dông ®óng nh÷ng kiÕn thøc, quy ®Þnh trong thiÕt kÕ, tù n©ng cao kü n¨ng vËn dông, tÝnh to¸n, tr×nh bµy néi dung b¶n thiÕt kÕ theo v¨n phong khoa häc vµ nh×n nhËn vÊn ®Ò mét c¸ch cã hÖ thèng qua ®ã gióp sinh viªn cã kÜ n¨ng tèt h¬n trong c«ng viÖc. Trong ®å ¸n nµy, nhiÖm vô cÇn hoµn thµnh lµ thiÕt kÕ hÖ thèng c« ®Æc 3 nåi xu«i chiÒu lo¹i tuÇn hoµn ë t©m lµm viÖc liªn tôc víi dung dÞch KNO3, n¨ng suÊt 12000 kgh, nång ®é dung dÞch ®Çu 8%, nång ®é s¶n phÈm 30%. Qu¸ tr×nh c« ®Æc: Qu¸ tr×nh c« ®Æc lµ qu¸ tr×nh lµm t¨ng nång ®é cña chÊt hßa tan (kh«ng hoÆc khã bay h¬i) trong dung m«i bay h¬i. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh c« ®Æc lµ dung m«i ®îc t¸ch khái dung dÞch ë d¹ng h¬i, cßn chÊt hßa tan trong dung dÞch kh«ng bay h¬i, do ®ã nång ®é cña chÊt tan sÏ t¨ng dÇn lªn; kh¸c víi qu¸ tr×nh chng cÊt, trong qu¸ tr×nh chng cÊt cÊu tö trong dông ®óng nh÷ng kiÕn thøc, quy ®Þnh trong thiÕt kÕ, tù n©ng cao kü n¨ng vËn dông, tÝnh to¸n, tr×nh bµy néi dung b¶n thiÕt kÕ theo v¨n phong khoa häc vµ nh×n nhËn vÊn ®Ò mét c¸ch cã hÖ thèng qua ®ã gióp sinh viªn cã kÜ n¨ng tèt h¬n trong c«ng viÖc. Trong ®å ¸n nµy, nhiÖm vô cÇn hoµn thµnh lµ thiÕt kÕ hÖ thèng c« ®Æc 3 nåi xu«i chiÒu lo¹i tuÇn hoµn ë t©m lµm viÖc liªn tôc víi dung dÞch KNO3, n¨ng suÊt 12000 kgh, nång ®é dung dÞch ®Çu 8%, nång ®é s¶n phÈm 30%. Qu¸ tr×nh c« ®Æc: Qu¸ tr×nh c« ®Æc lµ qu¸ tr×nh lµm t¨ng nång ®é cña chÊt hßa tan (kh«ng hoÆc khã bay h¬i) trong dung m«i bay h¬i. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh c« ®Æc lµ dung m«i ®îc t¸ch khái dung dÞch ë d¹ng h¬i, cßn chÊt hßa tan trong dung dÞch kh«ng bay h¬i, do ®ã nång ®é cña chÊt tan sÏ t¨ng dÇn lªn; kh¸c víi qu¸ tr×nh chng cÊt, trong qu¸ tr×nh chng cÊt cÊu tö trong
N CHUYấN NGNH mục lục i phần mở đầu .4 ii sơ đồ công nghệ II.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuÊt: .6 II.2 ThuyÕt minh dây chuyền sản xuất: iii tính toán thiết bị III.1 Tổng lợng thứ bốc khỏi hệ thống: III.2 Lợng thứ bốc nồi: .9 III.3 Nồng độ dung dịch nồi: III.4 Chênh lệch áp suất chung cđa hƯ thèng: 10 III.5 X¸c định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi: 10 III.6 Tính nhiệt độ, áp suất thứ khái tõng nåi: .11 III.7 TÝnh tæn thÊt nhiƯt ®é cho tõng nåi: .12 III.7.1 Tính tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao ''i : 12 III.7.2 TÝnh tæn thÊt nhiƯt ®é nång ®é 'i : 14 III.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích: 15 III.8.1 Tính hiệu số nhiệt độ hữu Ých cđa hƯ thèng: 15 III.8.2 TÝnh hiƯu sè nhiệt độ hữu ích nồi: 15 III.9 Tính lợng đốt Di; lợng thứ Wi: .16 III.9.1 Sơ đồ cân vật chất nhiệt lợng: 16 III.9.2 Tính nhiệt dung riêng dung dịch KNO 3: 17 III.9.3 Các th«ng sè cđa níc ngng: 18 III.9.4 Giải hệ phơng trình cân nhiệt lợng: 18 III.9.5 Xác định lại tỷ lệ phân phối thứ nồi hệ: 20 III.10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lợng trung bình tõng nåi: .20 III.10.1 TÝnh hÖ sè cÊp nhiÖt 1 ngng tơ h¬i: 20 III.10.2 TÝnh nhiệt tải riêng phía ngng tụ: 22 III.10.3 TÝnh hƯ sè cÊp nhiƯt 2i tõ bỊ mặt đốt đến chất lỏng sôi: 22 Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -1- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH III.10.4 Nhiệt tải riêng phía dung dịch: 29 III.10.5 So sánh q1i q2i: .29 III.11 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi lợng nhiệt tiêu tốn: 30 III.11.1 