ĐỒ án TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ đặc MỘT NỒI DUNG DỊCH nacl

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH NaCl Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hưng Sinh viên thực hiện:Phạm Hoài Duy Thanh MSSV: 17021631 Lớp: DHHD13A Khoá: 2017 - 2021 Tp Hồ Chí Minh,ngày 15 tháng năm 2020 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………… PHẦN ĐÁNH GIÁ  Nội dưng thực hiện:………………………………………  Hình thức trình bày………………………………………  Ý thức thực hiện:…………………………………………  Điểm số:  Điểm chữ : TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2019 Giáo viên phản biện I GIỚI THIỆU MỞ ĐẦU Để nâng cao nồng độ dung dịch theo yêu cầu sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi khỏi dung dịch Phương pháp phổ biến dùng nhiệt để làm bay cịn chất rắn tan khơng bay hơi, nồng độ dung dịch tăng lên theo yêu cầu mong muốn Thiết bị thường sử dụng chủ yếu nâng cao nồng độ dung dịch hóa chất thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc gồm nhiều loại phân loại theo nhiều phương pháp khác như: thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm, tuần hồn cưỡng bức…, thiết bị đặc tuần hồn có ống tuần hồn ngồi dùng phổ biến Vì thiết bị có ngun lý đơn giản, dễ vận hành sữa chữa, hiệu suất sử dụng cao… dây chuyền thiết bị dùng nồi, nồi, nồi… nối tiếp để tạo thành sản phẩm theo yêu cầu Trong thực tế người ta thường thiết kế sử dụng hệ thống cô đặc nồi nồi để có hiệu suất sử dụng đốt cao nhất, giảm tổn thất trình sản xuất Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm môn học giúp cho sinh viên làm quen với việc thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất, có kỹ tính tốn cần thiết sau làm việc thực tế Làm đồ án giúp cho sinh viên biết hệ thống hóa kiến thức học vào thực tế, sinh viên tự biết sử dụng việc tra cứu thong số cần thiết, vận dụng kiến thức học tính tốn cách xác, tỉ mỉ bước tránh sai sót đáng tiếc sau, nâng cao kỹ trình bày đọc vẽ thiết bị cách có hệ thống II TỔNG QUAN 2.1 Nhiệm vụ đồ án  Nhiệu Vụ: Nhiệm vụ đồ án thiết kế thiết bị cô đặc NaCl nồi từ nồng độ 6% đến 21% với suất 1600 kg/h tính theo nguyên liệu đầu vào  Nguyên liệu: NaCl khối tinh thể màu trắng, có vị mặn, tan nước phân ly thành ion Là thành phần muối ăn ngày Khối lượng riêng dung dịch 12% (kg/m3) Độ nhớt (Ns/m2) 200C ( dung dịch 20%) Ở 1000C dung dịch bão hòa 28.15%, 200C dung dịc bão hòa 26.4% Nguyên liệu đem cô đặc dung dịch NaCl 12% với dung môi nước  Sản phẩm:  Ta thấy độ hòa tan nhiệt độ thường NaCl khoảng 26,3%, dung dịch đặc u cầu 20%, sau làm nguội nguyên liệu cịn dạng dung dịch Vì mục đích q trình đặc chủ yếu để chuẩn bị cho trình sản xuất khác NaOH, hợp chất chứa Cl sử dụng làm muối dạng dịch truyền sử dụng y tế Ngồi NaCL cịn dùng làm chất tải lạnh  Những biến đổi xẩy q trình đặc:Trong q trình đặc tính chất cuả ngun liệu ln ln thay đổi, thơi gian cô đặc lâu làm cho nồng độ dung dịch tăng lên dẫn đến tính chất có biến đổi theo nồng độ tăng lên làm cho hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt giảm Đồng thời đại lượng khối lượng riêng, độ nhớt, độ sôi, tổn thất nhiệt lại tăng lên 2.2 Hệ thống cô đặc  Định nghĩa  Cô đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hịa tan dung dịch cách tách bớt phần dung mơi sang dạng  Q trình đặc thường tiến hành trạng thái sôi, nghĩa áp suất riêng phần dung môi mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị  Q trình đặc dùng phổ biến cơng nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ dung dịch lỗng để tách chất rắn hịa tan (trường hợp có kèm theo q trình kết tinh), ví dụ: đặc dung dịch đường, đặc xút, đặc dung dịch muối…  Q trình đặc tiến hành áp suất khác Khi làm việc áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở; cịn làm việc áp suất khác ta dùng thiết bị kín  Q trình đặc tiến hành hệ thống cô đặc nồi hệ thống cô đặc nhiều nồi 2.3 Các phương pháp đặc  Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thống chât lỏng  Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt đọ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh 2.4 Bản chất cô đặc nhiệt  Để tạo thành (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực trình  Bên cạnh đó, bay xảy chủ yếu bọt khí hình thành q trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hoàn tự nhiên nồi đặc Tách khơng khí lắng keo (protit) ngăn chặn tạo bọt cô đặc 2.5 Ứng dụng cô đặc  Trong sản xuất thực phẩm, ta cần đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây…  Trong sản xuất hố chất, ta cần cô đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô cơ…  Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù cô đặc hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy, việc cải thiện hiệu thiết bị đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an tồn hiệu suất cao Do đó, u cầu đặt cho người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị đặc 2.6 Quy trình cơng nghệ 2.6.