1. Đặt vấn đề NaOH là một trong những hóa chất quan trọng trong công nghiệp cũng như đời sống. Trên toàn thế giới, trung bình mỗi năm sản xuất khoảng 45 – 50 triệu tấn NaOH. Sản xuất NaOH là một ngành sản xuất hóa chất cơ bản và lâu năm. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển của các lĩnh vực khác như: dệt, sản xuất phèn, nước tẩy rửa,... Theo phương pháp cổ điển, NaOH được điều chế bằng cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 loãng, nóng. Ngày nay, NaOH được sản xuất bằng phương pháp hiện đại hơn, đó là điện phân dung dịch NaCl bão hòa. Tuy nhiên, dung dịch NaOH điều chế được có nồng độ rất loãng, gây khó khăn trong việc lưu trữ, vận chuyển cũng như các mục đích sử dụng khác. Để thuận tiện, người ta phải cô đặc NaOH đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu. Và để tìm hiểu vấn đề cô đặc NaOH, nhóm chúng tôi đã quyết định chọn đề tài “Thiết bị cô đặc một nồi NaOH năng suất 10m3h” để thực hiện Đồ án thiết kế máy thiết bị. 2. Mục tiêu đồ án Nghiên cứu, tính toán thiết kế thiết bị cô đặc một nồi NaOH có nồng độ đầu là 10%, nồng độ yêu cầu 30% với năng suất 10 m3h. 3. Nội dung đồ án • Tìm tiểu về quá trình cô đặc, thiết bị cô đặc và nguyên liệu cô đặc (NaOH). • Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng của quá trình cô đặc. • Tính toán các thông số hệ thống cho thiết bị cô đặc, thiết bị phụ. • Thiết kế hệ thống cô đặc một nồi NaOH năng suất 10 m3h. 4. Giới hạn nghiên cứu của đồ án • Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị cô đặc một nồi NaOH năng suất 10 m3h. • Phạm vi nghiên cứu: Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, thiết kế hệ thống cô đặc, tính kinh tế. 5. Ý nghĩa khoa học Đề tài nhằm tính toán, thiết kế hệ thống cô đặc một nồi NaOH, tạo điều kiện cho việc khảo sát các điều kiện thực nghiệm khác nhau của nguyên liệu. 6. Ý nghĩa thực tiễn • Thiết bị có ý nghĩa ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, cơ sở sản xuất NaOH. • Chế tạo ra hệ thống với quy mô lớn để áp dụng cho quy mô công nghiệp.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HỐ HỌC VÀ THỰC PHẨM Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI NaOH NĂNG SUẤT 10 M3/H GVH D SVTH TS LÊ MINH TÂM PHAN ĐĂNG QUỚI TỬ NGUYỄN VĂN SÂM 15128078 15128055 TP HCM, Tháng 5/2018TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên PHAN ĐĂNG QUỚI TỬ NGUYỄN VĂN SÂM Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học Mã số sinh viên 15128078 15128055 Tên đồ án: Thiết bị kết tinh cô đặc nồi NaOH suất 10 m3/h Nhiệm vụ đồ án: Tính tốn cân vật chất, cân lượng, tính tốn thiết kế hệ thống, thiết bị chính, phụ Các số liệu ban đầu: • Năng suất thiết bị: 10 m3/h • Nồng độ ban đầu: 10%, nồng độ sau đặc: 30% • Chất tải nhiệt: nước bão hòa • Các thong số khác sinh viên tự tra cứu Yêu cầu phần thuyết minh tính tốn • Đặt vấn đề, tìm hiểu quy trình cơng nghệ • Tìm hiểu tính chất vật lý, hóa học; điều chế ứng dụng NaOH • Tính tốn thiết bị chính, chọn lựa thiết bị phụ • Tính tốn kinh tế • Tính bề dày chi tiết thiết bị u cầu trình bày vẽ • Bản vẽ quy trình cơng nghệ (2xA0 + 2xA3) • Bản vẽ chế tạo thiết bị (2xA0 + 2xA3) Yêu cầu khác Thực thông qua đồ án tiến độ Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/01/2018 Ngày hoàn thành đồ án: 18/05/2018 Họ tên người hướng dẫn: TS Lê Minh Tâm TP HCM, ngày tháng năm 2018 Người hướng dẫn PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP HCM, ngày tháng Người hướng dẫn năm 2018 PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP HCM, ngày tháng Người phản biện năm 2018 MỤC LỤC Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH LỜI NÓI ĐẦU Đồ án Thiết kế máy thiết bị hai đồ án sinh viên ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Đồ án với mục tiêu giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức học mơn Q trình thiết bị Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học vào việc tính tốn, thiết kế hệ thống để áp dụng vào thực tế Trong phạm vi đồ án mơn học này, nhóm chúng tơi chọn nghiên cứu, tính tốn thiết bị đặc NaOH NaOH hóa chất quan trọng công nghiệp, sử dụng rộng rãi thực tế Để hồn thành đồ án khơng thể khơng kể đến hướng dẫn tận tình TS Lê Minh Tâm Thầy có định hướng giúp chúng tơi hồn thiện đồ án Với trình độ chun mơn nhiều thiếu sót đồ án nên khơng tránh khỏi sai sót làm Chúng tơi mong đóng góp, nhận xét bổ sung từ thầy đọc giả để hoàn thiện đồ án này! Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô! Sinh viên thực Phan Đăng Quới Tử Nguyễn Văn Sâm Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ đặc nồi Hình 1.2 Sơ đồ điện phân NaCl có màng ngăn Hình 2.1 Sơ đồ sản xuất NaOH cơng nghiệp Hình 3.1 Sơ đồ xác định tính cân vật chất cân lượng nồi cô đặc Hình 3.1 Sơ đồ khối mơ tả cân vật chất Hình 3.2 Đồ thị thay đổi nhiệt độ q trình đặc [1] Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH DANH MỤC BẢNG Bảng Nhiệt hòa tan số muối nước (1 kmol muối n kmol nước) [2] Bảng Nhiệt độ sôi nước áp suất khác [6] Bảng Giá trị f theo nhiệt độ sôi nước nguyên chất [7] Bảng Tổn thất nhiệt độ ∆’0 theo nồng độ C% NaOH áp suất thường [7] Bảng Khối lượng riêng (kg/m3) dung dịch NaOH nhiệt độ khác [6] Bảng Các giá trị thơng số cân vật chất tính tốn Bảng Các giá trị thông số cân nhiệt tính tốn Bảng Các thơng số bích buồng bốc – buồng đốt Bảng Các thông số bích buồng đốt – buồng đáy Bảng 10 Các thơng số bích nắp – buồng bốc Bảng 11 Các thơng số bích ống dẫn thứ Bảng 12 Các thơng số bích ống dẫn đốt Bảng 13 Các thông số bích ống dẫn nước ngưng Bảng 14 Các thơng số bích ống nhập liệu Bảng 15 Các thơng số bích ống tháo liệu Bảng 16 Vật liệu khối lượng chi tiết thiết bị Bảng 17 Các giá trị thơng số tính tốn nhiệt Bảng 18 Giá trị kích thước thiết bị ngưng tụ baromet Bảng 19 Các giá trị tính toán thiết bị ngưng tụ Bảng 20 Các hệ số trở lực cục (tính cho bồn cao vị) Bảng 21 Các hệ số trở lực cục (tính cho bơm nước) Bảng 22 Các hệ số trở lực cục (tính cho bơm nhập liệu) Bảng 23 Các hệ số trở lực cục (tính cho bơm tháo liệu) Bảng 24 Tính tốn giá thành thiết bị MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH NaOH hóa chất quan trọng cơng nghiệp đời sống Trên toàn giới, trung bình năm sản xuất khoảng 45 – 50 triệu NaOH Sản xuất NaOH ngành sản xuất hóa chất lâu năm Nó đóng vai trò quan trọng việc phát triển lĩnh vực khác như: dệt, sản xuất phèn, nước tẩy rửa, Theo phương pháp cổ điển, NaOH điều chế cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 lỗng, nóng Ngày nay, NaOH sản xuất phương pháp đại hơn, điện phân dung dịch NaCl bão hòa Tuy nhiên, dung dịch NaOH điều chế có nồng độ lỗng, gây khó khăn việc lưu trữ, vận chuyển mục đích sử dụng khác Để thuận tiện, người ta phải cô đặc NaOH đến nồng độ định theo yêu cầu Và để tìm hiểu vấn đề đặc NaOH, nhóm chúng tơi định chọn đề tài “Thiết bị cô đặc nồi NaOH suất 10m 3/h” để thực Đồ án thiết kế máy thiết bị Mục tiêu đồ án Nghiên cứu, tính tốn thiết kế thiết bị đặc nồi NaOH có nồng độ đầu 10%, nồng độ yêu cầu 30% với suất 10 m3/h Nội dung đồ án • Tìm tiểu q trình đặc, thiết bị đặc ngun liệu đặc (NaOH) • Tính tốn cân vật chất, cân lượng trình đặc • Tính tốn thơng số hệ thống cho thiết bị đặc, thiết bị phụ • Thiết kế hệ thống cô đặc nồi NaOH suất 10 m3/h Giới hạn nghiên cứu đồ án • Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị đặc nồi NaOH suất 10 m3/h • Phạm vi nghiên cứu: Tính tốn cân vật chất, cân lượng, thiết kế hệ thống đặc, tính kinh tế Ý nghĩa khoa học Đề tài nhằm tính tốn, thiết kế hệ thống đặc nồi NaOH, tạo điều kiện cho việc khảo sát điều kiện thực nghiệm khác nguyên liệu Ý nghĩa thực tiễn • Thiết bị có ý nghĩa ứng dụng rộng rãi nhà máy, sở sản xuất NaOH Chế tạo hệ thống với quy mô lớn để áp dụng cho quy mô công nghiệp Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở khoa học phương pháp cô đặc 