt, S = 0,9 m n: số ống truyền nhiệt, n = 187 ống Với : d n : đường kính ống truyền nhiệt, d n = 0, 038 m 2 −3 Thay vào ta có: V = 0, 012.0, 785 ( 0,9 − 187.0, 038 ) = 5, 0865.10 (m ) m9 = 2.7850.5, 0865.10 −3 = 79,8581(kg) Vậy • Khối lượng ống truyền nhiệt m10 = nρV(kg) Trong đó: ρ : khối lượng riêng thép, ρ = 7850 ( kg/m ) n : số ống truyền nhiệt, n = 187 ống π V = h (d − d ) (m ) n tr h: chiều cao ống truyền nhiệt, h = ( m ) d n : đường kính ống truyền nhiệt, d n = 0,038 ( m ) d tr : đường kính ống truyền nhiệt, d n = 0, 034 ( m ) Thay vào ta có: V = 4.0, 785.(0, 0382 − 0, 0342 ) = 9, 0432.10−4 (m3 ) m10 = 187.7850.9, 0432.10 −4 = 1327, 4965(kg) Vậy Vậy tổng khối lượng nồi chưa tính bu lông, đai ốc là: 10 Gnk =g×∑ mi (N) i=1 g: gia tốc trọng trường, g=9,81( m / s ) 10 ∑m i = 38 + 45 + 64, + 71,8 + 356,39 + 237,855 + 95,9553 + 303,368 + 79,8581 + 1327, 4965 i -1 = 2619,9229 (kg) Vậy : Gnk = 9,81× 2619, 9229 = 25780, 04134(N) 83 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị Tính G nd : Thể tích không gian nồi: π V= (D h b +D h d ) (m ) trbb trbd h b : chiều cao buồng bốc, h b =2(m) Trong đó: D trbb : đường kính buồng bốc, D trbb =1,2(m) h d : chiều cao buồng đốt, h d =4(m) D trbd : đường kính buồng đốt, D trbd =0,9 m Thay vào ta có: V = 4,8042 (m3 ) Khối lượng nước chứa đầy nồi là: G nd = g.ρ.V = 9,81.1000.4,8042 = 47129, 202 (N) Khối lượng nồi thử thuỷ lực là: G tl = G nk + G nd = 25780, 04134 + 47129, 202 = 72909, 24334 (N) Ta chọn số tai treo 4, chân đỡ tải trọng tai treo phải chịu là: G= G tl 72909, 24334 = = 9113, 6554 (N) 8 Chọn tai treo: Tra bảng XIII.36 tai treo thiết bị thẳng đứng [ST2_Tr438] a B S H B L S 20 d Tải trọng cho phép tai treo G.10-4 , N 2,5 84 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị 173 1,45 Bề mặt đỡ F 104 (m ) TảI trọng cho phép lên bề mặt đỡ q 10−6 (N) L B 150 120 130 215 60 20 30 B1 H S L A D Khối lượng tai treo, kg mm 3,84 Ta chọn chân đỡ Tải trọng cho L phép chân 25 2,5.104 B B1 B2 H 18 215 290 h s l d 35 18 16 90 27 4.4.2 Chọn kính quan sát: Ta chọn kính quan sát có áp suất làm việc p < (at), vật liệu thuỷ tinh silicat Chiều dày 15(mm) Đường kính ϕ300 - Chọn bích lắp kính quan sát : Tra bảng XIII.26 bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn [ST_Tr415] Kiểu bích Kích thước nối p y 10−6 D tr (N/m ) (mm) Bulông 300 Db Dl D0 (mm) 0,6 D (mm) (mm) (mm) db (cái) 325 435 395 365 M20 z (cái) 12 h (mm) 22 4.4.3 Tính bề dày lớp cách nhiệt: 2,8.d1.2 λ1.35 t1.3 T2 δ= (mm) 1.5 q1 Trong : d : đường kính thiết bị , d =1,208 , m 85 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị λ : hệ số dẫn nhiệt chất cách nhiệt , chọn vật liệu lớp cách nhiệt đất sét , λ =0,055 , W/m.