Thiết kế và tính toán hệ thống cô đặc hai nồi, xuôi chiều, làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO 4

Khoa CN Hóa Học TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Đồ án mơn học CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên: NGUYỄN THỊ HƯƠNG GIANG MSSV : 0741120179 Lớp : ĐH HÓA – K7 Khóa : VII I Đầu đề thiết kế: Thiết kế tính tốn hệ thống đặc hai nồi, xuôi chiều, làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch Na2SO Thiết bị đặc kiểu: phịng đốt II Các số liệu ban đầu: Thiết kế hệ thống đặc nồi xi chiều phịng đốt ngồi thẳng đứng đặc Na2SO4 Với st 9000 kg/h Nồng độ đầu vào dung dịch: 10% Chiều cao ống gia nhiệt: 2m Nồng độ cuối dung dịch : 30% áp suất đốt nồi 1: at áp suất ngưng tụ: 0,24at III Nội dung phần thuyết minh tính tốn Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ công nghệ ( vẽ A4 ) Tính tốn kỹ thuật thiết bị chính: Tính cân vật liệu tồn tháp Tính đường kính chiều cao thiết bị Tính trở lực tháp Tính tốn khí Tính chọn thiết bị phụ Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4 Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A0 V Cán hướng dẫn: ThS Nguyễn Tuấn Anh SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm 2012 VII Ngày hoàn thành: ngày tháng năm 2012 Phê duyệt môn SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Ngày tháng năm Người hướng dẫn ThS Nguyễn Tuấn Anh Khoa CN Hóa Học Đồ án môn học NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Hà Nội, Ngày … Tháng … Năm 2012 Người nhận xét SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học MỤC LỤC I Ngun lý làm việc hệ thống 13 PHẦN V: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 65 5.1.BUỒNG ĐỐT NỒI CÔ ĐẶC .65 5.1.1.Tính số ống buồng đốt 65 74 5.2.BUỒNG BỐC HƠI .75 Nhiệm vụ buồng bốc tạo không gian khả thu hồi bọt 75 5.2.1.Thể tích khơng gian .75 78 78 5.3.TÍNH MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC .78 5.3.1.Đường kính ống nối dẫn dung dịch vào thiết bị 78 5.3.2.Tính tai treo chân đỡ .82 5.3.5.Tính bề dày lớp cách nhiệt: 88 a.N = kgm/s2 92 b.1Nm = jun (J) = Ws = 4,1868 cal 92 c.1 Nm/s = W .92 d.1 kcal = 4185 Nm 92 e.1 Ns/m2 = 10 P 92 f.1 at = 9,81 N/cm2 = 10 mH2O = 735 mmHg = 735,6 tor 92 SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Khoa CN Hóa Học Đồ án môn học PHẦN 1: MỞ ĐẦU Để bước đầu làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ sản xuất, sinh viên khoa cơng nghệ Hóa học trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội nhận đồ án môn học: “Q trình thiết bị cơng 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 cơng nghệ Hóa học” sở lượng kiến thức kiến thức số mơn khoa học khác có liên quan, sinh viên thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn q trình cơng 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 tốn thiết kế, tự nâng cao kỹ trình bày thiết kế theo văn phong khoa học Trong đồ án môn học nhiệm vụ cần phải hoàn thành thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều,ông tuần hoàn trung tâm với dung dịch Na 2SO , suất đầu 9000 (k/h), nồng độ đầu vào 10%, nồng độ sản phẩm 30% Áp suất