thiết kế hệ thống cô đặc NaOH hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên

Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác Một hóa chất sản xuất sử dụng nhiều NaOH, khả ứng dụng rộng rãi Trong quy trình sản xuất NaOH, trình cô đặc khâu quan trọng Nó đưa dung dịch NaOH đến nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu cầu sử dụng đa dạng tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, tạo điều kiện cho trình kết tinh cần Nhiệm vụ cụ thể đồ án thiết kế hệ thống cô đặc NaOH hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc dung dịch NaOH từ 5% lên 35% Đối với sinh viên khối ngành công nghệ hóa chất công nghệ thực phẩm, việc thực đồ án thiết bị quan trọng Nó vừa tạo hội cho sinh viên ôn tập hiểu cách sâu sắc kiến thức học trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán chi tiết thiết bị với thông số kỹ thuật cụ thể Tuy nhiên, đồ án thiết bị môn học khó kiến thức thực tế sinh viên hạn chế nên việc thực đồ án thiết bị nhiều thiếu sót Vì vậy, em mong nhận đóng góp hướng dẫn quý thầy cô giáo bạn để hoàn thành tốt đồ án giao SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Phần 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC I- Giới thiệu natri hydroxit 1- Tình hình sử dụng natri hydroxit Trên giới, năm có khoảng 45 - 50 triệu natri hydroxit sản xuất Trong đó, 16% (7 - triệu tấn) buôn bán thị trường, chủ yếu xút sản xuất Mỹ châu Âu (chiếm 80% thị trường) Khoảng 94% xút buôn bán dạng lỏng (thường 50% natri hydroxit ), gần triệu vận chuển đường Giá xút rắn thường cao giá xút lỏng (tính theo dạng khô) 100 – 200 USD/tấn Thị trường xút rắn chủ yếu nước phát triển sở hạ tầng không thích hợp cho việc vận chuyển sử dụng xút lỏng Nhưng với sở hạ tầng ngày phát triển, thị trường lớn Trung Quốc giảm tiêu thụ xút rắn chuyển sang nhập xút lỏng Ngày nước Cuba, Angiêri châu Phi thị trường tiêu thụ xút rắn Ở châu Á, Inđônêxia nước nhập xút rắn với khối lượng lớn Do giá xút rắn cao nên khối lượng buôn bán sản phẩm giới đạt 400.000 tấn/năm giảm với tốc độ 8% năm Xút lỏng buôn bán giới chủ yếu phục vụ nhu cầu sản xuất nhôm oxit (alumin) nước Ôxtrâylia, Braxin, Vênêzuêla, Surinam, Giamaica Ghinê, đáng kể Ôxtrâylia Ở Việt Nam, sản xuất natri hydroxit ngành công nghiệp hóa chất quan trọng bậc Nó góp phần to lớn phát triển ngành công nghiệp khác sản xuất xà phòng, công nghệ giấy; công nghiệp lọc dầu; công nghệ dệt nhuộm, thực phẩm; xử lý nước; sản xuất loại hóa chất từ xút silicat natri, chất trợ lắng PAC, SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên 2- Tính chất hóa lý natri hydroxit Natri hydroxyt khối tinh thể không màu, không mùi Dễ tan nước, tan nhiều rượu không tan ete Natri hydroxit có trọng lượng riêng 2,02 Độ pH 13,5 Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ± 0,9oC Nhiệt độ sôi 1388oC Hấp thụ nhanh CO2 nước không khí, chảy rữa biến thành Na2CO3 Natri hydroxit bazơ mạnh; có tính ăn da, khả ăn mòn thiết bị cao; trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động Ngoài ra, natri hydroxit có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt hòa tan vào nước nên hòa tan natri hydroxit cần phải dùng nước lạnh Các phương pháp điều chế natri hydroxit: - Trong phòng thí nghiệm: + Natri tác dụng với nước 2Na + 2H2O > 2NaOH + H2 + Natri oxit với nước 2NaO + H2O > 2NaOH - Trong công nghiệp: để sản xuất natri hydroxit; trước người ta cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na 2CO3 loãng nóng ngày nay, để sản xuất ta dùng phương pháp phương pháp đại tiến hành điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn 2NaCl(dd) + 2H2O(l) 2NaOH(dd) + H2(k)↑+ Cl2(k)↑ Sản phẩm thu phương pháp đạt chất lượng cao, hàm lượng tạp chất thấp nồng độ loãng cao, khó khăn cho việc