Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi dung dịch NaNO3 có năng suất nhập liệu 2700kg/h

Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi dung dịch NaNO3 có năng suất nhập liệu 2700kg/h

Trường đại học Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Khoa Cơng Nghệ Hóa Học & Thực Phẩm - - ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Phạm Văn Hưng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kim Ngân 15116034 Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 11 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐHSPKT TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ KHOA: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MƠN: MÁY & THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Kim Ngân MSSV: 15116034 LỚP: Tên đồ án: Thiết kế hệ thống đặc nồi dung dịch NaNO3 có suất nhập liệu 2700kg/h thông số nồng độ ban đầu nồng độ cuối 10% 42%( tính theo khối lượng) Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) - Tổng quan nguyên liêu - Tổng quan phương pháp đặc - Thuyết minh quy trình - Tính tốn cân vật chất - Tính tốn thiết kế thiết bị - Tính tốn thiết bị phụ - Bản vẽ A1 quy trình cơng nghệ - Bản vẽ A1 chi tiết thiết bị thiết kế Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/09/2018 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28/11/2018 Họ tên người hướng dẫn: Th.S Phạm Văn Hưng Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 09 năm 2018 TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Phạm Văn Hưng MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Tên đồ án 1.1 Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) 1.2 Tính chất nguyên liệu 1.2.1 Tính chất vật lý NaNO3: 1.2.2 Điều chế ứng dụng NaNO3: 1.3 Q trình đặc: 1.3.1 Định nghĩa 1.3.2 Phương pháp cô đặc 1.3.3 Bản chất cô đặc nhiệt 1.3.4 Ứng dụng cô đặc 1.4 Thiết bị cô đặc 1.4.1 Phân loại ứng dụng a Theo cấu tạo tính chất đối tượng đặc: b Theo phương pháp thực trình: 1.4.2 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc: CHƯƠNG 2: QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 11 Cơ sở lựa chọn quy trình cơng nghệ: 11 Sơ đồ thuyết minh quy trình cơng nghệ: 11 2.1 Sơ đồ công nghệ 11 2.2 Thuyết minh qui trình 13 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 14 Cân vật chất 14 Xác định nhiệt độ áp suất nồi 15 Xác định tổn thất nhiệt độ 17 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh 18 Tổn thất nhiệt đường ống gây 19 Tổn thất nhiệt độ hệ thống 19 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích nồi hệ thống: 19 Tính cân nhiệt 21 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 24 Bề mặt truyền nhiệt buồng đốt 24 Tính nhiệt lượng đốt cung cấp 24 Tính hệ số truyền nhiệt K nồi: 24 a.Nhiệt tải riêng trung bình: [2] 24 b Tính hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ: 25 c Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sơi : 27 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt nồi: 30 4.1 Tính kích thước buồng đốt buồng bốc: 31 Buồng đốt: 31 4.1.1 a Tính số ống truyền nhiệt: 31 b Đường kính ống tuần hồn trung tâm: 31 c.Kính buồng đốt: [2] 32 d Ống truyền nhiệt bị thay ống tuần hoàn trung tâm: 33 e Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt: 33 4.1.2 4.2 Buồng bốc: 33 a Đường kính buồng bốc: 33 b Thể tích buồng bốc 34 Kích thước buồng đốt buồng bốc: 35 4.2.1 Buồng đốt 35 4.2.2 Buồng bốc 35 4.3 Bộ phận nối buồng đốt buồng bốc: 35 CHƯƠNG 5: TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ 37 Tính bền cho thân: 37 I 1.1 Thân buồng đốt: 37 a Buồng đốt nồi I: 37 b Buồng đốt nồi II: 38 c Buồng đốt nồi III: 40 1.2 Thân buồng bốc: 43 a Buồng bốc nồi I: 43 b Buồng bốc nồi II: 45 c.Buồng bốc nồi III: 46 Tính bền cho đáy nắp thiết bị: 49 2.1 Nắp thiết bị: 49 a Nắp nồi I: 50 b Nắp nồi II: 50 c Nắp nồi III: 51 2.2 Đáy thiết bị: 53 a.Đáy nồi I: 53 b Đáy nồi II: 54 c Đáy nồi III: 56 Tính bích, đệm, bu lông, vỉ ống tay treo: 58 3.1 Tính bích: 58 3.2 Đệm: 59 3.3 Bulơng ghép bích: 59 a Bulông ghép bích buồng bốc nắp: 59 b.Bulơng ghép bích buồng đốt đáy: 61 3.4 Vĩ ống: 61 3.5 Tai treo: 62 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 70 1.Thiết bị ngưng tụ Baromet: 70 1.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ: 70 1.2 Thể tích khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ baromet 70 1.3 Đường kính thiết bị baromet 71 1.4 Kích thước ngăn 71 1.5 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 72 1.6 Kích thước ống Baromet 72 Thiết bị gia nhiệt cho dòng nhập liệu 74 2.1 Nhiệt lượng nước cần dung 75 2.2 Tính hệ số truyền nhiệt 76 LỜI CÁM ƠN Em muốn gửi lời cám ơn biết ơn chân thành tới Thầy- Ths.Phạm Văn Hưng, Giảng viên Khoa Công Nghệ Thực Phẩm- Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, người trực tiếp hướng dẫn, nhận xét, giúp đỡ em suốt trình thực Đồ án Xin chân thành cảm ban giám hiệu nhà trường, thầy cô Khoa Công Nghệ Thực Phẩm tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian học tập làm Đồ Án Q Trình Thiết Bị Do thời gian thực có hạn, kiến thức nhiều hạn chế nên Đồ Án Q Trình Thiết Bị chắn khơng tránh khỏi thiếu sót định Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để em có thêm kinh nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày 28 Tháng 11 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Kim Ngân CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Tên đồ án Thiết kế hệ thống cô đặc nồi dung dịch NaNO3 có suất nhập liệu 2700kg/h thông số nồng độ ban đầu nồng độ cuối 10% 42% ( tính theo khối lượng) 1.1 Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) ➢ Tổng quan nguyên liệu ➢ Tổng quan phương pháp sấy ➢ Thuyết minh quy trình ➢ Tính tốn cân vật chất ➢ Tính tốn thiết kế thiết bị ➢ Tính tốn thiết bị phụ ➢ Bản vẽ A1 quy trình cơng nghệ ➢ Bản vẽ A1 chi tiết thiết bị thiết kế 1.2 Tính chất nguyên liệu 1.2.1 Tính chất vật lý NaNO3: Là muối axit mạnh bazơ mạnh.Các phân tử liên kết với lực liên kết ion Rất dễ tan nước tăng nhanh theo nhiệt độ, dễ bị kết tinh Nó khó tan dung mơi hữu ete Khối lượng riêng 2.265 g/cm3; 30oC (nồng độ 15%) NaNO3 có độ nhớt 0,94.103 N.s/m2; độ hoà tan (g chất khan/100g dd) 49,0 Khi đun nóng NaNO3 nóng chảy: NaNO3 = 2NaNO2 + O2 Ở trạng thái nóng chảy muối NaNO3 chất oxi hóa mạnh oxi hóa Mn2+ → MnO42-, Cr3+ → CrO42- v.v.MnSO4 + MnSO4 + 2KNO3 + 2NaCO3 = Na2MnO4+ 2KNO2 + Na2SO4 + 2CO2 1.2.2 Điều chế ứng dụng NaNO3: Điều chế phản ứng trao đổi KNO3 NaCl: KNO3 + NaCl = NaNO3 + KCl Hồ tan muối lỗng KNO3 NaCl theo tỉ lệ 1:1 đun nóng, sau cho kết tinh KCl nhiệt độ 30o Tách tinh thể KCl ra, làm nguội dung dịch đến nhiệt độ 22osẽ kết tinh NaNO3 NaNO3 dùng để sản xuất axit nitric axit quan trọng công nghiệp, sản xuất phân đạm công nghiệp Chế biến thủy tinh, làm thuốc nổ… 1.3 Q trình đặc: 1.3.1 Định nghĩa Cô đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hoà tan dung dịch hai hay nhiều cấu tử Q trình đặc dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt sôi cao thường tiến hành cách tách phần dung môi (cấu tử dể bay hơn) Đó q trình vật lý - hóa lý 1.3.2 Phương pháp đặc Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng Phương pháp lạnh: 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 ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải dùng đến thiết bị làm lạnh 1.3.3 Bản chất cô đặc nhiệt Dựa theo thuyết động học phân tử: 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 ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phần tử đủ lượng thực trình Bên cạnh đó, bay chủ yếu bọt khí hình thành q trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hồn tự nhiên nồi đặc 1.3.4 Ứng dụng cô đặc Ứng dụng sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm Mục đích để đạt nồng độ dung dịch theo yêu cầu, đưa dung dịch đến trạng thái bão hòa để kết tinh Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, dung dịch nước trái Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, muối vơ … 1.4 Thiết bị cô đặc 1.4.1 Phân loại ứng dụng a Theo cấu tạo tính chất đối tượng đặc: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hồn dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt 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 Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Thích hợp cho dung dịch thực phẩm nước trái cây, hoa ép… b Theo phương pháp thực q trình: Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sơi, áp suất khơng đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt không cao Cơ đặc áp suất chân khơng: Dung dịch có nhiệt độ sơi thấp có áp suất chân khơng Dung dịch tuần