ĐỒ án MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ đặc HAI NỒI DUNG DỊCH nacl

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI DUNG DỊCH NaCl Người thiết kế : Nguyễn Thành Trung Lớp, khóa : KTHH06 – K60 Người hướng dẫn : TS Nguyễn Minh Tân HÀ NỘI 2018 VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MƠN Q TRÌNH - THIẾT BỊ CƠNG Độc lập – Tự – Hạnh phúc NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440 (Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư) Họ tên: Nguyễn Thành Trung Lớp: Kỹ thuật hóa học I MSSV: 20153986 Khóa: 60 Đầu đề thiết kế: Tính tốn thiết kế hệ thống đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch: NaCl Hỗn hợp đầu vào thiết bị cô đặc nhiệt độ sơi Thiết bị đặc loại: Có ống tuần hoàn tâm Ống truyền nhiệt dài 3m II Các số liệu ban đầu: - Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: 5,4kg/s - Nồng độ đầu dung dịch: 5% khối lượng - Nồng độ cuối dung dịch: 22,3% khối lượng - Áp suất đốt nồi 1: 5at - Áp suất ngưng tụ: 0,2at III Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ cơng nghệ (bản vẽ A4) Tính tốn kỹ thuật thiết bị Tính chọn 03 thiết bị phụ Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4 - Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A1 V Cán hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Minh Tân VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày 25 tháng 09 năm 2018 VII Ngày phải hoàn thành: ngày 21 tháng 12 năm 2018 Phê duyệt Bộ môn Ngày 25 tháng 09 năm 2018 Người hướng dẫn ( Họ tên chữ ký ) Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân MỤC LỤC Phần 1: Phần mở đầu Phần 2: Sơ đồ mô tả dây chuyền công nghệ 2.1 Sơ đồ công nghệ 5 2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống thiết bị Phần 3: Tính tốn thiết bị 3.1 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W 7 3.2 Tính sơ lượng thứ bốc nồi 3.3 Tính nồng độ cuối dung dịch nồi 7 3.4 Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống P 3.5 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi 3.5.1 Giả thiết phân bố áp suất đốt nồi P1 : P2 = 2,55 : 8 3.5.2 Tính áp suất đốt nồi 3.5.3 Xác định nhiệt độ đốt Ti, nhiệt lượng riêng ii nhiệt hóa ri 8 nồi 3.6 Tính nhiệt độ áp suất thứ khỏi nồi 3.7 Tính tổn thất nhiệt độ cho nồi 3.7.1 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao 10 10 11 3.7.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ ∆′𝑖 3.7.3 Tính nhiệt độ tổn thất hệ thống 3.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống 3.9 Thiết lập phương trình cân nhiệt để tính lượng đốt D lượng thứ Wi nồi 3.9.1 Lập hệ phương trình cân nhiệt lượng 3.9.1.1 Các thông số dung dịch 3.9.1.1.1 Nhiệt độ sôi dung dịch vào nồi 3.9.1.1.2 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch nồi 3.9.1.2 Các thông số nước ngưng 12 12 12 3.9.1.2.1 Nhiệt độ nước ngưng 3.9.1.2.2 Nhiệt dung riêng nước ngưng 3.9.1.3 Giải hệ phương trình 3.9.1.4 Xác định lại tỉ lệ phân phối thứ nồi 3.10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi 15 15 15 16 17 17 3.