vận chuyển, sử dụng Do đó, để khắc phục nhược điểm ta cần phải tiến hành sản xuất natri hydroxit phương pháp cô đặc SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên II- Tổng quan trình cô đặc 1- Sơ lượt lý thuyết cô đặc 1.1- Định nghĩa: Cô đặc trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nhiệt độ sôi với mục đích: - Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể - Thu dung môi dạng nguyên chất Quá trình cô đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), hệ thống thiết bị cô đặc hay hệ thống nhiều thiết bị cô đặc Trong đó: Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy nhiệt Cô đặc áp suất cao áp suất khí dùng cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho cô đặc cho trình đun nóng khác Cô đặc áp suất khí thứ không sử dụng mà thải không khí Đây phương pháp đơn giản không kinh tế 1.2- Cấu tạo thiết bị cô đặc: Trong công nghệ hóa chất thực phẩm loại thiết bị cô đặc đun nóng dùng phổ biến, loại gồm phần chính: a) Bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) bố trí bề mặt truyền nhiệt để đun sôi dung dịch b) Bộ phận bốc (phòng bốc hơi) phòng trống, thứ tách khỏi hỗn hợp lỏng – dung dịch sôi (khác với thiết bị có phòng đốt) Tùy theo mức độ cần thiết người ta cấu tạo thêm phận phân ly – lỏng phòng bốc ống dẫn thứ, để thu hồi hạt dung dịch bị thứ mang theo SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Về phân loại phân loại thiết bị theo cách: - Theo phân bố bề mặt truyền nhiệt có loại nằm ngang, thẳng đứng, loại nghiêng - Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt có loại vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm - Theo chất tải nhiệt có loại đun nóng dòng điện, khói lò, nước, chất tải nhiệt đặc biệt - Theo tính tuần hoàn dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức, 1.3- Lựa chọn thiết bị: Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc nồi, làm việc liên tục, có ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt đối lưu tự nhiên Thiết bị cô đặc dạng có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chửa, làm Đồng thời, tận dụng triệt để nguồn Quá trình cô đặc tiến hành áp suất chân không nhằm làm giảm nhiệt độ sôi dung dịch, giảm chi phí lượng, hạn chế biến đổi chất tan Tuy nhiên, tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt thấp, vận tốc tuần hoàn bị giảm ống tuần hoàn bị đun nóng 2- Thuyết minh quy trình công nghệ * Cấu tạo nguyên tắc làm việc nồi cô đặc Nồi cô đặc xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm cấu tạo gồm buồng bốc, buồng đốt phận thu hồi cấu tử Trong đó: - Buồng đốt bao gồm ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch ống đốt ống Nguyên tắc hoạt động ống tuần hoàn trung tâm là: ống tuần hoàn có đường kính lớn đường kính ống truyền nhiệt nên hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch sôi so với dung dịch ống truyền nhiệt Khi sôi dung dịch có khối lượng riêng giảm tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên tuần hoàn sang ống truyền nhiệt Kết quả, tạo nên dòng chuyển động tuần hoàn đối lưu tự nhiên ống truyền nhiệt ống tuần hoàn - Phía thiết bị buồng bốc Đây phòng trống, thứ tách khỏi hỗn hợp lỏng - dung dịch sôi Bên buồng bốc có phận thu hồi cấu tử để tách giọt chất lỏng lại thứ mang theo * Thuyết minh quy trình: Hình 1: Sơ đồ cô đặc nồi xuôi chiều: 1- thiết bị gia nhiệt nguyên liệu đầu; 2,3- nồi cô đặc; 4- thiết bị ngưng tụ; 5- thiết bị tách bọt Nguyên liệu dung dịch natri hydroxit có nồng độ đầu 5% bơm lên thiết bị gia nhiệt gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thân hình trụ, đặt đứng, bên gồm nhiều ống nhỏ; đầu ống giữ chặt vĩ ống vĩ ống hàn dính vào thân Dung dịch bơm vào thiết bị, bên ống từ lên đốt bên ống Hơi đốt sau cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ dung dịch lên đến nhiệt độ sôi ngưng tụ lại Dung dịch sau gia nhiệt sơ đưa vào thiết bị cô đặc thực trình bốc SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Dung dịch cô đặc nồi tiếp tục chuyển sang nồi Hơi đốt đưa vào phòng đốt nồi để đốt nóng dung dịch nồi Sau cô đặc lượng thứ thoát nồi dùng làm đốt cho nồi 3, thứ nồi vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch sau cô đặc đến nồng độ yêu cầu 35% tháo theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm Hơi thứ khí không ngưng thoát phía thiết bị cô đặc đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet bơm chân không hút Khí không ngưng lại tiếp tục qua thiết bị tách bọt Trong trình cô đặc lượng đốt cấp nhiệt cho dung dịch nên ngưng tụ lại thu hồi cửa nước ngưng tụ SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Phần 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ I- Tính cân vật liệu 1- Chuyển đơn vị suất từ (tấn/h) sang (kg/h): Năng suất: GD =10 tấn/h = 10000 kg/h Nồng độ nguyên liệu ban đầu: XD = % Nồng độ cuối sản phẩm : XC = 35% Áp dụng phương trình cân vật chất : GD XD = GC XC Suy ra: GC= G D x D 10000.5 = 1428,57 kg/h = xC 35 2- Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống (W): Phương trình cân vật liệu cho toàn hệ thống: GD= GC +W (1) Trong đó: GD, GC: lưu lượng vào, khỏi thiết bị kg/h W: lượng thứ toàn hệ thống kg/h Viết cho cấu tử phân bố: GD.XD= GC.XC+ W.XW Trong đó: XD, XC: nồng độ đầu, cuối dung dịch (% khối lượng) Xem lượng thứ không mát, ta có: GD.XD= GC.XC (2) Vậy lượng thứ bốc toàn hệ thống xác định: W = G D (1 − xD ) xC Theo giả thiết ta có: GD =10 tấn/h = 10000 kg/h XD = % XC = 35% SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Thay vào ta có: W = 10000.(1 − ) = 8571,43 kg/h 35 3- Xác định nồng độ cuối dung dịch nồi : Ta có: W= W1+ W2 Với W1, W2 lượng thứ bốc nồi 1, kg/h Để đảm bảo việc dùng toàn thứ nồi trước cho nồi sau, thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất lưu lượng thứ nồi thích hợp W1 ≥1,1 ÷1,3 W2 Giả sử chọn tỉ số thứ bốc lên từ nồi : W1 = 1,1 W2 Khi ta có hệ phương trình: W1 = 1,1 W2 W1 + W2 = W Giải hệ có kết : W1 = 4489,8 kg/h W2 = 4081,63 kg/h Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi 1: G x 10000.5 D D XC1= G −W = 10000 − 4489,8 = 9,07 % D Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi : G x 10000.5 D D XC2= G − W − W = 10000 − 4489,8 − 4081,63 = 35 % D II- Cân nhiệt lượng: 1- Xác định áp suất nhiệt độ nồi: Gọi P1, P2, Pnt áp suất nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ ∆P1: hiệu số áp suất nồi so với nồi ∆P2: hiệu số áp suất nồi so với thiết bị ngưng tụ SVTH: Võ Thị Út Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên ∆Pt: hiệu số áp suất hệ thống Giả sử chọn: Áp suất đốt vào nồi P1=3,7 at Áp suất thiết bị ngưng tụ Pnt= 0,5 at Khi hiệu số áp suất hệ thống cô đặc : ∆Pt =P1 – Pnt = 3,7 – 0,5 = 3,2 at ∆P1 Chọn tỉ số phân phối áp suất nồi là: ∆P = 1,6 Kết hợp với phương trình: ∆P1 + ∆P2 = ∆Pt = 3,2 at Suy ra: ∆P1 = 1,97 at ∆P2 = 1,23 at Gọi: tht1, thd2, tnt nhiệt độ vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ tht1, tht2 nhiệt độ thứ khỏi nồi 1, tht1= thd2+ tht2= tnt+ Tra bảng : I 250, STQTTB, T1/ Trang 312 I 251, STQTTB, T1/ Trang 314 Bảng 2.1: Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) dòng Loại Hơi đốt Nồi Áp suất Nhiệt độ (at) (oC) 3,7 Hơi thứ 1,75 Nồi Tháp ngưng tụ Áp suất Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ (at) (oC) (at) (oC) 139,90 1,69 114,41 115,41 0,52 81,9 2- Xác định tổn thất nhiệt độ: 2.1- Tổn thất nhiệt nồng độ gây (∆ ’): Ở áp suất, nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất Hiệu số nhiệt độ sôi dung dịch dung môi nguyên chất gọi tổn thất