1.1.1 Định nghĩa đặc Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nhiệt độ sôi áp suất tương ứng Trong cơng nghệ hóa học thực phẩm, cô đặc sử dụng phổ biến với mục đích: • Làm tăng nồng độ chất tan; • Thu chất rắn hòa tan dạng tinh thể (kết tinh); • Thu dung mơi dạng ngun chất Cơ đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất như: áp suất chân không, áp suất thường (áp suất khí hay áp suất dư), hệ thống thiết bị cô đặc nồi, hay hệ thống thiết bị đặc nhiều nồi Q trình đặc gián đoạn hay liên tục Hơi bay q trình đặc thường nước, gọi “hơi thứ” thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên sử dụng làm đốt cho nồi cô đặc Nếu thứ sử dụng ngồi dây chuyền đặc gọi “hơi phụ” Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ bị oxi hóa phân hủy nhiệt Ngồi ra, để tăng hiệu số nhiệt độ đốt nhiệt độ bình dung dịch hay gọi hiệu số nhiệt độ hữu ích, dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt thiết bị cô đặc Mặt khác, đặc chân khơng nhiệt độ sơi dung dịch thấp nên tận dụng nhiệt thừa trình sản xuất khác 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 cô đặc q trình đun nóng khác Còn đặc áp suất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí Đây phương pháp đơn giản không kinh tế [1] Xét q trình đặc phương pháp nhiệt, q trình ngược q trình hòa tan Nếu q trình hòa tan thu nhiệt đặc trình tỏa nhiệt ngược lại, trình hòa tan tỏa nhiệt đặc q trình thu nhiệt Nhiệt 10 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH Bề dày ngăn Bước lỗ δ t CHIỀU CAO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Mức độ đun nóng nước P mm mm Số ngăn z Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị a0 Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị an Chiều cao H KÍCH THƯỚC ỐNG BAROMET Tốc độ nước lạnh nước ngưng chảy ống ω Đường kính ống d Độ chân không b Chiều cao cột nước cân với (pkq – pc) h1 Hệ số trở lực vào ξ1 mm mm mm 1300 1200 5700 m/s mm mmHg m 0,5 260 392,5 5,335 0,5 Hệ số trở lực 4.20 - 0,832 ξ2 Khối lượng riêng nước lạnh nước ngưng ρn Độ nhớt động lực μn Chuẩn số Reynolds Re Hệ số ma sát λ Chiều cao H’ Chiều cao thiết bị ΣH = H + H’ = 5,7 + = 11,7 m 1,1 kg/m3 Ns/m2 m 987,725 0,000543 236471,92 0,0198 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 đặc - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) – (mặt thoáng nồi đặc): Trong đó: • v1 = v2 = m/s • p1 = at • p2 = p0 = 0,5236 at • ρ = 1104,2 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch NaOH 10 % t1 = 30 oC 72 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH (bảng 4, trang 11, [13]) • μ = 0,00145 Ns/m2 – độ nhớt động lực dung dịch NaOH 10 % t1 (bảng I.107, trang 100, [6]) • z2 - khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch nồi cô đặc đến mặt đất; m z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = + 1,812 + 1,5 + 0,04 + 0,4 = 4,1212 m Với: z’ = m – khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất Hđ = 1,812– chiều cao đáy nón Hbđ = 1,5 m – chiều cao buồng đốt Hgc = 0,04 m – chiều cao gờ đáy nón Hc = 0,4 m – chiều cao phần hình nón cụt Đường kính ống nhập liệu d = 100 mm = 0,1 m Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến thiết bị gia nhiệt l = 20 m Tốc độ dòng chảy ống: v = = = 0,3537 m/s Chuẩn số Reynolds: Re = = = 26933,16 ≥ 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn (bảng II.64, trang 378, [6]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [6]: Regh = = = 7289,34 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [6]: Ren = 220.= 220 = 239201,52 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) 73 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64, trang 380, [6]: = 0,1 = 0,1.=0,0285 Bảng 20 Các hệ số trở lực cục (tính cho bồn cao vị) Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 90o Van cửa ⇒ Σξ = 0,5 + + 3.1 + 1.1,5 = Ký Hệ số trở lực cục Số hiệu ξvào ξra ξkhuỷu 0,5 1 lượng 1 90 ξvan 1,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = = = 0,0746 m ⇒ Khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất: z1 = z2 + + h1-2 = 4,1212 + + 0,0746 = 8,5088 m ⇒ Dung dịch NaOH 10 % tự chảy từ bồn cao vị vào thiết bị tiền gia nhiệt nồi cô đặc bồn có độ cao từ 8,5088 m 4.21 Bơm 4.21.1 Bơm chân không Công suất bơm chân không: N = p1 = 0,444.98066,5 = 2221,23 W Trong đó: • m – số đa biến, có giá trị từ 1,2 đến 1,62 Chọn m = 1,6 • p1 – áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ p1 = pc – ph = 0,5 – 0,056 = 0,444 at ph – áp suất nước hỗn hợp 74 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị đặc nồi NaOH • p2 = pa = at = 98066,5 N/m2 – áp suất khí • Vkk – lưu lượng thể tích khơng khí cần hút • ηck = 0,8 – hệ số hiệu chỉnh Tốc độ hút oC 760 mmHg S = 0,002267.60 = 0,13602 m3/phút Theo bảng 1.4, trang 9, [15], ta chọn bơm có ký hiệu BH-025-2 với thông số: Các thông Bơm BH-025-2 số Số cấp Tốc độ bơm vùng áp suất 760 – mmHg; L/s Lượng dầu; L Công suất động cơ; kW Kích thước tổng thể dài x rộng x cao; mm 0,25 0,86 0,18 330 x 243,5 x 229 16,5 Khối lượng; kg 4.21.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ Công suất bơm: N= Trong đó: • H – cột áp bơm; m • η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 • ρ = 996,66 kg/m3 – khối lượng riêng nước 26 oC • Q – lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3/s Q = = = 0,0222 m3/s Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt - (mặt thoáng bể nước) – (mặt thoáng thiết bị ngưng tụ) 75 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH z1 + + = z + + Trong đó: • v1 = v2 = m/s • p1 = at • p2 = 0,5 at • μ = 0,000874 Ns/m2 – độ nhớt động lực nước 26 oC (bảng I.249, trang 310, [6]) • z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất • z2 = 12 m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 200 mm = 0,2 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 = = = 0,7066 m/s Chuẩn số Reynolds: Re = = = 161153,31 ≥ 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn (bảng II.15, trang 381, [6]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [6]: Regh = 6.= = 16096,17 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [6]: Ren = 220.= 220 = 521702,2 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 379, [6]: 76 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH = 0,1 = 0,1.=0,0214 Bảng 21 Các hệ số trở lực cục (tính cho bơm nước) Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 90o Van cửa ⇒ Σξ = 0,5 + + 6.1 + 1,5 = Ký hiệu Hệ số trở lực Số ξvào ξra ξkhuỷu 90 ξvan cục 0,5 1 1,5 lượng 1 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = = = 0,2826 m ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + + h1-2 = (12 – 2) + + 0,2826 = 10,2816 m N = = = 2,976 kW Chọn N = HP (=3 KW) Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K 4.21.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị - Công suất bơm: N= Trong đó: • H – cột áp bơm; m • η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 • ρ = 1104,2 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch NaOH 10% 30 oC (bảng 4, trang 11, [13]) • Q – lưu lượng thể tích dung dịch NaOH 10% bơm vào bồn 77 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH cao vị; m3/s Q = = = 0,000278 m3/s Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt - (mặt thoáng bể chứa nguyên liệu) – (mặt thoáng bồn cao vị): z1 + + + H = z2 + + + h1-2 Trong đó: • v1 = v2 = m/s • p1 = at • p2 = at • μ = 0,00145 Ns/m2 – độ nhớt động lực dung dịch NaOH 10% 30 oC (bảng I.101, trang 91, [6]) • z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể chứa nguyên liệu đến mặt đất • z2 = 8,6 m – khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 100 mm = 0,1 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 = = = 0,3537 m/s Chuẩn số Reynolds: Re = = = 26933,16 ≥ 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn (bảng II.64, trang 378, [6]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo công thức II.60, trang 378, [6]: Regh = = = 7289,34 78 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [6]: Ren = 220.= 220 = 239201,52 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [6]: = 0,1 = 0,1.=0,0285 Bảng 22 Các hệ số trở lực cục (tính cho bơm nhập liệu) Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 90o Van cửa ⇒ Σξ = 0,5 + + 2.1 + 1,5 = Ký hiệu Hệ số trở lực Số ξvào ξra ξkhuỷu 90 ξvan cục 0,5 1 1,5 lượng 1 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = = = 0,0682 m ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + h1-2 = (8,6 – 2) + 0,06852 = 6,6682 m N = = = 0,0268 kW Chọn N = 0,05 hp - Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang K 4.21.4 Bơm tháo liệu - Công suất bơm: N= Trong đó: 79 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH • H – cột áp bơm; m • η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 • ρ = 1277,3 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch NaOH 30% 105,3C (bảng 4, trang 11, [13]) • Q – lưu lượng thể tích dung dịch NaOH 30% tháo khỏi nồi cô đặc; m3/s Q = = = 0,0008 m3/s - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt - (mặt thoáng bể nước) – (mặt thoáng thiết bị ngưng tụ): - z1 + + + H = z2 + + + h1-2 Trong đó: v1 = vhút = v; m/s v2 = m/s p1 = p0 + 2p + = 0,5 + 2.0,236 + = 1,065 at Với: Hđ – chiều cao phần đáy ellipse; m p2 = at μ = 0,00174 Ns/m2 – độ nhớt động lực dung dịch NaOH 30 % 105,3 oC (bảng I.101, trang 91, [6]) 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 ⇒ vhút = vđẩy = v Chọn chiều dài đường ống từ đáy nón đến bồn chứa sản phẩm l = m Tốc độ dòng chảy ống: v = = = 0,4074 m/s Chuẩn số Reynolds: 80 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH Re = = = 14954,56 ≥ 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn (bảng II.15, trang 381, [6]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [6]: Regh = 6.= = 3301,07 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [6]: Ren = 220.= 220 = 109674,38 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 379, [6]: = 0,1 = 0,1.=0,0335 Bảng 23 Các hệ số trở lực cục (tính cho bơm tháo liệu) Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Đầu vào ξvào Đầu ξra o Khuỷu 90 ξkhuỷu 90 Van cửa ξvan ⇒ Σξ = 0,5 + + 4.1 + 1,5 = Hệ số trở lực Số cục 0,5 1 1,5 lượng 1 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = = = 0,0876 m ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + + h1-2 = (3 – 1) + + 0,0876 = 2,07876 m N = = = 0,0281 kW Chọn N = 0,05 hp Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang K 81 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH 4.22 Các chi tiết phụ 4.22.1 Lớp cách nhiệt - Vật liệu chế tạo amiante carton - Bề dày lớp cách nhiệt buồng đốt tính theo cơng thức VI.66, trang 92, [7]: Trong đó: = • tT1 – nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp với bề mặt thiết bị; oC Vì nhiệt trở thành thiết bị nhỏ so với nhiệt trở lớp cách nhiệt nên chọn tT1 = tD = 142,8 oC • tT2 – nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí, vào khoảng từ 40 o C đến 50 oC Chọn tT2 = 45 oC • tKK – nhiệt độ khơng khí; oC Chọn tKK = 27,2 oC (bảng VII.1, trang 97, [7]) • αn – hệ số cấp nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt đến khơng khí; W/ (m2.K), tính theo cơng thức VI.67, trang 92, [7]: • αn = 9,3 + 0,058.tT2 = 9,3 + 0,058.