đốt nồi (at), áp suất ngưng tụ 0.24 (at) Do hạn chế thời gian, chiều sâu kiến thức, hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế nhiều mặt khác nên không tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong nhận đóng góp ý kiến, xem xét dẫn thêm thầy cô giáo để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Tuấn Anh hướng dẫn em hồn thành đồ án Q TRÌNH CƠ ĐẶC Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nhiệt độ sơi Mục đích q 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 I SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học nhiều thiết bị đặc Q trình gián đoạn hay liên tục Hơi bay q trình đặc thường nước, gọi thứ, thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên thường làm đốt cho nồi đặc Nếu thứ sử dụng ngồi dây chuyền công nghệ cô đặc gọi phụ Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, ngồi cịn 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, đặc chân khơng nhiệt độ sơi dung dịch thấp tận dụng nhiệt thừa trình sản xuất khác (hoặc sử dụng thứ) cho q trình đặc Cơ 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 đặc q trình đun nóng khác Cơ đặc nhiều nồi: Khi đặc nồi gây lãng phí nhiên liệu, làm cho q trình sản xuất khơng 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 sơi, 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 Thơng thường nồi đầu làm việc áp suất dư, nồi cuối làm việc áp suất chân không Hệ thống cô đặc nhiều nồi dùng phổ biến sản xuất II DUNG DỊCH Natrisunfat- Na2SO4 Natri sunfat muốinatri acid sulfuric Khi dạng khan, tinh thể rắn màu trắng có cơng thức Na 2SO4 biết đến tên khoáng SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học vật thenardite; Na2SO4·10H2O tìm thấy ngồi tự nhiên dạng khống vật mirabilite, sản xuất cịn gọi muối Glauber hay mang tính lich sử sal mirabilis từ kỉ 17 Một dạng khác tinh thể heptahiđrat tách từ mirabilite làm lạnh Với sản lượng sản xuất hàng năm lên đến triệu tấn, sản phẩm tồn cầu quan trọng hóa chất Natri sunfat ứng dụng chủ yếu việc sản xuất thuốc tẩy phương pháp Kraft để làm bột giấy Khoảng 2/3 lượng natri sunfat giới từ mirabilite, dạng khoáng vật tự nhiên muối đecahiđrat, phần cịn lại từ phụ phẩm cácngành cơng nghiệp hóa chất khác sản xuất axit clohydric Muối natri sunfat ngậm nước biết tên muối Glauber sau nhà hóa học bào chế người Đức/Hà Lan Johann Rudolf Glauber (1604– 1670) tìm vào năm 1625 nước suối Áo Ơng đặt tên salmirabilis (muối kì lạ), đặc tính y khoa loại muối này: tinh thể muối dùng để làm thuốc nhuận tràng có chất thay phức tạp đời vào năm 1900 Vào kỉ 18, muối Glauber bắt đầu dùng làm vật liệu thơ cho q trình sản xuất soda cơng nghiệp, phản ứng với kali cacbonat Nhu cầu gia tăng nên nguồn cung natri sunfat phải tăng lên tương ứng Do đó, vào kỉ 19, q trình Leblanc quy mô lớn, sản xuất natri sunfat tổng hợp chất trung quan chủ yếu, trở thành phương pháp sản xuất soda Đặc tính hóc học vật lý: Natri sunfat bền mặt hóa học, khơng tương tác với hầu hết chất oxi hóa-khử điều kiện thường Ở nhiệt độ cao, bị khử thành natri sunfit cacbon Na2SO4 + C → Na2S + CO2 a Tính axit- bazơ: Natri