nhiệt nồng độ gây SVTH: Võ Thị Út 10 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Gkk= 0,25.10-4 W + 0,25.10-4.Gn+0,01.W Với : Gkk lượng khí không ngưng, không khí hút khỏi thiết bị kg/s Gkk= 0,25.10-4.1,156 + 0,25.10-4.19,39 + 0,01.1,156 = 0,012 kg/s Thể tích khí không ngưng không khí hút khỏi thiết bị ngưng tụ tính theo công thức sau : Vkk= 288.G kk (273 + t kk ) (m / s ) (CT VI.49,STQTTB,T2/Trang 84) P − Ph Với : Vkk thể tích khí không ngưng va không khí hút khỏi thiết bị m3/s P: áp suất chung hỗn hợp khí thiết bị ngưng tụ N/m2 P h : áp suất riêng phần nước hỗn hợp ,lấy áp suất bão hòa nhiệt độ không khí (tkk) Nhiệt độ không khí xác định sau : tkk= t2đ = 45 oC (thiết bị ngưng tụ loại khô trang 84 T2) Ph= 0,0977 at (Bảng I.250, STQTTB,T1/Trang 312) Vkk = Vậy: 288.0,012.(273 + 45) = 0,029 m3/s (0,5 − 0,0977).9,81.10 II- Kích thước thiết bị ngưng tụ: 1- Đường kính thiết bị ngưng tụ: Đường kính thiết bị xác định theo công thức : Dtr=1,383 W2 ρ hϖ h Ph = 0,5 at (tra bảng I.251 STQTTB T2/ Trang 314) → ρ = 0,3027 kg/m3 ωh: tốc độ thiết bị ngưng tụ, chọn ωh= m/s 1,156 = 0,76 m 0,3027.5 Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ Dtr= 800 mm  Dtr=1,383 SVTH: Võ Thị Út 47 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên 2- Kích thước ngăn Để đảm bảo làm việc tốt, ngăn phải có dạng hình viên phân Do đó, chiều rộng ngăn xác định theo công thức sau: b= Dtr + 50( mm) (CT VI.53,STQTTB,T2/Trang 85) Với: Dtr đường kính thiết bị ngưng tụ mm Vì ngăn có nhiều lỗ nhỏ, chọn nước làm nguội nước ⇒ Chọn đường kính lỗ mm 800 + 50 = 450(mm) Ta có: b = Chiều cao gờ cạnh ngăn 40 mm Tổng diện tích bề mặt lỗ toàn mặt cắt ngang thiết bị G n ngưng tụ nghĩa cặp ngăn: f = ω = (m ) c Với: Gn lưu lượng nước m3/s; Gn phụ thuộc vào nước ngưng tụ thường thay đổi theo giới hạn (15-60) W ω c tốc độ tia nước m/s; chọn ω c =0,62 m/s ρn : khối lượng riêng nước kg/m3 Theo bảng I.5 STQTTB T1/ Trang 11 chọn ρ n = 994,06(kg / m ) → f = 19,39 = 0,031(m ) 994,06.0,62 Các lỗ ngăn xếp theo hình lục giác nên ta xác định bước lỗ công thức: fc (mm) (CT VI.55,STQTTB,T2/Trang 85) f tb t = 0,866.d Với: d: đường kính lỗ mm fc : tỷ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện f tb thiết bị ngưng tụ, thường lấy 0,025 – 0,1 fc Vậy chọn f =0,1 tb SVTH: Võ Thị Út 48 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên ⇒ t = 0,866.2 0,1 =0,55mm 3- Chiều cao thiết bị ngưng tụ Để chọn khoảng cách trung bình ngăn tổng chiều cao hữu ích thiết bị ngưng tụ, ta dựa vào mức độ đun nóng nước thời gian lưu nước thiết bị ngưng tụ Mức độ đun nóng nước xác định công thức: P= t 2C −t D (Công thức VI.56,STQTTB,T2/Trang 85) t bh −t D Với t2C, t2D nhiệt độ cuối, đầu nước tưới vào thiết bị oC tbh nhiệt độ nước bão hoà ngưng tụ oC →P= 45 − 25 = 0,358 80,9 − 25 Tra bảng VI.7 STQTTB T2/ Trang 86 ta có: Số ngăn n= 4; số bậc = 2; khoảng cách trung bình ngăn h tb= 300 mm Tra bảng VI.8,STQTTB,T2/Trang 88, ta có: + Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị a= 1300 mm + Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị b= 1200 mm + Chiều cao tổng thiết bị ngưng tụ tính theo công thức: Hnt=n.htb +800 = 4.300+800= 2000 mm= m + Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị thu hồi: K1= 950 mm; K2= 835 mm + Chiều cao hệ thống thiết bị: H= 5080 mm + Chiều rộng hệ thống thiết bị: T= 2350 mm + Đường kính thiết bị thu hồi: D1= 500 mm; D2= 400 mm + Chiều cao thiết bị thu hồi: h1=1700 mm; h2= 1350 mm 4- Tính kích thước ống baromet: Áp suất thiết bị ngưng tụ 0,5 at; để tháo nước ngưng ngưng tụ cách tự nhiên thiết bị phải có ống Baromet SVTH: Võ Thị Út 49 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Đường kính ống Baromet xác định theo công thức: 0,004(G n + W2 ) m (CT VI.57,STQTTB,T2/Trang 86) π ω Với: Gn lượng nước làm nguội kg/s dB = D lượng ngưng tụ vào thiết bị kg/s ω tốc độ hỗn hợp nước, chất lỏng ngưng chảy ống bazomet thường lấy (0,5- 0,6) m/s; chọn ω= 0,5 m/s 0,004.