ĐỒ án THIẾT kế THIẾT bị cô đặc DUNG DỊCH NAOH

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CƠNG NGHỆ HỐ HỌC MƠN: THỰC HÀNH CÁC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH Nhóm: 3; Tổ: 1; Buổi: sáng; Thứ sáu Sinh viên thực hiện: Vũ Trung Hiếu MSSV: 14124501 Giáo viên hướng dẫn: Võ Thanh Hưởng MỤC LỤC Giới thiệu tổng quan NaOH 1.1 Giới thiệu nguyên liệu 1.2 Tính chất vật lý 1.3 Tính chất hóa học 1.4 Phương pháp sản xuất Cơ sở phương pháp Các kiểu buồng điện phân 1.5 Ứng dụng NaOH Một số nét sản xuất kinh doanh Xút - Clo giới Triển vọng tương lai Thực trạng sản xuất xút NaOH Việt Nam: Giới thiệu tổng quan cô đặc 11 2.1 Khái niệm 11 2.2 Các phương pháp cô đặc 11 2.3 Bản chất cô đặc nhiệt 11 2.4 Ứng dụng 11 2.5 Thiết bị cô đặc dùng phương pháp nhiệt 12 Phân loại ứng dụng 12 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc 13 Quy trình cơng nghệ 13 3.1 Cơ sở lựa chọn quy trình cơng nghệ .13 3.2 Sơ đồ công nghệ 14 3.3 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 15 Tính tốn cân vật chất lượng 15 4.1 Dữ kiện ban đầu 15 4.2 Cân vật chất 15 Suất lượng tháo liệu (Gc) 15 Tổng lượng thứ (W) 16 Tổn thất nhiệt độ 16 4.3 Cân lượng 19 Cân nhiệt lượng 19 Phương trình cân nhiệt 20 Thiết kế thiết bị 21 5.1 Tính tốn truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 21 Hệ số cấp nhiệt 21 Nhiệt tải riêng trung bình 24 Hệ số truyền nhiệt K cho q trình đặc 24 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 24 Số ống truyền nhiệt 24 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm 25 5.2 Tính khí thiết bị cô đặc 26 Buồng đốt nồi cô đặc 26 Buồng bốc nồi cô đặc 30 Tính toán thiết bị phụ trợ 33 6.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 33 Lựa chọn thiết bị thông số đầu vào 33 Tính tốn thiết bị 34 6.2 Thiết bị ngưng tụ bazomet 38 Các thông sô đầu vào 39 Tính tốn 40 6.3 Bồn cao vị .44 6.4 Bơm 46 Các chi tiết phụ trợ 47 7.1 Ống dẫn 47 Tính kích thước ống dẫn 47 Ống nhập liệu 47 Ống tháo liệu 48 Ống dẫn đốt 48 Ống dẫn thứ 48 Ống dẫn nước ngưng 48 7.2 Tính tốn chọn tai treo 49 Tai treo thiết bị 50 Khối lượng ống truyền nhiệt .50 Khối lượng buồng đốt .50 Khối lượng buồng bốc .51 Khối lượng thép làm đáy buồng đốt 51 Khối lượng thép làm nắp buồng đốt 51 Khối lượng thép làm nón cụt nối buồng bốc buồng đốt 51 Khối lượng thép làm bích vỉ ống 52 Khối lượng dung dịch thiết bị 53 7.3 Cửa quan sát 54 7.4 Lớp cách nhiệt 54 Kết luận 55 Tài liệu tham khảo 55 Giới thiệu tổng quan NaOH 1.1 Giới thiệu nguyên liệu - NaOH nguyên chất chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối lượng riêng 2,13g/ml, nóng chảy 318oC sơi 1388oC áp suất khí NaOH tan tốt nước hoà tan toả nhiệt mạnh NaOH tan dung mơi hữu methanol, etanol,…NaOH rắn dung dịch NaOH dễ hấp thụ CO2 từ khơng khí nên chúng cần chứa thùng kín - Dung dịch NaOH base mạnh, có tính ăn da có khả ăn mòn cao Vì vậy, ta cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị đảm bảo an tồn lao động q trình sản xuất NaOH - Ngành công nghiệp sản xuất NaOH ngành sản xuất hoá chất lâu năm Nó đóng vai trò lớn phát triển ngành công nghiệp khác dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn,… - Trước công nghiệp, NaOH sản xuấ cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 loãng nóng Ngày nay, người ta dùng phương pháp đại điện phân dung dịch NaCl bão hoà Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu thường có nồng độ lỗng, gây khó khăn việc vận chuyển xa Để thuận tiện cho chuyên chở sử dụng, người ta phải cô đặc NaOH đến nồng độ định theo yêu cầu 1.2 Tính chất vật lý  Entanpi hòa tan ΔHo = -44,5kJ/mol  Ở dung dịch tạo thành dạng monohydrat 12,3-61,8 °C với nhiệt độ nóng chảy 65,1 °C tỷ trọng dung dịch 1,829 g/cm3  Một số tính chất vật lý quan trọng NaOH 1.3 Tính chất hóa học  Phản ứng với axít ơxít axít tạo thành muối nước NaOH(dd) + HCl(dd) → NaCl(dd) + H2O  Phản ứng với cacbon điơxít 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O NaOH + CO2 → NaHCO3  Phản ứng với axít hữu tạo thành muối thủy phân este: Hình 1.1 Phản ứng xà phòng hố  Phản ứng với muối tạo thành bazơ muối mới: NaOH + CuCl2 → NaCl + Cu(OH)2↓ 1.4 Phương pháp sản xuất Cơ sở phương pháp Toàn dây chuyền sản xuất xút ăn da (NaOH) dựa phản ứng điện phân nước muối (nước cái) Trong trình dung dịch muối (NaCl) điện phân thành clo nguyên tố (trong buồng anốt), dung dịch NaOH, hiđrô ngun tố (trong buồng catơt) Nhà máy có thiết bị để sản xuất đồng thời xút clo thường gọi nhà máy xút-clo Phản ứng tổng thể để sản xuất xút clo điện phân là: Na+ + H2O + e- → H2 + NaOH Phản ứng điện phân dung dịch muối ăn bình điện phân có màng ngăn: 2NaCl + H2O → NaOH + H2 + Cl2 Hình 1.2 Sơ đồ điện phân có màng ngăn Các kiểu buồng điện phân Điểm phân biệt công nghệ phương pháp ngăn cản không cho natri hyđroxit khí clo lẫn lộn với nhau, nhằm tạo sản phẩm tinh khiết  Buồng điện phân kiểu thuỷ ngân Trong buồng điện phân kiểu thuỷ ngân không sử dụng màng chắn mà sử dụng thuỷ ngân phương tiện chia tách Xem thêm Công nghệ Castner-Kellner  Buồng điện phân kiểu màng chắn Trong buồng điện phân kiểu màng chắn, nước muối từ khoang anôt chảy qua màng chia tách để đến khoang catôt; vật liệu làm màng chia tách amian phủ catơt có nhiều lỗ  Buồng điện phân kiểu màng ngăn Còn buồng điện phân kiểu màng ngăn màng chia tách màng trao đổi ion 1.5 Ứng dụng NaOH NaOH ứng dụng sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa, bột giặt, tơ nhân tạo, sản xuất giấy, sản xuất nhôm (làm quặng nhôm trước sản xuất), chế biến dầu mỏ nhiều ngành cơng nghiệp hóa chất khác Một số nét sản xuất kinh doanh Xút - Clo giới 1.5.1.1 Tình hình sản xuất xu hướng cơng nghệ Tồn giới có khoảng 500 công ty sản xuất xút - clo lớn với công suất danh định 45 triệu xút năm Một phần ba tổng sản lượng xút toàn cầu sản xuất Mỹ với giá cạnh tranh Hơn 95% sản lượng xút - clo giới sản xuất phương pháp điện phân dung dịch muối ăn với ba cơng nghệ chính: điện cực thủy ngân, điện phân màng ngăn màng trao đổi ion châu Âu, khoảng 54% tổng công suất xút - clo theo công nghệ điện cực thủy ngân, 22% theo công nghệ điện phân màng ngăn 22% theo công nghệ điện phân màng trao đổi ion Nhưng trước áp lực quy định nghiêm ngặt bảo vệ môi trường, Hiệp hội nhà sản xuất xút - clo châu Âu cam kết đến năm 2025 đóng cửa chuyển đổi tồn nhà máy xút-clo theo công nghệ điện cực thủy ngân sang công nghệ màng trao đổi ion Hiện nay, tất nhà máy xút - clo xây dựng giới áp dụng công nghệ màng trao đổi ion, cơng nghệ có mức tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, giá thành sản phẩm thấp không ảnh hưởng đến môi trường Để đánh giá tổng chi phí sản xuất xút-clo, người ta tính tốn chi phí sản xuất theo đơn vị ECU (1 ECU = 1,0 clo + 1,1 xút) 1.5.1.2 Tình hình kinh doanh xút giới Trong số 45 - 50 triệu xút sản xuất hàng năm, có khoảng 16% (7 - triệu tấn) buôn bán thị trường, chủ yếu xút sản xuất Mỹ châu Âu (chiếm 80% thị trường) Khoảng 94% xút buôn bán dạng lỏng (thướng 50% NaOH), gần triệu vận chuyển đường biển triệu vận chuyển đường Giá xút rắn thường cao giá xút lỏng (tính theo dạng khô) 100 - 200 USD/tấn Thị trường xút rắn chủ yếu nước phát triển sở hạ tầng khơng thích hợp cho việc vận chuyển sử dụng xút lỏng Nhưng với sở hạ tầng ngày phát triển, thị trường lớn Trung Quốc nước SNG giảm tiêu thụ xút rắn chuyển sang nhập xút lỏng Ngày nay, Cuba, Angiêri châu Phi thị trường tiêu thụ xút rắn Ở châu Á, Inđơnêxia nước nhập xút rắn với khối lượng lớn Do giá xút rắn cao nên khối lượng buôn bán sản phẩm giới đạt 400.000 tấn/năm giảm với tốc độ 8%/năm Xút lỏng buôn bán giới chủ yếu phục vụ nhu cầu sản xuất nhôm oxit (alumin) nước Ôxtrâylia, Braxin, Vênêzuêla, Surinam, Giamaica Ghinê, đáng kể Ơxtrâylia Các nước nhập lớn khác, phản ánh bất cân xút-clo khu vực Hàn Quốc Côlômbia 1.5.1.3 Sản xuất kinh doanh xút - clo châu Á Nhìn tổng thể, sản xuất đủ clo để đảm bảo nhu cầu sản phẩm châu Á lại khơng thể tiêu thụ hết sản phẩm đồng hành xút châu Á phải nhập hóa chất chứa clo (chủ yếu PVC) với lượng ngày tăng Trên thực tế, nhiều nước châu Á xuất sản phẩm xút giá cao (do chi phí điện cao) để cân nhu cầu lớn sản phẩm chứa clo Nhưng giá điện cao khiến cho xuất xút hạn chế mức khiêm tốn khó cạnh tranh với nhà sản xuất giá thành thấp Mỹ Ảrập Xêút Thị trường nhập xút lớn giới Ôxtrâylia với nhu cầu năm triệu xút cho ngành sản xuất sản phẩm nhôm Hiện Ôxtrâylia nhập xút chủ yếu từ Nhật Bản, Ảrập Xêút, châu Âu Mỹ, thị trường đích cho nhà sản xuất châu Á Tuy nhiên, Ơxtrâylia có kế hoạch xây dựng nhà máy xút - clo công suất lớn, nhà máy có ảnh hưởng quan trọng thị trường xút - clo giới khu vực Triển vọng tương lai Triển vọng sản xuất xút clo giới chịu ảnh hưởng nhiều tác động như: nhu cầu clo cho sản xuất PVC, tình hình cung ứng chất thay sơ đa, chi phí điện, việc xây dựng nhà máy xút clo mới, nhà máy xút - clo xây dựng Ơxtrâylia Ngồi có yếu tố chu kỳ xu hướng phát triển khu vực, thuế nhập tỷ giá đồng tiền Những yếu tố then chốt cho khả cạnh tranh sản phẩm xút - clo giá điện, quy mô công suất nhà máy, kết hợp cách hiệu dây chuyền xút - clo vào tổ hợp hóa dầu, triển vọng sản xuất nhựa P VC trước lo ngại môi trường Về trung hạn, nhà máy xây dựng với giá thành sản xuất thấp gây áp lực mạnh nhà sản xuất quy mô nhỏ, giá thành cao Các nước châu Á Trung Quốc trước thường nhập xút bắt đầu xuất sản phẩm Đặc biệt, Trung Quốc cấu lại ngành cơng nghiệp hóa dầu mình, sở sản xuất hóa dầu nội địa với cơng suất thấp thay nhà máy lớn vùng duyên hải với khả xuất sản phẩm, nhu cầu clo tăng đáng kể Nhưng vấn đề then chốt giá lượng làm thay đổi cấu công nghiệp xút - clo giới Các nước khu vực có giá lượng thấp, ví dụ Ơxtrâylia, xuất clo dư thừa dạng EDC sang thị trường tăng trưởng châu Á Đối với nhiều nước, kể Ôxtrâylia, việc xuất clo nhiều nhằm mục đích cân cấu xút - clo Có thể nói, tương lai sản xuất xút liên quan chặt chẽ với nhu cầu clo, mà với ngành công nghiệp PVC giới Thực trạng sản xuất xút NaOH Việt Nam: Hiện nước ta có sở sản xuất xút lớn số sở sản xuất nhỏ khác với tổng lực sản xuất khoảng 100.000 tấn/năm Cụ thể sau: - Nhà máy Hóa chất Việt Trì (hiện Cơng ty Hóa chất Việt Trì) Trung Quốc giúp đỡ xây dựng từ đầu năm 60, với cơng suất ban đầu 1990 xút lỏng 31%/năm (tính theo 100% NaOH), 1020 HCl 31%/ năm 145 clo lỏng/năm để cung cấp cho nhà máy giấy khu cơng nghiệp Việt Trì Trong năm chiến tranh, nhà máy bị bom Mỹ tàn phá, hư hại nhiều, đến năm 1975 tiến hành khôi phục mở rộng Từ năm 1975 đến đầu năm 1976 cơng trình phục hồi đưa vào sản xuất với quy mơ Hiện nhà máy có lực sản xuất 6500 NaOH/năm Sản lượng thực tế đạt khoảng 6000 tấn/năm Cơng ty có dự án mở rộng cơng suất lên 10.000 NaOH/năm, dự kiến hồn thành năm 2003 - Nhà máy Hóa chất Biên Hồ (hiện trực thuộc Cơng ty Hóa chất miền Nam) xây dựng với mục đích ban đầu cung cấp xút clo cho khu công nghiệp Biên Hoà Sau thống đất nước năm 1975, Nhà máy hư hỏng nhiều, cải tạo, mở rộng lắp đặt trang thiết bị Hiện nhà máy có lực sản xuất 15.000 xút /năm, sản lượng thực tế đạt 11000-12000 tấn/năm - Xưởng sản xuất xút Công ty Giấy Đồng Nai: Xút sản xuất chủ yếu để dùng cho sản xuất giấy Công suất xưởng đạt 5.000 tấn/năm - Xưởng xút-clo Công ty Bột Vedan: Xưởng xút - clo Nhà máy Bột Vedan xây dựng vào thời kỳ 1991-1995 có cơng suất 20.000 tấn/năm với nhiệm vụ cung cấp axit HCl cho dây chuyền sản xuất bột nhà máy Xưởng xút mở rộng lên công suất 60.000 tấn/năm cân đối theo lượng axit HCl tiêu thụ nhà máy - Nhà máy xút-clo Cơng ty Giấy Bãi Bằng có cơng suất 7.000 xút/năm chủ yếu phục vụ cho việc nấu bột giấy dùng clo để tẩy trắng bột giấy Nhìn chung, tổng cơng suất sản xuất xút nước ta nhỏ, lại phân tán nhiều sở Do chưa có phương án cân clo dài hạn nên sở thường phải sản xuất mức công suất thiết kế, tỷ lệ sử dụng công suất nhiều đạt 55 - 65%, sản phẩm tính cạnh tranh khơng đáp ứng nhu cầu nước Trong 10 - 15 năm tới, vấn đề cân clo thách thức lớn cho sản xuất xút nước ta Chỉ cơng nghiệp hóa dầu nước ta xây dựng phát triển giải vấn đề cân clo nâng công suất sản xuất xút nước Mặt khác, tương lai xa, cơng nghiệp hóa dầu phát 10  Chiều cao cột nước ống bazomet cần khắc phục toàn trở lực nước chảy ống h2 xác định công thức: ℎ2 = 𝜔2 𝐻 (𝜆 + ∑ 𝜉) 2𝑔 𝑑 - Chọn hệ số trở lực vào ống ξ1 = 0,5 khỏi ống ξ2 = Suy Σξ = 1,5 - Hệ số ma sát λ xác định theo công thức II.64[1-380]  100     0,1.1, 46   d Re   0,25 Nước lạnh ngưng tụ có + ttb = 37,5oC + ρ = 993,18 (kg/m3) + µ = 0,688.10-3 (N.s/m2) 𝑅𝑒 = 𝜔 𝑑 𝜌 0,5.0,2017.993,18 = = 145584 > 10000 (𝑐ℎế độ 𝑐ℎả𝑦 𝑟ố𝑖) 𝜇 0,688 10−3 Chọn vật liệu làm ống thép CT3, ống hàn điều kiện ăn mòn ít, có độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm o Regh tính theo cơng thức II.60[1-378] 𝑅𝑒𝑔ℎ o 𝑑 0,2017 ) = 20297,83 = 6( ) = 6( 𝜀 0,0002 Ren tính theo cơng thức II.64[1-378] 9 𝑑 0,2017 ) = 526693,64 𝑅𝑒𝑛 = 220 ( ) = 220 ( 𝜀 0,0002  Regh < Re < Ren Suy hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64[1-380] 𝜀 𝜆 = 0,1 (1,46 + 𝑑 100 0,25 ) 𝑅𝑒 = 0,1 (1,46 0,0002 0,2017 + 100 145584 )0,25 = 0,0215 Suy 𝜔2 𝐻 0,052 𝐻 (0,0215 ℎ2 = (𝜆 + ∑ 𝜉) = + 1,5) = 1,91 10−4 + 1,1358 10−5 𝐻 2𝑔 𝑑 2.9,81 0,2017 43  Chọn chiều cao dự trữ h3 = 0,5 m để ngăn ngừa nước dâng lên ống tràn vào ống dẫn áp xuất khí tang  Chọn chiều cao đoạn ốn bazomet ngặp bể nước h4 = 0,5 m Suy 𝐻 = 8,33 + 1,91 10−4 + 1,1358 10−5 𝐻 + 0,5 + 0,5 Suy H = 9,33 (m) Chọn H = 9,5 m Chiều cao thiết bị ngưng tụ: H = 9,5 +4,35 = 13,85 m 6.3 Bồn cao vị Hình 6.3 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 thống dung dịch nồi đặc - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) – (mặt thống nồi đặc): z1  p1   1.12 2g  z2  44 p2    2 2g  h12 Trong đó: - ω1 = ω2 = - p1 = at - p2 = p0 = 0,2031 at - ρ = ρđ = 1104,5 (kg/m3): Khối lượng riêng dung dịch NaOH 10 % 30 oC - µ = 1,45.10-3 (Pa.s): Độ nhớt động lực dung dịch NaOH 10% 30 oC - z2: Khoảng cách từ mặt thống dung dịch nồi đặc đến mặt đất; m z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = 3,5 + 0,325 + + 0,04 + 0,245 = 7,11 (m) Trong đó: + z’ = 3,5 m; Khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy elip đến mặt đất + Hđ = 0,225 + 0,1 = 0,325: Chiều cao đáy elip + Hbđ: Chiều cao buồng đốt + Hgc : Chiều cao gờ nón cụt + Hc: Chiều cao phần nón cụt Đường kính ống nhập liệu d = 40 mm = 0,04m Chiều dài ống từ bồn cao vị đến buồng bốc l = 20 m Tốc độ chảy dung dịch ống: 𝜔= 4𝐺𝑑 4.3600 𝑚 ( ) = = 0,72 𝜋 𝑑 𝜌 3600 𝜋 0,042 1104,5 𝑠 Chuẩn số Reynolds 𝑅𝑒 = 𝜔 𝑑 𝜌 0,72.0,04.1104,5 = = 21937,66 > 4000 (𝑐ℎả𝑦 𝑥𝑜á𝑦) 𝜇 1,45 10−3 Chọn ống thép CT31 ống hàn điều kiện ăn mòn it (Bảng II.15[1-381]) độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60[1-378] 𝑅𝑒𝑔ℎ 𝑑 0,04 ) = 2558 = 6( ) = 6( 𝜀 0,0002 Ren tính theo cơng thức II.62[1-379] 45 𝑅𝑒𝑔ℎ 𝑑 0,04 ) = 85326 = 220 ( ) = 220 ( 𝜀 0,0002 Có Regh < Re < Ren hệ số ma sát λ tính theo cơng thức sau: 𝜀 100 0,25 0,0002 100 𝜆 = 0,1 (1,46 + ) = 0,1 (1,46 + )0,25 = 0,033 𝑑 𝑅𝑒 0,04 21937,66 Các hệ số trở lực cục Yếu tố gây trở lực Kí hiệu Hệ số trở lực cục Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 Đầu ξ 1 Khuỷu 90o ξ khuỷu 90 Van cửa ξ van 1,5  𝛴𝜉 = 0,5 + + 2.1 + 2.1,5 = 6,5  Tổng tổn thất đường ống: ℎ1−2 = 𝜔2 𝑙 0,722 20 (0,033 (𝜆 + ∑ 𝜉) = + 6,5) = 0,6 (𝑚) 2𝑔 𝑑 2.9,81 0,04  Khoảng cách từ mặt thoáng thùng cao vị tới mặt đất: 𝑧1 = 𝑧2 +  (0,2031 − 1) 9,81 104 𝑝2 − 𝑝1 + ℎ1−2 = 7,11 + + 0,6 = 0,49 (𝑚) 𝜌 1104,5.9,81 Dung dịch NaOH 10 % tự chảy từ thùng cao vị vào buồng bốc nồi cô đặc thùng có độ cao 0,5 m  Vậy chọn chiều cao từ mặt thoáng thùng cao vị tới mặt đất 3,5 m 6.4 Bơm Bơm chân không Công suất bơm chân không m 1   m   m p  N p1    1 ; W  Ck m   p1    Vkk Trong đó: - m: Chỉ số đa biến Có giá trị m = 1,2÷1,62 Chon m = 1,62 - p1: Áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ p1 = pc – ph = 0,2 – 0,056 = 0,144 at 46 Với ph = áp suất nước hỗn hợp - p2 = at = 9,81.104 N/m2: Áp suất cảu khí - Vkk: Lưu lượng khơng khí cần hút - ηck = 0,8: Hệ số hiệu chỉnh 1,62−1 1,62 0,002267 1,62 ) 𝑁= 0,144.9,81 104 [( 0,8 1,62 − 0,144 − 1] = 115 (𝑊) Tốc độ hút 0oC 760 mmHg S = 0,002267.60 = 0,13602 m3/phút Theo bảng 1.4[6-9] ta chọn bơm có kí hiệu BH – 025 – với thông số: Các thông số Bơm BH – 025 – Sơ cấp Tốc độ bơm vùng áp suất 760 – mmHg; L/s 0,25 Lượng dầu; L 0,86 Công suất động cơ; kW 0,15 Kích thước tổng cộng chiều dài x rộng x cao; mm 330x243,5x229 Khối lượng; kg 16,5 Bơm đưa nước vào thiết bị Bơm đưa dung dịch lên bồn cao vị Bơm tháo liệu Các chi tiết phụ trợ 7.1 Ống dẫn Tính kích thước ống dẫn Đường kính ống dẫn tính theo cơng thức VI.41[2-74] d 4.G (m)  . Trong đó: - G: Lưu lượng lưu chất; Kg/s ω: Tốc độ lưu chất; m/s ρ: Khối lượng riêng lưu chất; kg/m3 Ống nhập liệu Nhập liệu dung dịch nhớt (Dung dịch NaOH 10 % 30 oC) - Gđ = 3600 kg/h ω thuộc khoảng 0,5÷ m/s Chon ω = 0,5 m/s ρ = 1104,5 kg/m3 47 𝑑=√ 4𝐺đ 4.3600 =√ = 0,048 (𝑚) 𝜋 𝜔 𝜌 𝜋 0,5.1104,5.3600 Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon dt = 50 mm; dn = 57 mm Ống tháo liệu Nhập liệu dung dịch nhớt (Dung dịch NaOH 30% 77,0722 oC) - Gc = 1200 kg/h ω thuộc khoảng 0,5 ÷ m/s Chon ω = 0,5 m/s ρ = 1291,05 kg/m3 𝑑=√ 4𝐺𝑐 4.1200 =√ = 0,0256 (𝑚) 𝜋 𝜔 𝜌 𝜋 0,5.1291,05.3600 Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon dt = 25 mm; dn = 32 mm Ống dẫn đốt Dẫn nước bão hòa at - D = 0,8 kg/s Chọn ω = 30 m/s ρ = 2,12 kg/m3 (Tra bảng I.251[1-315]) 𝑑=√ 4𝐷 4.0,8 =√ = 0,11(𝑚) 𝜋 𝜔 𝜌 𝜋 40.2,12 Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon dt = 125 mm; dn = 130 mm Ống dẫn thứ Dẫn nước bão hòa 0,2031 at - W = 2400 kg/h Chọn ω = 40 m/s ρ = 0,1283 kg/m3 (Tra bảng I.251[1-314]) 𝑑=√ 4𝐺𝑤 4.2400 =√ = 0,4067(𝑚) 𝜋 𝜔 𝜌 𝜋 40.0,1283.3600 Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon dt = 400 mm; dn = 426 mm Ống dẫn nước ngưng Dẫn chất lỏng cân với nước bão hòa áp suất at 48 - Gn = D = 0,8 (kg/s) (Ngưng tụ hoàn toàn) Chọn ω = 0, m/s ρ = 923,761 kg/m3 (Tra bảng I.251[1-315]) 𝑑=√ 4𝐺𝑛 4.0,8 =√ = 0,0467(𝑚) 𝜋 𝜔 𝜌 𝜋 0,5.923,761 Quy chuẩn theo bảng XIII.26[2-411] chon dt = 50 mm; dn = 57 mm Bảng 7.1 Bảng thơng số tra bích mối hàn Kích thước nối Ống Py.106 Dy (N/m2) (mm) Dn D Dt D1 (mm) (mm (mm Kiểu bích Bu lơng D Z (mm (cái) h(mm) Ống dẫn đốt vào 0,6 250 273 370 335 312 M16 12 24 Ống 0,6 70 76 160 130 110 M12 16 0,1 300 325 435 395 365 M20 12 22 0,6 50 57 140 110 90 M16 20 0,6 70 76 160 130 110 M12 16 nhập liệu Ống dẫn thứ Ống tháo liệu Ống tháo nước ngưng 7.2 Tính toán chọn tai treo Tai treo (giá đỡ) phận dung để giữ thiết bị vào phần vị trí định q trình hoạt dộng Kích thước hình dáng tai treo phụ thuộc vào yếu tố định như: đặc tính tải trọng, vào vật liệu làm tiết bị, trọng lượng thiết bị 49 Tai treo thiết bị: Chọn tai treo làm vật liệu OX18H10T gắn với buồng đốt Vị trí gắn tai treo khoảng 2/3 chiều cao buồng đốt Tai treo thiết bị  Có ρOX18H10T = 7900 kg/m3 (Tra bảng XII.7[2-313]  Tải trọng tác dụng lên tai treo: 𝑄= 𝐺 9,81 (𝑁) Khối lượng ống truyền nhiệt  Thể tích ống truyền nhiệt Vtn  𝑉𝑡𝑛 =  H  n  d n  dt    Dthn  Dtht     1,5 𝜋 [187(0,0322 − 0,0282 ) + (0,2772 − 0,2732 )] = 0,055 (𝑚3 ) Trong đó: - dn, dt: Đường kính ngồi đường kính ống truyền nhiệt; m - Dthn, Dtht: Đường kính ngồi đường kính ống trung tâm; m - H: Chiều cao ống truyền nhiệt  Khối lượng ống truyền nhiệt Gtn = Vtn ρ =0,055.7900 = 434,5 (kg) Khối lượng buồng đốt  Thể tích buồng đốt Vdn     H  0,908  Ddn  Ddt   0,9002   0,034  m3  Trong đó: - Dđn, Dđt: Đường kính ngồi đường kính buồng đốt; m - H: Chiều cao buồng đốt  Khối lượng buồng đốt: Gđn = Vđn ρ =0,034.7900 = 269,095(kg) 50 Khối lượng buồng bốc  Thể tích buồng bốc Vbn  =  H  Dbn  Dbt  𝜋 8,5 (1,3082 − 1,32 ) = 0,139 (𝑚3 ) Trong đó: - Dbn, Dbt: Đường kính ngồi đường kính buồng bốc; m - H: Chiều cao buồng bốc  Khối lượng ống truyền nhiệt Gbn = Vbn ρ =0,139.7900 = 1098,1(kg) Khối lượng thép làm đáy buồng đốt Đáy thiết bị dạng elip có gờ Với thơng số đường kính Dt = 800 (mm), bề dày S = 4mm, chiều cao gờ H = 25 mm Tra bảng XII.11[2-384]có khối lượng đáy m = 24,2 (kg) Khối lượng thép làm nắp buồng đốt Nắp thiết bị dạng elip có gờ Với thơng số đường kính Dt = 800, bề dày S = 4mm, chiều cao gờ H = 25 mm Tra bảng XII.11[2-384]có khối lượng đáy m = 24,2 (kg) Khối lượng thép làm nón cụt nối buồng bốc buồng đốt  Phần nón cụt làm thép khơng gỉ OX18H10T  Đường kính lớn tính đường kính buồng bốc: Dtb = 1,3 m  Đường kính nhỏ tính đường kính buồng đốt: Dtb = 0,9 m  Bề dày nón S = mm = 4.10-3 m  Chiều cao phần nón cụt (khơng tính gờ) Hc = 245mm  Chiều cao gờ: Hg = 40mm Vc      Dnb  Dnb Dnd  Dnd2    Dtb2  Dtb Dtd  Dtb2   H c   Dnd2  Dtd2  H g 12 51     1,3082  1,308.0,908  0,9082   1,32  1,3.0,9  0,9   0, 245   0,9082  0,92  0,040 12  = 0,0755(m3)  Khối lượng nón cụt: mc = 0,0755 7900= 596,35(kg) Khối lượng thép làm bích vỉ ống Có mặt bích, gồm mặt nối nắp với buồng bốc, mặt nối đáy với buồng đốt, mặt nối buồng đốt với nón cụt Ngồi có vỉ ống buồng đốt Mặt bích làm thép CT31  Thể tích thép làm mặt bích khơng vỉ ống buồng đốt D V  2.   Dt  Z db  1,030 h  2.  0,9002  24.0,022  0,022  8,33.103  m3  Thể tích thép làm mặt bích có vỉ ống buồng đốt 𝐷 − 𝐷𝑛𝑡ℎ − 𝑛 𝐷𝑛2 − 𝑧 𝑑𝑏2 𝑉2 = 2𝜋 .ℎ 1,032 − 0,2772 − 187 0,0322 − 24 0,022 = 2𝜋 0,022 = 0,0337 (𝑚3 ) Trong đó: - D, Z, db, h: thông số bích buồng đốt; m - Dt: đường kính buồng đốt; m - dn: Đường kính ngồi ống truyền nhiệt; m - Dnth: đường kính ngồi ống tuần hồn trung tâm; m  Thể tích thép làm bích nối buồng bốc với nắp V3 D  2.  Dt  Z db  1, 440 h  2.  1,3002  80.0,022  0,022  0,012  m3  Trong đó: - D, Z, db, h: thơng số bích buồng bốc; m - Dt: đường kính buồng bốc; m  Tổng khối lượng thép làm bích: Vbích = V1 + V2 +V3 = 8,33.10-3 + 0,0337 + 0,012 = 0,054 (m3)  Khối lượng thép làm bích 52 m = V bích ρ = 0,054 7850 = 424,136 (kg) Khối lượng dung dịch thiết bị Khối lượng riêng lớn có dung dịch khối lượng riêng nồng độ 30% nhiệt độ tsdd(po) : ρddmax = ρdd(30%, 74,0722oC) = 1293,15 kg/m3 Thể tích dung dịch thiết bị: Vdd = Vc + Vống TN + Vống TH + Vđ Trong đó: - Vc: Thể tích dung dịch phần nón cụt Vc D   b  Db Dd  Dd  H c   12  0,9  0,9.1,3  1,32  Dd H gc Vc   12 0, 245   0,92 0,04  0, 26  m3  Với: Db, Dd đường kính buồng bốc buồng đốt - Vống TN: Thể tích dung dịch ống truyền nhiệt; Vống TN = 0,445(m3) - Vống TH: Thể tích dung dịch ống tuần hoàn trung tâm; Vống