sunfat muối trung hịa, tan nước tạo thành dung dịch có pH = Tính trung hịa chứng tỏ gốc sunfat bắt nguồn từ axit mạnh acid sulfuric Hơn nữa, ion Na+, với điện tích dương, có khả phân cực phối tử nước yếu miễn có ion kim loại dung dịch Natri sunfat phản ứng với axit sunfuric tạo muối axit natri bisunfat:[5][6] Na2SO4 + H2SO4 ⇌ NaHSO4 Hằng số cân trình phụ thuộc vào nồng độ nhiệt độ SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học Độ tan trao đổi ion: Natri sunfat có tính tan bất thường nước Độ tan nước tăng gấp mười lần khoảng °C đến 32.384 °C, điểm mà độ tan đạt giá trị cực đại 497 g/L Tại điểm đường biểu diễn độ tan uốn cong hướng xuống, độ tan trở nên không phụ thuộc vào nhệt độ Nhiệt độ 32.384 °C, tương ứng với nhiệt độ làm giải phóng nước khỏi tinh thể tan chảy muối ngậm nước, cung cấp giá trị nhiệt độ tham khảo xác cho việc định chuẩn nhiệt kế Natri sunfat muối ion điển hình, chứa ion Na+ SO42− Sự có mặt sunfat dung dịch nhận biết dễ dàng cách tạo sunfat không tan xử lý dung dịch với muối Ba2+ hay Pb2+: Na2SO4 + BaCl2 → NaCl + BaSO4 Natri sunfat biểu xu hướng tạo muối kép mức vừa phải Các loại phèn tạo với kim loại hóa trị ba thơng thường NaAl(SO4)2 (không bền 39 °C) NaCr(SO4)2, đối nghịch với kali sulfat amoni sunfat tạo nhiều loại phèn bền Những muối kép với vài kim loại kiềm khác biết gồm Na 2SO4·3K2SO4, muối có tự nhiên dạng khống vậtglaserit Sự hình thành glaserit phản ứng natri sunfat kali clorua dùng làm sở phương pháp sản xuất kali sulfat, loại phân bón Các muối kép khác bao gồm 3Na2SO4·CaSO4, 3Na2SO4·MgSO4 (vanthoffite) NaF.Na2SO4 b Cấu trúc tinh thể: Các tinh thể chứa ion [Na(OH2)6]+ dạng bát diện, tìm thấy nhiều muối sunfat kim loại Những cation liên kết với gốc sunfat thông qua liên kết hiđrô Độ dài liên kết Na-O 240 pm Hai phân tử nước đơn vị công thức phân tử không tạo phối trí với Na + Tinh thể natri sunfat đecahiđrat bất thường so với loại muối ngậm nước khác có giá trị entropy dư thừa (entropy nhiệt độ không tuyệt đối) SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Khoa CN Hóa Học Đồ án môn học 6.32 J·K−1·mol−1 Điều cho khả phân bố nước nhanh nhiều so với hầu hết muối khác Sản xuất: Sản lượng natri sunfat giới phần lớn dạng đecahiđrat xấp xỉ đạt 5.5 đến triện hàng năm Năm 1985, sản lượng 4.5 triệu tấn/năm, nửa từ nguồn tự nhiên nửa từ cơng nghiệp xản xuất hóa chất Sau năm 2000, mức độ bền vững năm 2006, sản xuất từ nguồn tự nhiên tăng lên triệu tấn/năm, lượng sản xuất từ công nghiệp hóa chất giảm xuống 1.5 đến triệu tấn/năm, với tổng sản lượng 5.5 đến triệu tấn/năm Với tất ứng dụng, thực tế, natri sunfat sản xuất tự nhiên công nghiệp hóa chất thay cho a Nguồn tự nhiên: 2/3 sản lượng giới nguồn khống vật thiên nhiên mirabilite, ví dụ mẫu khống vật tìm thấy đáy hồ phía nam Saskatchewan Năm 1990, México Tây Ban Nhalà nguồn cung cấp natri sunfat thiên nhiên lớn giới (mỗi nước khoảng 500,000 tấn), ngồi cịn có Nga, Hoa Kỳ Canada với khoảng 350,000 quốc gia Nguồn tự nhiên ước tính vào khoảng tỉ Các nhà sản xuất lớn từ 200,000 to 1,500,000 tấn/năm vào năm 2006 gồm Searles Valley Minerals (California, Mỹ), Airborne Industrial Minerals (Saskatchewan, Canada), Química del Rey (Coahuila, Mexico), Minera de Santa Marta and Criaderos Minerales Y Derivados, biết Grupo Crimidesa (Burgos, Tây Ban Nha), Minera de Santa Marta (Toledo, Tây Ban Nha), Sulquisa (Madrid, Tây Ban Nha), Trung Quốc Chengdu Sanlian Tianquan Chemical (Tứ Xuyên), Hongze Yinzhu Chemical Group (Giang Tô), Nafine Chemical Industry Group (Sơn Tây), and Sichuan Province Chuanmei Mirabilite (Tứ Xuyên), Kuchuksulphat JSC (Altai Krai, Siberia, Nga) Ở Saskatchewan, mỏ Saskatchewan Minerals Muối natri sunfat khan có mặt nhũng nơi khơ khan dạng khống vật thenardite Nó chuyển sang mirabilite khơng khí ẩm Nó cịn tìm thấy dạngglauberite, khoáng vật canxi natri sunfat Cả hai khống vật kể phổ biến so với mirabilite b Cơng nghiệp hóa chất: Khoảng 1/3 lượng natri sunfat lại sản xuất từ phụ phẩm q trình khác cơng nghiệp hóa học Phần lớn chúng mặt hóa học vốn có q trình ban đầu, mang tính kinh tế bên lề Vì thế, SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Khoa CN Hóa Học Đồ án môn học kết đạt ngành công nghiệp, lượng natri sunfat sản xuất từ phụ phẩm giảm dần Phần lớn natri sunfat thu trình sản xuất acid clohydric, từ natri clorua (muối ăn) acid sulfuric, trình Mannheim, hay từ lưu huỳnh điơxit q trình Hargreaves Natri sunfat thu từ trình gọi bánh muối Mannheim: NaCl + H2SO4 → HCl + Na2SO4 Hargreaves: NaCl + SO2 + O2 + H2O → HCl + Na2SO4 Nguồn natri sunfat sản xuất lớn thứ hai từ q trình mà axit sunfuric trung hịa natri hiđroxit, áp dụng quy mô lớn sản xuất tơ nhân tạo Phương pháp phương pháp điều chế phịng thí nghiệm tiện lợi áp dụng rộng rãi NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + H2O(l) Trong phịng thí nghiệm cịn tổng hợp từ phản ứng natri bicacbonat magie sunfat 2NaHCO3 + MgSO4 → Na2SO4 + Mg(OH)2 + 2CO2 Trước đây, natri sunfat phụ phẩm trình sản xuất natri đicromat, axit sunfuric cho vào natri cromat để tạo natri đicromat hay sau axit cromic Ngồi natri sunfat cịn tạo từ trình sản xuất sodium sulfate is or was formed in the production of liti cacbonat, chất tạo phức, resorcinol, axit ascorbic, chất tạo màu silica,axit nitric, phenol Natri sunfat dạng khối thường tinh chế thơng qua dạng đecahiđrat, dạng khan có khuynh hướng thu hút hợp chất hữu hợp chất chứa sắt Dạng khan điều chế dễ dàng từ dạng ngậm nước cách làm nóng nhẹ Những nhà sản xuất natri sunfat dạng phụ phẩm vào khoảng 50–80 triệu tấn/năm năm 2006 gồm Elementis Chromium (công nghiệp sản xuất crom, Castle Hayne, Nam Carolina, Mỹ), Lenzing AG (200 triệu tấn/năm, công nghiệp sản xuất tơ nhân tạo, Lenzing, Áo), Addiseo (Rhodia cũ, công nghiệp sản xuất methionin, Les Roches-Roussillon, Pháp), Elementis (công nghiệp sản xuất crom, Stockton-on-Tees, Mỹ), Shikoku Chemicals (Tokushima, Nhật Bản) Visko-R (công nghiệp sản xuất tơ nhân tạo, Nga) Ứng dụng: SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 10 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học Quy chuẩn d = 0,05m = 50mm Tra bích buồng bốc (bảng XIII.26, [2-411]): Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm) 0,25 