(19,39 + 1,156) = 0,228(m) 3,14.0,5 Chọn dB= 230 mm Vậy: d B = Chiều cao ống baromet xác định theo công thức: H= h1+ h2+ 0,5 m (CT VI.58,STQTTB,T2/Trang 86) Với: h1 chiều cao cột nước ống cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ h2 chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống Ta có: h1= 10,33 b ( m) (CT VI.59,STQTTB,T2/Trang 86) 760 Ở b độ chân không thiết bị ngưng tụ mmHg b =(1- 0,5).760 = 380 mmHg → h1 = 10,33 380 = 5,165(m) 760 ω2 H  Và h2 =  + λ + ∑ ξ  (m) (CT VI.60,STQTTB,T2/Trang 87) 2g  d  Hệ số trở lực vào đường ống lấy ξ =0,5; khỏi ống lấy ξ =1 công thức có dạng sau: h2 = ω2  H  2,5 + λ (m) 2g  d  Với: H: toàn chiều cao ống Baromet m d: đường kính ống Baromet m λ : hệ số ma sát nước chảy ống SVTH: Võ Thị Út 50 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Để tính λ ta tính hệ số chuẩn Re chất lỏng chảy ống Bazomet: Re = d B ρ n ω ( CT II.4,STQTTB,T1/Trang 359) µ Với: dB đường kính ống dẫn ρ n khối lượng riêng nước tra theo t1v= 35 oC, ρ n =994,06 kg/m3 (Bảng I.5 STQTTB T1/Trang 11) µ độ nhớt nước tra 35 oC µ =0,7225.10-3 N.s/m2 (Bảng I.102,STQTTB,T1/Trang 94) → Re = 0,23.994,06.0,5 = 1,582.10 > 10 −3 0,7225.10 Vậy ống baromet có chế độ chảy xoáy, chế độ chảy xoáy ta xác định hệ số ma sát theo công thức sau:  6,81  0,9 ∆  = − lg   +  3,7  λ  Re  (Công thức II.65,STQTTB,T1/Trang 380) Với: ∆ : độ nhám tương đối xác định theo công thức sau: ε (Công thức II.65,STQTTB,T1/Trang 380) d td Trong đó: ε độ nhám tuyệt đối ∆= Tra bảng II.15,STQTTB,T1/Trang 381; chọn ε =0,1 mm dtd: đường kính tương đương ống m π d B2 d td = 4.Rtl = 4 = d B = 0,23(m) π d 0,1.10 −3 →∆= = 0,43.10 −3 0,23         = 0,018 W/m.độ → λ= ,9 −   6,81  0,43.10   +   − lg    , , 582 10        SVTH: Võ Thị Út 51 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị Nên: h2 = GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên 0,5  H   2,5 + 0,018  2.9,81  0,23  Vậy: H= h1+ h2+ 0,5= 5,165 + 0,5 + h2 Giải hệ phương trình ta được: ⇒ H= 5,703 m h2= 0,038 m Ngoài lấy thêm chiều cao dự trữ 0,5 m để tránh tượng nước dâng lên ống chảy tràn vào đường ống dẫn áp suất khí tăng Suy chiều cao Baromet là:H= 6,241 m Vậy chọn H= m III Chọn bơm: 1- Bơm chân không: Ngoài tác dụng hút khí không ngưng không khí, bơm chân tác dụng tạo độ chân không cho thiết bị ngưng tụ thiết bị cô đặc Trong thực tế trình hút khí trình đa biến nên: k −1   k   P k  N= P1 v kk   − 1  P   µ ck ( k − 1)   (CT 3.3, trình thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm, T1/Trang 119) Với P1: áp suất khí lúc hút N/m2 ; P1= Pkk P2: áp suất khí lúc đẩy N/m2 k: số đa biến không khí, lấy k= 1,25 µ ck : hiệu số khí bơm chân không kiểu pittông, µ ck = 0,9 N: công suất tiêu hao W V kk: thể tích khí không ngưng không khí hút khỏi hệ thống m /s P1= Pkk = (0,5- 0,0977).9,81.104= 39465,63 N/m2 Chọn: P2= Pkq= 1,033 at= 101337,3 N/m2 SVTH: Võ Thị Út 52 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên 1, 25−1   1, 25 1,25 101337,3    →N= 39465,63.0,029  − 1 = 1319,76 W    39465,63   0,9.(1,25 − 1)   Vậy công suất tiêu hao bơm chân không là: N = 1319,76 W N Công suất động cơ: N dc = η η β (CT II.250,STQTTB,T1/Trang 466) tr dc Với: β :là hệ số dự trữ công suất,thường lấy β =1,1-1,15, chọn β =1,12 η tr :hiệu suất truyền động, lấy η tr =0,96 (thường lấy η tr =0,96 ÷ 0,99) η dc :hiệu suất động cơ,lấy η dc =0,95 → N dc = 1319,76 1,12 = 1620,76( W) 0,96.0,95 Vậy công suất động bơm chân không 1620,76 W 2- Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ: Chọn bơm ly tâm guồng để bơm nước lạnh lên thiết bị ngưng tụ, ta chọn chiều cao ống hút ống đẩy bơm là: Ho= 18 m Chiều dài toàn đường ống là: 22 m Đường kính ống dẫn nước: d= Gn = 0,785.