độ t T : nhiệt độ dung dịch ( nước bão hoà) , tT = t1 = 142,9 0C q1 : nhiệt tổn thất tính theo chiều dài thiết bị , W/m Tra bảng V.7 ( ST2-Tr 42) mức tổn thất nhiệt q1 cho bề mặt có lớp cách nhiệt khí nhiệt độ không khí 25 C Đường kính lớp cách nhiệt : 1020 , mm Nhiệt độ chất tải nhiệt : 142,9 0C ta có q1 = 465,676 , W/m Thay vào ta có : δ = 2,8.1, 2081.2.0, 0551.35.142,91.3 = 4, 4111.10−3 m 1.5 465, 676 4.5 Kết luận Hệ thống thiết bị cô đặc nồi xuôi chiều loại buồng đốt , dung dịch KNO3, có thông số kĩ thuật sau : Năng suất 11128 12,7 Kg Dung dịch đầu Dung dịch sản Nồng độ dung dịch 29,9 phẩm Lượng đốt vào nồi 3408,6955 Nồi 3118,492 Lượng thứ bốc khỏi nồi Nồi 3282,898 Nhiệt độ sôi dung dịch Nồi 112,0941 Nồi 75,273 nồi Nồi 970,4385 Hệ số truyền nhiệt nồi Nồi 878,736 Hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống 62,4759 Nồi Bề mặt truyền nhiệt nồi 69,5 Nồi Cấu tạo bao gồm : % Kg/h C W / m C m2 • Buồng đốt : Thân buồng đốt : đường kính trong: 900 mm Chiều cao: 4000 mm Chiều dày : mm Lưới đỡ ống, chiều dày: 12 mm Đáy nồi buồng đốt, chiều dày: mm 86 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị Nắp buồng đốt, chiều dày : mm Ống truyền nhiệt kích thước : 38x mm • Buồng bốc : Thân buồng bốc : đường kính trong: 1200mm; Chiều cao : 2000mm; Chiều dày: mm Nắp buồng bốc : chiều dày : mm Đáy buồng bốc : mm • Các thiết bị phụ : Thiết bị ngưng tụ baromet : chiều cao : 2200mm đường kính : 600, mm lượng nước lạnh : 56652,85 ( kg/h) Bơm chân không : bơm PMK1 N b =3,75(kW) Số vòng : n = 1450, vòng/phút Lưu lượng nước : 0,01 (m3/h) 87 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị KẾT LUẬN Sau thời gian cố gắng tìm đọc, tra cứu tài liệu tham khảo , với giúp đỡ tận tình thầy cô môn thầy hướng dẫn em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình tiến hành em rút số nhận xét sau: Việc thiết kế tính toán hệ thống cô đặc việc làm phức tạp, đòi hỏi tính tỉ mỉ lâu dài Nó yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu trình cô dặc mà phải biết số lĩnh vực khác như: Cấu tạo thiết bị phụ khác, quy chuẩn vẽ kĩ thuật… Công thức tính toán không gò bó môn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính toán, người thiết kế tính toán đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động hệ thống làm việc ổn định Không có vậy, việc thiết kế đồ án môn trình thiết bị giúp em củng cố thêm kiến thức trình cô đặc nói riêng trình khác nhằm nâng cao kĩ tra cứu tính toán xử lí số liệu Viêc thiết kế đồ án môn “ Quá trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm” hội cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen vói công việc kỹ sư hóa chất Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thế Hữu giáo viên hướng dẫn trực tiếp giáo viên giảng dạy môn “ Quá trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm” cung cấp kiến thức trình thiết bị chủ yếu Mặc dù dã cố gắng hoàn thành tốt nhiệm vụ song hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong thầy cô bạn xem xét dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: Đoàn Thanh Dũng 88 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7 GVHD: Nguyễn Thế Hữu Đồ án môn Quá trình thiết bị TÀI LIỆU THAM KHẢO Sổ tay trình & thiết bị công nghệ hóa chất tập Sổ tay trình & thiết bị công nghệ hóa chất tập Cơ sở trình & thiết bị công nghệ hóa chất & thực phẩm tập1,3,4 Tính toán trình & thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm tập 1,2 Cơ sở thiết kế máy hóa chất Một số chuyển đổi đơn vị thường gặp 1N=1kg.m/s2 1Nm=1 J = 1Ws= 4,1868 Cal 1Ns/m2 = 10 P = 1000 cP at = 9,81.104 = 735,5 mmHg = 1kp/cm2 89 Sv thực hiện: Đoàn Thanh Dũng Lớp:CNH _K7