Kali nitrat (potassium nitrate) còn có tên gọi khác là diêm sinh với công thức hóa học KNO3 là một trong những hóa chất thông dụng. Với nhiều ứng dụng thực tiễn, hiện nay KNO3 được sản xuất với số lượng ngày càng lớn. KNO3 được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như phân bón, thực phẩm, thuốc súng … Vậy làm thế nào để thu được KNO3 có nồng độ cao và tinh khiết. Một trong những phương pháp được sử dụng hiệu quả để tăng nồng độ KNO3 là phương pháp cô đặc. Đây cũng là đề tài mà nhóm chúng tôi thực hiện trong đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều dung dịch KNO3 bằng thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập- Tự do- Hạnh phúc BỘ MƠN CN HĨA HỌC VÀ HĨA DẦU NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MƠN HỌC Họ tên: Ngô Tiến Việt Anh Nguyễn Hồng Anh Nguyễn Huỳnh Tuấn Anh Nhóm - Lớp DH10H1 Mơn học: Các q trình thiết bị CNHH Thực phẩm Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều làm việc liên tục dung dịch KNO3 thiết bị đặc loại ống tuần hồn trung tâm Dữ kiện ban đầu - Năng suất theo dung dịch đầu: Gđ = 30000kg/h - Nồng độ đầu: xđ = 8% khối lượng - Nồng độ cuối: xc = 48% khối lượng - Áp suất đốt: P1 = 12 at - Áp suất ngưng tụ baromet: Png = 0,2 at Nội dung phần thuyết minh tính tốn - Sơ đồ dây truyền cơng nghệ đặc cấu tạo thiết bị (kèm vẽ mơ tả ) - Tính tốn bề mặt truyền nhiệt bề mặt truyền nhiệt thiết bị đặc - Tính tốn bề dày lớp cách nhiệt - Tính tốn thiệt bị ngưng tụ baromet bơm chân khơng - Tính khí Bản vẽ - Sơ đồ dây truyền công nghệ hệ thống cô đặc: khổ A1 ( bản) - Nồi cô đặc chi tiết: khổ A1 (1 ) Ngày giao nhiệm vụ: 21/1/2013 Ngày hoàn thành: 29/4/2013 Vũng Tàu, ngày 22 tháng 12 năm 2013 Xác nhận trưởng khoa Xác nhận giảng viên hướng dẫn: Sinh viên hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ MỤC LỤC Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHƯƠNG II TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ II.7.1 Tổn thất nhiệt nhiệt độ () 15 II.7.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (∆’’): 16 II.7.3 Tổn thất trở lực đường ống,(Δ”’): 18 II.7.4 Tổn thất toàn hệ thống: 18 II.10.1 Sức căng bề mặt 24 II.10.2 Độ nhớt: .24 II.10.3 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch: 26 II.10.4 Hệ số cấp nhiệt: 28 II.10.5 Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho nồi: 34 II.10.6 Tính tốn bề mặt truyền nhiệt: 36 III.1.1 Số ống buồng đốt: 38 III.1.2 Tính thiết bị ống tuần hồn trung tâm.( tính theo bề mặt trong) 39 III.1.3 Đường kính buồng đốt .40 III.1.4 Chiều dày buồng đốt 40 II.1.5 Bề dày đáy buồng đốt: 43 III.2.1 Thể tích buồng đốt 45 III.2.2 Chiều cao buồng bốc: 45 III.2.3 Bề dày buồng bốc: 46 III.2.4 Bề dày nắp buồng bốc: .47 III.4.1 Đường kính ống dẫn đốt .49 III.4.2 Đường kính ống dẫn dung dịch 50 III.4.3 Đường kính ống dẫn thứ 50 III.4.4 Đường kính ống dẫn dung dịch 51 III.4.5 Đường kính ống tháo nước ngưng 51 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục III.5.1 Bề