hồn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục Cơ đặc nhiều nồi: Mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên lớn làm giảm hiệu tiết kiệm so với chi phí bỏ Có thể đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp hai phương pháp Đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế Cô đặc liên tục: Cho kết tốt đặc gián đoạn, tự động hóa  Tùy điều kiện kỹ thuật, tính chất dung dịch để lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp 1.4.2 Các thiết bị chi tiết hệ thống đặc: Thiết bị chính: ✓ Ống tuần hồn, ống truyền nhiệt ✓ Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp… Thiết bị phụ: ✓ Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu ✓ Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không ✓ Thiết bị gia nhiệt ✓ Thiết bị ngưng tụ Baromet ✓ Thiết bị đo điều chỉnh hba = h1 + h2 + 0,5 (m) Với h1 chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất áp suất thiết bị ngưng tụ xác định công thức sau: ℎ1 = 10.33 𝑏 760 (𝑚); Với b độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg) ℎ1 = 10.33 𝑃𝑎 − 𝑃𝑛𝑔 760 − 0.35 × 735 = 10.33 × = 6.83 (𝑚) 760 760 𝜔2 𝐻 (1 + 𝜆 + ∑ 𝜉) (𝑚) ℎ2 = 2𝑔 𝑑 Trong đó: λ: Hệ số trở lực ma sát nước chảy ống h2: chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống ∑ 𝜀 : Tổng trở lực cục ( chọn ε1 = 0.5 hệ số trở lực cục vào ống chọn ε2= hệ số trở lực cục khỏi ống) • Chuẩn số RE 𝑅𝑒 = 𝜔𝑑𝐵𝑎 𝜌 0.55 × 0.14 × 987.875 = = 138302 𝜇 0.55 × 10−3 Chọn vật liệu làm ống Baromet thép CT3 – ( tính Hệ số nhám với ống dẫn nước điều kiện rò nên độ nhám ԑ = mm • Độ nhám tương đối ∆̅= 𝜀 = = 0.014 𝑑𝑏𝑎 140 Áp dụng cơng thức Cơnacơp cho Re có giá trị 10000 𝜆= = 0.016 (1.8 log(𝑅𝑒) − 1.5)2 Giả sử chiều cao Baromet 8m ℎ2 = 0.552 × (1 + 0.017 + 1.5) = 0.053 × 9.81 0.14 HBa= 0.053+ 6.83+0.5= 7.383 (m)  Vậy chiều cao ống Baromet 8m Bảng 23: Thông số thiết bị Baromet Lượng nước lạnh cần tưới vào TBNT Gn = 8.04 kg/s Thể tích khơng khí cần hút khỏi TBNT Vkk = 0,0255m3/s Thiết bị Ống Đường kính Dba = 0,9 m Chiều cao Hba = 4,08 m Số ngăn n=8 Khoảng cách ngăn htb = 0,4 m Số bậc K=4 Thời gian rơi qua bậc t = 0,41 s Đường kính dba = 0,14 m Chiều cao hba = m Tổng chiều cao TBNT h = + 4,3 = 12,3 m Thiết bị gia nhiệt cho dòng nhập liệu Lựa chọn thiết bị gia nhiệt cho dòng nhập liệu phải thỏa: + Năng suất nhập liệu: 2700 kg/h + Chọn nhiệt độ dung dịch vào: 30 0C + Chọn nhiệt độ dung dịch ra: 91 0C + Áp suất đốt (hơi nước bão hòa): at + Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch ống, đốt ống, để gia nhiệt nguyên liệu từ 30 oC đến 91 0C Nhiệt lượng nước cần dung 2.1 Nhiệt độ trung bình: 𝑇𝑡𝑏 = 30+91 = 60 ℃ Dòng nóng (hơi đốt): t = 151,1 oC Hiệu nhiệt độ đầu vào đầu là:   tvao = 151 ,1 − 30 = 121 ,1 oC    t = 151 ,1 − 91 = 60 ,1 oC Hiệu số nhiệt độ trung bình: Phương trình cân lượng: D.rh (1- ) =Gđ.