Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaOH một nồi liên tục với năng suất 1150 kgh .nồng độ đầu 10%, nồng độ cuối 30%

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaOH một nồi liên tục với năng suất 1150 kg.h1. nồng độ đầu 10%, nồng độ cuối 30%. 2 Các số liệu ban đầu: Nguyên liệu: dung dịch NaOH Năng suất sản phẩm: Gc = 1150 kg.h1 Nồng độ nhập liệu: Xđ = 10% Nồng độ sản phẩm: Xc = 30%   MỤC LỤC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii LỜI MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Nguyên liệu 1 1.2 Cô đặc 1 1.2.1 Khái niệm 1 1.2.2 Tính chất của quá trình cô đặc 2 1.2.3 Phân loại 2 1.2.4 Các phương pháp cô đặc 2 1.2.5 Ứng dụng của cô đặc 3 1.2.6 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc 3 1.2.7 Cơ sở lựa chọn thiết bị 4 CHƯƠNG 2: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 5 2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 6 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẲNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 6 3.1 Cân bằng vật chất 7 3.2 Cân bằng năng lượng 7 3.2.1 Nhiệt độ và áp suất trong nồi cô đặc 7 3.2.2 Xác định lượng nhiệt tổn thất 7 3.2.3 Cân bằng nhiệt lượng 9 3.2.4 Lượng hơi đốt dùng cho toàn bộ hệ thống 10 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 12 4.1 Tính toán bề mặt truyền nhiệt 12 4.1.1 Thông số cần tính toán và lựa chọn 12 4.1.2 Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ α1 12 4.1.3 Hệ số cấp nhiệt phía hơi lỏng sôi 12 4.1.4 Nhiệt tải riêng phía dung dịch lỏng sôi 14 4.1.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt: 15 4.2 Buồng đốt và buồng bốc 15 4.2.1 Kích thước buồng đốt 15 4.2.2 Kích thước buồng bốc 18 4.2.3 Kích thước các ống dẫn 19 4.3 Tính bền cơ khí cho buồng đốt 21 4.3.1 Sơ lược cấu tạo 21 4.3.2 Bề dày buồng đốt tối thiểu 21 4.3.3 Bề dày thực buồng đốt 22 4.3.4 Tính bền cho các lỗ 22 4.4 Tính bền cơ khí cho buồng bốc 23 4.4.1 Sơ lược về cấu tạo 23 4.4.2 Bề dày tối thiểu S’ 23 4.4.3 Bề dày thực S 24 4.4.4 Kiểm tra các điều kiện 25 4.4.5 Tính bền cho các lỗ 27 4.5 Tính đáy và nắp cho thiết bị 27 4.5.1 Tính đáy buồng đốt 27 4.5.2 Tính nắp buồng bốc 31 4.6 Lựa chọn mặt bích 34 4.6.1 Mặt bích nối giữa buồng bốc với buồng đốt 34 4.6.2 Mặt bích nối giữa buồng đốt với đáy 35 4.6.3 Mặt bích nối giữa buồng bốc với nắp 35 4.6.4 Mặt bích nối giữa các bộ phận của thiết bị và ống 36 4.7. Tính vỉ ống 37 4.7.1 Sơ lược về cấu tạo 37 4.7.2 Tính vỉ ống phía trên của buồng đốt 37 4.7.3 Tính vỉ ống phía dưới của buồng đốt 38 4.8 Tính khối lượng và tai treo 39 4.8.1 Khối lượng buồng bốc 40 4.8.2 Khối lượng buồng đốt 40 4.8.3 Khối lượng phần nón cụt giữa buồng bốc và buồng đốt 41 4.8.4 Khối lượng đáy nón 41 4.8.5 Khối lượng nắp elip 41 4.8.6 Khối lượng ống đốt và ống tuần hoàn trung tâm 42 4.8.7 Tính khối lượng mặt bích 42 4.8.8 Tính khối lượng vỉ ống 43 4.8.9 Tính khối lượng bulông, đai ốc 43 4.8.10 Khối lượng dung dịch khi chứa đầy trong thiết bị 44 4.8.11 Tai treo 45 4.9 Kính quan sát và cửa vệ sinh 47 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 48 5.1 Thiết bị ngưng tụ baromet 48 5.1.1 Sơ lược về thiết bị ngưng tụ baromet 48 5.1.2 Lượng nước tưới vào thiết bị 48 5.1.3 Lưu lượng không khí và khí ngưng cần rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ 49 5.1.4 Thể tích không khí cần rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ 49 5.1.5 Các kích thước của thiết bị ngưng tụ baromet 49 5.2 Tính bơm 53 5.2.1 Bơm chân không 53 5.2.