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt 1 ngưng tụ 3.10.2 Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ 3.10.3 Tính hệ số cấp nhiệt 2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 13 13 13 14 15 18 18 Trang số Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân 3.10.4 Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch 23 3.10.5 So sánh q1i q2i 23 3.11 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi 3.12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi 3.13 So sánh Ti* Ti 23 24 24 3.14 Tính bề mặt truyền nhiệt F Phần 4: Tính tốn thiết bị phụ 25 26 4.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 4.2 Thiết bị ngưng tụ baromet 4.3 Tính tốn bơm chân khơng 26 31 37 Phần 5: Tính tốn khí 5.1 Buồng đốt nồi đặc 38 38 5.2 Buồng bốc nồi đặc 5.3 Tính số chi tiết khác Tài liệu tham khảo Kết luận 47 52 62 63 SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Phần 1: Phần mở đầu Đồ án môn học Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học nhằm giúp sinh viên biết vận dụng kiến thức mơn học Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học mơn học khác có liên quan vào việc thiết kế thiết bị số thiết bị phụ hệ thống thiết bị để thực nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn q trình cơng nghệ Để bước đầu làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị phục vụ nhiệm vụ kỹ thuật sản xuất, sinh viên làm đồ án Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học Việc làm đồ án công việc tốt cho sinh viên bước tiếp cận tốt với thực tiễn sau hồn thành mơn học Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hoàn thành thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều có ống tuần hồn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch NaCl, suất 5,4 kg/s từ nồng độ đầu 5% đến nồng độ cuối 22,3% Quá trình đặc: Là q trình làm tăng nồng độ chất tan (khơng khó bay hơi) dung mơi bay Đặc điểm q trình đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng hơi, cịn chất hịa tan dung dịch khơng bay hơi, nồng độ dung chất tăng dần lên, khác với trình chưng cất, cấu tử hỗn hợp bay hơi, khác nồng độ nhiệt độ Hơi dung mơi tách q trình đặc gọi thứ, hới thứ nhiệt độ cao đun nóng thiết bị khác Cơ đặc nhiều nồi: Cơ đặc nhiêu nồi q trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa sử dụng nhiệt hiệu Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi là: nồi đầu dung dịch đun nóng đốt, bốc lên nồi bốc lên để làm đốt cho nồi thứ 2, thứ nồi thứ làm đốt cho nồi thứ 3,…Hơi thứ nồi cuối đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi đầu đến nồi cuối, qua nồi nồng độ dung dịch tăng dần lên phần dung môi bốc Hệ thống sử dụng phổ biến Ưu điểm loại dung dịch tự di chuyển từ nồi trước nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi Phương pháp cô đặc hai nồi xuôi chiều phương pháp sử dụng phổ biến có ưu điểm dung dịch tự di chuyển từ nồi sang nồi nhờ chênh lệch áp suất hai nồi Nhiệt độ thứ nồi lớn nhiệt độ sôi nồi nên thứ nồi làm đốt cho nồi tiết kiệm lượng Nhược điểm nhiệt độ nồi sau thấp nồng độ lại cao nồi trước nên độ nhớt dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Giới thiệu NaCl: Natri clorua hay gọi muối ăn, muối mỏ, hợp chất hóa học với cơng thức hóa học NaCl Natri clorua muối chủ yếu tạo độ mặn đại dương SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân chất lỏng ngoại bào nhiều thể đa bào Là thành phần muối ăn, sử dụng phổ biến đồ gia vị chất bảo quản thực phẩm Natri clorua tạo thành tinh thể có cấu trúc cân đối lập phương Có điểm nóng chảy 801oC Tỷ trọng 2,16 