Thiết kế thiết bị cô đặc liên tục 2 nồi bằng NaOH

Thiết kế thiết bị cô đặc NaOH 2 nồi liên tục buồng đốt ngoài Đây là bản pdf, bạn nào tải về mà cần bản word hay cad thì liên hệ để mình đưa thêm. Trường ĐH Bách Khoa HCM Chủ yếu dạng chia sẻ tài liệu nên giá mình để không cao, còn bạn nào ngại mua thì cứ inbox cho mình, cần thiết mình sẽ gửi cho các bạn, nếu tiện thì cứ mua tài liệu mình tải lên, cần thêm gì thì cứ hỏi mình sẽ giải đáp khi có thể

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Bộ Môn Quá Trình Thiết Bị  ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ MSMH: 605040 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC LIÊN TỤC HAI NỒI XUÔI CHIỀU ĐỂ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Ngành Lớp MSSV : : : : : Trịnh Văn Dũng Nguyễn Hoàng Đại Lợi Kỹ Thuật Vô Cơ HC13VS 61305029  TP.HCM, tháng 12 năm 2016 LỜI NÓI ĐẦU Việc thực đồ án trình thiết bị hội để sinh viên ôn lại kiến thức học môn môn trình thiết bị, kiến thức công nghệ hóa học Ngoài ra, hội sinh viên tiếp cận với thực tế thông qua việc tính toán, lựa chọn thiết kế chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể thực tế Tuy nhiên, việc tính toán, lựa chọn thiết kế, sinh viên nên tránh khỏi sai sót thiếu sót, em mong thông cảm từ thầy cô Em mong góp ý dẫn thầy cô bạn bè để em có thêm nhiều kiến thức chuyên môn Đồ án phân công thầy Nguyễn Đình Thọ giúp đỡ,hướng dẫn trực tiếp thầy Trịnh Văn Dũng thầy cô Bộ môn Qúa trình Thiết bị Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Em xin chân thành cám ơn thầy Trịnh Văn Dũng thầy cô Bộ môn Qúa trình Thiết bị bạn bè giúp đỡ em trình thực đồ án Phụ lục Tổng quan 1.1 Nhiệm vụ đồ án 1.2 Tính chất nguyên liệu 1.3 Quá trình cô đặc Chọn, vẽ thuyết minh quy trình công nghệ 2.1 Lựa chọn quy trình công nghệ [2] 2.2 Vẽ quy trình công nghệ 2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ Tính cân vật chất lượng 3.1 Tính cân vật chất 3.2 Tính cần nhiệt lượng Tính toán thiết kế thiết bị 10 4.1 Tính bề mặt truyền nhiệt buồng đốt 10 4.2 Tính kích thước buồng đốt bốc 15 Tính khí 19 5.1 Tính thân buồng đốt 19 5.2 Tính thân buồng bốc 21 5.3 Tính đáy, nắp 22 5.4 Tính bích bulong 26 5.5 Tính vỉ ống 28 5.6 Tính tay treo 28 Tính thiết bị phụ 29 6.1 Thiết bị ngưng tụ baromet 29 6.2 Bồn cao vị 32 6.3 Bơm 34 6.4 Thiết bị gia nhiệt 38 6.5 Cửa sửa chữa 40 6.6 Kính quan sát 40 Kết luận 40 Tài liệu tham khảo 41 Tổng quan 1.1 Nhiệm vụ đồ án - Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch NaOH với suất theo nguyên liệu: 4500 kg/h  Nồng độ đầu dung dịch: 8% (kh.l)  Nồng độ dung dịch cuối: 41% (kh.l)  Áp suất đốt: 4,15 (atm)  Áp suất thiết bị ngưng tụ: 0,25 (atm)  Thiết bị cô đặc: buồng đốt thẳng đứng 1.2 Tính chất nguyên liệu - Natri Hidroxit (NaOH), IUPAC Sodium Hydroxide hay thường gọi Xút, Xút ăn da, nhiệt độ phòng, nguyên chất chất màu trắng dạng viên - Natri hydroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnh hòa tan dung môi nước - Khối lượng phân tử: 39,997 g/mol - Khối lượng riêng: 2,1 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: 318oC ( 591K) - Điểm sôi: 1390oC (1663K) - Độ hòa tan nước: 111g/100ml (20oC), tan dung môi hữu cơ: methanol, ethanol… - Độ nhớt: 1,744 Cp (8% khối lượng, nhiệt độ 20oC) [1] - Ngành công nghiệp sản xuất NaOH đóng vai trò phát triển ngành công nghiệp khác dệt, xà phòng chất tẩy rửa…Phương pháp sản xuất NaOH người ta thường dùng điện phân NaCl bình điện phân có màng ngăn Dung dịch sau sản xuất dung dịch NaOH có nồng độ thấp Do để sản xuất dung dịch đặc sản xuất NaOH dạng tinh thể người ta cần tiến hành qua phương pháp cô đặc dung dịch NaOH loãng 1.3 Quá trình cô đặc 1.3.1 Một số khái niệm - Cô đặc trình làm tan nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi qua dạng [2] - Quá trình cô đặc thường tiến hành trạng thái sôi, nghĩa áp suất riêng phần dung môi trên mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị [2] - Tùy theo tính chất cấu tử khó bay ( hay không bay trình ) ta tách phần dung môi ( cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng ) hay phương pháp làm lạnh kết tinh [3] - Khái niệm cô đặc:  Hơi đốt: dùng để đun sôi dung dịch  Hơi thứ: bốc lên từ nồi cô đặc  Hơi phụ: lấy làm đốt cho thiết bị hệ thống cô đặc - Quá trình cô đặc thường tiến hành điều kiện áp suất khác Khi làm việc áp suất thường ( áp suất khí ) người ta dùng thiết bị hở, làm việc áp suất khác áp suất khí ( áp suất chân không ) người ta dùng thiết bị kín [3] 1.3.2 Cô đặc nhiều nồi - Có thể tiến hành hệ thống cô đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục gián đoạn - Thiết bị cô đặc nhiều nồi cho phép tiết kiệm nhiều đốt so với thiết bị nồi Số nồi tăng lên lượng đốt tiêu tốn riêng giảm giá thành thiết bị tăng lên Nhiệm vụ thiết kể xác định số nồi tối ưu, kinh nghiệm cho thấy thiết bị làm việc điều kiện chân không số nồi thích hợp không 5, thiết bị làm việc áp suất cao không [2] - Hệ thống cô đặc nhiều nồi chia thành ba loại: [2]  Hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều  Hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều  Hệ thống cô đặc nhiều nồi song song - Ưu nhược điểm hệ thông cô đặc nhiều nồi xuôi chiều: Ưu điểm:  Hệ thống làm việc nhiệt độ áp suất nồi trước phải lớn nồi sau, dung dịch tự chảy qua từ nồi đầu qua nồi sau mà không cần bơm  Nhiệt độ sản phẩm thấp nên chất lượng sản phẩm tốt  Hệ thống đơn giản chi phí đầu tư thấp Nhược điểm  Nồng độ nồi sau cao nồi trước, nhiệt độ giảm, làm độ nhớt tăng, hệ số truyền nhiệt giảm, không tận dụng hết công suất thiết kế thiết bị - 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 2 Chọn, vẽ thuyết minh quy trình công nghệ 2.1 Lựa chọn quy trình công nghệ [2] - Loại kiểu cấu tạo thiết bị cô đặc phải lựa chọn sở tính chất hóa lý dung dịch cần cô đặc độ nhớt, tổn thất nhiệt độ sôi, khối lượng riêng, suất căng bề mặt ( liên quan độ tạo bọt dung dịch),… - Cấu tạo thiết bị cô đặc cần thỏa yêu cầu chung mặt công nghệ mặt kế cấu phải đạt tiêu kinh tế kỹ thuật tối ưu - Với dung dịch NaOH ta có độ nhớt 1,74.10-3 < 8.10-3 nên ta dùng thiết bị loại thẳng đứng có tuần hoàn tự nhiên nhiều lần, đạt hiệu cao có phòng đốt ống tuần hoàn ngoài, mà với theo yêu cầu đề ta chọn “buống đốt thẳng đứng” Dung dịch cô đặc NaOH không tạo thành kết tủa bề mặt đốt dung dịch dễ tạo bọt nên bố trí khu vực sôi bên ống đốt - Đối với thiết bị buồng đốt thiết bị