ω.ρ 19,39 = 0,111(m) (chọn ω n = 2m / s ) 0,785.2.997,08 Chọn d= 0,12 m Công suất động tính theo công thức sau: N= Q.H ρ g ( KW) (CT II.189,STQTTB,T1/Trang 439) 1000η Với: ρ : khối lượng riêng nước 25 oC N: công suất cần thiết bơm KW Q: suất bơm m3/s H: áp suất toàn phần (áp suất cần thiết để chất lỏng chảy ống) η : hiệu suất bơm, chọn η =0,8 (Bảng II.32,STQTTB,T1/ Trang 439, chọn η = 0,8 − 0,94) Tính Q: Q= SVTH: Võ Thị Út Gn (m / s) ρ 53 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Với: Gn lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ kg/s 19,39 → Q= = 0,02(m / s ) 997,08 Tính H: H = Hm + Ho+ Hc m (CT II.185,STQTTB,T1/Trang 438) Với : Hm trở lực thủy lực mạng ống Hc chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút Ho tổng chiều dài hình học mà chất lỏng đưa lên (gồm chiều cao hút chiều cao đẩy) Trong đó: H áp suất toàn phần bơm tạo ra, tính mét cột chất lỏng bơm P2 P1 áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy không gian hút N/m2 ρ khối lượng riêng chất lỏng cần bơm kg/m3 g gia tốc trọng trường m/s2 Ho chiều cao nâng chất lỏng m hm áp suất tiêu tốn để thắng toàn trở lực đường ống hút đẩy m Tính Hm: Với:  l ω H m =  λ + ∑ξ  (m)  d  2.g l: chiều dài toàn ống, l=22 m d: đường kính ống, d= 0,1 m ω : tốc độ nước ống m/s λ : hệ số ma sát ∑ ξ : trở lực chung Hệ số ma sát xác định qua chế độ chảy Re: Re = ω.d.ρ n µ (Trang 63,Cơ sở trình thiết bị công nghệ hóa học T1) Với: µ độ nhớt nước 25 oC, µ =0,8937.10-3 N.s/m2 SVTH: Võ Thị Út 54 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên 2.0,12.997,08 = 2,68.10 > 10 −3 0,8937.10 Nên ống có chế độ chảy xoáy → Re = Tính hệ số ma sát:  6,81  0,9 ∆  = −2 lg   +  (CT II.65,STQTTB,T1/Trang 380) Re 3,7  λ    ε 0,1.10 −3 ∆ = = = 8,33.10 − ∆ Với: độ nhám tương đối d td 0,12        = 0,02 W/m.độ →λ =   6,81  0,9 0,833.10 −3    − lg   +    , , 68 10      Tổng trở lực:theo bảng II.16,STQTTB,T1/Trang 382; ta có: ∑ ξ cửa vào= 0,5 (Bảng No10) ∑ ξ cửa ra= (Bảng No10) ξ khuỷu ống= 0,38 (6 khuỷu) (Bảng No29) ξ van tiêu chuẩn= 2,1 (Bảng No37) ξ van chắn= 0,3 (Bảng No43) → ∑ ξ = 0,5 + + 6.0,38 + 2,1 + 8,61 = 14,49 22   22 H = , 02 + 14 , 49 = 3,85(m)   Vậy: m , , 81   P2 − P1 ( m) ρ g Với: P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy (0,5 − 1).9,81.10 Hc = = −5,01(m) 997,08.9,81 Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút: H c = Áp suất toàn phần bơm: H= 3,85 + 18 + (-5,01) = 16,84 m SVTH: Võ Thị Út 55 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Công suất bơm: N= 0,02.16,84.997,08.9,81 = 4,12( KW) 1000.0,8 Công suất động điện: N dc = 4,12 N = = 4,52 (KW) η dc η tr 0,96.0,95 Người ta thường lấy động có công suất lớn công suất tính toán để tránh tượng tải Vì Ndc nằm khoảng 1- KW nên tra bảng II.33,STQTTB,T1/Trang 440) chọn hệ số dự trữ β =1,3 Suy ra: N= β Nđc=1,3 4,52 = 5,87 KW 3- Bơm dung dịch lên thùng cao vị: Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút chiều cao đẩy 18 m Công suất bơm tính theo công thức: n= H Q.ρ g (CT II.189,STQTTB,T1/Trang 439) 1000.η Với: η : hiệu suất bơm, chọn η = 0,85 (Bảng II.32 STQTTB T1/ Trang 439) ρ: khối lượng riêng NaOH có C = 5%, t = 25oC (BảngI.2,STQTTB,T1/Trang 9) có ρ = 1046,54 kg/m3 Q: suất bơm m3/s H: áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động ống H = H m + Hc + Ho Với: Hm: trở lực mạng ống Hc : chênh lệch áp suất cuối ống đẩy, đầu ống hút Ho: chiều cao ống hút đẩy, chọn: Ho = 18 m Tính Q: Q= Gđ m3/s ρ Với: Gđ lượng dung dịch đầu kg/s Q= 10000 = 0,0027 m3/s 1046,54.3600 SVTH: Võ Thị Út 56 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Tính H: Tính Hm:  ω H m =  λ + ∑ξ   d  g d= Q = ω.0,785 0,0027 = 0,041 m Chọn ωdd = 2m/s 2.0,785 Chọn d= 0,05 m, µdd = 0,62.10-3 Hệ số ma sát tính qua chế độ chảy Re: Re = ω.d ρ dd 2.0,05.1046,54 = = 1,69.10 >104 −3 µ dd 0,62.10 Có chế độ xoáy, suy ra:         = 0,025 (W/m.