( Cc.tc –Cđtđ) + Qtt φ: độ ẩm đốt φ = 5% Giả sử: Qtt = 0,05Drh (1- φ) → 0,9 Drh = Gđ(Cc.tc –Cđtđ) Lượng đốt cần dùng:  tlog =  tvao −  t 121 ,1 − 60 ,1 = = 87 ,1  tvao 121 ,1 ln ln  t 60 ,1 D= Gđ (Cc t c − C d t d ) 0,9rh D= Gd C (t c − t d ) 0.9rh o C (kg/s) Trong đó: C : Nhiệt dung riêng trung bình dung dịch,J/kgđộ →C = 4253.1 J/kgđộ rh : Ẩn nhiệt ngưng tụ đốt, J/kg →Tra r = 2117000 J/kg 2700 × 4253.1(91 − 30) 𝐾𝑔 D = 3600 = 0.967 ( ) 0.95 × 211700 𝑠 2.2 Tính hệ số truyền nhiệt • Hệ số cấp nhiệt 𝛼 = 2.04𝐴4 √ 𝑟 ∆𝑡1 𝐻 Trong đó: H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m →Chọn H = m Δt1: Hiệu số nhiệt độ thành ngưng tụ, oC Chọn Δt1=30C  𝑡𝑊1 = 𝑡1 − ∆𝑡1 = 151 − = 148℃  𝑡𝑚 = 0.5(𝑡𝑤1 + 𝑡1) = 0.5 × (148 + 151) = 149.5℃ Tra A=193 r: Ẩn nhiệt ngưng tụ đốt, j/kg => r = 2117000 J/kg 2117000  𝛼1 = 2.04 × 193 √ 148×2 = 3620 ( 𝑊 𝑚2 độ ) Nhiệt tải riêng đốt cấp cho thiết bị 𝑞1 = 𝛼1 ∆𝑡1 = 3620 × = 10860 ( 𝑊 ) 𝑚2 Nhiệt tải riêng thành thiết bị 𝑞= 1 𝜆 (𝑡𝑊1 − 𝑡𝑊2 ) = ( + + ) (𝑡𝑊1 − 𝑡𝑊2 ) ∑𝑟 𝑟𝑐1 𝛿 𝑟𝑐2 Trong đó: => rc1 = 0,252.10-3 m2độ/W rc1 : Nhiệt trở cặn bẩn phía đốt rc2 : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch => rc2 = 0,387.10-3 m2độ/W V  : Nhiệt trở thành thiết bị, m2độ/W Chọn thép không rỉ vật liệu làm ống truyền nhiệt, bề dày thành ống 2.5 mm Xem mát nhiệt không đáng kể: q1=q2=q3 Và tw2= tw1 -q1∑ 𝑟= 143.23OC ∆𝑡2= tw2 – ttb= 83.13 OC • Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch Cấp nhiệt dòng chảy cưỡng theo chế độ chảy dòng Nu = , 15  Re Mà:Nu = 0.33 Pr 0.43 Gr Pr  0.25  t  Pr    2d  , 15  Re 0.33 Pr  2 = 0.43 Gr Pr  0.25  t   Pr   (W/m2độ) d Trong đó: : Đường kính ống truyền nhiệt (m)→ Chọn d = 0,057 m  : Hệ số dẫn nhiệt chất lỏng (W/mđộ) → Tra = 0,5655(W/m.độ) d  vd  Re =  Pr = C  Gr = gd3 2 t 3 Với: v : Vận tốc dòng chảy, m/s → Chọn v = 0,01 m/s  : Hệ số dãn nở thể tích, 1/độ →  = 52.10-5 0C-1 ԑ1 : Hệ số hiệu chỉnh → ԑ1 = Các thông số vật lý tính theo nhiệt độ mặt tường tiếp xúc với dòng tw2 cho Prt nhiệt độ trung bình ttb dòng cho chuẩn số khác Bảng 24: ρ (kg/m3) C µ λ (j/kgđộ) ( Ns/m2) (W/m2độ) Pr ttb = 60,5 0C 1142,50 3558,1 0,001265 0,5655 7,9593 tw2 = 143,23 0C 1006,47 3558,1 0,000886 0,5803 5,4324  Re = 514.68 Suy ra:   10 10  Gr = 5.354  Vậy: = 359,21 W/m2độ Nhiệt tải riêng phía dung dịch sơi: q2 =  2∆t2 = 29861,79 W/m2 Kiểm tra sai số: q = q − q1 q2  100 % = 29861 ,79 − 28787 ,3 29861 ,79 = 3,6 %  5% Nhiệt tải trung bình: qtb =q1 + q = 29861 ,79 + 28787 ,3 = 29324 ,5 W/m2 • Tính hệ số truyền nhiệt: K = q tb 29324 ,5 =  t log 83 , 13 = 352,76 W/m2độ • Tính diện tích truyền nhiệt: F = Q (1 −  )(1 −  )rD = (1 − 0,1)(1 − 0,05 )2117000  0,454 = K  tlog K  t log 352 ,76  87 ,1 = 26,71 m2 Chọn F = 40 m2 • Số ống truyền nhiệt: n= F dH = 40   ,057  = 111, 68 Chọn loại ống chùm bố trí ống hình lục giác đều: Số hình lục giác : hình Số ống đường chéo : 13 ống Tổng số ống truyền nhiệt : 127 ống • Đường kính thiết