có buồng đốt không gian bốc (buồng bốc) hoàn toàn tách rời nhau, liên hệ với ống nối Lợi ích việc tách rời:  Giảm bớt chiều cao buồng đốt buống bốc, điều chỉnh tuần hoàn  Hoàn toàn tách hết bọt, buồng đốt cách xa không gian  Có khả sử dụng không gian phận phân ly loại ly tâm  Một không gian nối với hai nhiều buồng đốt, luân phiên sửa chữa buồng đốt mà ngừng sản xuất 2.2 Vẽ quy trình công nghệ 2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ - Nguyên liệu chứa bồn chứa nguyên liệu, dùng bơm ly tâm bơm lên bồn cao vị, dung dịch chảy xuống qua lưu lượng kế ( bơm với lưu lượng vượt mức cho phép bồn cao vị dung dịch qua ống chảy tràn lại bồn chứa ), lưu lượng kế ta điều chỉnh lưu lượng đầu vào cho thiết bị gia nhiệt, thiết bị gia nhiệt dung dịch bên ống, nhiệt bên ống Dung dịch sau gia nhiệt chảy vào hệ thống cô đặc, nước ngưng tụ thành nước lỏng theo hệ thống ống dẫn nước ngưng Dung dịch sau vào buồng đốt thực hiên trình trao đổi nhiệt với dung dich bên ống đốt ống, dung dịch bốc tiếp tục qua buồng bốc thực trình bốc hơi, lệch áp suất nên dung dịch tiếp tục qua thiết bị cô đặc thứ hai thực hiên tương tự đạt yêu cầu, đốt nồi hai, dùng thứ nồi Hơi thứ nồi hai cấp vào thiết bị Baromet Trong thiết bị ngưng tụ chất làm lạnh nước bơm vào ngăn dòng thứ dẫn vào ngăn thiết bị, dòng thứ lên gặp nước giải nhiệt ngưng tụ thành lỏng chảy xuống bồn chứa, khí không ngưng tiếp tục qua thiết bị tách giọt, có bơm chân không ( tránh tương tăng áp suất nước chảy ngược vào nồi) nên hút Tính cân vật chất lượng 3.1 Tính cân vật chất  Số liệu ban đầu Năng suất nhập liệu 𝐺𝐷 = 4500 𝑘𝑔/ℎ Nồng độ nhập liệu 𝑥𝐷 = 8% Nồng độ cuối dung dịch 𝑥𝐶 = 41% Tính lượng thứ bốc khỏi hệ thống: 𝑊 = 𝐺𝐷 (1 − 𝑥𝐷 𝑥𝐶 ) = 4500 (1 − 41 ) = 3622 𝑘𝑔/ℎ  Áp dụng phương trình cân vật chất 𝐺𝐷 𝑥𝐷 = 𝐺𝐶 𝑥𝐶 (3.1) Suy ra: 𝐺𝐶 = 878 𝑘𝑔/ℎ Tính toán lượng thứ bốc khỏi nồi: Gọi: W1: lượng thứ bốc khỏi nồi (kg/h) W2: lượng thứ bốc khỏi nồi (kg/h)  Giả sử : phân bố thứ nồi chọn tỷ số bốc lên W từ nồi là:  1,1 W2  Ta có hệ phương trình: 𝑊 = 𝑊1 + 𝑊2 = 3622 𝑊1 { (3.2) = 1,1 𝑊2 𝑊 = 1897,3 𝑘𝑔/ℎ  Suy ra: { 𝑊2 = 1724,7 𝑘𝑔/ℎ Xác định nồng độ dung dịch nồi: Theo công thức 5.27 trang 297 − [3] 𝐺𝐷 𝑥𝐷 𝑥𝑖 = (3.3) 𝐺𝐷 − 𝑊𝑖 Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi 1: x1= 13,83% Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi 2: x2= 41% 3.2 Tính cần nhiệt lượng 3.2.1 Xác định áp suất nhiệt độ nồi Theo đề ta có: Png=0,26 at  Tng= 64,95oC (tra bảng I.251/314- [1]) P1=4,29 at  T1= 145,3 oC (tra bảng I.251/314- [1]) Gọi ∆pi: chênh lệch áp suất nồi thứ i [at]  Hiệu số áp suất hệ thống cô đặc : Pt =P1 – Png = 4,03at  Chọn tỷ số phân phối nồi : ∆𝑃1 ∆𝑃2 = 1,95 𝑎𝑡  Ta có hệ phương trình: ∆𝑃1 + ∆𝑃2 = 4,03 { ∆𝑃1 = 1,95 ∆𝑃2 ∆𝑃 = 2,58 𝑎𝑡 Suy ra: { ∆𝑃2 = 1,3 𝑎𝑡 Vậy áp suất đốt nồi 2: P2=1,62 at  T2= 113,14oC 3.2.2 Nhiệt độ áp suất thứ Do trình truyền khối có tổn thất trở lực đường ống ta có: (3.4) ∆1′′′ = 1℃ ∆′′′ = 1℃ Nhiệt độ thứ nồi 1: 𝑡1′ = T2+1=114,14oC  P1’=1,68 at Nhiệt độ thứ nồi 2: t2’=Tng+1=65,95oC  P2’= 0,27 at 3.2.3 Xác định nhiệt độ tổn thất 3.2.3.1 Tổn thất nồng độ tăng cao Theo công thức Tisencô (VI.10), trang 59-[2]: ’=’o f (3.5) Trong đó: ∆′0 :Tổn