độ) λ=   6,81  0,9 2.10 −3    − lg   +    , , 69 10      ε 0,1.10 −3 Với: ∆ = = = 2.10 −3 −2 d 5.10 Tổng trở lực: theo bảng II.16,STQTTB,T1/ Trang 382; ta có: ∑ ξ cửa vào= 0,5 (Bảng No10) ∑ ξ cửa ra= (Bảng No10) ξ khuỷu ống= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng No29) ξ van tiêu chuẩn= 2,1 (Bảng No43) ξ van chiều= 8,61 (Bảng No47) → ∑ ξ = 0,5 + + 3.0,38 + 2,1 + 8,61 = 13,35 22   12 + 13,35  = 1,24(m) Vậy: H m =  0,025 , 05 , 81   Tính Hc: SVTH: Võ Thị Út 57 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị Hc = GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên P2 − P1 (1,75 − 1).9,81.10 = = 7,17(m) ρ g 1046,54.9,81 Áp suất toàn phần bơm: H = 1,24 + 7,17 + 18 = 26,41 m Công suất bơm: N= 0,0027.26,41.1046,54.9,81 = 0,92(kW ) 1000.0,8 Công suất động điện: N đc = N η đc η tr Để tránh tượng tải chọn hệ số dự trữ β = Tra bảng II.33,STQTTB,T1/Trang 440 0,29 = 0,64 kw 0,96.0,95 Chọn bơm có công suất 750W N đc = Phần 5: KẾT LUẬN SVTH: Võ Thị Út 58 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Trong thời gian giao nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học, em thực nghiêm túc cố gắng hết khả thân Đến em hoàn thành nhiệm vụ Bản đồ án thiết kế hệ thống cô đặc NaOH xuôi chiều, thiết bị cô đặc buồng đốt ống tuần hoàn trung tâm đối lưu tự nhiên bao gồm: Phần 1: Tổng quan nguyên liệu trình cô đặc Phần 2: Tính toán công nghệ Phần 3: Thiết bị Phần 4: Thiết bị phụ Phần 5: Kết luận Sau thực đồ án này, em hình dung công việc người thiết kế Ngoài ra, giúp em nắm vững phần lý thuyết học, cách tính toán thiết bị phân tích lựa chọn thiết bị, vật liệu làm thiết bị để phù hợp với yêu cầu thực tế Nhưng qua em nhận thấy thân phải học hỏi nhiều, để thiết kế vào thực tế cần phải thực nhiều vấn đề Tuy em cố gắng nhiều kiến thức thân hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Mong thời gian đến em hoàn thiện kiến thức để làm tốt thiết kế sau Huế, ngày 18 tháng năm 2011 SVTH: Võ Thị Út 59 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Tài liệu tham khảo Trần Xoa cộng Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập1 NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1999 Trần Xoa cộng Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1999 Phạm Xuân Toản Các trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm tập NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1999 http://vi.wikipedia.org/wiki/Natri_hi%C4%91roxit 5.http://www.thietbihoachat.com/modules.php? name=Files&go=view_file&lid=206 6.http://www.thietbihoachat.com/modules.php? name=Files&go=showcat&cid=13 7.http://www.vietnamchemtech.com.vn/? Pl=Home&Me=Product&Cy=926a668c-fd5f-44f3-b34906c3f866feae&Pt=9e169fe4-614c-4713-b8b8-2c7eec229dc8 SVTH: Võ Thị Út 60 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên MỤC LỤC SVTH: Võ Thị Út 61 Lớp: CNTP 41 [...]... đường truyền xun tâm là 25 Số ống trong tất cả các viên phân là 48 2- Đường ống tuần hồn trung tâm: Dth = 4 f t π π d 2 n 3,14.0.057 2 469 =0,3 = 0,359 m2 4 4 4.0,359 = = 0,676 m 3.14 Chọn ft = 0,3.FD =0,3 Vậy : Dth = 4 f t π Chọn Dth= 700 mm 3- Đường kính thiết bị buồng đốt: Đối với thiết bị cơ đặc tuần hồn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác đều thì đường kính trong của buồng đốt có thể tính... tra đường kính ống tuần hồn trung tâm: Dth ≤ t( b-1 ) Dth 0,7 b ≥ t + 1 = 1,4.0,057 + 1 = 9,77 Theo bảng V.11, STQTTB T2/Trang 46  Chọn b= 11 ống Vậy số ống truyền nhiệt đã bị thay thế bởi