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ 53 5.2.3 Bơm đưa dung dịch ban đầu lên bồn cao vị 56 5.2.4 Bơm tháo liệu 58 5.3 Bồn cao vị 61 5.4 Bề dày lớp cách nhiệt 63 5.4.1 Bề dày lớp cách nhiệt ống 63 5.4.2 Bề dày lớp cách nhiệt của ống dẫn hơi đốt 63 5.4.3 Cách nhiệt cho buồng đốt 64 5.4.4 Cách nhiệt cho buồng bốc và nắp buồng bốc 64 5.4.5 Cách nhiệt cho đáy thiết bị 65 CHƯƠNG 6: TÍNH KINH TẾ 66 KẾT LUẬN 67 LỜI CẢM ƠN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 70 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 71 DANH MỤC BẢNG Bảng 3 1: Bảng tỷ số DW ở các nhiệt độ đầu 10 Bảng 3 2: Tổng hợp các thông số đã tính toán 1 11 Bảng 4 1: Hệ số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm 2, tr29 12 Bảng 4 2: Bảng thông số của dung dịch NaOH (30%) và nước 13 Bảng 4 3: Tổng hợp các thông số đã tính toán 2 15 Bảng 4 4: Bố trí ống truyền nhiệt theo hình lục giác đều 17 Bảng 4 5: Quan hệ giữa chiều cao và đường kính trong Dt 18 Bảng 4 6: Mặt bích giữa buồng bốc và buồng đốt 35 Bảng 4 7: Mặt bích giữa buồng đốt và đáy 35 Bảng 4 8: Mặt bích giữa buồng bốc và nắp 36 Bảng 4 9: Mặt bích nối giữa các bộ phận của thiết bị và ống dẫn 36 Bảng 4 10: Tai treo thiết bị thẳng đứng 45 Bảng 4 11: Tai treo thiết bị thẳng đứng 46 Bảng 6 1: Tính toán giá thành thiết bị 66 DANH MỤC HÌNH Hình 2 1: Sơ đồ qui trình công nghệ 5 Hình 4 1: Mặt bích kiểu 1 34 Hình 4 2: Tai treo và tấm lót tai treo 47 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước hiện nay thì ngành công nghiệp hóa chất đóng một vai trò rất lớn và liên quan mật thiết đến nhiều ngành công nghiệp sản xuất khác. Một trong số những hóa chất phổ biến và có nhiều công dụng trong các ngành công nghiệp như chế biến dầu mỏ, dệt, nhuộm, sản xuất giấy, sản xuất bột giặt, xà phòng… chính là natri hydroxit (NaOH). Ngày nay, phương pháp hiện đại để sản xuất NaOH là điện phân dung dịch NaCl bão hòa. Tuy nhiên, sản phẩm NaOH được sản xuất ra thường rất loãng không đáp ứng được nhu cầu sử dụng cho các ngành công nghiệp, khó tồn trữ. Vì vậy, nhu cầu hiện nay là đưa NaOH loãng từ điện phân thành NaOH có nồng độ cao hơn để dễ dàng trong việc chọn lựa sử dụng. Từ những lý do đó mà nhu cầu thiết kế, xây dựng, lắp đặt các nhà máy, thiết bị cô đặc NaOH ra đời. Cùng với lý do đó thì môn học Đồ án các quá trình thiết bị Công nghệ hóa học ra đời. Nhiệm vụ của đồ án này là “Tính toán, thiết kế hệ thống cô đặc một nồi, có ống tuần hoàn trung tâm, làm việc liên tục để cô đặc dung dịch NaOH từ nồng độ 10% lên 30%, năng suất sản phẩm 1150 kgh1 ”. Thực hiện Đồ án các quá trình thiết bị Công nghệ hóa học, đây là một cơ hội tốt để sinh viên có thể tiếp cận với việc tính toán, thiết kế và chon lựa các chi tiết của một thiết bị theo các thông số cụ thể. Đồng thời tích lũy được những kiến thức và kĩ năng cần thiết. Tuy nhiên đề tài lớn dầu tiên mà sinh viên đảm nhận và những kiến thức hạn chế của bản thân nên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Do đó em rất mong được sự chỉ dẫn, góp ý từ các Thầy Cô để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.

Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách 1/ Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaOH nồi liên tục với suất 1150 kg.h-1 nồng độ đầu 10%, nồng độ cuối 30% 2/ Các số liệu ban đầu: Nguyên liệu: dung dịch NaOH Năng suất sản phẩm: Gc = 1150 kg.h-1 Nồng độ nhập liệu: Xđ = 10% Nồng độ sản phẩm: Xc = 30% Trang i Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách MỤC LỤC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii LỜI MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Nguyên liệu 1.2 Cô đặc 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Tính chất q trình đặc 1.2.3 Phân loại 1.2.4 Các phương pháp cô đặc 1.2.5 Ứng dụng cô đặc .3 1.2.6 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc 1.2.7 Cơ sở lựa chọn thiết bị .4 CHƯƠNG 2: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ .5 2.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình cơng nghệ CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CÂN BẲNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.1 Cân vật chất 3.2 Cân lượng 3.2.1 Nhiệt độ áp suất nồi cô đặc 3.2.2 Xác định lượng nhiệt tổn thất 3.2.3 Cân nhiệt lượng .9 3.2.4 Lượng đốt dùng cho toàn hệ thống .10 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 12 4.1 Tính tốn bề mặt truyền nhiệt .12 4.1.1 Thơng số cần tính toán lựa chọn .12 4.1.2 Hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ α1 .12 4.1.3 Hệ số cấp nhiệt phía lỏng sơi 12 Trang Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách 4.1.4 Nhiệt tải riêng phía dung dịch lỏng sơi 14 4.1.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt: 15 4.2 Buồng đốt buồng bốc .15 4.2.1 Kích thước buồng đốt 15 4.2.2 Kích thước buồng bốc 18 4.2.3 Kích thước ống dẫn 19 4.3 Tính bền khí cho buồng đốt .21 4.3.1 Sơ lược cấu tạo 21 4.3.2 Bề dày buồng đốt tối thiểu .21 4.3.3 Bề dày thực buồng đốt 22 4.3.4 Tính bền cho lỗ 22 4.4 Tính bền khí cho buồng bốc 23 4.4.1 Sơ lược cấu tạo 23 4.4.2 Bề dày tối thiểu S’ 23 4.4.3 Bề dày thực S 24 4.4.4 Kiểm tra điều kiện 25 4.4.5 Tính bền cho lỗ 27 4.5 Tính đáy nắp cho thiết bị 27 4.5.1 Tính đáy buồng đốt 27 4.5.2 Tính nắp buồng bốc .31 4.6 Lựa chọn mặt bích 34 4.6.1 Mặt bích nối buồng bốc với buồng đốt 34 4.6.2 Mặt bích nối buồng đốt với đáy .35 4.6.3 Mặt bích nối buồng bốc với nắp 35 4.6.4 Mặt bích nối phận thiết bị ống 36 4.7 Tính vỉ ống 37 4.7.1 Sơ lược cấu tạo 37 4.7.2 Tính vỉ ống phía buồng đốt 37 4.7.3 Tính vỉ ống phía buồng đốt .38 4.8 Tính khối lượng tai treo 39 4.8.1 Khối lượng buồng bốc 40 4.8.2 Khối lượng buồng đốt 40 Trang Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách 4.8.3 Khối lượng phần nón cụt buồng bốc buồng đốt 41 4.8.4 Khối lượng đáy nón .41 4.8.5 Khối lượng nắp elip .41 4.8.6 Khối lượng ống đốt ống tuần hoàn trung tâm 42 4.8.7 Tính khối lượng mặt bích .42 4.8.8 Tính khối lượng vỉ ống 43 4.8.9 Tính khối lượng bulông, đai ốc 43 4.8.10 Khối lượng dung dịch chứa đầy thiết bị 44 4.8.11 Tai treo 45 4.9 Kính quan sát cửa vệ sinh 47 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 48 5.1 Thiết bị ngưng tụ baromet 48 5.1.1 Sơ lược thiết bị ngưng tụ baromet .48 5.1.2 Lượng nước tưới vào thiết bị 48 5.1.3 Lưu lượng khơng khí khí ngưng cần rút khỏi thiết bị ngưng tụ .49 5.1.4 Thể tích khơng khí cần rút khỏi thiết bị ngưng tụ 49 5.1.5 Các kích thước thiết bị ngưng tụ baromet 49 5.2 Tính bơm 53 5.2.1 Bơm chân không 53 5.2.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ 53 5.2.3 Bơm đưa dung dịch ban đầu lên bồn cao vị 56 5.2.4 Bơm tháo liệu 58 5.3 Bồn cao vị 61 5.4 Bề dày lớp cách nhiệt 63 5.4.1 Bề dày lớp cách nhiệt ống 63 5.4.2 Bề dày lớp cách nhiệt ống dẫn đốt 63 5.4.3 Cách nhiệt cho buồng đốt 64 5.4.4 Cách nhiệt cho buồng bốc nắp buồng bốc 64 5.4.5 Cách nhiệt cho đáy thiết bị .65 CHƯƠNG 6: TÍNH KINH TẾ 66 KẾT LUẬN .67 LỜI CẢM ƠN 68 Trang Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN .70 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 71 Trang Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1: Bảng tỷ số D/W nhiệt độ đầu 10 Bảng 3-2: Tổng hợp thông số tính tốn .11 Bảng 4-1: Hệ số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm [2, tr29] .12 Bảng 4-2: Bảng thông số dung dịch NaOH (30%) nước 13 Bảng 4-3: Tổng hợp thơng số tính tốn .15 Bảng 4-4: Bố trí ống truyền nhiệt theo hình lục giác 17 Bảng 4-5: Quan hệ chiều cao đường kính Dt 18 Bảng 4-6: Mặt bích buồng bốc buồng đốt 35 Bảng 4-7: Mặt bích buồng đốt đáy .35 Bảng 4-8: Mặt bích buồng bốc nắp 36 Bảng 4-9: Mặt bích nối phận thiết bị ống dẫn 36 Bảng 4-10: Tai treo thiết bị thẳng đứng .45 Bảng 4-11: Tai treo thiết bị thẳng đứng .46 Bảng 6-1: Tính tốn giá thành thiết bị 66 Trang Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách DANH MỤC HÌNH Hình 2-1: Sơ đồ qui trình cơng nghệ Hình 4-1: Mặt bích kiểu 34 Hình 4-2: Tai treo lót tai treo 47 Trang Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp hóa, đại hóa đất nước ngành cơng nghiệp hóa chất đóng vai trị lớn liên quan mật thiết đến nhiều ngành công nghiệp sản xuất khác Một số hóa chất phổ biến có nhiều cơng dụng ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ, dệt, nhuộm, sản xuất giấy, sản xuất bột giặt, xà phịng… natri hydroxit (NaOH) Ngày nay, phương pháp sản xuất NaOH điện phân dung dịch NaCl bão hòa Tuy nhiên, sản phẩm NaOH sản xuất thường lỗng khơng đáp ứng nhu cầu sử dụng cho ngành cơng nghiệp, khó tồn trữ Vì vậy, nhu cầu đưa NaOH loãng từ điện phân thành NaOH có nồng độ cao để dễ dàng việc chọn lựa sử dụng Từ lý mà nhu cầu thiết kế, xây dựng, lắp đặt nhà máy, thiết bị cô đặc NaOH đời Cùng với lý mơn học Đồ án q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học đời Nhiệm vụ đồ án “Tính tốn, thiết kế hệ thống đặc nồi, có ống tuần hồn trung tâm, làm việc liên tục để cô đặc dung dịch NaOH từ nồng độ 10% lên 30%, suất sản phẩm 1150 kg/h-1 ” Thực Đồ án q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học, hội tốt để sinh viên tiếp cận với việc tính tốn, thiết kế chon lựa chi tiết thiết bị theo thơng số cụ thể Đồng thời tích lũy kiến thức kĩ cần thiết Tuy nhiên đề tài lớn dầu tiên mà sinh viên đảm nhận kiến thức hạn chế thân nên khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế Do em mong dẫn, góp ý từ Thầy Cơ để em hoàn thành tốt đồ án Trang Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu Natri hydroxit (NaOH) nguyên chất chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối lượng riêng 2,13 g.ml-1, nóng chảy 318 oC sơi 1388 oC áp suất khí NaOH tan tốt nước (1110 g.l -1 20 oC) hòa tan tỏa nhiệt mạnh NaOH tan dung môi hữu methanol, ethanol… NaOH rắn dung dịch NaOH dễ hấp thụ CO2 khơng khí nên chúng chứa thùng kín Dung dịch NaOH base mạnh, có tính ăn da ăn mịn cao Do đó, 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 hóa chất lâu năm Nó đóng vai trị to lớn phát triển ngành công nghiệp khác tổng hợp tơ nhân tạo, dệt, lọc hóa dầu… Trước công nghiệp, NaOH sản xuất cách cho Ca(OH) tác dụng với dung dịch Na2CO3 loãng nóng Ngày nay, người ta dung phương pháp đại điện phân dung dịch NaCl bão hòa Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thường có nồng độ lỗng, gây khó khăn cho việc vận chuyển xa Để thuận tiện cho chuyên chở sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến nồng độ định theo yêu cầu 1.2 Cô đặc 1.2.1 Khái niệm Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan, nhiệt độ sơi với mục đích:  Làm tăng nồng độ chất tan  Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể  Giảm khối lượng vận chuyển Q trình đặc thường tiến hành trạng thái sôi (áp suất riêng phần dung môi mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị); áp suất (áp suất thường, áp suất chân không áp suất dư), hệ thống đặc nồi hay nhiều nồi Q trình liên tục hay gián đoạn Trang Đồ án trình thiết bị CNHH 1.2.2 CBHD: Nguyễn Việt Bách Tính chất q trình đặc Tốc độ cô đặc tùy thuộc đại lượng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, nhiệt dung riêng, tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh, nhiệt độ sôi dung dịch, áp suất làm việc thiết bị Các thông số tác nhân cấp nhiệt ảnh hưởng đến trình đặc: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt Nhiệt độ sôi dung dịch tỉ lệ thuận với áp suất làm việc thiết bị cô đặc 1.2.3 Phân loại a Theo cấu tạo  Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên)  Loại I: có buồng đốt (đồng trục với buồng bốc); có tuần hồn hay ngồi  Loại II: có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục với buồng bốc) Ứng dụng: chủ yếu dùng để cô đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hồn tự nhiên dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt  Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng (tuần hồn cưỡng bức)  Loại III: có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi  Loại IV: có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi Ứng dụng: có dùng bơm để đối lưu cưỡng dung dịch đạt vận tốc chuyển động từ 1,5 – 3,5 m/s khu vực bề mặt truyền nhiệt Ưu điểm nhóm tăng cường hệ số truyền nhiệt k ; dùng cho dung dịch đặc sệt, có độ nhớt cao, giảm bám cặn hay kết tinh phần bề mặt truyền nhiệt  Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng  Loại V: màng dung dịch chảy ngược lên, buồng đốt hay ngồi Dung dịch sơi tạo bọt khó vỡ  Loại VI: màng dung dịch chảy xuôi, buồng đốt hay ngồi Dung dịch sơi tạo bọt bọt dễ vỡ b Theo phương thức thực trình  Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi áp suất không đổi; thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn Trang Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách m3.s-1 Phương trình bernoulli cho hai mặt cắt –1 (mặt thoáng bể chứa nguyên liệu) vào –2 (mặt thống bồn cao vị) Trong đó: ρ = 1106,75 kg.m-3: khối lượng riêng dung dịch 10 % 25 oC v1 = v2 : vận tốc chảy nước ống, m.s-1 P1 = at: áp suất bồn chứa nguyên liệu = áp suất khí P2 = at: áp suất bồn cao vị = áp suất khí Z1 = m: khoảng cách từ mặt thoáng nguyên liệu đến mặt đất Z2 = 12 m: khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất H: cột áp bơm, m h1-2: tổng tổn thất đường ống, m Chọn dhút = dđẩy = 0,05 m => v1 = v2 = v Tốc độ dòng chảy ống: m.s-1 Chuẩn số Reynolds: (chế độ chảy rối) Trong đó: μ= 1.655.10-3 Ns.m-2: độ nhớt động lực dung dịch NaOH 10 % 25 oC [1, bảng I.112, tr114] Chọn thép không gỉ X18H10T điều kiện ăn mịn nên độ nhám ε = 0,2 mm [1, II.15, tr381] Tính Regh: [1, CT II, tr378] [1, CTII.60, tr378] Do Regh < Re < Ren Trang 53 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách Hệ số ma sát tính: [1, CTII.64, tr380] Tổng hệ số tổn thất cục bộ:  = vào + 2.khuỷu 90 + van + ra [1, CT II.16, tr383,394,397] Hệ số tổn thất cục miệng ống vào : vào = 0,5 Hệ số tổn thất cục miệng ống : ra = Hệ số tổn thất cục khuỷu 900 : khuỷu 90 = Hệ số tổn thất cục van : van = 4,1 Vậy tổng tổn thất cục là: Tổng tổn thất: [2, CT VI.61, tr87] m Cột áp bơm: m Công suất bơm: kW Công suất tiêu thụ thực bơm: kW [1, CT II.190, tr439] ηtr: công suất truyền động (chọn ηtr = 0,99) ηdc: công suất động (chọn ηdc = 0,95) Cơng suất để bơm làm việc an tồn: kW [1, CT II.32, tr439] Trong đó: β: hệ số làm việc an tồn cơng suất Chọn β = 2,0 tr440] 5.2.4 [1, bảng II.33, Bơm tháo liệu Công suất bơm tính theo cơng thức sau: Trang 54 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách , kW Trong đó: H cột áp bơm, m η hiệu suất bơm (Chọn η = 0,75) ρ khối lượng riêng dung dịch NaOH nồng độ 30% tsdd là: ρ = 1279 kg.m-3 [1, bảng I.2, tr9] g gia tốc trọng trường g = 9,81 m.s-2 Q lưu lượng thể tích dung dịch NaOH tháo khỏi nồi: m3.s-1 Phương trình bernoulli cho hai mặt cắt –1 (mặt thoáng bể chứa nguyên liệu) vào –2 (mặt thoáng thiết bị ngưng tụ) Trong đó: ρ = 1279 kg.m-3: khối lượng riêng dung dịch 30% tsdd v1 = vhút = v, m.s-1 v2 = m.s-1 P1 = P0 + 2∆p +ρgHđ = 0,418 + 2.(0,8+ ).546.10-4 + = 0,68 at P2 = at: áp suất khí Z1 = m: khoảng cách phần nồi ống tháo liệu đến mặt đất Z2 = m: khoảng cách từ mặt thoáng bể chứa sản phẩm đến mặt đất H: cột áp bơm, m h1-2: tổng tổn thất đường ống, m Chọn dhút = dđẩy = 0,02 m => v1 = v2 = v Tốc độ dòng chảy ống: m.s-1 Chuẩn số Reynolds: (chế độ chảy rối) Trong đó: Trang 55 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách =2,18.10-3 Ns.m-2:độ nhớt động lực dung dịch NaOH 30 % tsdd [1, bảng I.112, tr114] Chọn ống thép X18H10T điều kiện ăn mịn nên độ nhám ε = 0,2 mm [1, II.15, tr381] Tính Regh: [1, CTII.60, tr378] [1, CTII.62, tr378] Do Regh < Re < Ren Hệ số ma sát tính: tr380] [1, CTII.64, Tổng hệ số tổn thất cục bộ:  = vào + 2.khuỷu 90 + van + ra [1, CT II.16, tr383,394,397] Hế số tổn thất cục miệng ống vào : vào = 0,5 Hệ số tổn thất cục miệng ống : ra = Hệ số tổn thất cục khuỷu 900 : khuỷu 90 = 1; có khuỷu 90 oC Hệ số tổn thất cục van cửa : van = 1,5; có van cửa Vậy tổng tổn thất cục là: Tổng tổn thất: [2, CT VI.61, tr87] m Cột áp bơm: m Công suất bơm: = kW Công suất tiêu thụ thực bơm: kW [1, CT II.190, tr439] Trang 56 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách ηtr : công suất truyền động (chọn ηtr = 0,99) ηdc: công suất động (chọn ηdc = 0,95) Công suất để bơm làm việc an toàn: kW [1, CT II.32, tr439] Trong đó: β: hệ số làm việc an tồn cơng suất Chọn β = 2,0 tr440] 5.3 [1, bảng II.33, 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): Trong đó: v1 = v2 p1 = at p2 = phb = 0,4 at =1106,75 kg.m-3 z2: khoảng cách từ mặt thống dung dịch nồi đặc tới mặt đất z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = + 0,675 + 1,5 + 0,04 + 0,2 = 3,415 z’ chiều cao từ cửa tháo liệu đến mặt đất, m Hđ chiều cao đáy thiết bị, m Hbđ chiều cao buồng đốt, m Hgc chiều cao gờ phần nón cụt, m Hc chiều cao phần nón cụt, m Đường kính ống nhập liệu d = 32 mm = 0,032 m Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến buồng bốc l = 15 m Trang 57 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách Tốc độ dung dịch ống: 1,077 m.s-1 Chuẩn số Reynolds: Re = ≥ 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn tr381] [1, bảng II.15, ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh [1, CT II.60, tr378] Ren 220 [1, CTII.62, tr378] Do Regh < Re < Ren Hệ số ma sát tính: [1, CTII.64, tr380]  0,1 Tổng hệ số tổn thất cục bộ:  = vào + 2.khủy 90 + 2.van + ra = 1+5.1+2.1,5+1= 9,5 Hệ số tổn thất cục miệng ống vào : vào = 0,5 Hệ số tổn thất cục miệng ống : ra = Hệ số tổn thất cục khuỷu 900 : khuỷu 90 = Hệ số tổn thất cục van : van = 1,5 Tổng tổn thất đường ống m Khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất: m Dung dịch NaOH 10 % tự chảy từ bồn cao vị vào buồng bốc nồi đặc bồn có độ cao từ 10,33m trở lên Chọn khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất 11 m 5.4 Bề dày lớp cách nhiệt 5.4.1 Bề dày lớp cách nhiệt ống Để hạn chế trình tổn thất nhiệt trình hoạt động thiết bị, người ta thường dùng lớp cách nhiệt cho thiết bị Trang 58 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách Bề dày lớp cách nhiệt bọc ống dẫn điều kiện cấp nhiệt khơng khí chuyển động tự do, nhiệt độ môi trường xung quanh khoảng 25 oC tính theo cơng thức sau: mm [2, CT V.137, tr 41] Trong đó: d2 : đường kính ngồi ống dẫn (chưa tính đến lớp cách nhiệt), mm λ: hệ số dẫn nhiệt chất cách nhiệt, W.m-1.