bị gia nhiệt: Đường kính thiết bị gia nhiệt tính theo cơng thức sau: Dt = t(b – 1) + 4d (m) III-29/122 [2] Trong đó: d : Đường kính ngồi ống truyền nhiệt 0,057m, t : Bước ống, m → Chọn t = 1,2d b : Số ống đường chéo hình lục giác đều, ống b = 1+ Suy ra: (n − 1) = 13 ống Dt = 1,0488 (m) Chọn đường kính chuẩn cho thiết bị gia nhiệt là: Dt = 1,2 m • Kích thước thiết bị gia nhiệt nhập liệu: ✓ H= 2000mm ✓ Dt= 1200 mm ✓ dn=57mm ✓ dt= 52mm ✓ n= 127 Bồn cao vị Bồn cao vị đặt độ cao cho thắng trở lực đường ống Phương trình Bernoulli cho mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) mặt cắt – (mặt thoáng chất lỏng buồng bốc) Z1 + P1 v12 P v2  l v + = Z2 + + +   +   g 2g g 2g  D  2g Trong đó: v1 = v2 = v (m/s) P1 = at P2 = 0,5 at ρ : Khối lượng riêng dung dịch nhập liệu 30 0C, kg/m3 →Tra ρ = 1075 kg/m3 : Độ nhớt dung dịch 30 0C, Ns/m2 µ = 0,94.10-3 µ Ns/m2 (bảng I.101/91 [4]) Z1 : Chiều cao từ bồn cao vị xuống đất, m Z2 : Chiều cao từ mặt thoáng chất lỏng buồng bốc xuống đất, m h1-2 : Tổng tổn thất áp suất, m Xác định hệ số ma sát ống: Chọn đường kính ống dẫn: dhút = dđẩy = d = 52 mm chảy ống: v= 4Q  d t2 =  6000 = 0,73 m/s 3600  1075    ,052 Chuẩn số Reynolds: Re = vd t   =   ,052  1075 = 43411 0,94  10 −3 Chọn vật liệu làm ống thép không gỉ X18H10T → Độ nhám ԑ = 0,2 mm d  Re gh = 6 t     Re n /7 d  = 220  t      52  = 6    /8 /7 = 3452 ,3  52  = 220     [4] /8 = 114621 [4] Vì Regh < Re < Ren Nên hệ số ma sát: [4]   100    = ,1 ,46 + dt Re   0.25  100 = ,1 ,46 + 52 43411  + Chọn chiều dài ống: L = 10 m    0.25 = 0,030 + Hệ số cục miệng ống vào: ξ vào = 0,5 + Hệ số cục miệng ống ra: ξra = + Hệ số cục co 90o: ξco = 0,9 + Hệ số cục van: ξvan = 0,2 Tổng hệ số tổn thất cục bộ:   =  vao + 3 co 90 +  van +  = ,5 +  ,9 + ,2 + = ,4 Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến cửa nhập liệu nồi I: L = 10 m Tổn thất áp suất đường ống dẫn: h1− = v2  l  46  10  + ,4  = ,084 m  +   =  ,030 2g  d ,052   ,81   Chiều cao từ cửa nhập liệu nồi I đến mặt thoáng bồn cao vị: H = Z1 − Z = (P2 − P1 )9,81  10 + (v 22 − v12 )+ h g (0,5 − 1) 9.81  10 + ( 1075  ,81 (m) 1− 2g ) 0,73 − + ,084 = − ,54 m  ,81 Vậy cần đặt bồn cao vị thấp cửa nhập liệu nồi I khoảng m Tuy nhiên để ổn định dòng chảy ta đặt bồn cao vị cao cửa nhập liệu nồi I khoảng 0,5 m • Lớp cách nhiệt: Vật liệu: bơng thuỷ tinh Ta tính cho nồi I, lớp cách nhiệt nồi sau lấy nồi I C = tT1  C t T1 − t T   n t T − t kk (m) : Nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc thành thiết bị (hơi đốt), 0C => tT1 = 151,1 C tT2 : Nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí, 0C →Chọn tT2 = 45 0C tkk : Nhiệt độ khơng khí, 0C → Chọn tkk = 30 0C λC : Hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt, W/mđộ → Tra λC = 0,12W/mđộ : Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngồi lớp cách nhiệt đến khơng khí, W/m2độ αn αn = 