ống tuần hồn trung tâm là n’ = 91 ống Số ống truyền nhiệt còn lại là: n” = 469- 91= 378 ống II- Buồng bốc: 1- Đường kính buồng bốc: Theo bảng XIII.6, STQTTB,T2/Trang 359 Chọn Dt = 2,6 m 2- Chiều cao buồng bốc hơi:... chọn đường kính ống tháo nước ngưng cho cả 2 nồi là: d = 150 mm dn = 159 mm Bảng 2.7- Tóm tắt đường kính ống dẫn Ống dẫn Ống dẫn hơi đốt Ống dẫn hơi thứ nồi 1 Ống dẫn hơi thứ nồi 2 Ống dẫn ngun liệu vào thiết bị gia nhiệt Ống dẫn dung dịch Ống tháo nước ngưng SVTH: Võ Thị Út Đường kính trong d mm Đường kính ngồi dn mm 300 325 300 325 500 529 70 76 70 76 150 159 31 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn... SVTH: Võ Thị Út 34 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Chọn δ = 14 mm Do điều kiện làm việc của buồng đốt và buồng bốc của cả 2 nồi gần giống nhau nên có thể chọn bề dày cách nhiệt cho thân buồng đốt và buồng bốc cho cả 2 nồi là 14 mm 6- Tính cơ khí các chi tiết thiết bị: Để thuận tiện trong q trình tính tốn và chế tạo, ta chọn vật liệu chế tạo hai nồi là như nhau với bề dày bằng nhau... =4,16 oC Vậy tổn thất nhiệt của hai nồi là: Σ∆” =∆”1+∆”2 = 4,16 + 0,75= 4,91 oC 2.3- Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (∆ ”’) : Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1oC Do đó: ∆”’1=1,0 oC ∆”’2 =1,0 oC ∑ ∆,,, = ∆,1,, + ∆,2,, = 1+1= 2 oC 2.4- Tổn thất chung trong tồn hệ thống cơ đặc: Σ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’= 22,11+... nhiệt lượng (CBNL): Nồi 1: D.i+ GD.CD.tD= W1.i1+ (GD – W1)C1.t1+ D.Cng1 θ1+ Qxq1 Nồi 2: W1.i1+ (GD –W1)C1.t1= W2.i2+(GD – W)C2.t2+ W1.Cng2.θ2+ Qxq2 Trong đó: D: lượng hơi đốt dùng cho tồn hệ thống kg/h i, i1, i2: hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi 1 và nồi 2 J/kg SVTH: Võ Thị Út 14 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên tD, t1, t2: nhiệt độ sơi ban đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2 của dung dịch... Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Do trong thiết bị có hiện tượng dung dịch sơi tràn lên phần buồng bốc nên đòi hỏi thiết bị phải cao hơn so với tính tốn Vậy, chọn chiều cao buồng bốc cho cả 2 nồi là 1500 mm 3- Tính kích thước các ống dẫn: Theo CT V.41, STQTTB T2/Trang 74 Phương trình lưu lượng: Vs = →d= π d 2 ω(m3 / s) 4 Vs m 0,785.ω Vơi: Vs: lưu lượng khí, hơi, dung dịch chảy trong ống m3/s... d n ψ l m Trong đó : t β= d = 1,4 : Hệ số, thường β = 1,3 –1,5 n t =1,4.dn dn =0,057 ψ = 0,8 l =4 m SVTH: Võ Thị Út : Bước ống , m (thường t = 1,2 – 1,5dn) : Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt m : Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψ = 0,7 – 0,9 : Chiều dài của ống truyền nhiệt m 25 Lớp: CNTP 41 Đồ án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên dth = 0,7 m : Đường kính ngồi của ống tuần hồn trung tâm F = 315... án thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên Phần 3: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH I- Buồng đốt: 1- Tính số ống truyền nhiệt: Tra bảng VI.6, STQTTB T2/Trang 80 chọn đường kính ống truyền nhiệt là dn= 0,057 m Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là 4 m n= F 315 = = 439,99 ống d n h.π 0,057.4.3,14 Theo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt V.11, STQTTB T2/Trang 48 Chọn n= 469 ống Chọn cách xếp ống theo hình lục giác đều Số ống. .. thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Thủy Tiên 4- Bề dày vỉ ống: Vì vĩ ống phải đảm bảo những u cầu: + Giữ chặt ống + Giữ ngun định dạng của vĩ ống sau khi lắp ống + Chống ăn mòn Nên ta chọn bề dày vĩ ống bằng 10 mm 5- Bề dày lớp cách nhiệt: Để nhiệt truyền qua thành thiết bị hay ống dẫn thốt ra ngồi khơng khí khơng làm tổn thất nhiệt lượng, ta phải bọc thiết bị hay ống dẫn bằng một vật liệu dẫn nhiệt kém gọi là