5.3.1.3 50 Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) 57 (mm) 140 (mm) 110 (mm) 90 Bulông db Z(cái) M12 bích h(mm) 12 Đường kính ống dẫn thứ ra: Ta có: W = W1 = 2770,73 (kg/h) lượng thứ khỏi nồi ρ: khối lượng riêng thứ khỏi nồi Tra bảng I.251, [1-315] ta có ρ = 1,1835 kg/m3 ω : vận tốc thích hợp ống, chọn ω = 30m/s Thay số vào công thức (*) ta có : d= 2770,73 =0,1662 (m) 0,785.1,1835.30.3600 Quy chuẩn d = 0,2m = 200mm Tra bích nối ống dẫn thứ với hệ thống dẫn bên (bảng XIII.26, [2-414]) Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm) 0,25 5.3.1.4 200 Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) 219 (mm) 290 (mm) 255 (mm) 232 Bulông db Z(cái) M16 bích h(mm) 16 Đường kính ống dẫn dung dịch ra: Ta có: W = Gđ - W1 = 9000 – 2770,73 = 6229,27 (kg/h) Gđ: suất ban đầu (kg/h) : Gđ = 9000 kg/h W1 : lượng thứ bốc khỏi nồi 1: W1 = 2770,73 kg/h SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 80 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học ω : vận tốc thích hợp dung dịch ống dẫn, chọn ω = 1m/s ρ = ρdd1 = 1077,1617 kg/m3 khối lượng riêng dung dịch khỏi nồi (*) ⇒ d = 6229,27 =0,0452m 0,785.1077,1617.1.3600 Quy chuẩn d = 0,050m = 50mm Tra bích nối ống dẫn dung dịch với hệ thống bên (bảng XIII.26, [2-411]) Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm) 0,25 5.3.1.5 50 Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) 57 (mm) 140 (mm) 110 (mm) 90 Bu lông db Z(cái) M12 bích h(mm) 12 Đường kính tháo nước ngưng: Vì nước ngưng chất lỏng nhớt nên chọn ω = 2m/s Coi lượng nước ngưng lượng đốt vào V= D ρ nc Png= 0,2at → ρnc: tra bảng khối lượng riêng nước (I.251, [1314]), ρnc= 128,3 kg/m3, →d= 2675,73 = 0,0607 (m) 0,785.2.3600.128,3 Quy chuẩn d = 70mm Tra bích buồng bốc (bảng XIII.26, [2-409]) Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm) 0,25 70 Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) 76 (mm) 160 (mm) 130 (mm) 110 SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Bulơng db Z(cái) M12 bích h(mm) 14 81 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học 5.3.2 Tính tai treo chân đỡ Trọng lượng nồi tính thủy lực: Gtl = Gnk + Gnd ,N Gnk: trọng lượng nồi không, N Gnd: trọng lượng nước đổ đầy nồi, N 5.3.2.1 Tính khối lượng khí nồi, Gnk Để tính Gnk ta cần tính thông số sau: a) Khối lượng đáy đốt: m1 = khối lượng nắp Kích thước đáy: + đường kính đáy buồng đốt: D tr = 1000mm +chiều dày: S= 4mm +chiều cao gờ: h = 25mm Tra bảng XIII.11, [2-384] ta có khối lượng đáy elip: m1= 36 (kg) b) Khối lượng thân buồng đốt: m2 m2 = ρV2 ,kg ρ: khối lượng riêng thép CT3: 7850 kg/m3 π V2: thể tích thân buồng đốt m3: V2 = h ( D n – D tr ) ,m3 h: chiều cao buồng đốt 3,5 (m) Dn: đường kính ngồi buồng đốt: Dn = Dtr + 2S = 1000 + 2.4 = 1008 (mm) ⇒ V2 = 3,5 [ ] 3,14 (1,008) − (1) = 0,0441 (m3) ⇒ m2 = 7850 0,0441 = 346,4663 (kg) c) Khối lượng hai lưới đỡ ống: m3 m3 = ρV3 ,kg SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 82 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học V3: thể tích lưới đỡ ống: V3 = S ( ) π 2 D − nd n ,m3 S: chiều dày lưới đỡ ống, S = 12.10-3 m D: đường