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 2.6.2 Thuyết minh  Ngun liệu ban đầu dung dịch NaCl có nồng độ 6% Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu chảy qua lưu lượng kế vào thiết bị gia nhiệt đun nóng đến nhiệt độ sơi định  Thiết bị gia nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt đứng, bên gồm nhiều ống nhỏ bố trí theo đỉnh hình tam giác Các đầu ống giữ chặt vỉ ống vỉ ống hàn dính vào thân Nguồn nhiệt nước bão hồ có áp suất at bên ống truyền nhiệt Dung dịch từ lên bên ống Dung dịch sau gia nhiệt chảy vào thiết bị đặc tuần hồn trung tâm để thực trình bốc Nguyên lý làm việc nồi cô đặc:  Phần thiết bị buồng đốt, gồm có ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch ống tuần hoàn trung tâm ống truyền nhiệt Hơi bão hào bên ống, dung dịch đặc đến nồng độ 28%, nước ngưng tháo bên ngoài, đồng thời nước ngưng vào bể chứa nước ngưng để tránh đốt bên ngồi  Dung dịch ống theo chiều từ xuống nhận nhiệt đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hố phần dung mơi Ngun tắc hoạt động ống tuần hoàn trung tâm baromet:  Hơi thứ thiết bị cô đặc đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet, dùng nước để ngưng tụ Khi thiết bị làm việc, dung dịch ống truyền nhiệt sơi tạo thành hỗn hợp lỏng – có khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống Đối với ống tuần hồn, thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt nên lượng tạo ống truyền nhiệt lớn Dòng chuyển động tuần hoàn tự nhiên thiết bị: từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hồn  Phần phía thiết bị buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – thành dịng Hơi thứ lên phía buồng bốc, đến phận tách giọt để tách giọt lỏng khỏi dòng Giọt lỏng chảy xuống thứ tiếp tục lên Dung dịch lại hồn lưu  Dung dịch sau đặc bơm theo ống tháo sản phẩm vào bể chứa sản phẩm nhờ bơm ly tâm Hơi thứ khí khơng ngưng từ phía buồng bốc vào thiết bị ngưng tụ baromet Dòng thứ lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành lỏng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet Khí khơng ngưng tiếp tục lên trên, dẫn qua phận tách giọt bơm chân khơng hút ngồi  Thiết bị ngưng tụ baromet thiết bị ổn định, trì áp suất hệ thống Thiết bị làm việc áp suất khí nên phải lắp đặt độ cao cần thiết để nước ngưng tự chảy ngồi khí mà khơng cần bơm Bình tách giọt có vách ngăn với nhiệm vụ tách giọt lỏng bị lơi theo dịng khí khơng ngưng để đưa bồn chứa nước ngưng 10 PHẦN 1: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 1.1 Cân vật chất lượng 1.1.1 Dữ kiện ban đầu Nồng độ đầu: xđ = % Nồng độ cuối: xc = 21 % Năng suất nhập liệu: Gđ = 1600 kg/h Gia nhiệt nước bão hoà, áp suất at Áp suất ngưng tụ: Pc = 0,5 at 1.1.2 Cân vật chất 1.1.2.1 Suất lượng tháo liệu (Gc) (công thức 3.8, tr 142[6]) G c =G đ xđ 0,06 =1600 =457,14 (kg /h) xc 0,21 1.1.2.2 Lượng thức bay (công thức 3.6, tr 142,[6] ) 𝑊 = 𝐺đ − 𝐺𝑐 = 1600 − 457,14 = 1142,86 (𝑘𝑔/ℎ) 1.1.3 Tổn thất nhiệt độ Ta có áp suất thiết bị ngưng tụ pc = 0,5 at ⇒ nhiệt độ thứ thiết bị ngưng tụ tw = 80,9 oC (bảng I.251, trang 314, [1]) Δ’’’ tổn thất nhiệt độ thứ đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ Chọn Δ’’’ = oC (trang 147, [6]) Nhiệt độ sôi dung môi áp suất buồng bốc: tsdm(po) – tw = Δ’’’ ⇒ tsdm(Po) = tw + Δ’’’ = 80,9 + = 81,9 oC Áp suất buồng bốc: tra [1], trang 312 nhiệt độ 81,9 oC ⇒ Po = 0,52366 at 1.1.3.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng (Δ’) Theo công thức Tisencô (VI.10, trang 59, [2]) : Δ ' =Δ '0 f Trong đó: Δ'o - tổn thất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung mơi áp suất khí ... lượng riêng dung dịch 12% (kg/m3) Độ nhớt (Ns/m2) 200C ( dung dịch 20%) Ở 1000C dung dịch bão hòa 28.15%, 200C dung dịc bão hòa 26.4% Nguyên liệu đem cô đặc dung dịch NaCl 12% với dung môi nước... Nhiệt độ dung dịch NaCl 6% trước sau qua thiết bị gia nhiệt: tvào = 30 oC; tra = tsdd(po) = 84,356 oC ⇒ Nhiệt độ dung dịch NaCl % vào thiết bị cô đặc tđ = 84,356 oC ⇒ Nhiệt độ dung dịch NaCl 21... 84,356 + 2.2,713 = 89,782 (oC) (công thức 4.15, trang 183, [3])  Nhiệt dung riêng dung dịch NaCl: Nhiệt dung riêng dung dịch NaCl nồng độ khác tính theo cơng thức (I.43) (I.44), trang 152, [1]: