Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch Na2CO3 hai nồi xuôi chiều có ống tuần hoàn trung tâm + cad

Trong xu thế hội nhập kinh tế của đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, thúc đẩy ngành công nghiệp ngày càng phát triển. Trong đó, điển hình là ngành công nghiệp hóa chất, giữ vai trò quan trọng đối với nền công nghiệp hiện nay và sau này. Đời sống con người ngày càng được cải thiện, chính vì vậy mà nhu cầu của con người ngày càng cao, nên rất nhiều hóa chất được sản xuất nhằm để phục vụ lợi ích đó, điển hình ở đây là Na2CO3. Ở quy trình sản xuất Na2CO3 ở quy mô công nghiệp, có rất nhiều công đoạn, trong đó quá trình cô đặc là một công đoạn hết sức quan trọng. Nó giúp đưa dung dịch Na2CO3 đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu và dễ dàng vận chuyển. Quá trình cô đặc có thể diễn trong hệ thống cô đặc một nồi hay nhiều nồi, với cấu tạo buồng đốt đứng, nằm ngang hay nằm nghiêng, làm việc liên tục hay gián đoạn. Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, đồ án thiết bị là một học phần không thể thiếu. Nó giúp cho sinh viên củng cố và hiểu rõ hơn các kiến thức về các môn học cơ sở ngành, vừa giúp cho sinh viên quen dần với lựa chọn, tính toán, thiết kế thiết bị với các số liệu cụ thể, có kinh nghiệm hơn về việc thiết kế, hiểu rõ được các thiết bị từ đó. Đề tài mà tôi thực hiện là : “ Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch Na2CO3 hai nồi xuôi chiều, ống tuần hoàn trung tâm ”. Tuy nhiên, đây là một học phần khó và tiếp xúc thực tế thì rất ít nên trong quá trình thực hiện đồ án thiết bị có nhiều thiếu sót, rất mong được sự giúp đỡ từ quý thầy cô và các anh chị khóa trước để có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao.

MỤC LỤC TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ Độc lập _Tự _ Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ tên sinh viên : Ngô Thị Thùy Trang Lớp : CNTP46B Ngành học : Công nghệ thực phẩm Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch Na 2CO3 hai nồi xuôi chiều có ống tuần hoàn trung tâm Số liệu ban đầu:  Năng suất: 12550 kg/h  Dung dịch cô đặc:Na2CO3  Nồng độ nguyên liệu ban đầu: 11%  Nồng độ sản phẩm: 28%  Áp suất đốt: 3,2  Áp suất ngưng tụ: 0,3 Nội dung phần thuyết minh tính toán:  Đặc vấn đề  Tổng quan phương pháp công nghệ thực  Tính cân vật liệu  Tính cân nhiệt lượng  Tính thiết bị  Tính thiết bị phụ  Kết luận  Tài liệu tham khảo Các vẽ  Sơ đồ công nghệ: A1, A3  Bản vẽ chi tiết thiết bị (hay cụm thiết bị mặt cắt) Ngày giao nhiệm vụ Ngày hoàn thành Huế, ngày… tháng… năm 2013 Bộ môn Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Thỵ Đan Huyền ĐẶT VẤN ĐỀ Trong xu hội nhập kinh tế đất nước ta thời kì công nghiệp hóa, đại hóa, thúc đẩy ngành công nghiệp ngày phát triển Trong đó, điển hình ngành công nghiệp hóa chất, giữ vai trò quan trọng công nghiệp sau Đời sống người ngày cải thiện, mà nhu cầu người ngày cao, nên nhiều hóa chất sản xuất nhằm để phục vụ lợi ích đó, điển hình Na2CO3 Ở quy trình sản xuất Na 2CO3 quy mô công nghiệp, có nhiều công đoạn, trình cô đặc công đoạn quan trọng Nó giúp đưa dung dịch Na2CO3 đến nồng độ định theo yêu cầu dễ dàng vận chuyển Quá trình cô đặc diễn hệ thống cô đặc nồi hay nhiều nồi, với cấu tạo buồng đốt đứng, nằm ngang hay nằm nghiêng, làm việc liên tục hay gián đoạn Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, đồ án thiết bị học phần thiếu Nó giúp cho sinh viên củng cố hiểu rõ kiến thức môn học sở ngành, vừa giúp cho sinh viên quen dần với lựa chọn, tính toán, thiết kế thiết bị với số liệu cụ thể, có kinh nghiệm việc thiết kế, hiểu rõ thiết bị từ Đề tài mà thực : “ Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch Na 2CO3 hai nồi xuôi chiều, ống tuần hoàn trung tâm ” Tuy nhiên, học phần khó tiếp xúc thực tế nên trình thực đồ án thiết bị có nhiều thiếu sót, mong giúp đỡ từ quý thầy cô anh chị khóa trước để hoàn thành tốt nhiệm vụ giao PHẦN :TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm, tính chất Na2CO3 1.1.1 Đặc điểm Natri cacbonat loại muối cacbonat, hay gọi soda Natri cacbonat muối bền tự nhiên, thường có nước khoáng, nước biển muối mỏ lòng đất Một số tồn dạng tinh thể có lẫn canxi cacbonat Trong công nghiệp, natri cacbonat dùng để nấu thủy tinh, xà phòng ,sản xuất keo dán gương, thủy tinh lỏng Vì có trữ lượng lớn trình khai thác, điều chế đơn giản nên giá bán natri cacbonat thị trường rẻ [2] 1.1.2 Tính chất Na2CO3  • • • • Tính chất vật lý Bột màu trắng, mùi nồng, để không khí dễ chảy nước Nhiệt độ nóng chảy : 851°C( khan) Nhiệt độ sôi : 1.600°C( khan) Độ hòa tan nước: 22g/100ml(20°C)  Tính chất hóa học • Tác dụng với axít tạo thành muối, nước giải phóng khí CO2: Na2CO3 + 2HCl => 2NaCl+ H2O+ CO2 • Tác dụng với bazơ tạo thành muối bazơ mới: Na2CO3 + Ca(OH)2 => 2NaOH+ CaCO3 • Tác dụng với muối tạo thành muối mới: Na2CO3 + CaCl2 => 2NaCl + CaCO3 • Không bị nhiệt phân hủy nhiệt độ cao [2] 1.2 Tổng quan trình cô đặc 1.2.1 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 [6] 1.2.2.Các phương pháp cô đặc 1.2.2.1 Phương pháp nhiệt (đun nóng) Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng 1.2.2.2 Phương pháp lạnh: Khi hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử áp suất bên tác dụng lên mặt thoáng mà trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh.[3] 1.2.3 Bản chất cô đặc nhiệt: Để tạo thành (trạng thái tự do) tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực trình Bên cạnh bay chủ yếu bọt khí hình thành trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hoàn tự nhiên nồi cô đặc.[3] 1.2.4 Ứng dụng cô đặc: Quá trình cô đặc ứng dụng: sản xuất thực phẩm: cô đặc dung dịch đường, mì chính, dung dịch nước trái cây, sữa…; Trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô cơ…Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy nên việc cải thiện hiệu thiết bị cô đặc tất yếu Đòi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao.[3] 1.3.Các thiết bị cô đặc nhiệt 1.3.1 Phân loại 1.3.1.1 Theo cấu tạo: - Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm: + Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), có ống tuần hoàn + Có buồng đốt (không đồng trục buồng bốc) - Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức, Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Gồm: + Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn + Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn - Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho dung dịch thực phẩm dung dịch nước trái cây, hoa ép…, gồm: + Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ + Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt bọt dễ vỡ [3] 1.3.1.2 Theo phương pháp thực trình: 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.[3] 1.3.2 Lựa chọn thiết bị cô đặc Dựa theo tính chất nêu nguyên liệu yêu cầu cho đồ án, ta chọn hệ hống cô đặc hai nồi, làm việc liên tục, áp suất chân không, có buồng đốt ống tuần hoàn trung tâm - Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh sửa chữa, cô đặc áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi dung dịch nên giảm chi phí lượng, hạn chế chất tan bị theo bị bám vào thành thiết bị làm hư thiết bị - Nhược điểm: tốc độ tuần hoàn nhỏ, độ nhớt dung dịch tăng nhanh, dễ xảy tượng đóng cặn( tạo lớp cao) dẫn đến hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối[3] 1.4 cấu tạo thiết bị thuyết minh quy trình công nghệ 1.4.1 Cấu tạo hoạt động nồi cô đặc Nồi cô đặc ống tuần hoàn trung tâm cấu tạo gồm buồng đốt, buồng bốc 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 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.[4] 1.4.2.thuyết minh quy trình công nghệ Nguyên liệu ban đầu Na 2CO3 có nồng độ 11%, dung dịch đưa từ bể chứa nguyên liệu lên thùng cao vị, sau chảy qua lưu lượng kế vào thiết bị trao đổi nhiệt Tại đây, dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sôi vào nồi 1.Ở nồi thực trình bốc phần, đến nồng độ định dung dịch đưa qua nồi 2, làm nguyên liệu đầu vào nồi nhờ chênh lệch áp suất nồi.Khi nồng độ đạt yêu cầu đưa khỏi nồi đưa tới thùng chứa sản phẩm Hơi thứ nồi làm đốt cho nồi , thứ nồi thoát lên thiết bị ngưng tụ.Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ xuống, thứ ngưng tụ lại thành chất lỏng chảy qua ống Baromet ngoài, khí không ngưng bơm chân không hút sau qua thiết bị thu hồi bọt Hơi đốt sau cấp nhiệt cho dung dịch ngưng tụ lại tháo phận tháo nước ngưng Ngoài ra, thiết bị gia nhiệt có hệ thống đưa đốt vào tháo nước ngưng PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC  Các số liệu ban đầu: Năng suất theo dung dịch đầu: Gđ = 12550 (kg/h) Nồng độ dung dịch trước cô đặc: xđ = 11 % Nồng độ dung dịch sau cô đặc: xc = 28% Áp suất đốt: 3,2(at) Áp suất lại thiết bị ngưng tụ: 0,3 (at) 2.1 Cân vật liệu 2.1.1 Tổng lượng thứ bốc khỏi hệ thống Phương trình cân vật liệu cho toàn hệ thống : Gđ = Gc + W (1) Trong Gđ, Gc lượng dung dịch đầu cuối (kg/h) W : lượng thứ khỏi hệ thống (kg/h) Viết cho cấu tử phân bố : Gđ xđ = Gc xc + W.xw xđ, xc nồng độ đầu, cuối dung dịch (% khối lượng) xem lượng thứ không bị mát,ta có : Gđ xđ = Gc xc (2) Từ (1) (2) suy ra, lượng bốc toàn hệ thống xác định : x x đ W = Gđ.(1 - c ) = 12550 (1 - 11 28 ) = 7619,643 (kg/h) 2.1.2 Xác định nồng độ cuối 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 ≥ ÷ 1,25 W2 Giả sử chọn tỉ số thứ bốc lên từ nồi : 1,1 Khi ta có hệ phương trình: W1 = 1,1 W2 W1 + W2 = 7619,643 Giải hệ có kết : W1 = 3991,24 (kg/h) W2 = 3628,40 (kg/h) Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi : x1= Gđ x đ 12550.11 = = Gđ − W1 12550 − 3991,24 16,13 % Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi : X 2= Gđ x đ 12550.11 = = Gđ − W1 − W2 12550 − 3628,40 − 3991,24 28 % 2.2 Cân nhiệt lượng 2.2.1 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 ΔP2: hiệu số áp suất nồi so với thiết bị ngưng tụ ΔPt: hiệu số áp suất toàn hệ thống Giả sử chọn: Áp suất đốt vào nồi P1= 3,2at Áp suất thiết bị ngưng tụ Baromet Pnt= 0,3at Khi hiệu số áp suất hệ thống cô đặc là: ΔPt= P1- Pnt=3,2- 0,3= 2,9at Chọn tỉ số phân phối nồi là: ∆P1 ∆P2 = 1,9 Kết hợp với phương trình: ΔP1+ ΔP2= ΔPt= 2,9 at Suy ra: ΔP1= 1,9 at ΔP2= at P2= P1- ΔP1= 3,2- 1,9= 1,3 at Gọi: thd1, thd2,tnt nhiệt độ vào nồi 1,2, thiết bị ngưng tụ tht1, tht2 nhiệt độ thứ khỏi nồi 1,2 Giả sử tổn thất nhiệt độ đường ống từ nồi sang nồi 10C tht1= thd2+ tht2= tnt+ Tra bảng : I.250, STQTTB, T1/Trang 312 I.251, STQTTB, T1/ Trang 314 Bảng 1: Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) dòng Nồi pLoại Áp suất Nhiệt độ P1(at) t(0C) Nồi Áp suất Tháp ngưng tụ Nhiệt độ Áp suất P2(at) t(0C) Hơi đốt 3,2 134,9 1,3 106,45 Hơi thứ 1,34 107,45 0,314 69,7 Pnt(at) Nhiệt độ tnt(0C) 0,3 68,7 2.2.2 Xác định tổn thất nhiệt độ Tổn thất nhiệt độ hệ thống cô đặc bao gồm: tổn thất nồng độ, tổn thất áp suất thủy tĩnh tổn thất trở lực đường ống 2.2.2.1.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 dung dịch dung môi nguyên chất gọi tổn thất nhiệt độ nồng độ gây Ta có: Δ’= tsdd- tdmnc (ở áp suất) Áp dụng công thức Tiasenco: Δ’= Δ’0.f 10 b= Ta có: 600 + 50 = 350 (mm) Chiều cao gờ cạnh ngăn 40 (mm) Tổng diện tích bề mặt lỗ toàn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ nghĩa cặp ngăn VI.54,STQTTB,T2/Trang 85: f= Gn = (m ) ωc , (CT) Trong đó: Gn lưu lượng nước (m3/s); Gn phụ thuộc vào nước ngưng tụ thường thay đổi theo giới hạn (15-60) W, chọn Gn= 40,2 (m3/s) ωc tốc độ tia nước (m/s); chọn ρn ωc = 0,62 (m/s) : khối lượng riêng nước (kg/m3) Theo bảng I.5 STQTTB T1/Trang 11 chọn t= 300C → ρn= 995,68 (kg/m3) ⇒f = 40,2 = 0,065 995,68.0,62 (m2) Các lỗ ngăn xếp theo hình lục giác nên ta xác định bước lỗ công thức VI.55,STQTTB,T2/Trang 85: t = 0,866 d fc (mm) f tb , Với: d đường kính lỗ, (mm) thiết fc f tb : tỷ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện bị ngưng tụ, thường lấy 0,025 – 0,1 Vậy chọn fc f tb = 0,1 60 t = 0,866 0,1 = 0,548(mm) → 4.2.3 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 VI.56 STQTTB T2/Trang 85: P= t c −t đ t bh −t đ Với t2c, t2đ: nhiệt độ cuối, đầu nước tưới vào thiết bị (oC) tbh: nhiệt độ nước bão hoà ngưng tụ (oC) P= 45 − 25 = 0,458 68,7 − 25 Tra bảng VI.7 STQTTB T2/Trang 86 ta có: Số ngăn n = 4; số bậc = 2; khoảng cách trung bình ngăn htb= 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 = H' +a+b = 300.(4-1)+1300+1200=3400 (mm) - Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị thu hồi: K= 725 (mm) - Chiều cao hệ thống thiết bị: H= 4550(mm) - Chiều rộng hệ thống thiết bị: T = 1400 (mm) - Đường kính thiết bị thu hồi: D = 400 (mm) + Chiều cao thiết bị thu hồi: h =1400 (mm) 4.2.4 Tính kích thước ống Baromet 61 Áp suất thiết bị ngưng tụ 0,3 at; để tháo nước ngưng ngưng tụ cách tự nhiên thiết bị phải có ống Baromet Đường kính ống Baromet xác định theo công thức VI.57 STQTTB T2/Trang 86: dB = 0,004(Gn + W2 ) π ω (m) Trong đó: Gn: lượng nước làm nguội tưới vào tháp, (kg/s) W2 : 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) dB = 0,004.( 30,653 + 1,054) = 0,284 ( m) 3,14.0,5 Vậy: Chọn dB= 300 (mm) Chiều cao ống baromet xác định theo công thức VI.58,STQTTB T2/Trang 86: H= h1+ h2+ 0,5 (m), Với: h1,(m): chiều cao cột nước ống cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ h2,(m): chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống Ta có công thức VI.59 STQTTB T2/Trang 86 : h1 = 10,33 b ( m) 760 Ở b độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg) b= (1- 0,3).760= 532 (mmHg) ⇒ h1 = 10,33 532 = 7,231( m) 760 62 h2 = Và: ω2  H  1 + λ + ∑ ξ  2g  d  (m) (công thức VI.60 STQTTB T2/Trang 87) Hệ số trở lực vào đường ống lấy công thức có dạng sau: ξ = 0,5; khỏi ống lấy ξ = ω2  H h2 =  2,5 + λ (m) 2g  d  Trong đó: H: toàn chiều cao ống Baromet, (m) d: đường kính ống Baromet, (m) λ : hệ số ma sát nước chảy ống λ Để tính ta tính hệ số chuẩn Re chất lỏng chảy ống Bazomet theo công thức II.4 STQTTB T1/Trang 359: Re = d B ρ n ω µ Trong đó: dB : đường kính ống dẫn, (m) ρn o : khối lượng riêng nước tra theo t1v = 30 C, ρn = 995,68 (kg/m3), (bảng I.5 STQTTB T1/Trang 11) µ µ : độ nhớt nước tra 30 oC : = 0,8007.10-3 (N.s/m2) (bảng I.102 STQTTB T1/Trang 94) ⇒ Re = 0,3.995,68.0,5 = 0,8007 10 −3 1,86.105> 104 Vậy ống ma sát có chế độ chảy xoáy, chế độ chảy xoáy ta co thể xác định hệ số ma sát theo công thức II.65,STQTTB,T1/Trang 380 sau : 63  6,81  0,9 ∆  = −2 lg  +  Re , λ     ∆ Với: : độ nhám tương đối xác định theo công thức II.65 STQTTB T1/Trang 380 : ∆= Trong đó: ε d td ε độ nhám tuyệt đối ε Tra bảng II.15,STQTTB,T1/Trang 381; chọn = 0,1 mm dtd: đường kính tương đương ống (m) π d B2 d td = 4.Rtl = 4 = d B = 0,3m π d ⇒ ∆= 0,1.10 −3 = 3,33.10 −4 0,3        = 0,018 λ =  6,81  0,9 3,33.10 −4     +   − lg   , 86 10 ,      ⇒  h2 = Nên: W/m.độ 0,52  H   2,5 + 0,018  2.9,81  0,3  Vậy: H = h1+ h2+ 0,5= 7,231 + h2 +0,5 Suy ra: H= 7,76 (m) h2= 0,036 (m) 64 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 : H = 8,26 (m) Nhưng thực tế người ta thường chọn chiều cao Baromet, H = 11 (m) 4.3 Chọn bơm 4.3.1 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    P2  k k  N= P1 v kk   − 1  P   µ ck ( k − 1)   (Công thức 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) Vkk: thể tích khí không ngưng không khí hút khỏi hệ thống (m /s) P1= Pkk = (0,3- 0,0461).9,81.104= 24907,59 ( N/m2) Chọn P2= Pkq= 1,033at = 101337,3 (N/m2) 1, 25 −1   1, 25 1,25 101337,3    →N= 24907,59.0,042  − 1    0,9.(1,25 − 1)  24907,59    = 1883,006(W) Vậy công suất tiêu hao cảu bơm chân không N= 1883,006W Công suất động theo Công thức II.250 STQTTB T1/Trang 466 : 65 N β η tr η dc N dc = chọn β (Với: β :là hệ số dự trữ công suất,thường lấy β =1,1-1,15, =1,12 η tr η dc :hiệu suất truyền động, lấy :hiệu suất động cơ,lấy ⇒ N dc = 1883,006 1,12 = 0,96.0,95 η dc η tr =0,96 (thường lấy η tr =0,96 ÷ 0,99) =0,95 2312,46( W) Vậy công suất động bơm chân không Ndc= 2312,46 W 4.3.2 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: Gn 30,653 = = 0,14(m) 0,785.