thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm full file bản vẽ liên hệ để lấy file bản vẽ nhé

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ- CƠNG NGHỆ  _ Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam Độc lập –Tự –Hạnh phúc  - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ tên sinh viên : Lớp : CNTP43 Ngành học : công nghệ thực phẩm Tên đề tài: thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều ống tuần hoàn trung tâm Số liệu ban đầu: - Năng suất: 24000 kg/h - Dung dịch cô đặc: NaNO3 - Nồng độ nguyên liệu ban đầu: 3,5 % - Nồng độ sản phẩm: 17 % - Áp suất đốt áp suất thiết bị: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Đặc vấn đề - Tổng quan phương pháp công nghệ thực - Tính cân vật chất q trình - Tính cân lượng - Tính thiết bị - Tính thiết bị phụ trợ - Kết luận - Tài liệu tham khảo Các vẽ: - Sơ đồ công nghệ: A1, A3 - Bản vẽ chi tiết thiết bị (hay cụm thiết bị mặt cắt): A1 Ngày giao nhiệm vụ: Ngày hồn thành: Huế, ngày… tháng… năm 2012 Trưởng mơn CSCN Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thủy Tiên ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày ngành cơng nghệ sản xuất hóa chất ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành công nghiệp khác hóa chất sản xuất sử dụng NaNO khả sản xuất ứng dụng Trong q trình sản xuất NaNO3 quy mơ cơng nghiệp q trình đặc cục kỳ quan trọng nhờ có q trình người ta đưa nồng độ NaNO3 đến nồng độ cao hơn, để đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng nó, đồng thời nhờ để tiết kiệm chi phí vận chuyển, vận chuyển tạo điều kiện cho trình kết tinh cần Nhiệm vụ cụ thể đồ án mà em giao thiết kế hệ thống cô đăc hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc NaNO3 từ 3,5% lên 17% Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm chúng em việc thực đị án thiết bị quan trọng Nó vừa tạo hội chi sinh viên ơn tập hiểu cách sâu sắc kiến thức học trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính tốn chi tiết thiết bị với thông số kỹ thuật cụ thể Tuy nhiên, đồ án thiết bị mơn học khó kiến thức thực tế sinh viên hạn chế nên việc thực đồ án thiết bị nhiều thiếu sót Vì vậy, em mong nhận đóng góp hướng dẫn q thầy giáo để hồn thành tốt đồ án giao PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Q TRÌNH CƠ ĐẶC I Giới thiệu ngun thiệu Tên gọi cơng thức hóa học Natri Nitorat Tên khoa học: sodium Nitrate Tên thường gọi: Natri Nitorat, sơ đa Nito Cơng thức hóa học: NaNO3 NaNO3 la chất rắn màu trắng tan nước dạng khống có tên nitratine, nitratite, sodaniter Natri nitrat dùng chất nguyên liệu phân bón, pháo hoa, bom khói, chất bảo quản Ứng dụng: − Được dùng phạm vi rộng loại phân bón ngun liệu khơ cho q trình sản xuất thuốc sung − Kết hợp với sắc hidroxid tạo nhựa thông − Sản xuất axid nitric − Điều chế nước cường toan trình khai that vàng − Chất Oxy hóa thay pháo hoa − Là thành phần cấu tạo túi lạnh sản xuất thuốc nổ đen − Kết hợp với KNO3 ứng dụng bảo quản nhiệt, chuyển đổi nhiệt tháp lượng mặt trời − Dùng công nghiệp nước thải Tính chất hóa lý Natri Nitrat − Dạng tồn tại: tinh thể rắn hạt bột màu trắng − Mùi: không mùi − Vị: đắng, mặn − Phân tử lượng: 84.99 g/mol − Tnc = 3120 C − Ts = 3800C − Tỷ trọng: 2.265 g/cm3 − Độ hòa tan: • Tan nước, độ hịa tan tăng theo nhiệt độ: Ở 250C: 92.1 g/100ml Ở 1000C: 180 g/100ml • Ít tan methanol (CH3OH): 1g/300 ml • Rất tan acetone glycerol • Dễ tan amoni lỏng − Độ ổn định: • Phản ứng mạnh với chất dễ cháy, hữu • Phản ứng với chất khử, axid − Tính độc hại: (khi hít hoạc nuốt nhầm) • Gây nhiễm độc máu, làm khả vận chuyển Oxy hồng cầu gây tượng tím tái, mê • Có thể gây đột biến gen (ảnh hưởng tới tế bào gốc) • Coa thể gây hại cho sức khỏe sinh sản • Có thể ngun nhân gây ung thư II Tổng quan q trình đặc Sơ lược lý thuyết cô đặc 1.1 Định nghĩa Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay hơi,ở nhiệt độ sơi với mục đích: - Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể - Thu dung môi dạng ngun chất Q trình đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), hệ thống thiết bị cô đặc hay hệ thống nhiều thiết bị đặc Trong đó: Cơ đặc chân khơng dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao, dễ bị phân hủy nhiệt Cơ đặc áp suất cao áp suất khí dùng cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho cô đặc cho trình đun nóng khác Cơ đặc áp suất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí Đây phương pháp đơn giản không kinh tế 1.2 Cấu tạo thiết bị đặc Trong cơng nghệ hóa chất thực phẩm loại thiết bị đặc đun nóng dùng phổ biến, loại gồm phần chính: a) Bộ phận đun sơi dung dịch (phịng đốt) bố trí bề mặt truyền nhiệt để đun sơi dung dịch b) Bộ phận bốc (phịng bốc hơi) phòng trống, thứ tách khỏi hỗn hợp lỏng – dung dịch sơi (khác với thiết bị có phịng đốt) Tùy theo mức độ cần thiết người ta cấu tạo thêm phận phân ly – lỏng phòng bốc ống dẫn thứ, để thu hồi hạt dung dịch bị thứ mang theo Về phân loại phân loại thiết bị theo cách: - Theo phân bố bề mặt truyền nhiệt có loại nằm ngang, thẳng đứng, loại nghiêng - Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt có loại vỏ bọc ngồi, ống xoắn, ống chùm - Theo chất tải nhiệt có loại đun nóng dịng điện, khói lị, nước, chất tải nhiệt đặc biệt - Theo tính tuần hồn dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức, 1.3 Lựa chọn thiết bị Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc nồi, làm việc liên tục, có ống tuần hồn trung tâm buồng đốt đối lưu tự nhiên Thiết bị cô đặc dạng có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chửa, làm Đồng thời, tận dụng triệt để nguồn Q trình đặc tiến hành áp suất chân không nhằm làm giảm nhiệt độ sôi dung dịch, giảm chi phí lượng, hạn chế biến đổi chất tan Tuy nhiên, tốc độ tuần hồn nhỏ, hệ số truyền nhiệt cịn thấp, vận tốc tuần hồn bị giảm ống tuần hồn bị đun nóng Thuyết minh quy trình cơng nghệ * Cấu tạo nguyên tắc làm việc nồi cô đặc Nồi đặc xi chiều ống tuần hồn trung tâm cấu tạo gồm buồng bốc, buồng đốt phận thu hồi cấu tử Trong đó: - Buồng đốt bao gồm ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch ống cịn đốt ngồi ống Ngun tắc hoạt động ống tuần hoàn trung tâm là: ống tuần hồn có đường kính lớn đường kính ống truyền nhiệt nên hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch sơi so với dung dịch ống truyền nhiệt Khi sơi dung dịch có khối lượng riêng giảm tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt Kết quả, tạo nên dịng chuyển động tuần hồn đối lưu tự nhiên ống truyền nhiệt ống tuần hoàn - Phía thiết bị buồng bốc Đây phòng trống, thứ tách khỏi hỗn hợp lỏng - dung dịch sôi Bên buồng bốc cịn có phận thu hồi cấu tử để tách giọt chất lỏng lại thứ mang theo * Thuyết minh quy trình Hình 1: Sơ đồ cô đặc nồi xuôi chiều: Thùng chứa dung dịch, 10.Nước ngưng Bơm, 11 Hơi thứ ra, Thùng cao vị, 12.Thiết bị ngưng tụ, Thiết bị gia nhiệt, 13.Bình tách lỏng, Dung dịch vào, 14.Tấm ngăn, Hơi đốt vào, 15.Ống Baromet, Buồng bốc, 16.Bể chứa nước ngưng tụ, Buồng đốt, 17.Thùng chứa sản phẩm Sản phẩm ra, Nguyên liệu dung dịch natri hydroxit có nồng độ đầu 3,5% bơm lên thùng cao vị nhờ ổn định dòng chảy theo phương trình liên tục mà nguyên liệu đưa từ từ vào thiết bị gia nhiệt mà không cần bơm đảm bảo tốc độ không đổi nhờ thiết bị gia nhiệt đưa dung dịch đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thân hình trụ, đặt đứng, bên gồm nhiều ống nhỏ; đầu ống giữ chặt vĩ ống vĩ ống hàn dính vào thân Dung dịch bơm vào thiết bị, bên ống từ lên cịn đốt bên ngồi ống Hơi đốt sau cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ dung dịch lên đến nhiệt độ sôi ngưng tụ lại Dung dịch sau gia nhiệt sơ đưa vào thiết bị đặc thực q trình bốc Dung dịch cô đặc nồi tiếp tục chuyển sang nồi Hơi đốt đưa vào phịng đốt nồi để đốt nóng dung dịch nồi Sau cô đặc lượng thứ thoát nồi dùng làm đốt cho nồi 2, thứ nồi vào thiết bị ngưng tụ 12 Dung dịch sau cô đặc đến nồng độ yêu cầu 17% tháo theo ống tháo sản phẩm nhờ lực trọng trường Hơi thứ khí khơng ngưng phía thiết bị đặc đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet bơm chân không hút ngồi Khí khơng ngưng cịn lại tiếp tục qua thiết bị tách bọt 13 Trong trình cô đặc lượng đốt cấp nhiệt cho dung dịch nên ngưng tụ lại thu hồi cửa nước ngưng tụ 10 PHẦN 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ I Tính cân vật liệu Chuyển đơn vị suất từ (tấn/h) sang (kg/h) Năng suất: GD = 24 tấn/h =24000 kg/h Nồng độ nguyên liệu ban đầu: XD = 3,5 % Nồng độ cuối sản phẩm : XC = 17 % Áp dụng phương trình cân vật chất : GD XD = GC XC Suy ra: GC= = =4941 kg/h Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống (W) Phương trình cân vật liệu cho tồn hệ thống: GD= GC +W (1) Trong đó: GD, GC: lưu lượng vào, khỏi thiết bị kg/h W: lượng thứ toàn hệ thống kg/h Viết cho cấu tử phân bố: GD.XD= GC.XC + W.XW Trong đó: XD, XC: nồng độ đầu, cuối dung dịch (% khối lượng) Xem lượng thứ không mát, ta có: GD.XD= GC.XC (2) Vậy lượng thứ bốc toàn hệ thống xác định: W = G D (1 − xD ) xC Theo giả thiết ta có: GD = 24 tấn/h = 24000 kg/h XD = 3,5 % XC = 17 % Thay vào ta có: W = 24000.(1 − 3,5 ) = 19059 kg/h 17 Xác định nồng độ cuối dung dịch nồi Ta có: W= W1+ W2 Với W1, W2 lượng thứ bốc nồi 1, kg/h Để đảm bảo việc dùng toàn thứ nồi trước cho nồi sau, thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất lưu lượng thứ nồi thích hợp W1 ≥1,1 ÷1,3 W2 Giả sử chọn tỉ số thứ bốc lên từ nồi : W1 = 1,1 W2 Khi ta có hệ phương trình: W1 = 1,1 W2 W1 + W2 = W Giải hệ có kết : W1 = 9983,3 kg/h W2 = 9075,7 kg/h Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi 1: XC1= G D x D 24000.3,5 = = 6% G D − W1 24000 − 9983,3 Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi : XC2= G D x D 24000.3,5 = = 17 % G D − W1 − W2 24000 − 9983,3 − 9075,7 II Cân nhiệt lượng Xác định áp suất nhiệt độ nồi Gọi P1, P2, Pnt áp suất nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ ∆P1: hiệu số áp suất nồi so với nồi ∆P2: hiệu số áp suất nồi so với thiết bị ngưng tụ ∆Pt: hiệu số áp suất hệ thống Giả sử chọn: Áp suất đốt vào nồi P1=3,2 at Áp suất thiết bị ngưng tụ Pnt= 0,3 at Khi hiệu số áp suất hệ thống cô đặc : ∆Pt =P1 – Pnt = 3,2 – 0,3 = 2,9 at ∆P Chọn tỉ số phân phối áp suất nồi là: ∆P = 1,8 Kết hợp với phương trình: ∆P1 + ∆P2 = ∆Pt = 2,9 at Suy ra: ∆P1 = 1,86 at ∆P2 = 1,04 at Gọi: tht1, thd2, tnt nhiệt độ vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ tht1, tht2 nhiệt độ thứ khỏi nồi 1, tht1= thd2+ tht2= tnt+ Ta có: ∆P1 =P1-P2 => P2 = P1- ∆P1 => P2 = 3.2- 1.86 = 1.34 at Tra bảng : I 250, STQTTB, T1/ Trang 312 I 251, STQTTB, T1/ Trang 314 Bảng 1: Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) dòng Nồi Áp suất Nhiệt độ P1(at) t(0C) Loại Nồi Tháp ngưng tụ Áp suất Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ P2(at) t(0C) Pnt(at) tnt(0C) Hơi đốt 3,2 135,5 1,34 107,41 Hơi thứ 1,39 108,41 0,31 69,7 0,3 68,7 Xác định tổn thất nhiệt độ 2.1 Tổn thất nhiệt nồng độ gây (∆ ’) Ở áp suất, nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất Hiệu số nhiệt độ sôi dung dịch dung môi nguyên chất gọi tổn thất nhiệt nồng độ gây o − tsdmnc o Ta có: ∆’= t sđ (ở áp suất) Áp dụng công thức Tiaxenko: Ts2 ∆ = ∆ 16,2 r Trong ∆’0 : tổn thất nhiệt độ áp suất thường gây , , o Ts : nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất (0K) 10 fc : tỷ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết f tb bị ngưng tụ, thường lấy 0,025 – 0,1 fc Vậy chọn f = 0,1 tb  t = 0,866.2 0,1 = 0,55mm 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 VI.56,STQTTB,T2/85 P= t c −t đ t bh −t đ Với t2c, t2đ: nhiệt độ cuối, đầu nước tưới vào thiết bị (oC) tbh: nhiệt độ nước bão hoà ngưng tụ (oC) 40 − 20 P= = 0,41 68,7 − 20 Tra bảng VI.7 STQTTB T2/ Trang 86 ta có: Số ngăn n = 4; số bậc = 2; khoảng cách trung bình ngăn htb= 400 (mm) Tra bảng VI.8,STQTTB,T2/Trang 88, ta có: - Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị a = 1300 (mm) - Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị b = 1200 (mm) - Chiều cao tổng thiết bị ngưng tụ tính theo cơng thức: Hnt = H' +a+b = 400.(4-1)+1300+1200=3700 (mm) = 3,7 (m) - Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị thu hồi: K 1= 1100 (mm); K2= 935 (mm) - Chiều cao hệ thống thiết bị: H= 5680 (mm) - Chiều rộng hệ thống thiết bị: T = 2600 (mm) - Đường kính thiết bị thu hồi: D1 = 500 (mm); D2 = 400 (mm) + Chiều cao thiết bị thu hồi: h1 =1900 (mm); h2 = 1350(mm) 49 Tính kích thước ống baromet Áp suất thiết bị ngưng tụ 0,3 at; để tháo nước ngưng ngưng tụ cách tự nhiên thiết bị phải có ống Baromet Đường kính ống Baromet xác định theo CT VI.57,STQTTB,T2/Trang 86: dB = 0,004(Gn +W2 ) (m) π.ω Trong đó: Gn: lượng nước làm nguội tưới vào tháp, (kg/s) W2 : lượng ngưng tụ vào thiết bị, (kg/s) ω : tốc độ hỗn hợp nước, chất lỏng ngưng chảy ống bazomet thường lấy (0,5- 0,6) (m/s); chọn ω= 0,5 (m/s) Vậy: d B = 0,004.(72,3 + 2,464) = 0,436m 3,14.0,5 Chọn dB = 450 (mm) Chiều cao ống baromet xác định theo công thức: H= h1+ h2+ 0,5 (m), CT VI.58,STQTTB,T2/Trang 86 Với: h1,(m): chiều cao cột nước ống cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ h2,(m): chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống Ta có: b m CT VI.59,STQTTB,T2/Trang 86 h1 = 10,33 760 Ở b độ chân không thiết bị ngưng tụ, (mmHg) b = (1- 0,3).760 = 532 mmHg 532 = 7,231m  h1 = 10,33 760 ω2  H  Và: h2 = 1 + λ + ∑ ξ  (m), CT VI.60,STQTTB,T2/Trang 87 2g  d  Hệ số trở lực vào đường ống lấy ξ = 0,5; khỏi ống lấy ξ = cơng thức có dạng sau: 50 ω2  H h2 =  2,5 + λ (m) 2g  d Trong đó: H: tồn chiều cao ống Baromet, (m) d: đường kính ống Baromet, (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 ρn ω µ , CT II.4,STQTTB,T1/Trang 359 Trong đó: dB : đường kính ống dẫn, (m) ρ n : khối lượng riêng nước tra theo t1v = 30 oC, ρ n = 995,68 (kg/m3), (bảng I.5 STQTTB T1/Trang 11) µ : độ nhớt nước tra 30 oC : µ = 0,8007.10-3 (N.s/m2) bảng I.102,STQTTB,T1/Trang 94 0,45.995,68.0,5 = 2,8.10 > 10  Re = −3 0,8007.10 Vậy ống baromet có chế độ chảy xốy, chế độ chảy xốy ta xác định hệ số ma sát theo công thức sau:  6,81 0 ,9 ∆ = −2 lg   +  ,Công thức II.65,STQTTB,T1/Trang 380 3,7  λ  Re  Trong đó: ∆ : độ nhám tương đối xác định theo công thức sau: ε ,(Công thức II.65,STQTTB,T1/Trang 380) d td Trong đó: ε độ nhám tuyệt đối ∆= Tra bảng II.15,STQTTB,T1/Trang 381; chọn ε = 0,1 mm dtd: đường kính tương đương ống (m) π d B2 d td = 4.Rtl = 4 = d = 0,45m B π d 51  ∆= 0,1.10 −3 = 2,22.10 − 0,45         = 0,018 W/m.độ  λ=   6,81  0,9 2,22.10 −4    +  − lg    , , 10        Nên: 0,5  H  h2 =  2,5 + 0,018  2.9,81  0,45  Vậy: H = h1+ h2+ 0,5= 7,231 + h2 +0,5 Giải hệ phương trình : 0,5  H  h2 =  2,5 + 0,018  2.9,81  0,45  H = h1+ h2+ 0,5= 7,231 + h2 +0,5 H = 7,77 (m) h2 = 0,036 (m) Ngoài lấy thêm chiều cao dự trữ 0,5 m để tránh tượng nước dâng lên ống chảy tràn vào đường ống dẫn áp suất khí tăng Suy chiều cao Baromet : H = 8,27 (m) Nhưng thực tế người ta thường chọn chiều cao Baromet, H = 12 (m) I Chọn bơm Bơm chân khơng Ngồi tác dụng hút khí khơng ngưng khơng khí, bơm chân khơng cịn có tác dụng tạo độ chân khơng cho thiết bị ngưng tụ thiết bị cô đặc Trong thực tế q trình hút khí q trình đa biến nên: (CT 3.3, q trình thiết bị cơng nghệ hoá chất thực phẩm, T1/Trang 119) Với P1: áp suất khí lúc hút N/m2 ; P1= Pkk P2: áp suất khí lúc đẩy N/m2 k: số đa biến khơng khí, lấy k= 1,25 µ ck : hiệu số khí bơm chân khơng kiểu pittơng, µ ck = 0,9 N: công suất tiêu hao W Vkk: thể tích khí khơng ngưng khơng khí hút khỏi hệ thống m3/s 52 P1= Pkk = (0,3- 0,0345).9,81.104= 26045,55 N/m2 Chọn: P2= Pkq= 1,033 at= 101337,3 N/m2 1, 25 −1   1,25  101337,3  1, 25  →N = 26045,55.0,029  − 1 = 1310,15 W   26045,55   0,9.(1,25 − 1)   Vậy công suất tiêu hao bơm chân không là: N = 1310,15 W N Công suất động cơ: N dc = η η β (CT II.250,STQTTB,T1/Trang 466) tr dc Với: β :là hệ số dự trữ công suất,thường lấy β =1,1-1,15, chọn β =1,12 η tr :hiệu suất truyền động, lấy η tr =0,96 (thường lấy η tr =0,96 ÷ 0,99) η dc :hiệu suất động cơ,lấy η dc =0,95 → N dc = 1310,15 1,12 = 1608,96 W 0,96.0,95 Vậy công suất động bơm chân không 1608,96 W Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ Chọn bơm ly tâm guồng để bơm nước lạnh lên thiết bị ngưng tụ, ta chọn chiều cao ống hút ống đẩy bơm là: Ho= 18 m Chiều dài toàn đường ống là: 22 m Đường kính ống dẫn nước: d= Gn 72,3 = = 0,215m (chọn ω n = 2m / s ) 0,785.ω ρ 0,785.2.995,68 Chọn d= 0,25 m Cơng suất động tính theo cơng thức sau: N = Q.H ρ.g ( KW) (CT II.189,STQTTB,T1/Trang 439) 1000η Với: ρ =997,08: khối lượng riêng nước 25 oC N: công suất cần thiết bơm KW Q: suất bơm m3/s H: áp suất toàn phần (áp suất cần thiết để chất lỏng chảy ống) η : hiệu suất bơm, chọn η =0,8 (Bảng II.32,STQTTB,T1/ Trang 439, chọn η = 0,8 − 0,94) 53 Q= Tính Q: Gn (m / s) ρ Với: Gn lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ kg/s →Q = 72,3 = 0,073m / s 997,08 Tính H: H = Hm + Ho+ Hc m (CT II.185,STQTTB,T1/Trang 438) Với : Hm trở lực thủy lực mạng ống Hc chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút Ho tổng chiều dài hình học mà chất lỏng đưa lên (gồm chiều cao hút chiều cao đẩy) Trong đó: H áp suất tồn phần bơm tạo ra, tính mét cột chất lỏng bơm P2 P1 áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy không gian hút N/m2 ρ khối lượng riêng chất lỏng cần bơm kg/m3 g gia tốc trọng trường m/s2 Ho chiều cao nâng chất lỏng m hm áp suất tiêu tốn để thắng toàn trở lực đường ống hút đẩy m Tính Hm: Với:  l ω H m =  λ + ∑ξ  ( m)  d  2.g l: chiều dài toàn ống, l=22 m d: đường kính ống, d= 0,25 m ω : tốc độ nước ống m/s λ : hệ số ma sát ∑ ξ : trở lực chung Hệ số ma sát xác định qua chế độ chảy Re: Re = ω d.ρ n µ (Trang 63,Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hóa học T1) Với: µ độ nhớt nước 20 oC, µ =0,8937.10-3 N.s/m2 54 → Re = 2.0,25.997,08 = 5,58.10 > 10 −3 0,8937.10 Nên ống có chế độ chảy xốy Tính hệ số ma sát:  6,81  0,9 ∆  = −2 lg   +  (CT II.65,STQTTB,T1/Trang 380) Re 3,7  λ    Với: ∆ độ nhám tương đối ∆ = ε 0,1.10 −3 = = 4.10 − d td 0,25        = 0,018 W/m.độ →λ =   6,81  0,9 0,4.10 −3    +  − lg     , , 10       Tổng trở lực:theo bảng II.16,STQTTB,T1/Trang 382; ta có: ∑ ξ cửa vào= 0,5 (Bảng No10) ∑ ξ cửa ra= (Bảng No10) ξ khuỷu ống= 0,38 (6 khuỷu) (Bảng No29) ξ van tiêu chuẩn= 4,4 (Bảng No37) ξ van chắn= 0,5 (Bảng No45) → ∑ ξ = 0,5 + + 6.0,38 + 4,4 + 0,5 = 8,68 22   22 + 8,68  = 2,09(m) Vậy: H m =  0,018 , 25 , 81   Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút: H c = P2 − P1 ( m) ρ.g Với: P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy (0,3 − 1).9,81.10 Hc = = −7,03(m) 995,68.9,81 Áp suất toàn phần bơm: H= 2,09 + 18 + (-7,03) = 13,06 m Công suất bơm: 55 N= 0,073.13,06.997,08.9,81 = 11,67( KW) 1000.0,8 Công suất động điện: N 11,67 N dc = = = 12,8 (KW) η dc η tr 0,96.0,95 Người ta thường lấy động có cơng suất lớn cơng suất tính tốn để tránh tượng q tải Vì N dc >5 KW nên tra bảng II.33, STQTTB, T1/ Trang 440, chọn hệ số dự trữ β =1,19 Bơm dung dịch lên thùng cao vị Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút chiều cao đẩy 18 m Cơng suất bơm tính theo cơng thức: n= H Q.ρ.g (CT II.189,STQTTB,T1/Trang 439) 1000.η Với: η : hiệu suất bơm, chọn η = 0,85 (Bảng II.32 STQTTB T1/ Trang 439) ρ: khối lượng riêng KNO3 có C = 3,5%, t = 20oC (BảngI.46,STQTTB,T1/Trang 42) có ρ = 1022 kg/m3 Q: suất bơm m3/s H: áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động ống H = H m + Hc + Ho Với: Hm: trở lực mạng ống Hc : chênh lệch áp suất cuối ống đẩy, đầu ống hút Ho: chiều cao ống hút đẩy, chọn: Ho = 18 m Tính Q: Q= Gđ ρ m3/s Với: Gđ lượng dung dịch đầu kg/s 24000 = 0,0065 m3/s 1022.3600 Tính H: Tính Hm: Q=  ω Hm = λ + ∑ ξ   d  g 56 d= Q 0,0065 = = 0,0645 m Chọn ωdd = 2m/s ω.0,785 2.0,785 Chọn d= 0,08 m, µdd = 0,2957.10-3 Hệ số ma sát tính qua chế độ chảy Re: Re = ω.d ρ dd 2.0,08.1022 = = 5,5.10 >104 −3 µ dd 0,2957.10 Có chế độ xốy, suy ra:        = 0,0213 (W/m.độ) λ =   6,81  0,9 1,25.10 −3    +  − lg     , , 10       ε 0,1.10 −3 Với: ∆ = = = 1,25.10 − −2 d 8.10 Tổng trở lực: theo bảng II.16,STQTTB,T1/ Trang 382; ta có: ∑ ξ cửa vào= 0,5 (Bảng No10) ∑ ξ cửa ra= (Bảng No10) ξ khuỷu ống= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng No29) ξ van tiêu chuẩn= (Bảng No37) ξ van chiều= 8,61 (Bảng No47) → ∑ ξ = 0,5 + + 3.0,38 + + 8,61 = 15,25 72,3   12 + 15,25  = 4,3(m) Vậy: H m =  0,0213 0,08   2.9,81 Tính Hc: Hc = P2 − P1 (1,8 −1).9,81.10 = = 7,83(m) ρ.g 1022.9,81 Áp suất toàn phần bơm: H = 4,3 + 7,83 + 18 = 30,13 m Công suất bơm: N= 0,0065.30,13.1022.9,81 = 2,5(kW ) 1000.0,8 57 Công suất động điện: N đc = N ηđc ηtr Để tránh tượng tải chọn hệ số dự trữ β = Tra bảng II.33,STQTTB,T1/Trang 440 N đc = 1,1 = 2,7 kw 0,96.0,95 Chọn bơm có cơng suất 2700 W 58 PHẦN 5: KẾT LUẬN Trong thời gian giao nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học, em thực nghiêm túc cố gắng hết khả thân Đến em hoàn thành nhiệm vụ Bản đồ án thiết kế hệ thống cô đặc NaNO xuôi chiều, thiết bị cô đặc buồng đốt ống tuần hoàn trung tâm đối lưu tự nhiên bao gồm: Phần 1: Tổng quan ngun liệu q trình đặc Phần 2: Tính tốn cơng nghệ Phần 3: Thiết bị Phần 4: Thiết bị phụ Phần 5: Kết luận Sau thực đồ án này, em hình dung cơng việc người thiết kế Ngồi ra, cịn giúp em nắm vững phần lý thuyết học, cách tính tốn thiết bị phân tích lựa chọn thiết bị, vật liệu làm thiết bị để phù hợp với yêu cầu thực tế Nhưng qua em nhận thấy thân phải học hỏi nhiều, để thiết kế vào thực tế cần phải thực nhiều vấn đề Tuy em cố gắng nhiều kiến thức thân hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Mong thời gian đến em hồn thiện kiến thức để làm tốt thiết kế sau Huế, ngày 22 tháng 05 năm 2012 59 PHẦN : TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2.TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Phạm Xuân Toản, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 3, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Xoa, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Quang Thảo, Cơ sở Các Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học – Tập 1, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp 60 MỤC LỤC ĐẶC VẤN ĐỀ Trang PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Q TRÌNH CƠ ĐẶC I Giới thiệu nguyên thiệu Tên gọi cơng thức hóa học natri Nitrorot Tính chất hóa lý Natri Nitrat II Tổng quan q trình đặc .4 Sơ lược lý thuyết cô đặc 1.1 Định nghĩa 1.2 Cấu tạo thiết bị cô đặc 1.3 Lựa chọn thiết bị Thiết minh quy trình cơng nghệ .5 PHẦN 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ I Tính cân vật liệu .8 Chuyển đơn vị suất từ (tấn/h) sang (kg/h) .8 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống (W) Xác định nồng độ cuối dung dịch nồi II Cân nhiệt lượng .9 Xác định áp suất nhiệt độ nồi .9 Xác định tổn thất nhiệt độ 10 2.1 Tổn thất nhiệt nồng độ gây (’) 10 2.2 Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh (”) 11 2.3 Tổn thất nhiệt trở lực thủy lực đường ống (’”) 13 2.4 Tổn thất chung toàn hệ thống cô đặc .13 2.5 Hiệu số hữu ích nhiệt độ sơi nồi 13 Cân nhiệt lượng 14 3.1 Tính nhiệt dung riêng dung dịch nồi 14 3.2 Lập phương trình cân nhiệt lượng (CBNL) 14 3.3 Kiểm tra lại giả thiết phân bố thứ nồi 16 III Tính bề mặt truyền nhiệt 17 Độ nhớt 17 Hệ số truyền nhiệt dung dịch 18 Hệ số cấp nhiệt (α) .19 61 3.1 Về phía ngưng tụ (α1) 19 3.2 Về phía dung dịch sơi (α2) 20 3.3 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho nồi 22 PHẦN 3: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH 25 I Buồng đốt 25 Tính số ống truyền nhiệt .25 Đường ống tuần hoàn trung tâm 25 Đường kính thiết bị buồng đốt .25 Tính bề dày thân buồng đốt 26 Khối lượng thân buồng đốt 28 Tính đáy 28 II Buồng bốc 30 Đường kính buồng bốc 30 Chiều cao buồng bốc 30 Tính thân buồng bốc .31 Tính nắp 32 III Tính kích thước ống dẫn 34 Đường kính ống dẫn đốt 34 Đường kính ơng dẫn thứ 35 Đường kính ống dẫn dung dịch đầu vào thiết bị gia nhiệt 35 Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi gia nhiệt sang nồi 36 Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi sang nồi 36 Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi sang bể chứa sản phẩm 36 Đường kính ống tháo nước ngưng .37 IV Bề dày vỉ ống 38 V Bề dày lớp cách nhiệt 38 Tính bề dày lớp cách nhiệt ống dẫn .38 1.1 Ống dẫn đốt 39 1.2 Ống dẫn thứ 39 1.3 Ống dẫn dung dịch 40 Bề dày lớp cách nhiệt thân thiêt bị 40 VI Chọn mặt bích 41 Buồng đốt .41 62 Buồng bốc 41 VII Chọn tai treo .42 PHẦN 4: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 46 I Cân vật liệu 46 Lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ .46 Thể tích khí khơng ngưng khơng khí cần hút khỏi thiết bị 46 II Kích thước thiết bị ngưng tụ 47 Đường kính thiết bị ngưng tụ .47 Kích thước ngăn 48 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 49 Tính kích thước ống baromet 50 III Chọn bơm 52 Bơm chân không 52 Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ 53 Bơm dung dịch lên thùng cao vị 56 PHẦN 5: KẾT LUẬN .59 PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 63 ... gồm ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch ống cịn đốt ngồi ống Ngun tắc hoạt động ống tuần hoàn trung tâm là: ống tuần hồn có đường kính lớn đường kính ống truyền nhiệt nên hệ số... cưỡng bức, 1.3 Lựa chọn thiết bị Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc nồi, làm việc liên tục, có ống tuần hồn trung tâm buồng đốt đối lưu tự nhiên Thiết bị cô đặc dạng có cấu tạo đơn... đồ án mà em giao thiết kế hệ thống cô đăc hai nồi liên tục ống tuần hoàn trung tâm buồng đốt đối lưu tự nhiên nhằm cô đặc NaNO3 từ 3,5% lên 17% Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm chúng