Đồ án CÔ ĐẶC (NH4)2SO4 ống tuần hoàn TRUNG TÂM

ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Bộ Cơng Thương Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Họ tện: Nguyễn Ngọc Hiếu Mã sinh viên: 1041540047 Lớp: Hóa Dầu – K10 Khoa: Cơng nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Xn Huy NỘI DUNG Thiết kế hệ thống cô đặc nồi xi chiều thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm cô đặc dung dịch (NH4)2SO4 với suất 15000 kg/giờ Chiều cao ống gia nhiệt: m Các số liệu ban đầu: - Nồng độ đầu dung dịch: 10% - Nồng độ cuối dung dịch: 37% - Áp suất đốt nồi 1: 4,1 at - Áp suất ngưng tụ: 0,3 at GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, cơng 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 (NH4)2SO4 khả ứng dụng rộng rãi Trong quy trình sản xuất (NH4)2SO4, q trình đặc khâu quan trọng Nó đưa dung dịch (NH4)2SO4 đến nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu 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 thiết bị cô đặc hai nồi xi chiều tuần hồn trung tâm cho dung dịch (NH4)2SO4: suất 15000 kg/h, nồng độ đầu vào 10% KL, nồng độ cuối 37% KL, áp suất đốt 4,1 at, áp suất ngưng tụ 0,3 at, chiều cao ống gia nhiệt 2m Đối với sinh viên nghành hóa,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 tốn chi tiết thiết bị với thông số cụ thể Tuy nhiên, q trình thiết bị mơn học khó mà kiến thức thực tế sinh viên hạn chế nên việc thực đồ án thiết bị nhiều thiếu sót Vì kính mong nhận đóng góp nhiệt tình q thầy, Cơ bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Và cuối em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt thầy giáo Nguyễn Xuân Huy tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn!!! GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page ĐỒ ÁN MƠN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1: Giới thiệu chung Amoni sunfat (NH4)2SO4 1.1: Tính chất vật lý (NH4)2SO4 - Amoni Sunfat có dạng tinh thể nhỏ không màu, tan nhiều nước, tan điện phân hoàn toàn thành ion Amoni Sunfat không tan Etanol chất kết tủa Protein - Ở điều kiện thường, Amoni Sunfat dễ hút ẩm, chảy nước có mùi khai Amoniac, muối phân hủy phần thành Amoniac Axit Sunfuric: (NH4)2SO4 → NH3 ↑+ H2SO4 - Khối lượng riêng: 1,77 (g/ml) - Tỉ trọng: 1,769 g/cm3 (20°C) - Nhiệt độ nóng chảy: 235-280°C (455-536°F 508-533°K) - Độ ẩm tương đối: 79,2% (30°C) - Độ tan nước: 744g/l (20°C) - Muối Amoni có khả làm cho đất chua thêm (có pH Gnk = 9,81.3082,435 = 30238,687 (N) 5.2 Tính Gnd - Thể tích khơng gian nồi Trong đó: hb: Chiều cao ống bốc hb = m hd: Chiều cao buồng đốt hd = m hnc: Chiều cao phần nón cụt nói hnc = 0,6m Dtrbb: Đường kính buồng bốc Dtrbb = 1,8 m Dtrbd:Đường kính buồng đốt Dtrbd = 1,4 m Dtrnc: Đường kính trung bình hình nón cụt Dtbnc = 1,6 m GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 91 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ - Khối lượng nước chứa đầy nồi là: Gnd = g.𝜌.V = 9,81.1000.9,375 = 91968,75 (N) Ta có Gtl = Gnk + Gnd = 30238,687 + 91968,75 = 122207,437 (N) Ta chọn tai treo, tải trọng treo phải chịu: Gtl 126201,94   G= 31550,485 (N) Quy chuẩn G = 4.104 N Tra bảng XIII.36/STT2 - T438 tai treo cho thiết bị đứng ta có: + Tải trọng cho phép treo = 4.104 (N) + Bề mặt đỡ F = 297.10-4 (m2) + Tải trọng cho phép bề mặt đỡ q = 1,34.106 (N/m2) + Khối lượng tai = 7,35 kg a B S H B L S 20 + Các kích thước GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 92 d ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ L Tải