ω.ρ 0,785 2.995,68 d= (chọn ω n = 2m / s ) Chọn d= 0,15m Công suất động tính theo công thức II.189 STQTTB T1/Trang 439 sau: N = Với: Q.H ρ g ( KW) 1000η 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) 66 η η : hiệu suất bơm, chọn =0,8 η = 0,8 − 0,94) (Bảng II.32 STQTTB T1/ Trang 439, chọn Q= Tính Q: Gn (m / s ) ρ Với: Gn lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ kg/s →Q = 30,653 = 0,0307(m3 / s ) 995,68 Tính H theo Công thức II.185,STQTTB,T1/Trang 438 : H = Hm + Ho+ Hc m 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) Hm Tính Hm:  l ω =  λ + ∑ξ  ( m)  d  2.g Với: l: chiều dài toàn ống, l=22 m d: đường kính ống, d= 0,1 m ω : tốc độ nước ống m/s 67 λ : hệ số ma sát ∑ξ : trở lực chung Re = Hệ số ma sát xác định qua chế độ chảy Re: ω.d.ρ n µ (Trang 63,Cơ sở trình thiết bị công nghệ hóa học T1) µ µ o Với: độ nhớt nước 30 C, =0,8007.10-3 N.s/m2 ⇒ Re = 2.0,1 995,68 = 24,8.10 > 104 −3 0,8007 10 Nên ống có chế độ chảy xoáy Tính hệ số ma sát theo công thức II.65 STQTTB T1/Trang 380:  6,81  0,9 ∆  = −2 lg  +  3,7  λ  Re  ∆ ∆= độ nhám tương đối ε d td = 0,1.10−3 = 0,001 0,1 Với: ε độ nhám tuyệt đối ; ε = 0,1 (mm)        ⇒λ =  6,81  0,9 0,001    +   − lg   28 , 10 ,       =0,02 (W/m.độ) Tổng trở lực:theo bảng II.16 STQTTB T1/Trang 382; ta có: ∑ξ = 0,5 (Bảng No10) cửa vào 68 ∑ξ cửa ξ = (Bảng No10) = 0,38 (6 khuỷu) (Bảng No29) khuỷu ống ξ van tiêu chuẩn ξ van chắn = 4,1 (Bảng No37) = 0,25 (Bảng No43) 0,5 + 1+ 6.0,38 + 4,1 + 0,25 = 8,13 Vậy: 22   22 H m =  0,02 + 8,13  = 2,55(m) 0,1   2.9,81 Hc = Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút: P2 − P1 (m) ρ g Với: P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy Hc = (0,3 − 1).9,81 10 = −7,03(m) 995,68.9,81 Áp suất toàn phần bơm: H= 2,55+ 18+ (- 7,03)= 13,52 (m) Công suất bơm: N= 0,0307.13,52.995,68.9,81 = 5,067( KW) 1000.0,8 Công suất động điện: N dc = N η dc η tr = 5,067 0,96.0,95 = 5,56 (KW) 69 Người ta thường lấy động có công suất lớn công suất tính toán để tránh tượng tải Vì Ndc nằm khoảng 1-5 KW nên tra bảng II.33 STQTTB T1/Trang 440 chọn hệ số dự trữ β = 1,2 Suy ra: N= β.Ndc= 1,2.5,56= 6,672 (KW) 4.3.3 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 II.189 STQTTB T1/Trang 439: n= H Q.ρ g 1000.η η η Với: : hiệu suất bơm, chọn = 0,85 (Bảng II.32 STQTTB T1/ Trang 439) ρ: khối lượng riêng Na2CO3 có Cđ = 11%, t = 20oC (BảngI.56 STQTTB T1/Trang 45) có ρ = 1113,7( 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 Q= Tính Q: Gđ ρ (m3/s) Với: Gđ lượng dung dịch đầu (kg/s) Q= 12550 = 3,13.10−3 1113,7.3600 (m3/s) Tính H: Tính Hm: 70  ω H m =  λ + ∑ ξ  ( m)  d  2.g Q 3,13.10−3 d= = = 0,045.10− (m) ω.0,785 2.0,785 Chọn ωdd = 2m/s Chọn d= 0,05 m, µdd = 1.08.10-3 (tra bảng I.107 STQTTB T1/Trang 100) Hệ số ma sát tính qua chế độ chảy Re: Re = ω.d ρ dd 2.0,05.1113,7 = = 10,3.10 −3 µdd 1,08.10 >104 Có chế độ xoáy, suy ra:        = 0,025.10 −3 λ = 0,9  6,81   2.10 −3   +   − lg   10 , 10 ,        (W/m.