TH = 0,1755(m3) - Vđ: Thể tích dung dịch đáy nón Vđ = 0,111(m3)  Vdd = 0,26 + 0,445 + 0,1755 +0,111= 0,9915 (m3) 𝑚𝑑𝑑 = 0,9915.1293,15 = 1282,16 (𝑘𝑔)  Tổng tải trọng thiết bị: 𝐺 = 425,5 + 269,095 + 1098,1 + 24,2 + 24,2 + 596,35 + 424,136 + 1282,16 = 4143,7 (𝑘𝑔) Chọn tai treo làm thép CT31  Tải trọng tác dụng lên tai treo (chưa tính đến bulong, đai ơc phận tách bọt) 𝑄= 𝐺 9,81 4143,7.9,81 = = 10162,4 (𝑁) 4 Dựa vào thông số tra bảng XIII.36[2-438] ta có: G.104 F 104 N m2 q.10-6 L B B1 H N/m2 S mm 53 l a d m1 2,5 173 1,45 150 120 130 215 60 20 30 3,48 7.3 Cửa quan sát Ta chọn kính quan sát làm thủy tinh silicat dày 15 mm, đường kính Φ = 200 mm Chọn bích quan sát Ta bảng XIII.26[2-403] Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn ta có bảng sau: Kiểu bích Kích thước nối pb.106 (N/m2) 0,1 Dtr (mm) 200 D Db Dt D0 (mm) (mm) (mm) (mm) 219 290 255 232 Bu lông db z h (mm) (cái) (mm) M16 16 7.4 Lớp cách nhiệt Bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị tính theo cơng thức:  n  tT  tkk   c  t  tT  ( Công thức VI.66[2-92]) c T  c  c  tT  tT  n  tT  tkk   Trong đó: - tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí,khoảng 40 ÷ 50 oC Chon tT2 = 40oC - tT1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp với bề mặt lớp vỏ thiết bị trở lực tường thiết bị nhỏ so với trở lực lớp cách nhiệt nên tT lấy gần với nhiệt độ đốt tT1 = 142,9 oC - tkk: nhiệt độ môi trường xung quanh Tra bảng VII.1[2-97] chọn tkk = 27,2 oC, lấy nhiệt độ trung bình năm Tp.HCM - λC: hệ số dẫn nhiệt chất cách nhiệt Chọn vật liệu cách nhiệt thủy tinh Theo bảng I.126[1-128] ta có λc = 0,0372 W/m.độ 54 αn = hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngồi lớp cách nhiệt đến khơng khí - Theo cơng thức VI.67[2-92] có: αn = 9,3 + 0,058.tT2  αn = 9,3 + 0,058.40 = 11,62 (W/m2.độ) Thay số vào ta được: c  0,0372 142,9  40   0,0198(m) =19,8 mm 11,62. 40  23,  Kết luận Các phần tính tốn nêu cho thấy: - Hệ thống cô đặc chân không nồi liên tục dung dịch NaOH với suất nhập liệu 3,6 tấn/h đơn giản Vì suất khơng cao nên kích thước của thiết bị mức độ vừa phải - Kết cấu thiết bị đơn giản điều khiển tự động Vì vậy, nhìn chung hệ thống phù hợp với quy mơ phòng thí nghiệm quy mơ pilot Tài liệu tham khảo [1] Nhiều tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hố chất, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hố chất, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [4] Bộ môn Máy Thiết bị, Bảng tra cứu Quá trình học – Truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG TPHCM, 2009 55 ... ngun lí thiết bị đặc 2.5 Thiết bị cô đặc dùng phương pháp nhiệt Phân loại ứng dụng 2.5.1.1 Theo cấu tạo Loại 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) Thiết bị đặc loại đặc dung dịch lỗng,... Nhiệt độ dung dịch NaOH 10 % trước sau qua thiết bị gia nhiệt:  tvào = 30 oC  tra = tsdd(po) = 74,0722oC Nhiệt độ dung dịch NaOH 10 % vào thiết bị cô đặc tđ = 74,0722oC Nhiệt độ dung dịch NaOH. .. lượng kế vào thiết bị gia nhiệt ban đầu Tại đây, dung dịch NaOH bên ống truyền nhiệt gia nhiệt bẳng bão hòa bên ngồi ống - Sau khỏi thiết bị gia nhiệt ban đầu, dung dịch nhập vào thiết bị cô đặc