g/cm3 Độ hòa tan nước khoảng 35,9 g / 100 ml 25oC Ngày nay, muối NaCl sản xuất cách cho bay nước biển hay nước muối từ nguồn khác, chẳng hạn giếng nước muối hồ muối khai thác muối mỏ NaCl có nhiều ứng dụng thực tế Trong gia đình sử dụng gia vị thiếu Trong y dược dùng để sát trùng vết thương, cầm máu vết thương ngồi da Trong cơng nghiệp hóa chất lượng muối tiêu thụ hàng năm chiếm 80 % sản lượng muối giới SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Phần 2: Sơ đồ mô tả dây chuyền sản xuất 2.1 Sơ đồ công nghệ Các thiết bị sơ đồ công nghệ Thùng chứa dung dịch đầu 2a Bơm đẩy dung dịch đầu lên thùng cao vị 2b Bơm đẩy dung dịch cuối vào thùng chứa sản phẩm Thùng cao vị chứa dung dịch đầu Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Nồi cô đặc Nồi cô đặc Hệ thiết bị ngưng tụ chân cao baromet Thùng chứa nước ngưng 10 Bơm chân không 11 Cốc tháo nước ngưng 12 Thiết bị trao đổi nhiệt Chú thích: - - - - - - - -: đường _: đường lỏng SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân 2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống thiết bị Dung dịch chứa thùng chứa (1) bơm (2a) đứa lên thùng cao vị có chảy tràn để ổn định lưu lượng Lưu lượng kế (4) điều chỉnh lưu lượng cần thiết dung dịch vào thiết bị gia nhiệt đầu Thiết bị gia nhiệt đầu (5) gia nhiệt dung dịch tới nhiệt độ sôi dung dịch Sau đưa vào nồi đặc (6) Dung dịch sau nồi đạt nồng độ x1 sang nồi nhờ chênh lệch áp suất Sau nồi dung dịch đạt nồng độ cuối làm lạnh thiết bị làm lạnh (12) sau bơm (2b) đẩy vào thùng chứa sản phẩm cuối (13) Hơi thứ nồi làm đốt cho nồi có nhiệt độ lớn nhiệt độ sôi dung dịch nồi Hơi thứ nồi vào thiết bị ngưng tụ Baromet nhờ chênh lệch áp suất Hơi ngưng tụ thành lỏng tự chảy xuống thùng chứa nước ngưng (9) Khí khơng ngưng có lẫn bọt qua cấu tách bọt, bọt xuống thùng chứa, cịn khí khơng ngưng ngồi nhờ bơm hút chân khơng (10) SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Phần 3: Tính tốn thiết bị Các số liệu ban đầu - Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 5,4 kg/s = 19440 kg/h - Nồng độ đầu dung dịch: xđ = 5% khối lượng Nồng độ cuối dung dịch: xc = 22,3% khối lượng Hơi đốt: nước bão hòa - Áp suất đốt nồi 1: P1 = 5at - Áp suất ngưng tụ: Png = P2 = 0,2at Chiều dài ống truyền nhiệt H = 3m 3.1 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W 𝑊 = 𝐺đ (1 − 𝑥đ 𝑘𝑔 ) = 19440 (1 − ) = 15081,26 ( ) 𝑥𝑐 22,3 ℎ 3.2 Tính sơ lượng thứ bốc nồi - Lượng thứ bốc nồi 1: W1, kg/h - Lượng thứ bốc nồi 2: W2, kg/h Giả thiết mức phân phối lượng thứ bốc nồi W1 : W2 = : 1,05 Ta có hệ: 𝑘𝑔 ) 𝑊1 + 𝑊2 = 𝑊 ℎ { ⇒{ 1,05𝑊1 − 𝑊2 = 𝑘𝑔 𝑊2 = 7724,55 ( ) ℎ 𝑊1 = 7356,71 ( 3.3 Tính nồng độ cuối dung dịch nồi Theo công thức: 𝑥𝑖 = 𝐺đ 𝑥đ ,% 𝐺đ − ∑𝑖𝑗=1 𝑊𝑗 Ta có: • Với nồi 1: 𝑥1 = 𝐺đ 𝑥đ = 19440 = 8,04 (%𝑘𝑙𝑔) 𝐺đ − 𝑊1 19440 − 7356,71 SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân • Với nồi 2: 𝑥2 = 𝐺đ 𝑥đ = 19440 = 22,30 (%𝑘𝑙𝑔) 𝐺đ − 𝑊1 − 𝑊2 19440 − 7356,71 − 7724,55 3.4 Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống P Theo công thức P = P1 – Png Ta có P = – 0,2 = 4,8 at 3.5 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi 3.5.1 Giả thiết phân bố áp suất đốt nồi P1 : P2 = 2,55 : Trong đó: - P1 chênh lệch áp suất nồi thứ 1, at - P2 chênh lệch áp suất nồi thứ 2, at Ta có hệ: { ∆𝑃 = 3,45 (𝑎𝑡) ∆𝑃1 − 2,55 ∆𝑃2 = ⇒{ ∆𝑃1 + ∆𝑃2 = ∆𝑃 = 4.8 ∆𝑃2 = 1,35 (𝑎𝑡) 3.5.2 Tính áp suất đốt nồi Theo cơng thức Pi = Pi-1 - Pi-1 Ta có: • Nồi 1: P1 = (at) • Nồi 2: P2 = P1 - P1 = 1,55 (at) 3.5.3 Xác định nhiệt độ đốt Ti, nhiệt lượng riêng ii nhiệt hóa ri nồi Tra bảng I.251 [1-314] nội suy ta có: • Nồi 1: với P1 = (at) ta được: - Nhiệt độ đốt: T1 = 151,10 (oC) SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân - nk, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy - Tra bảng XIII.3 [2-356] với thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định nk = 2,6 nc = 1,5 [k], [c]: ứng suất cho phép kéo, theo giới hạn chảy - k : giới hạn bền kéo Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày – 25 mm ta k = 550.106 (N/m2) c : giới hạn chảy Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày – - 25 mm ta c = 220.106 (N/m2) η : hệ số điều chỉnh Các chi tiết, phận không bị đốt nóng hay cách ly với nguồn đốt nóng trực tiếp (nhóm thiết bị 2) Các thiết bị khơng dùng để sản - suất chứa áp suất cao (loại 2) Tra bảng XIII.2 [2-356] ta xác định η =1 Suy ra: [𝜎𝑘 ] = 550 106 = 211,54 106 (N/m2 ) 2,6 220 106 [𝜎𝑐 ] = = 146,67 106 (N/m2 ) 1,5 Vậy ứng suất cho phép vật liệu: [𝜎𝑏 ] = 𝑚𝑖𝑛{[𝜎𝑐 ], [𝜎𝑘 ]} = 146,67 106 (N/m2 ) (*) Xác định áp suất làm việc (áp suất thiết bị) Mơi trường hỗn hợp bão hịa – nước ngưng nên áp suất làm việc tổng áp suất (khí) áp suất thủy tĩnh pl chất lỏng 𝑃𝑏 = 𝑃𝑚𝑡 + 𝑃𝑙 ≈ 𝑃𝑚𝑡 , N/m2 Có Pmt = P1’ = 1,63 (at) =1,63.98100 = 159903 (N/m2) Vậy 𝑃𝑏 = 159903 (N/𝑚2 ) (*) Xác định chiều dày buồng bốc Ta có: [𝜎𝑏 ] 146,67 106 𝜑 = 0,95 = 871,36 > 50 𝑃𝑏 159903 Vì bỏ qua Pb mẫu cơng thức tính S Vâ ̣y tính đươ ̣c chiề u dày buồ ng bố c: 𝑆= 𝐷𝑡𝑟 𝑃𝑏 1,6 159903 +𝐶 = + 1,40 10−3 = 2,32 10−3 (𝑚) 𝜎𝑏 𝜑 − 𝑃𝑏 146,67 106 0,95 SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 50 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Quy chuẩ n theo bảng XIII.9 [2-364] ta đươ ̣c S =3.10-3 (m) Ta chọn S = (mm), độ dày với buồng đốt (*) Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử Trong tất trường hợp sau xác định chiều dày thiết bị, ta cần kiểm tra ứng suất theo áp suất thử công thức XIII.26 [2-365] 𝜎= [𝐷𝑡𝑟 + (𝑆 − 𝐶 )]𝑃0 𝜎𝑐 ≤ (N/m2 ) 2(𝑆 − 𝐶 ) 𝜑 1,2 Trong đó: - Po: Áp suất thử tính theo cơng thức XIII.27 [2-366] 𝑃𝑜 = 𝑃𝑡ℎ + 𝑃1 , N/m2 Với + Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358] Ta có: Pth = 1,5.Pb = 1,5.159903 = 239854,5 (N/m2) + P1 : áp suất thủy tĩnh nước tính theo cơng thức XIII.10 [2-360] P1 = ρ.g.H (N/m2) Tra bảng I.5 [1-11] với nước 25 oC khối lượng riêng nước 25 oC  = 997,08 (kg/m³) Ta có P1 = 997,08.9,81.2,7= 26409,66 (N/m2) Suy Po = 239854,5 + 26409,66 = 266264,16 (N/m2) Vậy ta có: [1,6 + (5 − 1,40) 10−3 ] 266264,16 220 106 𝜎= = 0,14 10 < = 183,33 106 (5 − 1,40) 10−3 0,95 1,2 Vậy chọn chiều dày buồng bốc là: S = mm 5.2.4 Chiều dày nắp buồng bốc Cũng đáy buồng đốt, ta chọn nắp elip có gờ vật liệu chế tạo thép không gỉ X18H10T Chiều dày nắp buồng bốc xác định theo công thức XIII.47 [2-385]: 𝑆= 𝐷𝑡𝑟 𝑃 𝐷𝑡𝑟 + 𝐶 (𝑚) 3,8 [𝜎𝑏𝑘 ] 𝑘 𝜑ℎ − 𝑃 2ℎ𝑏 Với điều kiện 𝑘 𝐷𝑡𝑟 < ≤ 2,5 0,6 2ℎ𝑏 Trong đó: - hb : chiều cao phần lồi nắp Tra bảng XIII.10 [2-381] hb = 400 (mm) SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 51 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân - φh : hệ số bền mối hàn hướng tâm, chọn φh = 0,95 - k : hệ số bền đáy tính theo công thức XIII.48 [2-385] 𝑘 =1− 𝑑 𝐷𝑡𝑟 d : đường kính lỗ, tính theo nắp buồng bốc có cửa thoát thứ 𝑑=√ 𝑉 (𝑚) 0,785 𝜔 𝜔 : tốc độ ống, m/s Với nước bão hòa chọn 𝜔 = 35 (m/s) V : lưu lượng thứ khỏi nồi 𝑉= 𝑊1 (𝑚3 /𝑠) 3600 𝜌ℎ ρh = 0,83725 (kg/m3) khố i lươ ̣ng riêng thứ khỏi nồ i ⇔𝑉 = 7427,75 𝑚3 = 2,46433 ( ) 3600 0,83725 𝑠 ⇒𝑑 =√ 2,46433 = 0,29949 (𝑚) 0,785 35 ⇒𝑘 = − - 0,29949 = 0,8125 1,6 P : áp suất thiết bị, P = P1’ = 1,63 (at) = 159903 (N/m2) C : đại lượng bổ sung, thêm mm S – C ≤ 10 mm Vậy C = 1,40 + = 3,40 (mm) Thay số vào ta có 𝑆= 1,6 159903 1,6 + 3,40 10−3 −3 3,8 146,67 10 0,8125 0,95 − 159903 400 10 = 0,00459 (𝑚) = 4,59 (𝑚𝑚) Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-384]: S = (mm) (*) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po Theo công thức XIII.49 [2-386] [𝐷 𝑡𝑟 + 2ℎ𝑏 (𝑆 − 𝐶)] 𝑃0 𝜎𝑐 𝜎= < 7,6 𝑘 ℎ𝑏 (𝑆 − 𝐶 ) 𝜑ℎ 1,2 Với P0 = 1,5.P =1,5.159903= 239854,5 (N/m2) SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 52 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Suy ra: 𝜎= [1,62 + 400 (5 − 3,40) 10−6 ] 239854,5 = 65,45 106 (N/m2 ) −6 ( ) 7,6 0,8125 400 − 3,40 10 0,95 146,67 106 𝜎 = 65,45 10 < = 122,22 106 1,2 Thoả mãn điều kiện ứng suất thuỷ lực Vậy chọn S = (mm) 5.2.5 Tra bích lắp vào thân nắp Chọn bích liền kiểu 1, theo bảng XIII.27 [2–421] Ta có bảng sau: Kích thước nồi Pb.106 Dtr (N/m2) (mm) 0,3 1600 Ống D (mm) 1750 Kiểu bích Bu lông Db D1 (mm) (mm) 1700 Do (mm) 1660 1613 db Z (mm) (cái) M24 32 h(mm) 35 5.3 Tính số chi tiết khác 5.3.1 Tính đường kính ống dẫn vào thiết bị Đường kính ống xác định theo công thức VII.74 [2-74] 𝑑𝑡𝑟 = √ 𝑉 𝜋 ,𝑚 3600 𝜔 5.3.1.1 Ống dẫn đốt vào dtr1 Các đại lượng công thức VII.74 [2-74] với đốt - 𝜔: vận tốc thích hợp đốt ống (hơi nhiệt) Chọn 𝜔 = 35 (m/s) - 𝑉: lưu lượng đốt ống 𝑉= 𝐷 , 𝑚 /ℎ 𝜌 Trong + D: lượng đốt vào nồi 1, D = 8299,12 (kg/h) + : khối lượng riêng đốt P1 = (at) Tra bảng I.251 [1-315] suy  = 2,614 (kg/m³) Thay vào công thức ta 𝑉= SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 8299,12 = 3174,87 (𝑚3 /ℎ) 2,614 Trang số 53 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Thay đại lượng vào công thức xác định dtr1 𝑑𝑡𝑟1 = √ 3174,87 = 0,1792 (𝑚) 3,14 3600 35 Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta dtr1 = 200 (mm) Áp suất làm việc P = 5.98100 = 0,4905.106 (N/m2) Quy chuẩn P = 0,6.106 (N/m2) Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,6.106 (N/m2) dtr1 = 200 (mm) ta có thơng số bích sau: Kích thước nồi Kiểu bích P.106 Dtr (N/m2) 0,6 (mm) 200 Bu Lông D Db D1 Do (mm) (mm) (mm) (mm) 290 255 232 219 db z (mm) (cái) M16 h(mm) 22 Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 200 (mm) 5.3.1.2 Ống dẫn dung dịch vào dtr2 Các đại lượng công thức VII.74 [2-74] với đốt - 𝜔: vận tốc thích hợp dung dịch ống Chọn 𝜔 = 0,5 (m/s) - 𝑉: lưu lượng lỏng chảy ống 𝑉= 𝐺 , 𝑚 /ℎ 𝜌 Trong + G: lượng dung dịch đầu vào nồi 1, G = 19440 (kg/h) + : khối lượng riêng dung dịch đầu,  = 1060,00 (kg/m³) Thay vào công thức ta 𝑉= 19440 = 18,34 (𝑚3 /ℎ) 1060,00 Thay đại lượng vào công thức xác định dtr2 𝑑𝑡𝑟2 = √ 18,34 = 0,1139 (𝑚) 3,14 3600 0,5 Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta dtr2 = 125 (mm) Áp suất làm việc P = Ptb1 =1,74 (at) = 0.17.106 (N/m2) Quy chuẩn P = 0,25.106 (N/m2) SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 54 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.106 (N/m2) dtr2 = 125 (mm) ta có thơng số bích sau: Kích thước nồi P.106 Dtr (N/m2) (mm) D (mm) 0,25 125 235 Db (mm) 200 D1 (mm) 178 Kiểu bích Bu Lông db z h (mm) (cái) (mm) M16 14 Do (mm) 133 Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 120 (mm) 5.3.1.3 Ống dẫn thứ dtr3 Có dtr3 = 300 (mm) (đã tính phần tính khí buồng bốc) Tra bảng XIII.26 [2-415] ta có thơng số bích sau: Kích thước nồi P.106 Dtr (N/m2) (mm) D (mm) 0,25 300 435 Db (mm) 395 D1 (mm) 365 Kiểu bích Bu Lơng db z h (mm) (cái) (mm) M20 12 22 Do (mm) 325 5.3.1.4 Ống dẫn dung dịch dtr4 Các đại lượng công thức VII.74 [2-74] với đốt - 𝜔: vận tốc dung dịch cô đặc Chọn 𝜔 = 0,5 (m/s) - 𝑉: lưu lượng lỏng chảy ống 𝑉= 𝐺 − 𝑊1 , 𝑚 /ℎ 𝜌 Trong + G: lượng dung dịch đầu vào nồi 1, G = 19440 (kg/h) + W1: lượng thứ bốc khỏi nồi 1, W1 = 7427,75 (kg/h) + : khối lượng riêng dung dịch ts1,  = 1060,00 (kg/m³) Thay vào công thức ta 𝑉= 19440 − 7427,75 = 11,33 (𝑚3 /ℎ) 1060,00 Thay đại lượng vào công thức xác định dtr2 SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 55 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân 𝑑𝑡𝑟4 = √ 11,33 = 0,0896 (𝑚) 3,14 3600 0,5 Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta dtr4 = 100 (mm) Áp suất làm việc P = Ptb1 =1,74 (at) = 0,17.106 (N/m2) Quy chuẩn P = 0,25.106 (N/m2) Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.106 (N/m2) dtr4 = 100 (mm) ta có thơng số bích sau: Kích thước nồi P.106 Dtr (N/m2) (mm) D (mm) 0,25 100 205 Db (mm) 170 D1 (mm) 148 Kiểu bích Bu Lơng db z h (mm) (cái) (mm) M16 14 Do (mm) 108 Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 120 (mm) 5.3.1.5 Ống dẫn dung dịch dtr4 Các đại lượng công thức VII.74 [2-74] với đốt - 𝜔: vận tốc nước ngưng Chọn 𝜔 = 0,5 (m/s) - 𝑉: lưu lượng lỏng chảy ống 𝑉= 𝐷 , 𝑚 /ℎ 𝜌 Trong + D: lượng đốt vào nồi (coi ngưng tụ hoàn toàn), D = 8299,12 (kg/h) + : khối lượng riêng nước ngưng nhiệt độ đốt vào,  = 916,22 (kg/m³) Thay vào công thức ta 𝑉= 8299,12 = 9,06 (𝑚3 /ℎ) 916,22 Thay đại lượng vào công thức xác định dtr2 𝑑𝑡𝑟5 = √ 9,06 = 0,0801 (𝑚) 3,14 3600 0,5 Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta dtr5 = 100 (mm) SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 56 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Áp suất làm việc P = P1 = (at) = 0,4905.106 (N/m2) Quy chuẩn P = 0,6.106 (N/m2) Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,6.106 (N/m2) dtr5 = 100 (mm) ta có thơng số bích sau: Kích thước nồi P.106 Dtr (N/m2) (mm) D (mm) 0,6 100 205 Db (mm) 170 D1 (mm) Kiểu bích Bu Lơng db z h (mm) (cái) (mm) M16 14 Do (mm) 148 108 Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 120 (mm) 5.3.2 Tính chọn tai treo Khối lượng nồi khử thủy lực tính theo cơng thức 𝐺𝑡𝑙 = 𝐺𝑛𝑘 + 𝐺𝑛ⅆ , 𝑁 Trong đó: - 𝐺𝑛𝑘 : khối lượng nồi không, N - 𝐺𝑛ⅆ : khối lượng nước đồ đầy nồi, N 5.3.2.1 Tính Gnk (*) Khối lượng đáy buồng đốt nắp buồng bốc Tra bảng XIII.11 [2-384] chiều dày khối lượng đáy nắp elip có gờ + Với đáy buồng đốt: Dtr = 1400 mm; S = mm ta m1 = 106 (kg) Do khối lượng bảng tra tính với thép cacbon, với thép không gỉ cần nhân thêm hệ số 1,01 nên m1 = 106.1,01 = 107,06 (kg) + Với nắp buồng bốc: Dtr = 1600 mm; S = mm ta m2 = 137 (kg) Do khối lượng bảng tra tính với thép cacbon, với thép không gỉ cần nhân thêm hệ số 1,01 nên m1 =137.1,01 = 138,37 (kg) (*) Khối lượng thân buồng đốt Khối lượng thân buồng đốt xác định theo công thức m = V Với 𝜋 2) 𝑉 = 𝐻 (𝐷𝑛2 − 𝐷𝑡𝑟 , 𝑚3 SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 57 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Trong - Dtr: đường kính buồng đốt, Dtr = 1,4 m - Dn: đường kính ngồi buồng đốt, Dn = Dtr + 2.S = 1,4 + 2.5/1000 = 1,41 m - H: chiều cao buồng đốt, H = m Thay số ta tính V 𝑉 = 3,14 (1,412 − 1,42 ) = 0,0662 (𝑘𝑔) Tra bảng XII.7 [2-313] khối lượng riêng thép không gỉ X18H10T  = 7900 (kg/m³) Suy khối lượng thân buồng đốt 𝑚3 = 522,98 (kg) (*) Khối lượng thân buồng bốc Khối lượng thân buồng bốc tương tự buồng đốt Với - Dtr: đường kính buồng đốt, Dtr = 1,6 m - Dn: đường kính ngồi buồng đốt, Dn = Dtr + 2.S = 1,6 + 2.5/1000 = 1,61 m - H: chiều cao buồng đốt, H = 2,7 m Thay số ta tính V 𝑉 = 2,7 3,14 (1,612 − 1,62 ) = 0,068 (𝑘𝑔) Suy khối lượng thân buồng đốt 𝑚4 = 537,2 (kg) (*) Khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc Khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc xác định theo công thức 𝜋 𝑉 = ℎ (𝐷 − 𝐷02 − 𝑧 𝑑𝑏2 ), 𝑚3 Các thông số tướng ứng bảng tra Thay số ta có 𝑉 = 0,035 3,14 (1,752 − 1,6132 − 32 0.0242 ) = 0,0122 (𝑚3 ) Suy khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc 𝑚5 = 96,38 (kg) (*) Khối lượng bích ghép đáy thân buồng đốt Tương tự bích ghép nắp thân buồng bốc Ta có 𝑉 = 0,035 3,14 (1,552 − 1,4132 − 40 0.0242 ) = 0,0105 (𝑚3 ) SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 58 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Suy khối lượng bích ghép nắp thân buồng bốc 𝑚6 = 82,95 (kg) (*) Khối lượng lưới đỡ ống (2 vỉ ống) Thể tích lưới đỡ ống tính theo công thức 𝜋 𝑉 = 𝑆 (𝐷 − 𝑛 𝑑𝑛2 ), 𝑚3 Trong đó: - S: chiều dày lưới ống, S = 0,013 m - D: đường kính buồng đốt, D = 1,4 m - n: số ống truyền nhiệt, n = 517 – 61 + 10 = 466 ống - dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt, dn = 0,038 m Thay số ta 𝑉 = 0,013 3,14 (1,42 − 466 0,0382 ) = 0,0131 (𝑚3 ) Suy khối lượng lưới đỡ ống 𝑚7 = 206,98 (kg) (*) Khối lượng ống truyền nhiệt Thể tích ống truyền nhiệt tính theo 𝜋 𝑉 = 𝐻 𝑛(𝑑𝑛 − 𝑑𝑡𝑟 ) Trong đó: - dtr: đường kính ống truyền nhiệt, dtr = 0,034 m - n: số ống truyền nhiệt, n = 517 – 61 + 10 = 466 ống - dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt, dn = 0,038 m - H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = m Thay số ta 𝑉 = 3,14 466(0,0382 − 0,0342 ) = 0,3161 (𝑚3 ) Suy khối lượng ống truyền nhiệt 𝑚8 = 206,98 (kg) (*) Khối lượng ống trung tâm Tương tự tính với ống truyền nhiệt 𝑉 = 3,14 (0,4262 − 0,4182 ) = 0,0159 (𝑚3 ) Suy khối lượng ống trung tâm 𝑚9 = 125,61 (kg) (*) Khối lượng phần nón cụt Thể tích phần nón cụt tính theo cơng thức SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 59 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân 𝜋 𝑉 = ℎ (𝐷𝑛2 − 𝐷𝑡𝑟 ) Trong đó: - h: chiều cao phần nón cụt, h = 0,3 m - Dtr: đường kính phần nón cụt 𝑏ⅆ 𝑏𝑏 𝐷𝑡𝑟 + 𝐷𝑡𝑟 ) = 1,5 𝑚 𝐷𝑡𝑟 = ( - Dn: đường kính ngồi phần nón cụt 𝐷𝑛 = ( 𝐷𝑛𝑏ⅆ + 𝐷𝑛𝑏𝑏 ) = 1,51 𝑚 Thay số ta 𝑉 = 0,3 3,14 (1,512 − 1,52 ) = 0,0071 (𝑚3 ) Suy khối lượng phần nón cụt 𝑚10 = 56,09 (kg) Vậy tổng khối lượng nồi chưa tính bu lơng, đại ốc 𝐺𝑛𝑘 = 𝑔 ∑ 𝑚𝑖 = 9,81 (107,06 + 138,37 + 522,98 + 537,2 + 