độ) ε 0,1.10−3 = = = 2.10 −3 −2 d 5.10 Với: ∆ Tổng trở lực: theo bảng II.16,STQTTB,T1/ Trang 382; ta có: ∑ξ = 0,5 (Bảng No10) cửa vào ∑ξ cửa ξ = (Bảng No10) = 0,38 (3 khuỷu) (Bảng No29) khuỷu ống ξ van tiêu chuẩn ξ van chiều = (Bảng No37) = 8,61 (Bảng No47) 71 = 0,5 +1 + 3.0,38 + + 8,61 = 15,25 Vậy: 22   22 H m =  0,025 + 15,25  = 5,35(m) , 05 , 81   Tính Hc P2 − P1 ( 3,2 − 1).9,81 104 Hc = = = 19,75(m) ρ g 1113,7.9,81 Áp suất toàn phần bơm: H = 5,35 + 19,75 + 18 = 43,1 ( m) Công suất bơm: 3,13.10 −3.43,1.1113,7.9,81 N= = 1,73(kW ) 1000.0,85 Công suất động điện: N đc = ⇒ N đc = N η đc η tr 1,73 = 1,89 ( KW ) 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 1-5 KW nên tra bảng II.33 STQTTB T1/Trang 440 chọn hệ số dự trữ β = Suy ra: N= β.Ndc= 2.1,89=3,79 (KW) 72 PHẦN : KẾT LUẬN Đến em có hoàn thành nhiệm vụ Bản đồ án thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều có ống tuần hoàn trung tâm em làm sau : 1.Đã tìm hiểu dung dịch số tính chất dung dịch Na2CO3 2.Tính toán cân vật liệu Tính toán cân nhiệt lượng Tính toán thiết bị chọn thiết bị Trong trình thực đồ án, em gặp nhiều vấn đề, kiến thức hạn hẹp không tiếp cận với thực tế nhiều Mong thời gian đến em hoàn thiện kiến thức để làm tốt thiết kế sau 73 PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Xoa, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Quang Thảo, Cơ sở Các Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa học – Tập 1, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, năm 2006 http://vi.wikipedia.org/wiki/Natri_cacbonat Nguyễn Văn Toản, Quá trình thiết bị truyền nhiệt, năm 2010 Phạm Xuân Toản, Các trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm – Tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2005 Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên, Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2005 Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên, Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2005 74 [...]... 2.2.2.5 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và cả hệ thống Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi: Nồi 1: Δti1= thd1- (thd 2+ ΣΔ1) = 134,9 – (106,4 5+2 ,1 1+2 , 9+1 ) = 22,440C Nồi 2: Δti2 = thd2- (tnt + ΣΔ2) = 106,45 – ( 68, 7+3 ,2 6+1 0,40 8+1 ) = 23,0820C Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi: Nồi 1: Δti1 = thd1- ts1 ⇒ ⇒ ts1= thd1- Δti1= 134,9- 22,44= 112,460C Nồi 2: Δti2 = thd2- ts2 ts2 = thd2- Δti2 =... suất thủy tĩnh: Δ”= Δ” 1+ Δ”2= 2, 9+1 0,408= 13,3080C 2.2.2.3 Tổn thất nhiệt độ do trở thủy lực trên đường ống (Δ”’ ) 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 10C Do đó: Δ”’1= 10C Δ”’2= 10C ΣΔ”’ = Δ”’ 1+ Δ”’2= 1+1 = 20C 2.2.2.4 Tổn thất chung trong toàn hệ thống cô đặc ΣΔ= ΣΔ + ΣΔ + ΣΔ”’= 5,3 7+1 3,30 8+2 = 20,6780C 2.2.2.5 Chênh lệch... cần cô đặc, theo CT VI.12, STQTTB,T2/60 : Ptb = P0 + (∆h + h 2 ) ρ dds ⋅ g , N/m2; 11 Trong đó : P0 : áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch (N/m2) Δh: chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch (m) h: chiều cao của ống truyền nhiệt(m) ρdds: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3) g: gia tốc trọng trường (m/s2), g= 9,81 m/s2 Vậy ta có: Δ”... từng nồi (kg/h) I1, I2: hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1 và nồi 2 i1, i2: hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg) Cd, Cc: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối (J/kg.