kính buồng đốt: 1m dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt: 0,038m ρ khối lượng riêng thép CT3: 7850 kg/m3 ⇒ V3 = 12.10-3 3,14 ( − 187.0,038 ) = 6,8763.10 −3 (m3) ⇒ m3 = 7850.6,8763.10 −3 = 107,9579 (kg) d) Khối lượng ống truyền nhiệt: m4 m = n ρV4 ,kg V4: thể tích ống truyên nhiệt: V = H ( π 2 d n − d tr ) (m3) H: chiều cao ống truyền nhiệt: 2m dn: đường kính ngồi ống chảy truyền: 0,038m dtr: đường kính ống chảy truyền: 0,034m n: số ống truyền nhiệt: 187 ống ρ: khối lượng riêng thép hợp kim crom-niken-titan ρ = 7900 kg/m3 ⇒ V4 = 3,14 ( 0,0382 − 0,034 ) = 4,5216.10-3 (m3) ⇒ m4 = 187.7900 4,5216.10-3 = 667,976 (kg) e) Khối lượng thân buồng bốc: m5 m5 = ρV5 ,kg π V5: thể tích thân buồng bốc: V5 = h ( D n – D tr ) h: chiều cao buồng bốc, h = m Dtr: đường kính buồng bốc: 1,2m Dn: đường kính ngồi buồng bốc SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 83 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học Dn = Dtr + 2.S = 1,2 + 2.3.10-3 = 1,206(m) ⇒ V5 = 3,14 (1,206 − 1,2 ) = 0,0227 (m3) ⇒ m5 = 7850 0,0227 = 117,92 (kg) f) Khối lượng nắp: m6 = khối lượng nắp Kích thước nắp: +Đường kính trong: Dtr = 1,2m +Chiều dày: S = 6mm +Chiều cao gờ: h = 25mm Tra bảng XIII.11, [2-384] ta có khối lượng nắp elip: m6 = 79 (kg) g) Khối lượng phần nón cụt: m7 m7 = ρV7 ,kg π V7: thể tích nón cụt: V7 = h (D n – D tr) h: chiều cao phần nón cụt, h = 0,5m Dn = Dnbb + Dddn = 1208 + 200 = 704 (mm) Dtr = Dtrbb + Dddtr = 1200 + 192 = 696 (mm) 2 Dddn: đường kính ngồi ống dẫn thứ Dddtr: đường kính ống dẫn thứ Dddtr = Dddn – 2.S = 200 - 2.4 = 192 (mm) ⇒ V7 = 0,5 3,14 (0,704 − 0,696 ) = 4,396.10-3 (m3) ⇒ m7 =4,396.10-3 7850 = 34,5086 (kg) h) Khối lượng bích ghép nắp, thân đáy buồng đốt với hình nón cụt: m8 m8= ρV8 , kg SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 84 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học π V8: thể tích bích: V8= H ( D − D02 − Z d b2 ) H: chiều cao bích Chọn H = 0,028m 3,14 2 −3 ⇒ V8= 0,028 (1,14 − 1,013 − 28.0,02 ) = 5,4561.10 (m3)- Số liệu T74 ⇒ m8 = 4.7850.5,4561.10-3 = 171,3215 (kg) i) Khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc: m9 m9 = ρV9 ,kg π V9: thể tích bích: V9= H ( D − D02 − Z d b2 ) ⇒ V9 = 0,028 3,14 (1,34 − 1,213 − 32.0,02 ) = 6,8452.10 −3 (m3) ⇒ m9 = 2.7850.6,8452.10-3 = 107,4696 (kg) j) Tổng khối lượng nồi không: Gnk = g ∑ mi = 9,81(m1 + m2 + m3 + m4 + m5 + m6 + m7 + m8 + m9) i =1 Thay số vào ta có: Gnk= 9,81.(36 + 346,4663 + 107,9579 + 667,976 + 117,92 + 79 + 34,5086 + 171,3215 + 107,4696) Gnk= 16369,1558 (kg) 5.3.2.2 Tính khối lượng nồi thử thủy lực, Gnd a) Thể tích khơng gian buồng đốt buồng bốc: V= ( π hb D trbb + hd Dtrbd ) ,m Trong đó: + hb: chiều cao buồng bốc: 2,5m + hd: chiều cao buồng đốt: 6m +Dtrbb: đường kính buồng bốc: 1,2m +Dtrd: đường kính buồng đốt ⇒ V= 3,14 ( 2,5.1,2 + 6.12 ) = 7,536 (m3) SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 85 Khoa CN Hóa Học Đồ án môn học b) Khối lượng nước chứa đầy nồi: Gnd = g ρV =9,81.1000 7,536 = 73928,16 (N) Vậy khối lượng nồi thử thủy lực: Gtl = Gnd + Gnk = 73928,16 + 16369,1558 = 90297,3158 (N) 