độ-1 tt2: nhiệt độ mặt ống dẫn kim loại chưa kể lớp cách nhiệt, oC q1: nhiệt tổn thất tính theo mét chiều dài ống dẫn, W.m-1 Chọn vật liệu cách nhiệt cho ống dẫn đốt amiăng 5.4.2 Bề dày lớp cách nhiệt ống dẫn đốt Chọn dn = 57 mm : đường kính ngồi lớp cách nhiệt  q1 = 71,76 : nhiệt tổn thất tra theo bảng [2, bảng V.7, tr42]  λ: hệ số dẫn nhiệt chất cách nhiệt tra theo hình [1, hình I.36, tr129]  λ = 0,06 (kcal.m-1.h-1.oC-1) = = 0,07 W.m-1độ-1  T = 142,9 oC : nhiệt độ đốt  d2 = 0,219 m : đường kính ngồi ống dẫn → Bề dày lớp cách nhiệt m =13 mm 5.4.3 Cách nhiệt cho buồng đốt Bề dày lớp cách nhiệt cho buồng đốt tính theo cơng thức: mm [2, CT VI.66, tr92] Trong đó: : hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngồi lớp cách nhiệt đến khơng khí W.m-2độ-1 tT2 : nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí vào khoảng 40 - 50 oC tT1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị (lấy nhiệt độ đốt), oC tkk : nhiệt độ khơng khí, oC λc : hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt, W.m-1.độ-1 Trang 59 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách Chọn tT2 = 45 oC ; tT1 = 142,9 oC Tra bảng [2, bảng VII.1,tr97], chọn nhiệt độ khơng khí tkk = 26,5 oC Hệ số dẫn nhiệt vật liệu amiăng có độ ẩm 50%, λc = 0,07 W.m-1độ-1 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt đến khơng khí: W.m-2.độ-1 → Bề dày lớp cách nhiệt mm 5.4.4 Cách nhiệt cho buồng bốc nắp buồng bốc Bề dày lớp cách nhiệt cho buồng bốc tính giống buồng đốt theo cơng thức: mm [2, CT VI.66, tr92] Với tT2 = 45 oC ; tT1 = 76,4 oC ; tkk = 26,5 oC Hệ số dẫn nhiệt vật liệu amiang có độ ẩm 50%, λc = 0,07 W.m-1độ-1 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt đến khơng khí: W.m-2.độ-1 → Bề dày lớp cách nhiệt mm 5.4.5 Cách nhiệt cho đáy thiết bị Bề dày lớp cách nhiệt cho đáy thiết bị tính giống mm [2, CT VI.66, tr92] Với tT2 = 45 oC; tT1 = 95,4 oC; tkk = 26,5 oC Hệ số dẫn nhiệt vật liệu amiang có độ ẩm 50%, λc = 0,07 W.m-1độ-1 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngồi lớp cách nhiệt đến khơng khí: W.m-2.độ-1 → Bề dày lớp cách nhiệt 16,01 mm Trang 60 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách CHƯƠNG 6: TÍNH KINH TẾ Bảng 6-14: Tính toán giá thành thiết bị Tên thiết bị Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) Vật liệu Khối lượng Đơn vị X18H10T 3705,2 kg 50.000 185.260.000 Baromet Cái 24.000.000 24.000.000 Bẫy Cái 150.000 150.000 Van 25 Cái 30.000 750.000 Cửa sữa chữa Cái 1.200.000 1.200.000 Cái 250.000 250.000 Cái 5.550.000 11.100.000 50 Mét 22.000 1.100.000 APP 1/2 HP LSJ - 05 4.260.000 4.260.000 Bơm ly tâm đưa nước lên thiết bị ngưng tụ Pentax MSVA 6/11 15HP 67.355.000 67.355.000 Bơm chân không Wilo Pu 1500E 8.600.000 8.600.000 Bồn chứa nguyên liệu Cái 5.000.000 5.000.000 Cái 5.000.000 5.000.000 Bồn cao vị Cái 8.130.000 8.130.000 Áp kế Cái 150.000 600.000 Lưu lượng kế Cái 750.000 3.000.000 Nhiệt kế Cái 165.000 660.000 29,4 kg 40.000 1.176.000 Thiết bị cô đặc Kính quan sát Thủy tinh Xả khí, xả nước Đệm Amiăng Bơm ly tâm nhập liệu, tháo