96,38 + 82,95 + 206,98 + 2497,19 + 125,61 + 56,09) = 9,81 4125,38 = 40469,9778 (𝑁) 5.3.2.2 Tính Gnd Thể tích khơng gian nồi 𝜋 2 𝑉 = (𝐷𝑡𝑟𝑏𝑏 ℎ𝑏 + 𝐷𝑡𝑟𝑏đ ℎđ + 𝐷𝑡𝑟𝑛𝑐 ℎ𝑛𝑐 ), 𝑚3 Trong đó: - hb: chiều cao buồng bốc, hb = 2,7 m - hđ: chiều cao buồng đốt, hđ = m - hnc: chiều cao nón cụt, hnc = 0,3 m - Dtrbb: đường kính buồng bốc, Dtrbb = 1,6 m - Dtrbđ: đường kính buồng đốt, Dtrbđ = 1,4 m - Dtrnc: đường kính trung bình hình nón cụt, Dtrnc = 1,5 m Thay số vào cơng thức ta có 𝑉= 3,14 (1,62 2,7 + 1,42 + 1,52 0,3) = 5,7559 (𝑚3 ) SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 60 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Khối lượng nước chứa đầy nồi 𝐺𝑛đ = 𝑔 𝜌 𝑉, 𝑁 Chọn khối lượng riêng nước áp suất thường 1000 (kg/m³) Suy 𝐺𝑛đ = 9,81.1000 5,7559 = 56465,379 (𝑁) ⇔ 𝐺𝑡𝑙 = 40469,9778 + 56465,379 = 96935,3568 (𝑁) Ta chọn số tai treo 4, tải trọng tai treo phải chịu 𝐺= 𝐺𝑡𝑙 = 24233,8392 (𝑁) Quy chuẩn theo bảng XIII.36 [2-438] tai treo cho thiết bị ta có G = 2,5.104 N Tải Tải trọng trọng cho Bề phép mặt đỡ tai F.10- treo, , m² G.104 Khối phép lên bề mặt lượng L B B1 H S l a d tai treo, đỡ kg q.106 (N) 2,5 cho , N/m2 173 1,45 150 120 SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 130 215 60 20 23 3,48 Trang số 61 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân 5.3.3 Chọn kính quan sát Ở thiết bị đặc ta cần quan sát sôi dung dịch ta đặt kính quan sát buồng bốc, áp suất làm việc nhỏ 0,25.106 N/m2 vật liệu thủy tinh dày 15 mm, đường kính  200 Tra bảng XIII.26 [2-411] chọn bích lắp đặt số bu lơng Kích thước nồi P.106 Dtr (N/m2) (mm) D (mm) 0,25 200 290 Db (mm) 255 SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 D1 (mm) 232 Kiểu bích Bu Lơng db z h (mm) (cái) (mm) M16 16 Do (mm) 219 Trang số 62 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Tài liệu tham khảo Nhiều tác giả, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập Nhiều tác giả, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập Phạm Xn Tồn, Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 63 Đồ án Quá Trình & Thiết bị PGS.TS Nguyễn Minh Tân Kết luận Qua q trình tính tốn, thực đồ án em rút số nhận xét: - - Việc thiết kế tính tốn dây chuyền công nghệ công việc tương đối phức tạo địi hỏi nhiều cơng sức thời gian, biết vận dụng tốt kiến thức học tìm hiểu tài liệu thao khảo Nhiều kết cịn lấy tương đối, chưa thực xác Em biết sử dụng tài liệu tham khảo: tìm đọc, tra cứu, Làm đồ án giúp em nâng cao khả tính tốn trình bày theo phong cách khoa học Em xin cảm ơn giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Minh Tân thầy cô mơn giúp em hồn thành đồ án Tuy nhiên phạm vi khuôn khổ đồ án, dù cố gắng tránh sai sót Em kính mong góp ý dẫn thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Thành Trung_20153986 Trang số 64 ... số dung dịch 3.9.1.1.1 Nhiệt độ sôi dung dịch vào nồi 3.9.1.1.2 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch nồi 3.9.1.2 Các thông số nước ngưng 12 12 12 3.9.1.2.1 Nhiệt độ nước ngưng 3.9.1.2.2 Nhiệt dung. .. ngưng nồi 1, nồi (oC) - Cđ: Nhiệt dung riêng dung dịch đầu (J/kg.độ) - Cnc1, Cnc2: Nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, nồi (J/kg.độ) - C1, C2: Nhiệt dung riêng dung dịch khỏi nồi 1, nồi (J/kg.độ)... 3.9.1.1 Các thông số dung dịch 3.9.1.1.1 Nhiệt độ sôi dung dịch vào nồi