5.3.3 Chọn tai treo chân đỡ Chọn tai treo chân đỡ 8, tải trọng tai treo, chân đỡ phải chịu là: G = Gtl 90297,3158 = = 1,1287.104 N 8 Tra bảng XIII.36, [2-438] tai treo thiết bị thẳng đứng a S H B B L S 20 Tải trọng cho phép chân đỡ G.10-4 Bề mặt đỡ, F.104 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 L B B1 H S L A D Khối lượng tai treo SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 d N N/m2 N/m2 mm kg 89,5 1,12 150 120 130 215 10 60 20 23 3,84 86 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học Tra bảng XIII.35-ST2-T437, chân thép thiết bị thẳng đứng ta có bảng sau: Tải trọng cho phép chân đỡ G.10-4 Bề mặt đỡ, F.104 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 L B B1 B2 H S L A D 5.3.4 Chọn kính quan sát: N N/m2 N/m2 mm 811 0,32 210 150 180 245 300 160 14 75 23 Ta chọn kính quan sát làm thuỷ tinh silicat dày: δ = 15mm, đường kính: d = 300mm Áp suất làm việc nhỏ 6at Chọn bích kiểu 1, bảng bảng XIII.26, [2-415]), bích liền kim loại để nối phận thiết bị: Ống Py.10-6 Dy N/m2 (mm) Kích thước nối Kiểu Dn D Dδ D1 (mm) (mm) (mm) (mm) bích h(mm) SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Bulông db Z(cái) 87 Khoa CN Hóa Học 0,6 300 Đồ án môn học 325 435 595 365 M20 12 24 5.3.5 Tính bề dày lớp cách nhiệt: Bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị tính theo cơng thức: λc αn (tT2 - tkk) = δ ( tT1 - tT2) c δc = λc (tT − tT ) α n (tT − t kk ) (VI.66, [2-92]) (*) Trong đó: tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cánh nhiệt phía khơng khí, khoảng 40 → 50 0C, chọn tT2= 45 0C tT1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị trở lực tường thiết bị nhỏ so với trở lực lớp cách nhiệt t T lấy gần nhiệt độ đốt, tT1 = 158,10C tkk: nhiệt độ môi trường xunh quanh Tra bảng VII.1, [2-98], chọn tkk = 23,4 0C, lấy Hà Nội trung bình năm λ c : hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt đất sét: λ c = 0,055 kcal/m.h.độ = 0,0638 W/m.độ (bảng PL.14, [3-348]) α n : hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngồi lớp cách nhiệt đến khơng khí : αn = 9,3 +0,058 tT2 (VI.67, [2-92]) → αn = 9,3 +0,058.45 =11,91 (W/m2.độ) Thay số vào (*): δc = λc (t T − t T ) 0,0638.(158,1 − 45) = = 0,02815 (m) = 28,15 (mm) α n (t T − t kk ) 11,91.(45 − 23,4) SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 88 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học Các thông số kỹ thuật hệ thống thiết bị cô đặc phịng đốt ngồi với dung dịch Na2SO4 Năng suất Nồng độ dung dịch Lượng đốt vào nồi 1: D Lượng thứ bốc Nhiệt độ sôi dung dịch Hệ số truyền nhiệt Hiệu số nhiệt độ hữu ích Bệ mặt truyền nhiệt SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 Đầu Cuối Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi Nồi 9000 10 30 2675,73 2770,73 3229,27 121,59 75,07 8932,27 8079,21 37,17 42,06 40,68 40,68 kg/h % % kg/h kg/h kg/h C C W/m2.độ W/m2.