liệu Bồn chứa sảm phẩm Tay treo Tổng cộng X18H10T CT3 327,590,000 VND Trang 61 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách Tiền gia công chế tạo dự đốn 200% tiền vật tư (gia cơng đơn giản, độ xác khơng cao) Tổng chi phí (gồm tiền vật liệu gia công chế tạo) 982.770.000VND Trang 62 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu tính tốn, hệ thống đặc chân khơng nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH với suất nhập liệu 3450 kg.h-1  Các chi tiết có kích thức tương đối gọn , dễ vệ sinh  Hệ thống vận hành liên tục đáp ứng nhu cầu sử dụng  Buồng đốt trong: tháo lắp để sửa chửa , vệ sinh , tiết kiệm diện tích, vận tốc tuần hồn tốt ( vỏ ngồi khơng bị nóng )  Kết cấu thiết bị đơn giản điều khiển tự động Tuy nhiên, NaOH có tính ăn mịn kim loại nên cần kiểm tra hệ thống thường xuyên để đảm bảo an tồn suốt q trình hoạt động Cơng việc tính tốn thiết kế khơng u cầu sinh viên phải có kiến thức thật sâu q trình đặc mà phải biết số lĩnh vực khác như: kỹ quan sát, tính tốn, tìm kiếm tài liệu, hiểu biết kiến thức liên quan đến thiết bị phụ khác, quy chuẩn vẽ kỹ thuật… Mặt dù cố gắng hoàn thành đồ án, song hạn chế tài liệu, kiến thức đặc biệt kinh nghiệm thực tế, nên khơng tránh khỏi thiếu sót q trình tính tốn thiết kế Em mong nhận góp ý hướng dẫn thêm từ quý thầy cô Trang 63 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực đồ án, em nhận nhiều giúp đỡ thầy cô truyền dạy kiến thức quý báu kinh nghiệm thực tế sống Những kiến thức đầy hữu ích tạo tảng vững vàng để em hồn thành tốt học phần đồ án tương lai cịn có luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Việt Bách tận tình hướng dẫn ln giúp đỡ em mặt Thầy động viên, dành thời gian sửa chữa chi tiết sai vẽ, word trình thực đồ án Thầy nguồn động lực giúp em hoàn thành học phần Em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy! Ngoài ra, nhờ quan tâm, giúp đỡ, chia sẻ với bạn lớp CNKTHH K42 anh chị khóa trước làm cho đồ án hoàn thiện Em xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị bạn! Em xin chân thành cảm ơn! Trang 64 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhiều tác giả, 2005 Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất tập Tái lần thứ NXB Khoa học Kỹ thuật, nơi xuất Hà Nội Tổng số trang 632 [2] Nhiều tác giả, 2005 Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất tập Tái lần thứ NXB Khoa học Kỹ thuật, nơi xuất Hà Nội Tổng số trang 447 [3] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, 2006 Q trình Thiết bị Cơng nghệ hóa học & Thực phẩm tập 5,Q trình Thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định Tái lần thứ NXB ĐHQG TP.HCM.Tổng số trang 418 [4] Hồ Lê Viên, 2006 Tính tốn,thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất hóa dầu, NXB Khoa học Kỹ thuật Tổng số trang 238 Trang 65 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Trang 66 Đồ án trình thiết bị CNHH CBHD: Nguyễn Việt Bách NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Trang 67 ... tốn, thiết kế hệ thống đặc nồi, có ống tuần hồn trung tâm, làm việc liên tục để cô đặc dung dịch NaOH từ nồng độ 10% lên 30%, suất sản phẩm 1150 kg/h-1 ” Thực Đồ án trình thiết bị Cơng nghệ hóa... độ đầu dung dịch: Xđ = 10% Nồng độ cuối dung dịch: Xc = 30% Năng suất thiết bị (lượng dung dịch cuối) : Gc = 1150 kg.h-1 Lượng dung dịch đầu: kg.h-1 Lượng nước bốc (hơi thứ) toàn hệ thống: kg.h-1... trình  Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi áp suất không đổi; thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn Trang