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi: 30 III.11.2 Lợng nhiệt tiêu tốn: 30 III.12 TÝnh hiÖu sè nhiÖt ®é h÷u Ých cho tõng nåi: .31 III.12.1 LËp tû sè cho tõng nåi: 31 III.12.2 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi: 31 III.13 So sánh t*i ti 32 III.14 TÝnh bỊ mỈt trun nhiƯt F: 32 iv tÝnh thiÕt bÞ phơ 34 IV.1 TÝnh thiÕt bÞ ngng tơ bar«met: .34 IV.1.1 HƯ thèng thiÕt bÞ .34 IV.1.2 Tính toán hệ thiết bị ngng tụ: 34 IV.1.2.1 Tính lợng nớc lạnh Gn cần thiết ®Ĩ ngng tơ: 34 IV.1.2.2 TÝnh ®êng kÝnh D cđa thiÕt bÞ ngng tơ: 36 IV.1.2.3 TÝnh kÝch thớc ngăn: 36 IV.1.2.4 Tính chiỊu cao thiÕt bÞ ngng tơ: 37 IV.1.2.5 TÝnh kÝch thíc èng bar«met: 38 IV.1.2.6 Tính lợng khí không ngng: 40 IV.2 Tính toán bơm chân không: 41 v tính toán khí 42 V.1 Buång ®èt: 42 V.1.1 Xác định số ống buồng đốt: .42 V.1.2 Xác định đờng kính buồng đốt: 43 V.1.3 Xác định chiều dày bng ®èt: 43 V.1.4 TÝnh chiỊu dày lới đỡ ống: 46 V.1.5 Xác định chiều dày đáy phòng đốt: 47 V.1.6 Tra bích để lắp đáy thân, số bulông cần thiết để lắp ghép bích đáy: 49 V.2 Buång bèc h¬i: 50 Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -2- ĐỒ N CHUYấN NGNH V.2.1 Thể tích phòng bốc hơi: .50 V.2.2 TÝnh chiỊu cao phßng bèc h¬i: 50 V.2.3 TÝnh chiỊu dày phòng bốc hơi: 51 V.2.4 Tính chiều dày nắp buồng bốc: 52 V.2.5 Tra bích để lắp nắp thân buồng bèc: 53 V.3 TÝnh mét sè chi tiÕt kh¸c: 54 V.3.1 TÝnh đờng kính ống nối dẫn dung dịch vào thiết bị: .54 V.3.1.1 ống dẫn đốt vào: 54 V.3.1.2 èng dÉn dung dịch vào: 55 V.3.1.3 ống dÉn h¬i thø ra: 55 V.3.1.4 èng dÉn dung dÞch ra: 56 V.3.1.5 èng th¸o níc ngng: 57 V.3.2 TÝnh vµ chän tai treo: 58 V.3.3 Chän kÝnh quan s¸t: 62 V.3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt: 62 VI kÕt luËn 64 VII tµi liƯu tham kh¶o 66 Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -3- N CHUYấN NGNH i phần mở đầu Để bớc đầu làm quen với công việc kỹ s công nghệ hóa chất thiết kế thiết bị, hƯ thèng thiÕt bÞ phơc vơ mét nhiƯm vơ kü thuật sản xuất, sinh viên khoa CNHH nói chung lớp QTTB nói riêng đợc giao nhiệm vụ làm đồ án tập thiết kế hệ thống công nghệ hóa Việc làm đồ án công việc tốt giúp cho sinh viên bớc tiếp cận tốt với thực tiễn sau hoàn thành khối lợng kiến thức giáo trình Các trình & thiết bị CNHH thực phẩm Trên sở lợng kiến thức kiến thức môn khác nh vẽ kỹ thuật, kỹ thuật công trình ., sinh viên có nhiệm vụ thiết kế hệ thống thiết bị để thực nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn trình công nghệ Qua việc làm đồ án, sinh viên biết dùng tài liệu tham khảo tra cứu; vận dụng kiến thức, quy định thiết kế, tự nâng cao kỹ vận dụng, tính toán, trình bày nội dung thiết kế theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống qua giúp sinh viên có kĩ tốt công việc Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hoàn thành thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều loại tuần hoàn tâm làm việc liên tục với dung dịch KNO3, suất 12000 kg/h, nồng độ dung dịch đầu 8%, nồng độ sản phẩm 30% Quá trình cô đặc: Quá trình cô đặc trình làm tăng nồng độ chất hòa tan (không khó bay hơi) dung môi bay Đặc điểm trình cô đặc dung môi đợc tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hòa tan dung dịch không bay hơi, nồng độ chất tan tăng dần lên; khác với trình ch ng cất, trình chng cất cấu tử hỗn hợp bay khác nồng độ hỗn hợp Hơi dung môi đợc tách trình cô đặc gọi phụ, phụ nhiệt Ngụ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -4- ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH ®é cao cã thĨ dïng ®Ĩ ®un nãng thiết bị khác, dùng phụ để đun nóng thiết bị hệ thống cô đặc ta gọi thứ Cô đặc nhiều nồi trình sử dụng thứ hay ®èt, ®ã cã ý nghÜa vỊ sư dơng nhiƯt Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi: nồi đầu dung dịch đợc đun nóng đốt, bốc lên nồi đợc đa vào nồi thứ 2, thứ nồi thứ đợc đa vào nồi thứ 3, h¬i thø ë nåi cuèi cïng đợc đa vào thiết bị ngng tụ Dung dịch vào lần lợt từ nồi trớc sang nồi sau, qua nồi nồng độ dung dịch tăng dần lên dung môi bốc phần Hệ thống cô đặc xuôi chiều đợc sử dụng phổ biến Ưu điểm hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều: - Dung dÞch tù di chun tõ nåi tríc sang nåi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi không cần bơm để bơm dung dịch - Nhiệt ®é cđa nåi tríc lín h¬n nåi sau ®ã dung dịch vào nồi có nhiệt độ cao nhiệt độ sôi, kết dung dịch đợc làm lạnh bốc thêm lợng nớc gọi trình tự bốc - Tận dụng đợc lợng nhiệt thứ nồi trớc làm đốt cho nối sau Nhợc điểm hệ thống: - Nhiệt độ dung dịch nồi sau giảm dần, nhng nồng độ dung dịch tăng nhanh, kết hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Một số tính chất ứng dụng dung dịch KNO3: KNO3 xuất dạng tinh thể không màu, khối tinh thể trắng Dễ hòa tan nớc hót Èm cã t¹p øng dơng réng r·i công nghiệp để sản xuất thuốc nổ, vật liệu nổ công nghiệp (NH4NO3, NaNO3, KNO3,), pháo hoa, diêm làm chảy luyện kim Các ứng dụng khác muối nh thép, đóng băng hỗn hợp, điều chế muối kali khác dùng làm thuốc Ngụ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -5- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGNH Là nguyên liệu công nghiệp phân bón hóa học, tác nhân kích thích hoa, phá ngủ cho mÇm Ngơ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -6- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -7- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ii s¬ đồ công nghệ II.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất: 1: Thùng chứa dung dịch đầu 2,10: Bơm li tâm 3: Thùng cao vị 4: Thiết bị trao đổi nhiệt 5, 6,7: Thiết bị cô đặc 8: Thiết bị baromet 9: Bộ phận tách bọt 11: Thùng chứa sản phẩm sau cô đặc 12: Thiết bị hút chân không 13: Lu lợng kế II.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất: Dung dịch KNO3 ban đầu có nồng độ 8% từ thùng chứa (1) đợc bơm li tâm (2) bơm lên thïng cao vÞ (3) Dung dÞch tõ thïng cao vÞ đợc đa qua lu lợng kế (13) vào thiết bị trao đổi nhiệt (4), thiết bị có tác dụng đun nóng sơ dung dịch đến nhiệt độ sôi Sau dung dịch đợc đa vào buồng đốt nồi cô đặc thứ Buồng đốt thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp kiểu ống chùm, có bố trí ống tuần hoàn trung tâm tâm chùm ống Dung dịch tuần hoàn ống trao đổi nhiệt ống trung tâm, đợc đung nóng nớc bão hòa áp suất at 151,1 0C phía chùm ống theo chiều từ dới lên Nớc ngng ngng tụ chảy thành màng mỏng theo chiều từ xuống bề mặt chùm ống, sau đợc đa khỏi buồng đốt qua cửa tháo nớc ngng Hơi sinh dung dịch bốc đợc đa vào buồng bốc, qua phận tách bọt đỉnh buồng bốc nhằm tách phần dung dịch bị theo sôi, sau đợc đa qua ống dẫn thứ Dung dịch đáy nồi cô đặc thứ (5) có nồng độ 10,588% tù di chun sang nåi Ngơ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -8- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH thø hai (6) có chênh lệch áp suất làm việc nồi, áp suất nồi sau nhỏ áp suất nồi trớc Do dung dịch nồi thứ có nhiệt độ sôi cao nhiệt độ sôi nồi thứ hai, vào nồi dung dịch đợc làm lạnh tự làm bốc thêm phần dung môi ,quá trình gọi trình tự bốc Hơi thứ khỏi nồi có áp suất 2,561 at có nhiệt đô 127,5 0C cao nhiệt độ sôi dung dịch nồi nên đợc dùng đốt cho nồi 2, sau ngng tụ theo tháo nớc ngng Dung dịch đáy nồi có nồng ®é 15,652% tiÕp tơc tù ch¶y sang nåi thø ba (7) chênh lệch áp suất, dung dịch tự bốc phần dung môi, đợc ®un bèc h¬i nhËn nhiƯt tõ h¬i thø ®i đỉnh nồi Dung dịch sản phẩm đáy nồi có nồng độ 30% đợc đa vào thùng chứa sản phẩm (11) qua bơm (10) Hơi thứ bốc nồi cô đặc thứ đợc đa vào thiết bị ngng tụ baromet (8), thiết bị ngng tụ trực tiếp loại khô ngợc chiều chân cao Trong thiết bị ngng tụ cần ngng từ dới lên nớc làm lạnh đợc đa từ xuống, đợc ngng tụ chảy theo nớc ngoài, phần khí không ngng qua thiết bị tách bọt (9) vào bơm hút chân không (12) Ngụ Vi Lam Sn - QTTB - K47 -9- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH iii tÝnh toán thiết bị Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo dung dịch đầu Nồng độ đầu dung dịch Gđ = 12 000 xđ = kg/h % Nồng độ cuối dung dịch xc = 30 % áp suất đốt p1 = at áp st h¬i ngng tơ png = 0,2 at III.1 Tỉng lợng thứ bốc khỏi hệ thống: x W = G® 1 d , kg/h xc [2-55] Trong đó: Gđ: lợng dung dịch đầu, kg/h xđ, xc : nồng độ đầu nồng độ cuối dung dịch, % khối lợng 8% Thay số ta đợc W = 12000 = 8800 kg/h 30% III.2 Lợng thứ bốc nồi: Giả thiết phân phối lợng thứ nồi nh nhau: Lợng thứ nồi 1: W1 Lợng thứ nồi 2: W2 Lợng thứ nồi 3: W3 W1 W2 W3 W Ta cã W1 W2 W3 Suy ra: W1 = W2 = W3 = W 8800 = = 2933,33 kg/h 3 III.3 Nồng độ dung dịch nồi: Nồng độ cuối dung dịch nồi xác định theo công thøc: xn Gd xd Gd W1 W2 Wn Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 [2-57] -10- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1,6 2.0,45 3,18.10 471328,51= 148,29.10 VËy, = 3 7,6.1.0,95.0,4. 5 3,18.10 3 N/m2 c 240.106 Mµ = = 200.106 N/m2 1,2 1,2 NghÜa lµ < c (thỏa mãn) 1,2 Vậy chiều dày đáy phòng bốc S = mm V.2.5 Tra bích để lắp nắp thân buồng bốc: Có đờng kính buồng bốc Dtr = 1,6 m áp suất làm việc thiết bị 2,561 at, suy làm việc ¸p st thÊp, chän lo¹i bÝch liỊn b»ng kim lo¹i, kiểu để nối phận thiết bị Tra bảng XIII.27 Bích liền thép để nối thiết bị [2-422] ta chọn đợc bích có kích thớc cho b¶ng sau: p.10-6 N/m2 0,3 Dtr D Db D1 D0 mm mm mm mm mm 160 175 170 166 161 Bul«ng db, mm M24 h Z, c¸i mm 40 35 V.3 TÝnh mét sè chi tiết khác: V.3.1 Tính đờng kính ống nối dẫn dung dịch vào thiết bị: Đờng kính ống nối dẫn dung dịch vào thiết bị đợc tính theo công thức sau: dtr = 4.V ,m 3600 .w [2-74] Trong ®ã: V: lu lợng lỏng chảy ống, m3/h w: vận tốc thích hợp lỏng, m3/s V.3.1.1 ống dẫn đốt vào: Chọn vận tốc đốt vào thiết bị là: Ngụ Vi Lam Sn - QTTB - K47 -60- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH w = 25 m/s Lu lợng vào thiết bị cô đặc nồi là: D = 3020,58 kg/h Từ p1= at, tra b¶ng I.251 TÝnh chÊt lý hãa nớc bão hòa phụ thuộc vào áp suất [1 - 315] ta cã h = 2,614 kg/m3 Suy lu lợng thể tích vào thiết bị là: V= D 3020,58 = = 1155,54 m3/h h 2,614 Suy đờng kính ống dẫn đốt vào lµ: dtr = 4.1155 ,54 = 0,128 m 3600 .25 Quy chuẩn theo bảng XIII.32 Kích thớc chiều dài đoạn èng nèi [2434] ta cã dtr = 150 mm TÝnh lại vận tốc ống là: w= 4.V 4.1155 ,54 = = 18,16 m/s d 3600 0,15.3600 tr Dùa vµo dtr = 150 mm áp suất làm việc p1 = at ta tra bảng XIII.26 Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn [2-414] ta chọn đợc bích có kích thớc cho b¶ng sau: p.10-6 N/m2 mm 0,6 150 Dy Dn mm 159 D D D1 mm mm mm 260 225 202 Bulông db, mm M16 h Z, mm 20 V.3.1.2 ống dẫn dung dịch vào: Chọn vận tốc dung dịch vào thiết bị là: w = m/s Lu lợng dung dịch vào thiết bị cô đặc nồi là: Gd= 12000 kg/h Ta có khối lợng riêng dung dịch nồi dd1 = 1024,18 kg/m3 Suy lu lỵng thĨ tÝch cđa dung dịch vào thiết bị là: Ngụ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -61- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH V= Gd 12000 = = 11,72 m3/h dd1 1024 ,18 Suy đờng kính ống dẫn dung dịch vào lµ: 4.11,72 = 0,064 m 3600 .1 dtr = Quy chuẩn theo bảng XIII.32 Kích thớc chiều dài đoạn ống nèi [2434] ta cã dtr= 70 mm TÝnh l¹i vËn tốc dung dịch ống là: w= 4.V 4.11,72 = = 0,846 m/s d 3600 0,072.3600 tr Dựa vào dtr = 70 mm áp suất làm việc p1' = 2,561 at ta tra bảng XIII.26 Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn [2-412] ta chọn đợc bích có kích thớc cho bảng sau: p.10-6 N/m2 mm 0,25 70 Dy Dn mm 76 D D D1 mm mm mm 160 130 110 Bul«ng db, mm M12 h Z, c¸i mm 14 V.3.1.3 èng dÉn thứ ra: Chọn vận tốc thứ thiết bị nồi là: w= 20 m/s Lu lợng thứ khỏi thiết bị cô đặc ë nåi lµ: W1= 2774,11 kg/h Tõ p1' = 2,561 at, tra b¶ng I.251 TÝnh chÊt lý hãa cđa nớc bão hòa phụ thuộc vào áp suất [1 - 315] ta cã h = 1,37 kg/m3 Suy lu lợng thể tích thiết bị lµ: V= W1 2774,11 = = 2024,898 m3/h h 1,37 Suy đờng kính ống dẫn thứ lµ: dtr = 4.2024 ,898 = 0,189 m 3600 .20 Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -62- ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH Quy chn theo b¶ng XIII.32 KÝch thíc chiều dài đoạn ống nối [2434] ta có dtr= 200 mm Tính lại vận tốc ống w= 4.V 4.2024 ,898 = = 17,9 m/s d 3600 0,2 3600 tr Dùa vµo dtr = 200 mm áp suất làm việc p1' = 2,561 at ta tra b¶ng XIII.26 BÝch liỊn b»ng kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn [2-412] ta chọn đợc bích có kích thíc cho b¶ng sau: p.10-6 N/m2 mm 0,25 200 Dy Dn mm 219 D D D1 mm mm mm 290 255 232 Bulông db, mm M16 h Z, mm 16 V.3.1.4 èng dÉn dung dÞch ra: Chän vận tốc dung dịch thiết bị là: w = m/s Lu lợng dung dịch khỏi thiết bị cô đặc nồi là: Gd- W1=12000 - 2774,11 = 9225,89 kg/h Ta cã khèi lỵng riêng dung dịch khỏi nồi dd2 = 1051,22 kg/m3 Suy lu lỵng thĨ tÝch dung dịch thiết bị là: V= Gd W1 9225,89 = = 8,776 m3/h dd2 1051 ,22 Suy đờng kính ống dẫn dung dịch lµ: dtr = 4.8,776 = 0,056 m 3600 .1 Quy chuẩn theo bảng XIII.32 Kích thớc chiều dài đoạn ống nèi [2434] ta cã dtr= 70 mm TÝnh l¹i vËn tốc dung dịch ra: w= 4.V 4.8,776 = = 0,633 m/s d 3600 0,072.3600 tr Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -63- ĐỒ ÁN CHUYấN NGNH Dựa vào dtr = 70 mm áp st lµm viƯc p = p1' + + .g.H = 2,561 9,81.104 1051,22 9,81.2 = 2,771 at ta tra b¶ng XIII.26 Bích liền kim 9,81.104 loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn [2-412] ta chọn đợc bích có kích thớc cho bảng sau: p.10-6 N/m2 mm 0,6 70 Dy Dn mm 76 D D D1 mm mm mm 160 130 110 Bul«ng db, mm h Z, c¸i mm 16 M12 V.3.1.5 ống tháo nớc ngng: Chọn vận tốc nớc thiết bị w = m/s Lu lợng nớc khỏi thiết bị cô đặc nồi lµ: D = 3020,58 kg/h Tõ p1= at, tra bảng I.249 Tính chất lý hóa nớc ®êng b·o hßa [1-311] ta cã nc = 916 kg/m3 Suy lu lợng thể tích nớc thiết bị là: V= D 3020,58 = = 3,298 m3/h nc 916 Suy ®êng kÝnh èng dÉn níc ngng lµ: dtr = 4.3,298 = 0,034 m 3600 .1 Quy chuẩn theo bảng XIII.32 Kích thớc chiều dài đoạn èng nèi [2434] ta cã dtr= 40 mm TÝnh l¹i vận tốc nớc ống là: w= 4.V 4.3,298 = = 0,729 m/s dtr.3600 0,042.3600 Dùa vào dtr = 40 mm áp suất làm việc p1 = at ta tra b¶ng XIII.26 BÝch liỊn kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn [2-411] ta chọn đợc bích cã kÝch thíc cho b¶ng sau: Ngơ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -64- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH p.10-6 N/m2 mm 0,6 40 Dy Dn mm 45 D D D1 mm mm mm 130 100 80 Bul«ng db, mm M12 h Z, c¸i mm 16 V.3.2 TÝnh chọn tai treo: Tính khối lợng nồi thư thđy lùc : Gtl = Gnk + Gnd Trong : Gnk : khối lợng nồi không, N Gnđ : khối lợng nớc đợc đổ đầy nồi, N * Tính Gnk : - Khối lợng nắp buồng đốt, đáy buồng đốt nắp buồng bốc là: Tra bảng XIII.11 Chiều dày khối lợng đáy nắp elip có gờ [2-384], ta đợc: + Với đáy bng ®èt: Víi Dtr = 1200 mm; S = mm ta đợc chiều cao gờ h = 25 mm; khối lợng m1= 79 kg + Với nắp buồng bốc: Víi Dtr = 1600 mm; S = mm ta ®ỵc chiỊu cao gê h = 25 mm; khèi lỵng m2 = 137 kg - Khối lợng thân buồng đốt: Đợc tính theo công thức: m3 = .V, kg [1-5] Trong đó: : khối lợng riêng thép CT3, tra bảng XII.7 Tính chất vật lý kim loại đen hợp kim chúng [2313] ta đợc = 7850 kg/m3 V : thĨ tÝch th©n bng ®èt, V = H . D2n D2tr , m3 H : chiỊu cao bng ®èt, H = 2,5 m Dtr : ®êng kÝnh buång ®èt, Dtr = 1200 mm Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -65- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Dn : ®êng kÝnh buồng đốt, Dn = Dtr +2S S : chiều dày phòng đốt, S = mm Suy ra: Dn = 1200 + 2.6 = 1212 mm Nªn V = 2,5 .1,2122 1,22 = 0,0568 m3 Vậy khối lợng thân buồng đốt là: m3 = 0,0568.7850 = 445,88 kg - Khối lợng thân buồng bốc : m4 = .V, kg [15] Trong : : khối lợng riêng thép CT3, tra bảng XII.7 Tính chất vật lý kim loại đen hợp kim chúng [2313] ta đợc = 7850 kg/m3 V : thĨ tÝch th©n bng bèc, V = h . D2n D2tr , m3 h : chiÒu cao buång bèc, h = m Dtr : ®êng kÝnh buång bèc, Dtr = 1,6 m Dn : đờng kính buồng bốc, Dn = 1,6 + 2.0,006 = 1,612 m Suy ra: V = .1,6122 1,62 = 0,0605 m3 Vậy khối lợng thân buồng bốc là: m4 = 0,0605.7850 = 474,925 kg - Khèi lỵng bÝch ghÐp nắp thân buồng bốc: m5 = 2..V, kg [15] Trong đó: : khối lợng riêng kim loại ®en dïng lµm bÝch, = 8500 kg/m3 V = h . D2 D20 z.d2b = 0,035 .1,752 1,6132 40.0,0242 = 0,012 m3 VËy, m5 = 2.0,012.8500 = 204 kg Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -66- ĐỒ N CHUYấN NGNH - Khối lợng bích ghép thân buồng đốt với đáy phần nón cụt nối thân buồng đốt thân buồng bốc: m6 = 4..V, kg [1-5] Trong : : khối lợng riêng kim loại đen dùng làm bích, = 8500 kg/m3 V = h . D2 D20 z.d2b = 0,03 .1,352 1,2132 32.0,0242 = 7,84.10-3 m3 VËy, m6 = 4.7,84.10-3.8500 = 266,56 kg - Khối lợng lới đỡ ống: m7 = 2..V, kg [15] Trong đó: : khối lợng riêng thép không rỉ, = 1,11.7850 = 8713,5 kg/m3 V = S . D2 n.d2n , m3 S: chiều dày lới đỡ ống, S = 12 mm D: đờng kính thân buồng đốt, D = 1,2 m n: sè èng trun nhiƯt, n = 439 ống dn: đờng kính ống truyền nhiệt, dn = 0,036 m Suy ra: V = 0,012 .1,22 439.0,0362 = 8,21.10-3 m3 VËy, m7 = 2.8713,5.8,21.10-3 = 143,08 kg - Khối lợng ống truyền nhiệt (kể ống tuần hoàn trung tâm): m8 = n..V, kg [1-5] : khối lợng riêng thÐp CT3, = 7850 kg/m3 n : sè èng trun nhiƯt, n = 439 èng V = h . d2n d2tr , m3 h: chiÒu cao èng trun nhiƯt, h = m dn: ®êng kÝnh ngoµi èng trun nhiƯt, dn = 0,036 m Ngơ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -67- ĐỒ ÁN CHUYấN NGNH dtr: đờng kính ống truyền nhiệt, dtr = 0,032 m Suy V = . 