độ C C m2 m2 89 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học Các thơng số cấu tạo thiết bị: Buồng đốt Buồng bốc Kính quan sát ống dẫn đốt vào ống dẫn dung dịch vào ống dẫn thứ ống dẫn dung dịch ống tháo nước ngưng Đường kính Chiều cao Chiều dày Chiều dày lưới đỡ ống Chiều dày đáy lồi phịng đốt Đường kính ngồi ống truyền nhiệt Đường kính Chiều cao Chiều dày Chiều dày nắp buồng bốc Đường kính Đường kính Đường kính Đường kính Đường kính Đường kính SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 1000mm 3500mm 4mm 12mm 6mm 38mm 1200mm 2000mm 4mm 6mm 300mm 125mm 50mm 200mm 50mm 70mm 90 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học PHẦN VI: KẾT LUẬN Sau thời gian cố gắng tìm, đọc tra cứu số tài liệu tham khảo với giúp đỡ tận tình thầy Th.s.Nguyễn Tuấn Anh thầy, cô giáo mơn “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học", em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình em rút vài kinh nghiệm sau: - Việc thiết kế tính tốn hệ thống đặc việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó khơng yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu q trình đặc mà cịn phải biết số lĩnh vực khác như: Cấu tạo thiết bị phụ, quy định vẽ kỹ thuật - Các cơng thức tốn học khơng cịn gị bó mơn học khác mà mở rộng dựa giả thuyết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn người thiết kế tính đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động hệ thống làm việc ổn định Không vậy, việc thiết kế đồ án môn học q trình thiết bị cịn giúp em củng cố thêm kiến thức q trình đặc nói riêng q trình khác nói chung, nâng cao kỹ tra cứu, tính tốn, xử lý số liệu Biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án mơn học “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học" hội tốt cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất Mặc dù cố gắng hoàn thành tốt nhiệm vụ, song hạn chế tài liệu, hạn chế khả nhận thức kinh nghiệm thực tế, nên em không tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong thầy cô xem xét dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 91 Khoa CN Hóa Học Đồ án mơn học Tập thể tác giả Sổ tay q trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất NXB Khoa học – Kỹ thuật ( 1974, tập 1) Tập thể tác giả Sổ tay q trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất NXB Khoa học – Kỹ thuật (1982, tập 2) GS.TSKH Nguyễn Bin Tính tốn q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất (2001, tâp 1) Phạm Xuân Toản Các q trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất thực phẩm NXB Khoa học – Kỹ thuật (tập 3) CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ HAY GẶP a N = kgm/s2 b 1Nm = jun (J) = Ws = 4,1868 cal c Nm/s = W d kcal = 4185 Nm e Ns/m2 = 10 P f at = 9,81 N/cm2 = 10 mH2O = 735 mmHg = 735,6 tor SV: Nguyễn Thị Hương Giang MSV: 0741120179 92 ... =2770,73 (kg/h) D= 21 14, 4955(2697,9 744 .10 − 3 842 ,8 945 .116, 143 4) + 540 0(3 842 ,8 945 .116, 143 4 − 3976,7.116, 143 4 0,95( 2 744 .10 − 42 94, 25. 142 ,9) = 2675,73 (kg/h) W2= W – W1 = 42 75 – 21 14, 4955 = 3229,27 (kg/h)... vị 4- Lưu lượng kế 5- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6- Thiết bị cô đặc 7- Thiết bị cô đặc 8- Thiết bị ngưng tụ (bazomet) 9- Thiết bị tách bọt II Sơ đồ dây truyền hệ thống cô đặc hai nồi xuôi. .. 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