9,3 + 0,058tT2 = 9,3 + 0,058  45 = 11,91 W/m2độ C = Suy ra: 151 ,1 − 45 = ,071 m 11 ,91 45 − 30 ,12  Vậy bề dày lớp cách nhiệt là: δC = 7,5 cm Bơm • Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ, bơm nhập liệu nồi III nồi II, nồi I ,bơm tháo liệu nồi I: Công suất bơm: N= Q v gH 1000 (KW) Trong đó: H : Cột áp bơm, m η : Hiệu suất bơm : Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 Qm : Lưu lượng khối lượng chất lỏng vào bơm, kg/s Qv : Lưu lượng thể tích chất lỏng vào bơm, m3/s QV = Qm  (m3/s) Phương trình Bernoulli cho mặt cắt – mặt cắt – (ở độ cao cao hơn) Z1 + P1 1v12 P  v2 + + H = Z + + 2 + h1−2  2g  2g Xác định hệ số ma sát ống: Chọn đường kính ống dẫn: dhút = dđẩy = d v= Vận tốc dòng chảy ống: Chuẩn số Reynolds:Re = vd   4Q d (m/s) Chọn vật liệu l ống: Ta có:  d Regh = 6   8/  d Ren = 220   9/ Nếu Regh < Re < Ren Thì hệ số ma sát:  100    = 0.11.46 +  d Re   0.25 Tổng hệ số tổn thất cục bộ:   = a vaøo+ b co90 + c van + d Trong đó: ξvào = 0,5 ξra = 1,0 ξco 90 = 0,9 ξvan = 0,2 Chọn l: Chiều dài đường ống, m h1−2 Tổn thất áp suất: v2  l  =   +   2g  d  Cột áp bơm: (P2 − P1 )9.8110 H = (Z − Z1 ) + (v (m) ) − v12 + h1−2 (m) g 2g Q gH Suy công suất bơm: N = v (KW) 1000 + 2 Bảng 25: Bơm nhập Bơm nhập Bơm nhập Bơm tháo liệu Bơm nước cho liệu nồi III liệu nồi II liệu nồi I nồi I thiết bị ngưng tụ ղ 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 ρ (kg/m3) 1048,1 1060 1287,5 1255,5 987,875 Qm (kg/s) 3,333 2,62 1,81 0,833 9,85 Qv (m3/s) 0,0032 0,0025 0,007 0,0014 0,01 v1 (m/s) 0 0 v2 (m/s) 0 0 P1 (at) 1,0000 0,36 2,3 P2 (at) 0,36 2,3 0,3345 µ (Ns/m2) 0,00094 0.00045 0,0003436 0,0002740 0,0008 Z1 (m) 0,5 5 0,5 Z2 (m) 5,2 5,2 5,2 0,5 14 d (mm) 50 50 50 50 100 v (m/s) 0,6 0,6 0,6 0,5 0,55 Re 33450 70666 112412 114552 67946 Vật liệu làm ống X18H10T X18H10T X18H10T X18H10T CT3 ԑ (mm) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Regh 3301 3301 3301 3301 7289 Ren 109674 109674 109674 109674 239202 λ 0,0336 0,0336 0,0313 0,0333 0,0257  3,5 3,7 3,5 4,4 3,5 l (m) 10 10 10 17 h1-2 (m) 0,1814 0,1910 0,1791 0,0985 0,1214 H (m) 0,577 2,57 6,676 -6,201 8,411 N (KW) 0,0687 0,0088 0,0701 0,056 0,5052 N chọn (Hp) 1,5 1,5 1,5 1 • Bơm chân khơng Cơng suất bơm tiêu hao: N= V KK  ck  k  P   Pkk  k −1  P1     k −1 k   − 1   (W) k = 1,2 – 1,62 Chỉ số đa biến Chọn m = 1,4 Áp suất tính tốn đầu hút bơm Chọn Pkk = P1 = Png - Ph = 0,35 at – 0,0698 at = 0,2802 at = 27487,62N/m2 P2 = at = 98100 N/m2: Áp suất sau nén; lấy theo áp suất khí −3 VKK = 9.06  10 m3/s thể tích khơng khí cần hút  ck = 0.9 N = Hiệu suất khí bơm chân không kiểu pittong 25 ,9  10 −3 ,8 1.3−1     1.3  ,3  27487 ,62   − 1 = 862 ,325  W ,3 −  ,2802   * Chọn bơmchân không: Theo bảng 6.2 p176 [9] - Loại bơm chân khơng vòng nước hiệu KBH-4 - Tốc độ hút 0oC 760 mmHg : 0,4 m3/ph - Áp suất giới hạn : 110 mmHg - Lưu lượng nước: 