độ) td, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch 0C θ1, θ2:nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 0C Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 0C Qtt1, Qtt2: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi. .. cho cả hệ thống: Δhi= thd1-tnt – ΣΔ= 134,9- 68,7-20,678= 45,5220C 2.2.3 Cân bằng nhiệt lượng 2.2.3.1.Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi • Nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu: Vì Xd= 11% < 20% nên ta áp dụng công thức C= 4186.(1-x) (J/kg.độ) 14 (I.43,STQTTB T1/ Trang152) ⇒ • • Cd= 4186.(1-0,11) = 3725,54 J/kg.độ Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1: Vì X1= 16,13% < 20% nên ta có C1=4186.(1-x)... W2i2 Do dung dịch mang ra: (Gd- W).C2ts2 Do hơi nước ngưng tụ: D2Cng2 θ2 = W1.Cn2.θ2 Do tổn thất chung: Qtt2= 0,05D2(I2- Cng2 θ2) Phương trình cân bằng nhiệt lượng : Nồi 1: D1I 1+ Gd.Cd.td = W1i1 + (Gd-W)C1ts 1+ D1Cng1θ 1+ 0,05D1(I1- Cng1 θ1) Nồi 2: D2I 2+( Gd-W1)C1ts1 = W2i 2+ (Gd- W).C2ts 2+ D2Cng2 θ 2+ 0,05D2(I2- Cng2 θ2) Với : D2I2= W1i1; W= W 1+ W2 ; W1 = D2 Ta có : ⇔ W1= Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1... (J/kg) ∆,o 16,2.( t ht1 + 273) ∆ = r1 2 , 1 Nồi1 : Nồi 2: Δ’2= ∆,o 16,2.( t ht 2 + 273) r2 = 2 = 2,02.16,2.(107,45 + 273) 2240,6.10 3 4.16,2.( 69,7 + 273) 2333,810 3 2 = 2,110C 2 = 3,260C Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn bộ hệ thống: ∑∆ ’ = Δ’ 1+ ’2= 2,1 1+3 ,26 = 5,370C 2.2.2.2.Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ”) Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh Δ” (... Số ống trong tất cả các viên phân là 30 Số hình sáu cạnh là 9 3.1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm Dth = 4 f t π Chọn ft = 0,3.FD =0,3 Dth = Vậy : 4 f t π π d 2 n 4 =0,3 3,14.( 0,034) 2 301 4 = 0,081 (m2) 4.0,081 3,14 = = 0,298 (m) Tra bảng XIII.26 STQTTB T2/Trang 409 Chọn Dth= 300 mm đường kính ngoài Dn = 325 mm 3.1.3 Đường kính thiết bị buồng đốt 27 Đối với thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm. .. mòn và dung sai của chiều dày Đại lượng C được xác định theo công thức XIII.17 STQTTB T2/ trang 363 C= C 1+ C 2+ C3 (m) Với C1 : đại lượng bổ sung do ăn mòn, C1= 1mm C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, C2= 0 C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày ; C3 phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu, C3 = 0,8 mm ⇒ C = C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + 0,8 = 1,8(mm) = 1.8.10−3 m Nồi 1 : Áp suất làm việc trong thiết. .. Nhiệt lượng vào gồm có: Nồi 1: 15  - - Nhiệt do hơi đốt mang vào: D1I1 Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: Gd.Cd.td Nồi 2: Nhiệt do hơi đốt mang vào ( hơi thứ nồi 1):W1i1= D2I2 Nhiệt do dung dịch sau nồi 1 mang vào: (Gd – W1).C1.ts1 Nhiệt mang ra gồm: Nồi 1: Hơi thứ mang ra : W1i1 Do dung dịch mang ra: (Gd-W1)C1ts1 Do hơi nước ngưng tụ:D1Cng1θ1 Do tổn thất chung: Qtt1= 0,05D1(I1- Cng1θ1) Nồi 2: Hơi thứu