Bề mặt Tải đỡ trọng F.10-4 cho trọng cho phép phép tai treo lên bề B B1 H S L a d Khối lương tai treo mặt đỡ kg q.10-6 G.10-4 N m2 N/m2 mm mm mm mm mm mm mm mm 297 1,34 190 160 170 280 10 80 20 30 6.Chọn kính quan sát Ở thiết bị đặc ta cần quan sát sôi dung dịch ta đặt kính quan sát buồng bốc, áp suất làm việc nhỏ at vật liệu thuỷ tinh dày 15mm, đường kính  =300 mm Tra bảng XIII.26/STT2 - T409: Chọn bích lắp đặt số bu lơng Kích thước nồi Ống Py.106 Dy Dn (N./m2) D D D1 (mm) (mm) (mm) GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 (mm) (mm) Page 93 Kiểu bích Bu Lơng db Z (mm) (cái) h(mm) 7,35 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 0,6 300 325 435 395 365 M20 12 24 BẢNG TĨM TẮT CƠ KHÍ - CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN Buồng đốt Buồng bốc Chiều cao buồng đốt 2000 mm Đường kính 1400 mm Số ống gia nhiệt 439 mm Chiều dày thân buồng đốt mm Chiều dày lưới đỡ ống 17 mm Chiều dày đáy buồng đốt mm Chiều cao phần lồi đáy 392 mm Đường kính ống gia nhiệt 34 mm Đường kính ngồi ống gia nhiệt 38 mm Chiều cao buồng bốc 2000 mm Đường kính buồng bốc 1800 mm Chiều dày buồng bốc Chiều cao phần lồi nắp buồng bốc Chiều dày nắp buồng bốc Ống dẫn mm 500 mm mm Ống dẫn đốt vào 200 mm Ống dẫn dung dịch vào 70 mm Ống dẫn thứ 250 mm Ống dẫn dung dịch 70 mm GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 94 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Ống tháo nước ngưng 50 mm Ống tuần hoàn 426 mm KẾT LUẬN Sau thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu số tài liệu tham khảo, với giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn, em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình tiến hành này, em rút số nhận xét sau: Việc thiết kế tính tốn hệ thống đặc việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó khơng u cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu q trình đặc mà phải biết số lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị phụ khác, quy định vẽ kỹ thuật … Các công thức tính tốn khơng gò bó mơn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn, người thiết kế tính tốn đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động, hệ thống làm việc ổn định Khơng có vậy, việc thiết kế đồ án mơn học q trình thiết bị 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 bầy 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 chất thẹc phẩm” hội cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất Để hồn thành nhiệm vụ thiết kế giao, em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Minh Khôi cô Phan Thị Quyên – người giảng dạy mơn “ q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm” – cung cấp cho em kiến thức trình thiết bị chủ yếu Xin đặc biệt cảm ơn thầy Nguyễn Xuân Huy - người trực tiếp hướng dẫn em trình thiết kế đồ án GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 95 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Mặc dù cố gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song hạn chế tài liệu, hạn chế khả nhận thức kinh nghiệm thực tế, nên không tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong thầy xem xét dẫn thêm Em xin trân trọng cảm ơn ! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]GS.TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài, KS Long Thanh Hùng, TS Đinh Văn Huỳnh, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phan Văn Thơm, TS Phạm Xuân Toản, TS Trần Xoa (2006), Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chấttập 1,Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2]GS.TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài, KS Long Thanh Hùng, TS Đinh Văn Huỳnh, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phan Văn Thơm, TS Phạm Xuân Toản, TS Trần Xoa (2006), Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chấttập 2,Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] GS.TSKH Nguyễn Bin (2010), Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩmtập 1, Nhà xuất khoa hoc kỹ thuật [4]TS Phạm Xuân Toản (2010), “Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập 3,Nhà xuất khoa học kỹ thuật GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 96 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ HAY GẶP N = kgm/s2 1Nm = jun (J) = Ws = 4,1868 cal Nm/s = W kcal = 4185 Nm Ns/m2 = 10 P at = 9,81 N/cm2 = 10 mH2O = 735 mmHg = 735,6 tor MỤC LỤC PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1: Giới thiệu chung Amoni sunfat (NH4)2SO4 .3 1.1: Tính chất vật lý (NH4)2SO4 .3 1.2: Tính chất hóa học (NH4)2SO4 1.3: Điều chế (NH4)2SO4 1.3.1: Cơ sở chung phương pháp 1.3.2: Các phương pháp sản xuất (NH4)2SO4 1.3.2.1: Từ Amoniac Axit Sunfuric 1.3.2.2: Sản xuất Amoni sunfat từ thạch cao 1.4: Ứng dụng (NH4)2SO4 1.4.1: Trong nông nghiệp 1.4.2: Ứng dụng phòng thí nghiệm 1.4.3: Ứng dụng khác 2: Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 97 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 2.1 Giới thiệu chung cô đặc 2.2 Sơ lược q trình đặc 2.3 Dây chuyền sản xuất: 2.4 Thuyết minh dây chuyền công nghệ PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH .11 1: Các thông số ban đầu: 11 2: Cân vật liệu .11 2.1: Lượng thứ bốc khỏi hệ thống: W (kg/h) 11 2.2: Lượng thứ bốc nồi 11 2.3: Nồng độ dung dịch khỏi nồi .12 3: Cân nhiệt 12 3.1 Chênh lệch áp suất chung hệ thống () .12 3.2 Chênh lệch áp suất, nhiệt độ nồi 12 3.3 Tính nhiệt độ áp suất đốt khỏi nồi .13 3.4 Tính nhiệt độ áp suất thứ khỏi nồi 13 3.5 Tính tổn thất nhiệt lượng cho nồi 14 3.5.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ ( ) 14 3.5.2 Tổn thất áp suất thuỷ tĩnh: ) 16 3.5.3 Tổn thất đường ống 17 3.6 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống nồi 18 3.6.1 Xác định hệ số nhiệt độ hữu ích hệ thống 18 3.6.2 Xác định nhiệt độ sôi nồi 18 3.6.3 Xác định nhiệt độ hữu ích nồi .18 3.7 Lập phương trình cân nhiệt lượng .19 3.7.1 Nhiệt lượng vào gồm có: 20 3.7.2 Nhiệt lượng mang ra: .21 3.7.3 Hệ phương trình cân nhiệt: 21 4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình nồi: 25 GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 98 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 4.1.Tính hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 25 4.2 Xác định nhiệt tải riêng phía ngưng tụ .27 4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi ,W/m2 độ 27 4.3.1 Khối lượng riêng 29 4.3.2 Nhiệt dung riêng 30 4.3.3 Hệ số dẫn nhiệt: .30 4.3.4 Độ nhớt 31 4.4.Nhiệt tải riêng phía dung dịch 34 4.5.So sánh q2i q1i 34 Xác định hệ số truyền nhiệt cho nồi 34 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 35 6.1 Xác định tỷ số sau : .35 6.2.Xác định nhiệt độ hữu ích nồi : 36 So sánh Ti', Ti tính theo giả thiết phân phối áp suất .36 Tính bề mặt truyền nhiệt (F) 37 PHẦN III : 38 TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 38 1.Thiết bị gia nhiệt hổn hợp đầu 38 1.1.Nhiệt lượng trao đổi .38 1.2.Hiệu số hữu ích 39 1.3.Tính hệ số cấp nhiệt cho lưu thể 39 1.3.1 Hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ 39 1.3.2.Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 40 1.3.3.Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xốy 40 1.4.Bề mặt truyền nhiệt 43 1.5.Số ống truyền nhiệt 44 GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 99 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 1.6 Đường kính thiết bị đun nóng 45 1.7.Tính vận tốc chia ngăn .45 2.Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet 46 2.1.Tính tốn thiết bị ngưng tụ 48 2.2.Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 48 2.3.Đường kính thiết bị 49 2.4.Kích thước ngăn 49 2.5.Chiều cao thiết bị ngưng tụ 51 2.6.Các kích thước ống baromet 52 2.6.1.Đường kính ống baromet 52 2.6.2.Chiều cao ống baromet 52 2.7.Lượng khơng khí cần hút khỏi thiết bị (kg/h) 54 2.8.Tính tốn bơm chân không 55 3.Bơm 58 3.1.Xác định áp suất toàn phần bơm tạo 58 3.2.Năng suất trục bơm .62 3.3.Công suất động điện 63 4.Chiều cao thùng cao vị .63 4.1.Trở lực đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nồi cô đặc 64 4.2.Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp 68 4.3.Trở lực thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu .69 4.4.Chiều cao thùng cao vị 73 PHẦN 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 75 1.Buồng đốt nồi cô đặc 75 1.1.Tính số ống buồng đốt 75 1.2.Đường kính buồng đốt 76 1.3.Xác định chiều dày phòng đốt 77 1.4.Chiều dày lưới đỡ ống 80 GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 100 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 1.5.Tính chiều dày đáy phòng đốt 82 1.6: Đường kính ống tuần hoàn trung tâm 85 1.7.Tra bích lắp vào thân đáy 86 2.Tính buồng bốc 86 2.1 Thể tích phòng bốc 86 2.2.Tính chiều cao phòng bốc 87 2.3.Chiều dày phòng bốc 88 2.4.Tính chiều dày nắp buồng bốc 89 2.5.Tra bích để lắp nắp vào thân, tính số bulơng cần thiết 91 3: Chiều dày ống gờ có thép CT3, góc đáy 60° .92 Một số chi tiết khác 93 4.1.Tính đường kính ống dẫn dung dịch vào thiết bị 93 4.2.Ống dẫn dung dịch vào 94 4.3.Ống dẫn thứ 95 4.4.Ống dẫn dung dịch 95 3.5.Ống tháo nước ngưng buồng đốt 96 5.Tính chọn tai treo 97 5.1 Tính Gnk .98 5.1.1 Khối lượng đáy buồng đốt nắp buồng bốc 98 5.1.2 Khối lượng thân buồng đốt 98 5.1.3 Khối lượng thân buồng bốc .99 5.1.4 Khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc 99 5.1.5 Khối lượng bích ghép đáy thân buồng đốt 100 5.1.6 Khối lượng hai lưới đỡ ống .100 5.1.7 Khối lượng ống truyền nhiệt .101 5.1.8 Khối lượng phần nón cụt nối thân buồng đốt thân buồng bốc .101 5.1.9 Khối lượng ống tuần hoàn trung tâm 102 5.2 Tính Gnd .103 GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 101 ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 6.Chọn kính quan sát 105 KẾT LUẬN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ HAY GẶP 109 GVHD: Th.S Nguyễn Xuân Huy SVTH: Nguyễn Ngọc Hiếu – Hóa Dầu 1-K10 Page 102 ... không nhiều công sức mà đảm bảo yêu cầu Thiết bị dùng để cô đặc gồm nhiều loại như: Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốt treo, thiết bị đặc loại màng, thiết bị đặc có... dẫn chất lỏng, thiết bị đặc phòng đốt ngồi, thiết bị đặc tuần hồn cưỡng bức, thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm Tùy sản phẩm suất khác mà người ta thiết kế thiết bị cô đặc phù hợp với điều kiện... tạo điều kiện cho trình kết tinh cần Nhiệm vụ cụ thể đồ án thiết kế thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn trung tâm cho dung dịch (NH4)2SO4: suất 15000 kg/h, nồng độ đầu vào 10% KL, nồng