0,0362 0,0322 = 4,27.10-4 m3 VËy, m8 = 439.4,27.10-4.7850 = 1471,51 kg - Khối lợng phần nón cụt nối thân buồng đốt thân buồng bốc: m9 = .V, kg [1-5] Trong đó: : khối lợng riêng thÐp CT3, = 7850 kg/m3 V =h . D2n D2tr , m3 Dtr: ®êng kÝnh phÇn nãn cơt Dtr = Dtr.b.d Dtr.b.b = 1,2 1,6 = 1,4 m Dn: đờng kính phần nón cụt nối D n = Dn.b.d Dn.b.b = 1,212 1,612 = 1,412 m h: chiÒu cao phÇn nãn cơt, chän h = 0,2 m Thay số ta đợc: V = 0,2 .1,4122 1,42 = 5,3.10-3 m3 VËy, m9 = 7850.5,3.10-3 = 41,605 kg - Tỉng khèi lỵng nåi cha tÝnh bulong, ®ai èc: Gnk = g mi , N i 1 Trong ®ã: g: gia tèc träng trêng, g = 9,81 m/s2 m = 79 + 137 + 445,88 + 474,925 + 204 + 266,56 i 1 i + 143,08 + 1471,51 + 41,605 = 3263,56 kg VËy, Gnk = 9,81.3263,56 = 32015,524 N - TÝnh Gnd : ThĨ tÝch kh«ng gian nåi : Ngơ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -68- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH V= Dtr.b.b.hb.b D2tr.b.d.hb.d D2tr.tb.hn.c , m3 Trong ®ã : hb.b : chiÒu cao buång bèc, hb.b = m Dtr.b.b : ®êng kÝnh buång bèc, Dtr.b.b = 1,6 m hb.® : chiỊu cao bng ®èt, hb.® = m hn.c : chiỊu cao phÇn nãn cơt , hnc = 0,2 m Dtr.b.® : ®êng kÝnh buång ®èt, Dtr.b.d = 1,2 m Dtr.tb : đờng kính trung bình phần nãn cơt nèi, Dtr.tb = 1,4 m Thay sè vµo ta cã: V= 1,62.2 1,22.2 1,42.0,2 = 6,591 m3 Khối lợng nớc chứa đầy nồi là: Gnđ = .g.V = 1000.9,81.6,591 = 64657,71 N Khối lợng nồi thử thủy lực là: G = Gnk + Gn® = 32015,524 + 64657,71 = 96673,234 N Ta chọn số tai treo 4, tải trọng tai treo phải chịu là: G= 96673 ,234 = 24168,31 N Quy chuÈn theo b¶ng XIII.36 Tai treo thiết bị thẳng đứng [2-438] ta đợc G = 25000 N T¶i T¶i träng träng BỊ cho cho mặt phép phép đỡ lên bề F.10-4 tai treo mặt đỡ m2 -4 G.10 q.10-6 N N/m2 2,5 173 1,45 Khèi lỵng mét tai treo kg L m m B m m B1 m m H m m S m m l m m a m m d m m 15 12 13 21 60 20 30 3,48 V.3.3 Chän kÝnh quan s¸t: Ta chọn kính quan sát : Tại áp suất làm viƯc p < at VËt liƯu thđy tinh, dµy 15 mm , ®êng kÝnh èng 200 mm Chän bÝch lắp kính quan sát: Ngụ Vi Lam Sn - QTTB - K47 -69- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Tra b¶ng XIII.26 Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn [2-414] ta chọn đợc bích có kích thớc cho bảng sau: p.10-6 N/m2 mm 0,6 200 Dy Dn mm 219 D D D1 mm mm mm 290 255 232 Bul«ng db, mm h Z, c¸i mm 22 M16 V.3.4 TÝnh bỊ dày lớp cách nhiệt: Bề dày lớp cách nhiệt đợc tÝnh theo c«ng thøc: d12,2.1,35.t1t2,3 = 2,8 , mm q1l,5 [2-41] Trong đó: d2: đờng kính thiết bÞ, d2 = 1212 mm : hƯ sè dÉn nhiƯt chất cách nhiệt, W/m.độ Chọn vật liệu lớp cách nhiệt đất sét, tra bảng I.126 Hệ số dẫn nhiƯt cđa mét sè vËt liƯu c¸ch nhiƯt, vËt liƯu xây dựng vật liệu khác [1-128] ta đợc = 0,055 W/m.