(45 + 273) = 27,744 W/(m2.K) • λc = 0,144 W/(m.K) – hệ số dẫn nhiệt amiante carton 100oC = = = 0,02855 m - Để thuận tiện chế tạo, chiều dày lớp cách nhiệt cho buồng bốc buồng đốt chọn 30 mm 82 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị đặc nồi NaOH E TÍNH GIÁ THÀNH Bảng 24 Tính tốn giá thành thiết bị Thành phần Thiết bị Thiết bị Bơm chân không Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ Bơm nhập liệu Bơm tháo liệu Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ Thiết bị tách lỏng Van Lưu lượng kế Áp kế Sensor nhiệt Nhập liệu d100 Tháo liệu d50 Hơi đốt d500 Hơi thứ d600 Nước ngưng d50 Bu lông Đệm Vật liệu Số lượng Đơn vị OX18H10 T 7388,463 kg Đơn giá Thành (đồng/ tiền đv) (đồng) 50.000 369.423.150 1620,716 kg hp 50.000 81.035.800 2.100.000 2.100.000 hp 2.800.000 0.05 0.05 1 36 Các ống dẫn OX18H10 16.65 T OX18H10 7.4 T CT3 3.7 CT3 3.7 CT3 24.05 CT3 212 Tổng hp hp cái cái cái 2.800.000 500.000 500.000 500.000 500.000 20.000.000 20.000.000 20.000.000 20.000.000 20.000.000 20.000.000 100.000 3.600.000 200.000 600.000 150.000 900.000 100.000 200.000 kg 50.000 832.500 m 50.000 370.000 kg kg kg cái 20.000 20.000 20.000 18.000 250.000 74.000 74.000 481.000 3.816.000 750.000 528.056.450 Tiền công chế tạo vật liệu 100% tiền vật tư (gia cơng đơn giản, độ xác khơng cao) Như vậy, tổng chi phí 528.056.450 đồng 83 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, đọc nghiên cứu số tài liệu tham khảo với hướng dẫn tận tình thầy Lê Minh Tâm, nhóm chúng tơi hồn thành nhiệm vụ tính tốn thiết kế hệ thống đặc nồi NaOH suất 10m 3/h Qua trình này, rút vài kết luận sau: - Hệ thống cô đặc nồi liên tục dung dịch NaOH với suất nhập liệu 10 m 3/h đơn giản Vì suất cao nên kích thước của thiết bị lớn - Chi phí đầu tư cao, thiết bị chiếm khoảng 60 % tổng chi phí - Kết cấu thiết bị đơn giản điều khiển tự động - Việc thiết kế tính tốn hệ thống cô 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, - quy định vẽ kỹ thuật Việc thiết kế đồ án môn học q trình thiết bị giúp chúng tơi 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; hội tốt cho làm quen với công việc kỷ sư 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tấn Dũng, (2015) Các trình thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐHQG TP.HCM Phạm Văn Bơn (chủ biên) - Nguyễn Đình Thọ, (1992), Giáo trình q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 5: Q trình thiết bị truyền nhiệt Nhà xuất Đại học quốc gia TP HCM Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ (1991) Q trình thuyết bị truyền nhiệt, NXB ĐHQG TP.HCM Sodium hydroxide Source: HSDB URL: Phùng Tiến Đạt & Trần Thị Bính, (2004) Hóa kĩ thuật đại cương NXB Đại học Sư phạm, trang 144-161 Nhiều tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hố chất, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hố chất, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 Phạm Văn Bơn, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hố học & Thực phẩm, tập 10, Ví dụ tập, NXB ĐHQG TPHCM, 2010 [9] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [11] Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế Thiết bị hoá chất chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ Giáo dục Đào tạo, Viện Đào tạo Mở rộng [12] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hố chất dầu khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [13] Bộ môn Máy Thiết bị, Bảng tra cứu Quá trình học – Truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG TPHCM, 2009 [14] Phạm Xn Toản, Các q trình, thiết bị Cơng nghệ Hố chất Thực phẩm, tập 3: Các q trình thiết bị truyền nhiệt, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 [15] Lê Nguyên Đương, Ứng dụng chân không công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1987 ... 1.2 Thiết bị cô đặc nồi 13 11 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị đặc nồi NaOH Hình 1.3 Sơ đồ cô đặc nồi 1- Thùng chứa; 2- Bơm; 3- Thùng cao vị; 4- Lưu lượng kế; 5- Thiết bị đun nóng; 6- Nồi đặc; ... 4273301,6 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH Lượng đốt biểu kiến Lượng đốt tiêu tốn riêng D d 30 kg/s kg/kg 2,2116 1,0815 Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH... TP HCM, ngày tháng Người phản biện năm 2018 MỤC LỤC Đồ án Thiết kế máy thiết bị Thiết bị cô đặc nồi NaOH LỜI NÓI ĐẦU Đồ án Thiết kế máy thiết bị hai đồ án sinh viên ngành Cơng nghệ