dày lớp cách nhiết cho ống dẫn: 51 III.5.2 Bề dày lớp cách nhiệt cho thân thiết bị: 54 IV.1.1 Lượng nước lạnh cần để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ: 61 IV.1.2 Lượng không khí cần hút khỏi thiết bị : 61 IV.1.3 Đường kính thiết bị ngưng tụ: .62 IV.1.4 Kích thước chắn: 64 IV.1.5 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 65 IV.1.6 Kích thước ống baromet: 66 IV.1.7 Chiều cao ống Baromet : .66 IV.2.1 Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị Baromet: 69 IV.2.2 Bơm dung dịch vào thùng cao vị: .71 Tài Liệu Tham Khảo 75 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI MỞ ĐẦU Công nghiệp ngày phát triển, nhu cầu hóa chất ngày tăng Do ngành cơng nghiệp hóa chất củng phát triển khơng ngừng, nhu cầu sản phẩm ngày phong phú Trên sở đó, quy trình cơng nghệ ln cải tiến đổi để ngày hoàn thiện Vấn đề đặt việc sử dụng hiệu lượng cho trình sản xuất đảm bảo suất Kali nitrat (potassium nitrate) cịn có tên gọi khác diêm sinh với cơng thức hóa học KNO3 hóa chất thơng dụng Với nhiều ứng dụng thực tiễn, KNO3 sản xuất với số lượng ngày lớn KNO ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp phân bón, thực phẩm, thuốc súng … Vậy làm để thu KNO3 có nồng độ cao tinh khiết Một phương pháp sử dụng hiệu để tăng nồng độ KNO phương pháp đặc Đây đề tài mà nhóm thực đồ án thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều dung dịch KNO3 thiết bị đặc loại ống tuần hồn trung tâm Cấu trúc đồ án chia thành phần sau: − − − − − Chương I: Tổng quan Chương II: Tính tốn cơng nghệ, Chương III: Tính chọn thiết bị Chương IV: Tính chọn thiết bị phụ Tài liệu tham khảo Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục CHƯƠNG I TỔNG QUAN I I.1 TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM Các tính chất vật lí KNO3 Bảng 1: Các tính chất vật lí KNO3 Công thức phân tử KNO3 Phân tử gam 101,1032 g/mol Bề ngồi Tinh thể suốt, khơng màu Mùi Chua hay mặn Tỷ trọng 2,106 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 3360C (609 K) Nhiệt độ sôi 4000C ( 673 K) Độ hòa tan nước 32 mg/ 100ml ( 200C) pH ca I.2 Các ứng dụng KNO3 − Phân bón: Nitrat kali sử dụng chủ yếu phân bón , nguồn nitơ kali - hai số chất dinh dưỡng cho trồng − Chất oxi hóa: Nitrat kali chất oxy hóa hiệu quả, sản xuất lửa màu hoa cà đốt cháy diện kali Đây ba thành phần bột màu đen, với than bột (đáng kể carbon) lưu huỳnh Như sử dụng bột màu đen động tên lửa Nó sử dụng pháo hoa bom khói , với hỗn hợp sucroe kali nitrat − Bảo quản thực phẩm − Ngồi ra, KNO3 cịn có số ứng dụng khác như: thành phần hạt vững aerosol ức chế đặc cháy hệ thống, thành phần (thường khoảng 98%) số sản phẩm loại bỏ gốc Nó Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục làm tăng tốc phân hủy tự nhiên gốc cách cung cấp nitơ cho nấm công gỗ gốc cây, xử lý nhiệt kim loại dung II môi rửa, phương tiện lưu trữ nhiệt CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC II.1 Định nghĩa Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan khơng bay với mục đích: − Làm tăng nồng độ chất tan − Tách chất rắn hòa tan dang tinh thể (kết tinh) − Thu dung mơi dạng ngun chất (cất nước) Thơng thường có loại cô đặc để làm bốc dung môi: − Cô đặc dùng tác nhân nhiệt để cung cấp lượng cho dung môi (cô đặc trạng thái hơi) − Cô đặc kết tinh, cách làm lạnh giảm áp suất riêng phần mặt thống dung dịch để làm tăng q trình bốc Q trình đặc tiến hành trạng thái sôi nghĩa áp suất riêng phần dung môi cần với áp suát chung bề mặt thống chất lỏng Khác với q trình chưng luyện, q trình đặc, có dung mơi bay Đáng lưu ý q trình đặc, nồng độ chất tan tăng, ảnh hưởng đến trình tính tốn thiết bị Khi hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt α giảm, đồng thời khối lượng riêng ρ, độ nhớt µ, tổn thất nhiệt ∆’ tăng II.2 Lựa chọn phương án thiết kế Có thể sử dụng đặc dung dịch nồi hay nhiều nồi, đề tài này, xét hệ thống cô đặc nhiều nồi Cơ đặc nhiều nồi q trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt Nguyên tắc q trình đặc nhiều nồi tóm tắt sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch đun nóng đốt, thứ nồi đưa vào nồi thứ hai, thứ nồi thứ hai đưa vào nồi thứ ba… thứ Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục cuối vào thiết bị ngưng tụ Còn dung dịch vào từ nồi sang nồi kia, qua nồi bốc phần, nồng độ tăng dần lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt nồi phải có chênh lệch nhiệt độ đốt dung dịch sôi, hay nói cách khác chênh lệch áp suất đốt thứ nồi, nghĩa áp suất làm việc nồi phải giảm dần thứ nồi trước đốt nồi sau Thông thường nồi đầu làm việc áp suất dư, nồi cuối làm việc áp suất thấp áp suất khí Có thể phân loại hệ thống cô đặc nhiều nồi theo cách khác nhau: − Theo bố trí bề mặt đun: nằm ngang, thẳng đứng, nằm nghiêng − Theo chất tải nhiệt: (hơi nước bão hịa, q nhiệt), khói lị, dịng điện, chất tải nhiệt đặc biệt (dầu, hydrocarbon) − Theo chế độ tuần hồn: xi chiều, chéo chiều, ngược chiều − Cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống chùm, ống xoắn Trong đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch KNO này, ta sử dụng hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều ( tuần hoàn tự nhiên), buồng đốt trong, ống tuần hồn trung tâm ưu điểm sau: − Dung dịch tự di chuyển từ nồi sang nồi khác nhờ chênh lệch áp suất nhiệt độ nồi Nhiệt độ nồi trước lớn nồi sau, tức áp suất nồi trước lớn nồi sau − Dung dịch vào nồi nhiệt độ sôi nhờ gia nhiệt trước nước, ngoại trừ nồi đầu tiên, dung dịch vào nồi thứ 2, có nhiệt độ cao nhiệt độ sơi, dung dịch làm lạnh, lượng nhiệt làm bốc thêm phần nước, gọi q trình tự bốc − Cơ đặc ống tuần hồn trung tâm có ưu điểm dung dịch tuần hoàn nồi dễ dàng, vận tốc tuần hoàn lớn ống tuần hồn khơng bị đốt nóng dẫn đến đối lưu dễ dàng Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Tuy nhiên, phương pháp đặc xi chiều có nhược điểm nhiệt độ dung dịch nồi sau thấp dần, nồng độ dung dịch tăng dần, làm cho độ nhớt dung dịch tăng nhanh, kết hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối II.3 Thuyết minh sơ đồ công nghệ Hệ thống cô đặc nồi, làm việc xuôi chiều liên tục Dung dịch đầu KNO 8% khối lượng chứa thùng chứa nguyên liệu (3), sau bơm ly tâm (6) bơm lên thùng cao vị (4) Dung dịch sau qua lưu lượng kế (7) chả vão thiết bị gia nhiệt (8) Ở đây, dung dịch đun nóng sơ đến nhiệt độ sơi, sau vào nồi cô đặc (1), (2), (3) Tại nồi cô đặc, dung dịch đun sôi thiết bị cô đặc có ống tuần hồn trung tâm, buồng đốt trong, ống truyền nhiệt ống tuần hồn tương đối lớn Dung dịch ống đốt vào khoảng khơng gian phía ngồi ống Khi làm việc, dung dịch ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng có khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống, cịn ống tuần hồn trung tâm thể tích theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt lượng tạo ống hơn, khối lượng riêng hồn hợp hơi– lỏng lớn so với ống truyền nhiệt, bị đẩy xuống Kết thiết bị có chuyển động tuần hồn tự nhiên từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hoán trung tâm Hơi đốt lấy nồi (1) cung cấp nhiệt cho thiết bị gia nhiệt (3) nịi đặc (1) Tại nồi 1, đốt ngưng tụ, tỏa nhiệt làm sôi dung dịch, bốc lượng thứ Hơi thứ từ nồi thứ (1) dung làm đốt cho nồi thứ (2) tương tự thứ nồi (2) đốt cho nồi (3) Hơi thứ từ nồi (3) ngưng tụ nhờ thiết bị baromet (13) hút chân khơng nhờ bơm chân khơng (15) Nước ngưng từ phịng đốt nồi cô đặc qua xả nước ngưng, qua bẫy (5) để chả xuống thùng nước ngưng (2) Dung dịch từ nồi cô đặc (3) bơm ly tâm (6) lấy cho vào thùng chứa sản phẩm (18) Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CHƯƠNG II TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ I ĐỀ BÀI VÀ CÁC GIẢ THUYẾT BAN ĐẦU Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm Năng suất đầu vào: Gđ = 30000 kg/h Nồng độ đầu: xđ = 8% ( khối lượng) Nồng độ cuối: xc = 48% ( khối lượng) Áp suất đốt nồi 1: Phđ1 = 12at Áp suất thiết bị ngưng tụ: Png = 0,2at Dung dịch: KNO3 Phân tử mol: Mpt = 101 kg/kmol Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục II TÍNH TỐN II.1 Xác định tổng lượng thứ bốc khỏi hệ thống Gọi: Gđ, Gc lượng dung dịch lúc đầu cuối, kg/h xđ, xc nồng độ đầu cuối, % khối lượng W lượng thứ bốc hơi, kg/h Phương trình cân vật liệu cho toàn hệ thống: Gđ = G c + W Phương trình cân vật liệu cho cấu tử phân bố: Gđ.xđ = Gcxc + W xw Ở ta coi q trình đặc coi khối lượng chất tan không bị theo lượng bốc nên ta có: Gđ xđ = Gc xc Từ (1) (2) ta có : W = Gđ (1 – xđ/xc) (VI.1/55 – [II]) Theo số liệu đề tài ta có lượng thứ bốc toàn hệ thống : W = 30000 (1 – 8/48) = 25000 (kg/h) II.2 Sự phân bố thứ nồi : Gọi W1, W2, W3 lượng thứ nồi 1, nồi 2, nồi kg/h Chọn phân bố thứ theo tỷ lệ : W1 : W2 :W3 = : 1,1 : 1,2 Từ cách chọn tỷ lệ ta tính lượng thứ bốc nồi: Nồi 1: W1 = Nhóm 1- Lớp DH10H1 ∑W 3,3 = 25000 = 7575,76kg / h 3,3 Page 10 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Chính lượng vào thiết bị ngưng tụ làm giảm độ chân không, áp suất riêng phần hàm lượng tương đối hỗn hợp giảm đồng thời làm giảm hệ số truyền nhiệt thiết bị Vì cần liên tục hút khí khơng ngưng khơng khí khỏi thiết bị Lượng khí khơng ngưng khơng khí hút khỏi thiết bi tính theo cơng thức: Gkk= 0,000025W+ 0,000025Gn+ 0,01W,kg/s (VI.47/84 – [II]) = 25.10-6(8791,930 + 168188,691) + 0,01 8791,930 = 92,344 kg/h Khi thể tích khơng khí 00C 760 mm Hg cần hút là: Vkk= 0,001.[ 0,02.(W+ Gn) + 8.W] (VI.48/84 – [II]) = 0,001.[0,02.(8791,930 +168188,691) +8 8791,930] = 73,875 m3/h IV.1.3 Đường kính thiết bị ngưng tụ: Đường kính thiết bị ngưng tụ xác định theo ngưng tụ tốc độ qua thiết bị Thiết bị làm việc áp suất 0,2 at nên tốc độ lựa chọn khoảng 35(m/s) Thực tế người ta lấy suất thiết bị gấp 1,5 lần so với suất thực nó.Khi đó, đường kính thiết bị tính theo công thức: Dtr = 1,383 W (m) ρ h ω h (VI.52/84 – [2]) Với: Dtr: đường kính thiết bị ngưng tụ, m W: lượng ngưng tụ, kg/s W = 8791,930/3600 = 2,442 m3/s ρ h : khối lượng riêng hơi, kg/m3 ω h : tốc độ thiết bị ngưng tụ, (m/s) Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 62 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục chọn ω h =35m/s → Dtr = 1,383 2,442 = 1,02m 0,1283.35 Quy chuẩn Dtr = 1,2 m Theo bảng VI.8/88 – [II], ta có thong số thiết bị ngưng tụ baromet( tính mm): Đường kính thiết bị Dtr = 1200 mm Chiều dày thiết bị S = mm Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị: a= 1300 mm Khoảng cách từ ngăn cuối đến đáy thiết bị: P = 1200 mm Bề rộng ngăn: b = 750 mm Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết thiết bị thu hồi: K1 = 1200 mm; K2 = 1095 mm Chiều cao hệ thống thiết bị: H = 6320 mm Chiều rộng hệ thống thiết bị: T = 2975 mm Đường kính thiết bị ngưng tụ : D1 = 600 mm Chiều cao thiết bị ngưng tụ: h1 = 2100 mm Đường kính thiết bị thu hồi: D2 = 500 mm Chiều cao thiết bị thu hồi: h2 = 1400 mm Khoảng cách ngăn: a1 = 300 mm; a2 = 400 mm; a3 = 480 mm; a4 = 575 mm; a5 = 660 mm Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 63 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Đường kính cửa vào: Hơi vào: d1 = 450 mm Nước vào: d2 = 250 mm Hỗn hợp khí ra: d3 = 200 mm Nối với ống baromet: d4 = 250 mm Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi: d5 = 200 mm Hỗn hợp khí khỏi thiết bị thu hồi: d6 = 150 mm Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet: d7 = 80 mm Ống thơng khí: d8 = 25 mm IV.1.4 Kích thước chắn: Để đảm bảo làm việc tốt, ngăn phải có dạng hình viên phân,do chiều rộng ngăn xác định theo công thức sau: b= Dtr + 50, mm ( VI.53/85 – [II]) Với: Dtr: đường kính thiết bị ngưng tụ, (mm) Vì ngăn có nhiều lỗ nhỏ, chọn đường kính lỗ là, mm Lấy nước để làm nguội Ta có: b = 1200 + 50 = 650mm Chiều cao gờ cạnh ngăn 40 mm Tổng diện tích bề mặt lỗ tồn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ nghĩa cặp ngăn: f = Gn ,m ωc (VI/85 – [II]) Với: Gn lưu lượng nước, m3/s; Gn = 168188,691 kg/h = 46,719 m/s ω c tốc độ tia nước chọn ω c =0,62m/s chiều cao gờ ngăn 40 mm Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 64 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục ρ nước = 995,06kg/m3 168188,691 3600 →f = = 0,0757m 0,62.995,06 Các lỗ ngăn xếp theo hình lục giác nên ta xác định bước lỗ công thức: t = 0,866.d fe (mm) f tb (VI.55/85 – [II]) Với: d đường kính lỗ, (mm) fe tỷ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị f tb ngưng tụ, thường lấy 0,025-0,1 Vậy chọn fc = 0,1 f tb → t = 0,886.2 0,1 = 0,55mm IV.1.5 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: Để chọn khoảng cách trung bình ngăn tổng chiều cao hữu ích thiết bị ngưng tụ, ta dựa vào mức độ đun nóng nước thời gian lưu nước thiết bị ngưng tụ Mức độ đun nóng nước xác định cơng thức: P= t c −t d t bh −t d (VI.56/85 – [II]) Với: t2c, t2đ nhiệt độ cuối, đầu nước tưới vào thiết bị, 0C tbh nhiệt độ nước bão hồ ngưng tụ, 0C Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 65 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục →P= 50 − 20 = 0,756 59,7 − 20 Quy chuẩn theo bảng VI.7/ 86 – [II], ta có P = 0,774 Tra bảng VI.7/ 86 – [II], ta có: – Số bậc: – Số ngăn: – Khoảng cách ngăn: 400 mm – Thơi gian rơi qua bậc: 0,41 s IV.1.6 Kích thước ống baromet: Áp suất thiết bị 0.2 at để tháo nước ngưng ngưng tụ cách tự nhiên cần phải có ống barơmet: Đường kính ống barơmet tính theo cơng thức: dB = 0,004(Gn + W) m π ω (VI.57/86 – [II]) Trong đó: W lượng ngưng, kg/s Gn lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/s ω tốc độ hỗn hợp nước chất lỏng ngưng chảy ống barômet, m/s; thường lấy ω =0,5 – 0,6 m/s → dB = 0,004( 46,719 + 2,442 ) = 0,354m π 0,5 Theo qui chuẩn d = 0,4 m IV.1.7 Chiều cao ống Baromet : Được xác định theo cơng thức sau: Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 66 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục H = h1 + h2 + 0,5 m ( VI.58/ 86 – [II]) Trong đó: 0,5 m chiều cao dự trữ để ngăn ngừa nước dâng lên ống chả trán vào đường ốn dẫn áp suất khí tăng h1 chiều cao cột nước ống barơmet cân với hiệu số áp suất khí áp thiết bị ngưng tụ: h1 = 10,33 b ,m 760 (VI.59/86 – [II]) Ở b độ chân không thiết bị ngưng tụ, mmHg b = 1- 0,2 = 0,8 at = 0,8.735,6 = 588,48 mmHg → h1 = 10,33 588,48 = 7,999m ≈ 8m 760 h2 chiều cao cột nước ống barơmet cần để khắc phục tồn trở lực nước chảy ống : h2 = ω2 2g H + ∑ ξ (m) 1 + λ d (VI.60/87 – [II]) Hệ số trở lực vào đường ống lấy ξ = 0,5; khỏi ống lấy ξ = cơng thức có dạng sau: h2 = ω2 2g H 2,5 + λ (m) d Với: H: tồn chiều cao ống Bazomet, m d: đường kính ống Bazomet, m; d = 0,4 m λ : hệ số ma sát nước chảy ống Để tính λ ta tính hệ số chuẩn Re chất lỏng chảy ống Bazomet: Re = d B ρ n ω (II.58/377 – [II]) µ Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 67 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Với: dB đường kính ống dẫn, m ω tốc độ nước chảy ống baromet, ω = 0,5 m/s ρ n khối lượng riêng nước tra theo ttb=35oC; ρ n =995,06 kg/m3 Theo bảng I.251/314 – [II] µ độ nhớt nước tra 35 oC: µ = 0,722.10-3N.s/m2 → Re = 0,5.995,06.0,4 = 275639,89 > 10 −3 0,722.10 Vậy ống barômet chế độ chảy xốy ta dùng cơng thức sau để tính hệ số ma sát: 6,81 0,9 ∆ = −2 lg + ; 3,7 λ Re (II.65/380 – [I]) Trong ∆ : độ nhám tương đối xác định theo công thức sau: ∆= ε d td (II.66/380 – [I]) ε độ nhám tuyệt đối: ε =0,2mm theo bảng II.15/381 – [I] dtd đường kính tương đối ống →∆= → 0,2.10 −3 = 5.10 − 0,4 6,81 0,9 5.10 − = −2 lg + = 7,37 3,7 λ 275639,89 → λ = 0,184m Nên: 0,5 H h2 = 2,5 + 0,184 = 0,032 + 5,86.10 −3.H 2.9,81 0,4 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 68 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Vậy: H = h1 + h2 + 0,5 = 8+ 0,032 + 5,86.10-3.H + 0,5 H = 8,582 m ; ta chọn H = 8,6m Nhưng thực tế người ta lấy chiều cao Bazomet 10m IV.2 Tính tốn chọn bơm IV.2.1 Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị Baromet: Ta dùng bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị cơng suất bơm tính theo cơng thức: N= Q.ρ g H (kW) 1000η (II.189/439 – [I]) Trong đó: Q suất bơm, m3/s; Q= Gn 168188,691 = = 0,047 m3/s ρ 3600.995,06 ρ khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3; g gia tốc trọng trường, m2/s; H áp suất toàn phần bơm, m; η hiệu suất chung bơm; ta chọn η = 0.85; Áp suất toàn phần bơm xác định theo công thức: H= P2 − P1 + H0 + hms , m; ρ g (II.185/438 – [I]) Trong đó: P1 P2 áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy hút, N/m 2; P1= 0,2 at; P2=1 at H0 chiều cao nâng chất lỏng, m H = Hh + Hđ Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 69 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Với: Hh chiều cao hút; Hđ chiều cao đẩy Ở 350C chiều cao hút thường Hh = m; Chiều cao đẩy = chiều cao ống barômet = 10 m Vậy H0 = + 10 = 15 m; hms áp suất tiêu tốn để thắng toàn trở lực đường ống hút đẩy, m; Tính hms: l ω hms = λ + ∑ ξ (m) d g l chiều dài toàn bộ, l=25 m; d đường kính ống hút đẩy d = - 4.W π w.ρ W lượng nước ống; W= Gn = 168188,691 kg/h; w vận tốc nước ống coi vận tốc ống hút đẩy w = m/s ⇒d = 4.168188,691 = 0,0998m π 6.995,06.3600 Vậy dh = dđ = 0,1 m λ hệ số ma sát; λ = 0,184 m - ∑ ξ : trở lực chung Vận tốc nước ống: ω = Q = 6m / s 0,785.(0,1) Tổng trở lực:theo bảng II.16/382 – [I], ta có: - Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 70 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục ∑ ξ cửa vào=0,5; ∑ ξ cửa ra=1 ξ khuỷu ống (3 khuỷu) =1,16 ( Bảng N030/394 – [I]) ξ van tiêu chuẩn = 4,1 (Bảng N037/397 – [I]) ξ van chắn = 0,5 (Bảng N 045/399 – [I]) = 0,5 + + 3.1,16 + 4,1 + 0,5 = 9,58 Vậy: hms = 0,184 25 62 + 9,58 = 5,02m 0,1 2.9,81 Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút: – → Hc = Hc = P2 − P1 ( m) ρ g (0,2 − 1)9,81.10 = −8,04m 995,06.9,81 Áp suất toàn phần bơm là: Công suất bơm: N = H = 5,02 + 15 - 8,02 = 12 m 0,047.12.995,06.9,81 = 6,48 KW 1000.0,85 Công suất động điện: N dc = N 6,48 = = 7.58 KW η tr η dc 0,9.0,95 (II.190/439 – [I]) Người ta thường lấy động có cơng suất lớn cơng suất tính tốn để tránh tượng tải.Chọn hệ số dự trữ β =1,2 ( bảng II.33/440 – [I]) Suy ra:N= β Nđc = 9,1KW IV.2.2 Bơm dung dịch vào thùng cao vị: Chọn bơm ly tâm, dung dịch bơm ban đầu có nhiệt độ t0 = 200C Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 71 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Nồng độ đầu 8% ρ KNO3 = 1049,4 kg/m3; µKNO3 = 0,974.10-3Nm/s Chọn tốc độ ống hút đẩy m/s Đường kính ống hút đẩy: – ⇒ d= 4.G d ; Gđ- lượng dung dịch đầu; Gđ= 30000 kg/h; π w.ρ d= 4.12000 = 0,1m 3,14.997,5.3600 Có d = 0,1 m nên vận tốc thực 1,01m/s Tính H: – + Tính Hm: l ω H m = λ + ∑ξ (m) d 2.g Hệ số ma sát tính qua chế độ chảy Re: Re = ω.d ρ dd 1,01.0,1.1049,4 = = 1,088.10 > 10 −3 µ 0,974.10 Chế độ chảy xốy, suy ra: 6,81 0,9 ∆ = −2 lg + 3,7 λ Re Ta có: ∆ = ( II.65/380 – [1]) ε 0,2.10 −3 = = 2.10 −3 −3 d 100.10 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 72 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 6,81 0,9 2.10 −3 → = −2 lg + = 6,3 3,7 λ 1,088.10 → λ = 0,025 Trở lực chung: = 0,5 + + 3.1,16 + 4,1 + 0,5 = 9,58 20 1,012 → H m = 0,025 + 9,58 = 0,76m 0,1 2.9,81 +Chiều cao ống hút; Hh = m; +Chiều cao ống đẩy;Hđ = 10 m +Mặt thoáng chất lỏng thùng chứa thùng cao vị có áp suất tương đương nhau, nên áp suất tồn phần bơm là: H = Hđ+Hh+Hm= 2+10+0,76 = 12,82m + Công suất bơm: N= 30000.9,81.12,76 Gd ρ g H = = 1,23 KW 1000.0,85.3600 1000η ρ +Công suất động điện: Công suất động điện: N dc = N 1,23 = = 1,44 KW η tr η dc 0,9.0,95 II.190/439 – [I] Người ta thường lấy động có cơng suất lớn cơng suất tính toán để tránh tượng tải.Chọn hệ số dự trữ β =1,5 ( bảng II.33/440 – [I]) Suy ra:N= β Nđc = 2,16 KW Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 73 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 74 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Tài Liệu Tham Khảo GS, TSKH Nguyễn Bin tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập – NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 GS, TSKH Nguyễn Bin tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập – NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 Tập thể tác giả Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt- truyền khối NXB Đại học quốc gia TP HCM, 2008 I.L.IOPha Thiết kế trình thiết bị cơng nghệ hóa học NXB Hóa Học St.Peterburg, 1991 Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 75 ... tăng nồng độ KNO phương pháp cô đặc Đây đề tài mà nhóm chúng tơi thực đồ án thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều dung dịch KNO3 thiết bị đặc loại ống tuần hồn trung tâm Cấu trúc đồ án chia thành... tuần hồn: xi chiều, chéo chiều, ngược chiều − Cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngồi, ống chùm, ống xoắn Trong đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch KNO này, ta sử dụng hệ thống đặc nồi xi chiều. .. giảm từ nồi đầu đến nồi cuối II .3 Thuyết minh sơ đồ công nghệ Hệ thống cô đặc nồi, làm việc xuôi chiều liên tục Dung dịch đầu KNO 8% khối lượng chứa thùng chứa nguyên liệu (3) , sau bơm ly tâm (6)