250-300 l/h - Công suất động cơ: 1,5 KW - Khối lượng bơm: 38 kg KẾT LUẬN Trong trình thực đồ án, ta rút nhận xét sau: ➢ Hệ thống cô đặc nồi ngược chiều vận hành tiết kiệm đốt tận dụng lượng thứ nồi trước cấp nhiệt cho nồi sau ➢ Hệ thống thích với việc đặc dung dịch vơ khơng biến tính nhiệt khoảng nhiệt độ làm việc, cô đặc đến nồng độ cao so với hệ xuôi chiều ➢ Tuy nhiên hệ thống cô đặc ngược chiều nhập liệu từ nồi thứ III đốt đưa vào nồi I, áp suất nồi II nhỏ nồi I, nồi III nhỏ nồi II nên đưa sản phẩm từ nồi III sang nồi II, nồi II sang nồi I, ta cần phải dùng bơm để vận chuyển dung dịch ➢ Khi thiết kế ta nên thiết kế cho có đồng thiết bị cô đặc, nhằm tạo thuận tiện thay sửa chữa ➢ Thiết bị có cấu tạo đơn giản, hoạt động ổn định, nên ta thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống thiết bị ➢ Bên cạnh đó, với thiết bị có ống tuần hồn trung tâm, chiều cao buồng đốt lớn gây khó khăn cho việc đối lưu tự nhiên dung dịch TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bơn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ, “ Quá trình & Thiết bị CNHH – Tập – Quá trình Thiết bị Truyền nhiệt”, NXB Đại Học Quốc gia TpHCM, 9/2004, 424 tr [2] Phạm Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế hóa chất thực phẩm”, Bộ Giáo dục Đào tạo, 1992, 275 tr [3] Phạm Văn Bơn, “Q trình & Thiết bị CNHH – Bài tập Truyền nhiệt”, Trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 9/2004, 52 tr [4] Nhiều tác giả, “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất tập I”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 10/2005, 632 tr [5] Nhiều tác giả, “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hoá chất tập II”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 10/2005, 448 tr [6] Hồ Lệ Viên, “Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hố chất”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Quí III/2006, 240 tr [7] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình & Thiết bị CNHH – Tập – Quyển – Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén”, NXB Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 242 tr [8] Tập thể giảng viên môn Cơ Lưu Chất, “Giáo trình lưu chất”, Trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 2003, 239tr ... ống, dung dịch đặc đến nồng độ 19% Sau đó, dung dịch bơm qua thiết bị cô đặc thứ II, dung dịch cô đặc đến nồng độ 25% Sau dung dịch tiếp tục bơm qua thiết bị cô đặc thứ III , dung dịch cô đặc. .. Q TRÌNH THIẾT BỊ KHOA: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Kim Ngân MSSV: 15116 034 LỚP: Tên đồ án: Thiết kế hệ thống cô đặc nồi dung dịch NaNO3 có suất nhập liệu 2700kg/h... (kg/m3) 916 ,32 942,58 959,8 Cdd (J/kg.độ) 2844,55 34 28, 83 3 630 ,64 Cn (J/kg.độ) 432 4,4 4 238 ,0 4222,0 mdd.1 03 0,242.10 -3 0 ,33 4.10 -3 0,45.10 -3 0,210.10 -3 0,274.10 -3 0 ,37 .10 -3 (Ns/m2) mn.1 03 (Ns/m2)