thất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch lơn nhiệt độ sôi dung môi áp suất khí f : hệ số hiệu chỉnh khác áp suất khí quyển, tính theo công thức VI.11, trang 59-[2]: f  16, (273  t 'i ) ri (3.6) Trong đó: t : nhiệt độ thức r : ẩn nhiệt hóa dung môi nguyên chất áp suất làm việc Bảng 1:Tra bảng VI.2/67-[2] bảng 5.2/265–[1] Xc (%kl) ∆0’(oC) ti’(oC) ri.10-3(J/kg) ∆i’(oC) Nồi 13,83 4,49 114,14 2223,25 4,89 Nồi 41 29,4 65,95 2342,89 23,35 Tổng tổn thất nhiệt độ nồi nồng độ tăng cao là: ∑ ∆′ = ∆1′ + ∆′2 = 28,25 ℃ 3.2.3.2 Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh ∆’’ Theo công thức 2.19/118 [7] 𝑃𝑡𝑏 = 𝑃ℎ𝑡𝑖 + 1 𝜌 𝑔 𝐻𝑜𝑝 (𝑁/𝑚2 ) = 𝑃ℎ𝑡𝑖 + 𝜌𝑑𝑑𝑠 10−4 (0.26 + 0.0014(𝜌 − 𝜌𝑑𝑚 ) 𝐻0 (𝑎𝑡) (3.8) 𝑑𝑑𝑠 Trong đó: Phti: Áp suất thứ nồi I (N/m2) Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng (m) H0: Chiều cao ống truyền nhiệt (m) 𝜌𝑑𝑑𝑠 : Khối lượng riêng dung dịch sôi ( kg/m3) 𝜌𝑑𝑑𝑠 = 0,5𝜌 g : Gia tốc trọng trường m/s2 𝜌: Khối lượng riêng dung dịch (kg/m3) 𝜌𝑑𝑚 : Khối lượng riêng dung môi (kg/m3) Bảng 6: kích thước bích (Tra bảng XIII.27/42-[2]) Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị DBĐ D Db D1 D0 db z mm 1400 1550 1500 1460 1413 M24 40 Ghi h mm 35 Mặt bích nối buồng đốt cho nồi nắp (đáy): Buồng đốt nắp (đáy) nối với theo đường kính buồng đốt 1400; mm Chọn bích liền để nối Chọn dự phòng áp suất thân 0,1; N/mm2 để bích thân Bảng 7: kích thước bích (Tra bảng XIII.27/42-[2]) Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi DBĐ D Db D1 D0 db z h mm mm 1400 1540 1490 1460 1413 M20 32 25 Mặt bích nối buồng bốc cho nồi với nắp (đáy): Buồng bốc nắp (đáy) nối với theo đường kính buồng bốc 1800; mm Chọn bích liền để nối Chọn dự phòng áp suất thân 0,1; N/mm2 để bích thân Bảng 8: kích thước bích (Tra bảng XIII.27/42-[2]) Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi DBĐ D Db D1 D0 db z h mm mm 1800 1940 1890 1860 1815 M20 40 28 Mặt bích nối buồng bốc cho nồi với nắp (đáy): Buồng bốc nắp (đáy) nối với theo đường kính buồng bốc 1800; mm Chọn bích liền để nối Chọn dự phòng áp suất thân 0,3; N/mm2 để bích thân Bảng 9: kích thước bích (Tra bảng XIII.27/42-[2]) Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi DBĐ D Db D1 D0 db z h mm mm 1800 1950 1900 1860 1815 M24 48 35 27 5.5 Tính vỉ ống  Chọn vỉ ống lắp cứng với thân thiết bị Vỉ ống phải giữ chặt ống truyền nhiệt Giữ nguyên dạng vỉ ống trước sau nong Bền với tác dụng ứng suất áp suất Chọn loại vĩ ống phẳng tròn, chọn vật liệu thép không gỉ OX18H10T Nhiệt độ đốt T=145,3oC Ứng suất cho phép tiêu chuẩn [σ*]=139 N/mm2 Hệ số an toàn nb=2,6 Giới hạn bề uốn: [σu]=139×2,6=361,4 N/mm2  Tính toán cho nồi 1: Po=0,53 N/mm2 Dt=1400 mm Chọn bề dày vỉ ống là: 20mm Bước ống: t=1,25×Dn=1,25×38=47,5mm L=1,18t=1,18×47,5=56,05mm (xác định theo đỉnh tam giác đều, trang 182[6]) Ứng suất uốn xác định theo công thức 8-53/183-[6]: u  p0 d   h'   3, 1  0, n    L  L    [ u ] (5.5) Từ dự kiện ta σu=2,21 N/mm2< [σu] ( Thỏa) Vậy chọn bề dày vỉ ống 20mm  Tính toán cho nồi 2: Tương tự nồi 1, chọn bề dày vỉ ống 20mm, áp suất 0,54 N/mm2 Áp dụng công thức (5.5), σu=0,16 N/mm2< [σu] ( Thỏa) 5.6 Tính tay treo Khối lượng riêng thép CT3 ρ = 7850 kg/m3  Khối lượng thép làm buồng bốc:   mbb     H  ( Dn  Dt )  7850    (1,8242  1,82 )  1607,9kg 4  Khối lượng thép làm buồng đốt:   mbd     H  ( Dn  Dt )  7850    (1, 4082  1, 42 )  207, 6kg 4  Khối lượng thép làm ống truyền nhiệt ống tuần hoàn: mong    H  ( Dthn  Dtht )   n  H  (d n  d t )  2634,98kg  Khối lượng thép làm bích: + Buồng bốc nắp: 28 mnap      H  ( Dn  Dt )  7850    0, 035  (1,92  1,862 )  64,87 kg + Buồng đốt đáy:   m?