độ tt2: nhiệt độ dung dịch (hoặc bão hòa), 0C tt2 = t1 = 151,1 0C ql: nhiƯt tỉn thÊt tÝnh theo m chiỊu dµi thiết bị, W/m Tra bảng V.7 Mức tổn thất nhiệt ql cho bề mặt có lớp cách nhiệt nhiệt độ không khí 25 0C [2-42] ta đợc ql = 485,24 W/m Thay số ta ®ỵc: 1,2 d12.2.1,35.t1t2,3 1212 0,0551,35.151,11,3 = 2,8 = 2,8 = 17,82 mm q1l,5 485,241,5 Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -70- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH VI kÕt luận Qua tính toán ta đợc hệ thống cô đặc dung dịch KNO3 ba nồi xuôi chiều, tuần hoàn tâm có thông số kĩ thuật nh sau: Năng suất: 12000 kg/h Nồi Nồng độ dung dịch vào, % Nồng độ ra, % áp suất đốt, at áp suất thứ, at Nhiệt độ sôi trung bình, 0C Lợng thứ, kg/h Hệ số trun nhiƯt, W/m2.®é Nåi Nåi 10,588 15,652 10,588 2,561 15,652 2,528 0,965 30 0,927 0,216 130,04 101,888 71,455 2774,11 2988,83 3037,05 955,288 926,04 854,606 Lỵng nhiƯt tiªu tèn, W 1776268, 85 1687198, 29 1882962, BỊ mặt truyền nhiệt, m2 82,97 82,97 82,97 tổng hợp kích thớc chính: Thân buồng đốt : Đờng kính trong: ChiỊu cao: 1200 mm 2000 mm ChiỊu dµy: mm Lới đỡ ống: Chiều dày: 16 mm Đáy nồi buồng đốt: Chiều dày: mm ống truyền nhiệt: Đờng kính trong: Bề dày: 32 mm mm ống tuần hoàn tâm: Đờng kính trong: 400 mm Thân buồng bốc : Ngô Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -71- ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH §êng kÝnh trong: 1600 mm ChiỊu cao: 2000 mm Chiều dày: mm Nắp buồng bốc: Chiều dày: mm Thiết bị Baromet: Lợng nớc làm lạnh: 58138,44 kg/h Đờng kính thân thiết bị: 0,6 m ChiỊu cao thiÕt bÞ ngng tơ: Sè bËc: Số ngăn: 2200 mm Đờng kính ống Baromet: 200 mm ChiỊu cao èng Baromet: 8,879 m §êng kÝnh thiết bị phụ : Kính quan sát: 200 mm ống dẫn đốt: 150 mm ống dẫn dung dịch vào: 80 mm ống dẫn thứ: 200 mm ống dẫn dung dịch ra: 70 mm ống dẫn tháo nớc ngng: 40 mm Qua trình tính toán, thiết kế hệ thống cô đặc nồi, đợc kết nh trên, thân em đợc củng cố, hiểu kỹ thêm kiến thức truyền nhiệt, cô đặc Trong phần tính toán gặp phải giả thiết phân bố áp suất, thứ, giả thiết nhiệt độ chênh lệch bão hòa tờng, tạo sai sè lín tÝnh to¸n Nh vËy, kiểm tra kết tính toán phải chấp nhận sai số nhỏ 10% phân bố nhiệt độ hữu ích nồi Thiết kế hoàn thành nhng mức học tập, cha thể sản phẩm thực tế Vì vậy, trình nghiên cứu hỗ trợ cho việc häc tËp còng nh lµm viƯc cho em sau Ngơ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -72- ĐỒ ÁN CHUYấN NGNH nhiều Em xin chân thành cám ơn thầy giáo hớng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này./ Ngụ Vi Lam Sn - QTTB - K47 -73- ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH VII tµi liệu tham khảo [1] Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất, tập Nhà xuất khoa học v kỹ thuật, 2004 [2] Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất, tập Nhà xuất khoa học v kỹ thuật, 2004 [3] Phạm Xuân Toản Các trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm Tập - Các trình thiết bị truyền nhiệt Nhà xuất khoa học vµ kü tht, 2003 Ngơ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -74- ... Thùng cao vị 4: Thiết bị trao đổi nhiệt 5, 6,7: Thiết bị cô đặc 8: Thiết bị baromet 9: Bộ phận tách bọt 11: Thùng chứa sản phẩm sau cô đặc 12: Thiết bị hút chân không 13: Lu lợng kế II.2 Thuyết... trình cô đặc gọi phụ, phơ ë nhiƯt Ngơ Vi Lam Sơn - QTTB - K47 -4- ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH ®é cao cã thĨ dùng để đun nóng thiết bị khác, dùng phụ để đun nóng thiết bị hệ thống cô đặc ta gọi thứ Cô đặc. .. thành thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều loại tuần hoàn tâm làm việc liên tục với dung dịch KNO3, suất 12000 kg/h, nồng độ dung dịch đầu 8%, nồng độ sản phẩm 30% Quá trình cô đặc: Quá trình cô