áy     H  ( Dn  Dt )  7850   0, 03  (1,32  1, 262 )  37,86kg 4 Suy mb=102.73 kg  Khối lượng vỉ ống: Tổng diện tích lỗ: Slo   d 2n    0, 0382  397  0, 45 m2 Diện tích vỉ: Svi =1,17 m2 Diện tích lại: Scl= 1,17-0,45=0,72m2 Khối lượng vỉ ống = 2*0,72*0,02*7850=226,08 kg  Khối lượng đáy nắp buồng bốc, buồng đốt: 436 kg Vậy tổng khối lượng là: m=5214,84 kg Chọn tai treo tải trọng tai treo là: G  9,81 5214,84  12789,39 N Bảng 10: Các thông số tai treo tra bảng XIII.36, trang 438, [2] Ta lập bảng G.10-4 N 2.4 F.10-4 m2 173 q.10-6 N/m2 1.45 L B B1 H mm 150 120 130 215 S l a d 60 20 23 m kg 3.48 Tính thiết bị phụ 6.1 Thiết bị ngưng tụ baromet 6.1.1 Lượng nước vào thiết bị ngưng tụ Gn  W2 (i  Cn t2c ) Cn (t2c  t2 d ) (6.1) Trong : Gn – lượng nước tưới vào thiết bị ngưng tụ; kg/s, tính theo công thức VI.51, trang 84, [2]: W2 = 1808,86 kg/h – lượng thứ vào thiết bị ngưng tụ i = 2607 kJ/kg – nhiệt lượng riêng nước (bảng I.251, trang 314, [1]) cn = 4180 J/(kg.K) – nhiệt dung riêng trung bình nước t2c =50 oC t2d =20 oC 29  Gn  W2 (i  Cn t2 c ) 1808,86  (2607 103  4180  50)   34590,5 kg/h= 9.6 kg/s Cn (t2c  t2 d ) 4180  (50  20) 6.1.2 Thể tích khí không ngưng không khí cần hút khỏi thiết bị Lượng khí cần rút khỏi thiết bị Gkk=25.10-6.(Gn+W2)+10-2.W2=5,3  10-3 kg/s Thể tích không ngưng cần hút tính theo công thức VI.49, trang 84, [2]: Vkk  288.Gkk (273  tkk ) png  ph (6.2) Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, nhiệt độ không khí tính theo công thức VI.50, trang 84,[2]: tkk=31oC ⟹ ph= 0,046 at ( trang 312-[1]) png=0.26at 288.Gkk (273  tkk ) 288  5,3 103  (273  31) Vkk    0, 022m3 / s png  ph (0, 26  0, 046)  9,8110 6.1.3 Kích thước baromet Thông thường, suất tính toán chọn lớn 1,5 lần so với suất thực tế Khi đó, đường kính thiết bị tính theo công thức VI.52, trang 84, [2]: Dt  1.383 W2  h h (6.3) Trong đó: ρh = 0,17 kg/m3 – khối lượng riêng thứ 0,27 at (tra bảng I.251, trang 314, [2]) ωh = 15 m/s – tốc độ thứ thiết bị ngưng tụ (chọn) Dt  1,383 W2  h h  1,383 1808,86  0, 61m 3600  0,17 15 Chọn D=0,7m Kích thước ngăn: 30 Tấm ngăn có dạng hình viên phân để đảm bảo làm việc tốt Chiều rộng ngăn (công thức VI.53, trang 85, [2]): b= Dt +50 =350+50=400 mm Có nhiều lỗ nhỏ đục ngăn, nước làm nguội nước nên đường kính lỗ chọn d = mm, trang 124-[5] Chọn chiều cao gờ ngăn h = 40 mm, chiều dày ngăn δ = mm Mức độ đun nóng nước: p  t2 C  t2 D 50  20   0, 67 tng  t2 D 65,95  20 Tra bảng VI.7, trang 86, [2] với d = mm P = 0,67: Số ngăn n = Số bậc n = Khoảng cách ngăn h = 400 mm Thời gian rơi qua bậc τ = 0,41 s Chiều cao thiết bị ngưng tụ: Hng=n.htb+0,8=6×0,4+0,8=3,2m +Kích thước ống baromet Chiều cao ống baromet tính theo công thức III-41/125- [5]: H’ = h1 + h2 +0,5 ; m Trong đó: h1- Chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ h1 tính theo công thức III-43/126[5]: h1  10,33  Po 760  0, 26  735,  10,33   7, 75m 760 760 Po – độ chân không thiết bị ngưng tụ; mmHg H2- Chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống h2 tính theo công thức III-44/126-[2]: h2  2 2g ( hba   ) dba (6.4) 31 Chọn hệ số trở lực vào ống ξ1 = 0,5 khỏi ống ξ2 = ⇒ Σξ = 1,5 Nước lạnh nước ngưng tụ có: ttb = 35 oC ρn = 993,5 kg/m3 μn = 722×10-6 Ns/m2; ω=0,5; tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống baromet Re    dba   0,5  0,  993,5   481613,57 ≥ 4000 (chế độ chảy rối)  722 106 Chọn ống thép OX18H10T ống hàn điều kiện ăn mòn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo công thức II.60, trang 378, [1]: d  Re gh      8/7 8/7  250   6   0,   20771,9 Ren tính theo công thức II.62, trang 379, [1]: d  Ren  220     9/8  250   220     0,  9/8  670573 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64, trang 380, [1]:   100    0,11, 46   dba Re   0,25 0, 100    0,11, 46  250 481613,57   0,25  0, 02 2 hba 0,52 H h2  (   )  (0, 02  1,5) g dba  9,81 0, =>H = 0.52 H (0, 02  1,5) +7,75+0,5  H=8,27m Chọn H=8,3m  9,81 0, 6.2 Bồn cao vị Bồn cao vị dùng để ổn định lưu lượng dung dịch nhập liệu Bồn đặt độ cao phù hợp nhằm thắng trở lực đường ống cao so với mặt thoáng dung dịch nồi cô đặc Áp dụng phương trình Bernoulli 32 Z1  p1   1.v12 2g  H  Z2  p2    2.v2 2g  h1 (6.5) Chiều cao mặt thoáng xuống đất : Z=6m Đường kính ống nhập liệu d = 50 mm = 0,05 m Vận tốc dòng chảy ống v 4.GD  4500   0,58m / s  d  3600  3,14  0, 052 1090 Chuẩn số Re Re  v.d    0, 48  0, 05 1090  26363,52 ≥ 4000 (chế độ chảy rối) 1, 103 Chọn ống thép OX18H10T ống hàn điều kiện ăn mòn (bảng II.15/381[1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm d  Re gh      8/7 d  Re n  220      50   6   0,  9/8 8/7  3301  50   220     0,  9/8  109674 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64/380-[1]:   100    0,11, 46   dba Re   0,25 0, 100    0,11, 46  50 26363,52   0,25  0, 03 Chọn tổng hệ số trở lực =10 Vận tốc dòng chảy ống h1 2 l 0,582 15  (    )  (0, 03  10)  0,34m 2g d  9,81 0, 05 Với l: chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi ⇒ Khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất: Z1   (0,8  1)  9,8110  0,34  4,55m 1090  9,81 33 Chọn độ cao bồn cao vị =5m 6.3 Bơm 6.3.1 Bơm chân không Công suất bơm m N p V CK 10 m  kk kk m 1   m   p   1  p1     (6.6) Trong đó: m – số đa biến, có giá trị từ 1,2-1,62 Chọn m = 1,5 p1 – áp suất không khí thiết bị ngưng tụ; p1=png=25339,58 N/m2 pkk = png – ph = (0,26 – 0,0461)×9,81×104 = 20817,17 N/m2 Với: ph – áp suất nước hỗn hợp p2 = pa = at = 9,81×104 N/m2 – áp suất khí Vkk – lưu lượng thể tích không khí cần hút ηck = 0,75 – hệ số hiệu chỉnh N Vkk CK m pkk m 1 m 1 1,51     m 1,5     p 0, 02 1,5 9,81  10    1    20817,17   1  1, 05kW  p1   0, 75 1,5   20817,17       6.3.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ Công suất bơm N Q. g H 1000. (6.7) Trong đó: H – cột áp bơm; m η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 ρ = 993,5 kg/m3 – khối lượng riêng nước 25oC 34 Q – lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3/s Q=0,0096 m3/s Áp dụng phương trình Bernoulli (6.3) μ = 0,0008 N.s/m2 – độ nhớt động lực nước 25 oC (tra bảng I.249/310-[1]) z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất z2 = 11 m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 100 mm = 0,1 m ⇒ v1 = v2 = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = 13 m Tốc độ dòng chảy ống: v 4.Q  0, 0096   1, 22 m/s  d   0,12 Re  v.d    1, 22  0,1 993,5  151930 0, 0008 Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn (tra bảng II.15/381[1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm d  Re gh      8/7 d  Re n  220      100   6   0,  9/8 8/7  7289  100   220     0,  9/8  239201 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64/380-[1]:   100    0,11, 46   dba Re   0,25 0, 100    0,11, 46   100 151930   0,25  0, 024 Chọn tổng hệ số trở lực cục h1 2 v2  l 13   1, 22   0, 024   0,32m        2.g  d 0,1    9,81  Chiều cao cột áp H  10  (0, 26  1)  9,81104  0,32  2,85m 993,5  9,81 Công suất bơm (CT-6.7) 35 0, 0096  993,5  9,81 2,85  0,36kW 1000  0, 75 N 6.3.3 Bơm nhập liệu ρ = 1090 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch đầu Áp dụng phương trình Bernoulli (CT-6.3) z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất z2 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất Q GD   4500  1,1103 m3 / s 3600  1090 Chọn dhút = dđẩy = 50 mm = 0,05 m ⇒ vhút = vđẩy = v Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến bồn cao vị l = m Tốc độ dòng chảy ống: v 4.Q  1,1 10 3   0,58m / s  d   0, 052 Re  v.d    0,58  0, 05  1090  26363 0, 001 Chọn ống thép OX18H10T ống hàn điều kiện ăn mòn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm d  Re gh      8/7 d  Re n  220      50   6   0,  9/8 8/7  3301  50   220     0,  9/8  109674 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64, trang 380, [1]:   100    0,11, 46   dba Re   0,25 0, 100    0,11, 46   50 26363   0,25  0, 034 Chọn hệ số trở lực cục = 10 h1  v2 l 0,582 (    )  (0, 031  10)  0, 26m 2g d  9,81 0, 05 36 Cột áp bơm:H=(5-2)+0,26=3,26m Chọn H=3,5m Công suất bơm: N  Q. g H 0, 00111090  9,81 3,5   0, 06kW 1000. 1000  0, 75 6.3.4 Bơm tháo sản phẩm ρ = 1382,5 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch cuối Q Gc   878, 05  1,8  104 m3 / s 3600  1382,5 Áp dụng phương trình Bernoulli (6.3) Trong đó: v1 = vhút = v; m/s ; v2 = m/s z1 = m – khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất z2 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể chứa sản phẩm đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy =50 mm = 0,05 m.Chọn chiều dài đường ống từ đáy nón đến bồn chứa sản phẩm l = m Chọn tổng hệ số trở lực cục Tốc độ dòng chảy ống: v 4.Q  1,8 10 4   0, 09m / s  d   0, 052 Re  v.d    0, 09  0, 05 1382,5  1953,5 Chế độ chảy dòng Re10000 (dòng chảy rối) 6, 104 ⇒ Áp dụng công thức tính hệ số cấp nhiệt dòng chảy rối ống (Re > 10000): Nu  0, 021   Re0,8  Pr 0,43 ( Pr 0,25 ) Prw => Nu  0, 021 1 563460,8  4,30,43 ( 2  (6.10) 4,3 0,25 )  364, 0,9 Nu   364,  0,577   6188,3 d 0, 034 q2  2  t2  6188,3  4,9  30317,3W / m2  Kiểm tra sai số q1 q2 q1  q2 30729  30317,3  100  1,34%  5% => thông số chọn chấp nhận q1 30729  qtb  q1  q2 30729  30317,3   30523,15W / m 2  Hệ số truyền nhiệt K qtb 30523,15   480, 2W / m2 K ttb 63,56 39 Q  GDC t  4500  3918, 78  (145,3  30)  564599, 6W 3600  Bề mặt truyền nhiệt F Q 564599,   18, 49m2 Chọn bề mặt F =25 m2 K ttb 480,  63,56  Số ống truyền nhiệt n F 25   156,1 ống.Chọn số ống 169 ống (tra bảng V.II/48 d H   0, 034 1,5 [2])  Đường kính thiết bị trao đổi nhiệt tính theo công thức V.140/trang 49-[2]: D  t  (b  1)  4d n  0, 0532  (15  1)   0, 038  0,9m t = β.dn = 1,4×0,038 = 0,0532 m – bước ống b=15- số ống đường xuyên tâm lục giác (tra bảng V.II/48-[2]).Dung dịch chảy chậm ống nên thời gian truyền nhiệt lớn, chọn số pass phía vỏ m = 6.5 Cửa sửa chữa  Ta chọn đường kính cửa sửa chữa 400 mm, đường kính 500 mm  Ta cần thiết kế cửa cho cao mực chất lỏng buồng bốc để chất lỏng không bị chảy Ta chọn cửa cao mực chất lỏng 264 mm  Vậy chiều cao từ mặt chất lòng đến tâm cửa sửa chữa Hc=500m 6.6 Kính quan sát  Ta chọn đường kính kính quan sát 420 mm, đường kính 580 kính quan sát dùng để quan sát mực chất lỏng buồng bốc Do kính quan sát phải thiết kế vị trí cho ta quan sát mực chất lỏng Vậy chiều cao từ mặt chất lỏng đến tâm kính quan sát 350 mm Kết luận - Hệ thống cô nồi xuôi chiều có buồng đốt dung dịch NaOH với suất nhập liệu 4500 kg/h Vì suất nhập liệu cao nên kích thước thiết bị lớn so với mặt chung thiết bị khác - Tuy nhiên: hệ thống cô đặc xuôi chiều vận hành tiết kiệm đốt tân dụng lượng thứ nồi trước cấp nhiệt nồi sau.Khi ta thiết kế cho đồng hai thiết bị, để dễ sửa chữa 40 - Kết cấu thiết bị đơn giản điều khiển tự động Vì vậy, nhìn chung hệ thống phù hợp nhà máy cô đặc NaOH, mía, đường, sữa,… Tài liệu tham khảo [1] Nhiều tác giả, “Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập I” NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Nhiều tác giả, “Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập II”, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [3] Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ, “Quá trình Thiết bị truyền nhiệt – Tập 5, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định”, NXB ĐHQGHCM [4] Bộ môn máy thiết bị - Bảng tra cứu “ Quá trình học – Truyền Nhiệt – Truyền Khối” – NXB ĐHQGTP.HCM [5] Phạm Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế Thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng”, Nhà xuất Đại Học Cần Thơ, 2011, 262 [6] Hồ Lê Viên, Thiết kế tính toán chi tiết thiết bị hóa chất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [7] Phạm Văn Bôn, “Quá trình thiết bị công nghệ hóa học & thực phẩm – Bài tập truyền nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 41 ... đốt không gian bốc (buồng bốc) hoàn toàn tách rời nhau, liên hệ với ống nối Lợi ích việc tách rời:  Giảm bớt chiều cao buồng đốt buống bốc, điều chỉnh tuần hoàn  Hoàn toàn tách hết bọt, buồng... nhớt 1,74.10-3 < 8.10-3 nên ta dùng thiết bị loại thẳng đứng có tuần hoàn tự nhiên nhiều lần, đạt hiệu cao có phòng đốt ống tuần hoàn ngoài, mà với theo yêu cầu đề ta chọn “buống đốt thẳng đứng”... lượng vượt mức cho phép bồn cao vị dung dịch qua ống chảy tràn lại bồn chứa ), lưu lượng kế ta điều chỉnh lưu lượng đầu vào cho thiết bị gia nhiệt, thiết bị gia nhiệt dung dịch bên ống, nhiệt bên