Đề tài TÍNH TOÁN và THIẾT kế THIẾT bị cô đặc một nồi DUNG DỊCH NaOH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Đề Tài TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH NaOH Giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Nhất Thống Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Diễm Trâm MSSV: 11149891 Lớp: CDHO13 Khóa : 2014 – 2015 Mã HP : 111703801 Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN MÁY VÀ THIẾT BỊ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Đề Tài TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH NaOH Giảng viên hướng dẫn: MSSV: Lớp: CDHO13 Khóa : 2014 – 2015 Mã HP : Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KHOA : CƠNG NGHỆ HĨA BỘ MƠN : MÁY VÀ THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN : 1.Tên đồ án: Tính tốn thiết kế thiết bị đặc nồi dung dịch NaOH 2.Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) Năng suất tính theo suất lượng nhập liệu 2000 kg/h Nồng độ ban đầu 12 % Nồng độ cuối 48 % Áp suất ngưng tụ at Áp suất đốt (hơi bão hòa) at Yêu cầu : Cân vật chất nhiệt lượng Tính thiết bị chính, thiết bị ngưng tụ chọn bơm.Vẽ vẽ quy trình cơng nghệ A1 vẽ chi tiết thiết bị A1 Ngày giao nhiệm vụ : 10/6/2013 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 20/7/2014 Họ tên người hướng dẫn: Tp.HCM, ngày 10 tháng năm 2014 Tổ trưởng môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Trần Hoài Đức PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt:…………………………………………… Đơn vị :………………………………………………… Điểm tổng kết :………………………………………… Nơi lưu trữ: …………………………………………… LỜI CẢM ƠN Đối với sinh viên năm thứ ba cao đẳng, môn học Đồ án Quá trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức trình thiết bị cơng nghệ hóa học Bên cạnh đó, cịn giúp sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết số thiết bị với số liệu cụ thể thông dụng Cô đặc nồi dung dịch NaOH đồ án thực hướng dẫn nhiệt tình Th.S LÊ NHẤT THỐNG, mơn Q trình thiết bị - Khoa Máy Thiết Bị Hóa Học, trường ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình chu đáo thầy Lê Nhất Thống thầy mơn Q Trình va Thiết Bị người bạn giúp đỡ thực xong đồ án Vì đồ án đề tài lớn tôi, điều thiếu xót hạn chế khơng thể tránh khỏi Mong đóng góp ý kiến , dẫn từ thầy bạn bè để củng cố thêm kiến thức chuyên môn Tôi xin chân thành cảm ơn người NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện:………………………… …………………………………… Nội dung thực hiện:…………………… …………………………………………… Hình thức trình bày:…………………………………………………………………… Tổng hợp kết quả:……………………………………………………………………… Điểm số: …………………………………….Điểm chữ:…………………… Tp HCM, ngày Chủ nhiệm môn tháng năm Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện:………………………… …………………………………… Nội dung thực hiện:…………………… …………………………………………… Hình thức trình bày:…………………………………………………………………… Tổng hợp kết quả:……………………………………………………………………… Điểm số: …………………………………….Điểm chữ:…………………… Tp HCM, ngày tháng năm Chủ nhiệm môn Giáo viên phản biện MỤC LỤC PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC I NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN .9 III KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC Định nghĩa Các phương pháp cô đặc Bản chất cô đặc nhiệt 10 Ứng dụng cô đặc 10 IV THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT 10 Phân loại ứng dụng 10 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc 11 V LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH .11 PHẦN II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 12 PHẦN III TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 13 I CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 13 Dữ kiện ban đầu 13 Cân vật chất .13 Tổn thất nhiệt độ .14 Cân lượng .16 II THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 18 A TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 18 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 18 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dịng chất lỏng sơi 18 Nhiệt tải riêng phía tường 20 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho q trình đặc 20 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 20 B TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 21 Tính kích thước buồng đốt .22 Tính kích thước ống dẫn 23 C TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 25 Tính cho buồng đốt 25 Tính cho buồng bốc 26 Tính cho đáy thiết bị 29 Tính cho nắp thiết bị 33 Tính mặt bích 35 Tính vỉ ống .36 Khối lượng tai treo 38 PHẦN IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 43 I THIẾT BỊ GIA NHIỆT 43 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 44 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dịng chất lỏng sơi .44 Nhiệt tải riêng phía tường 46 Cân lượng .46 II THIẾT BỊ NGƯNG TỤ .48 Chọn thiết bị ngưng tụ 48 III BỒN CAO VỊ .54 IV BƠM .55 1.Bơm tháo liệu 55 2.Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị 57 V CÁC THIẾT BỊ PHỤ 59 Cửa sửa chữa 59 Kính quan sát .59 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 10 ⇒ Re = = = 100654,4 10000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.= 6.= 7289,343 Ren tính theo công thức II.62, trang 379, [1]: Ren = = 220.= 239201,5 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64, trang 380, [1]: = 0,1 = 0,1.= 0,025 ⇒ h2 = = 0,00546 + 0,00055 H’ ; m Chọn chiều cao dự trữ h3 = 0,5 m để đề ngăn ngừa nước dâng lên ống chảy tràn vào đường ống dẫn áp suất khí tăng  Chọn chiều cao đoạn ống baromet ngập bể nước h4 = 0,5 m ⇒ H’ = 10 + 0,00546 + 0,00055.H’ + 0,5 + 0,5 ⇒ H’ = 11,0104 m 85 Chọn chiều cao ống baromet H’ = 11 m Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị HƠI VÀO Nhiệt độ Enthalpy tc pc o C at 99 NƯỚC LÀM NGUỘI o Nhiệt độ đầu vào t2đ C o Nhiệt độ đầu t2c C Nhiệt dung riêng cn J/(kg.K) Lưu lượng khối lượng nước lạnh cần thiết nt Gn Kg/s Lưu lượng thể tích nước lạnh cần ngưng tụ Vn m3/s Áp suất bão hòa ph At KHƠNG KHÍ NGƯNG Lưu lượng khối lượng kk dc hút thiết bị Gkk Kg/s Lưu lượng thể tích khơng khí dc hút thiếtbị Vkk m3/s o Nhiệt độ tkk C ĐƯỜNG KÍNH TRONG T/B NGƯNG TỤ Tốc độ thứ m/s Đường kính Dtr mm KÍCH THƯỚC TẤM NGĂN Chiều rộng ngăn b mm Đường kính lỗ ngăn d mm Bề dày ngăn mm Bước lỗ t mm CHIỀU CAO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Mức độ đun nóng nước P Số ngăn z Cái Chiều cao H mm KÍCH THƯỚC ỐNG BAROMET Tốc độ nước lạnh nc ngưng chảy ống m/s Đường kính ống d mm Độ chân không b mmHg Chiều cao cột nước cân h1 m Hệ số trở lực vào  Hệ số trở lực  Khối lượng riêng nước lạnh nướcngưg Kg/m3 Độ nhớt động lực Ns/m2 Chuẩn số Reynolds Re Hệ số ma sát Chiều cao H’ m 26 89 4180 4,107 0,004807 0,004172 0,004628 36,3 175 0,55 0,863 3450 0,06 100 735,5 11 0,5 984,4 0,000489 100654,3 0,025 11 86 III 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) –2 (mặt thống nồi đặc): + + = + + + Trong đó: v1 = v2 = m/s p1 = at p2 = p0 = 1,033 at ρ = 1096,05 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch NaOH 12 % ttb = 84,5 oC(bảng 4, trang 11, [8]) μ = 0,008102 Ns/m2 – độ nhớt động lực dung dịch NaOH 12% ttb (bảng I.107,trang 100, [1]) z2 - khoảng cách từ mặt thống dd nồi đặc đến mặt đất; m z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = + 1,3 + + 0,03 + 0,1 = 4,43 m Với: z’ = m – khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất Hđ = 1,296 + 0,04 = 1,3 m – chiều cao đáy nón Hbđ = m – chiều cao buồng đốt 87 Hgc = 0,03 m – chiều cao gờ nón cụt Hc = 0,1 m – chiều cao phần hình nón cụt Đường kính ống nhập liệu d = 20 mm = 0,02 m Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến buồng bốc l = 20 m Tốc độ dung dịch ống: v = = = 0,8846 m/s Chuẩn số reynolds: ⇒ Re = = = 119669,93 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.= 6.= 1158,419 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = = 220.= 39122,15 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) 88 ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: = 0,1 = 0,1 = 0,021 Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 90o Van cửa Ký hiệu vào ra khuỷu90 van Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒ = 10,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = ( +) = ( +) = 1,256m ⇒ khoảng cách từ mặ thoáng bồn cao vị đến mặt đất: = + + = 3,794 + + 1,256 = 4,74m ⇒ Dung dịch NaOH 12 % tự chảy từ bồn cao vị vào buồng bốc nồi cô đặc bồn có độ cao từ 4,74 m trở lên Chọn khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất m 89 IV BƠM 1.Bơm tháo liệu - Công suất bơm: N = ;kw Trong đó: H – cột áp bơm; m η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 ρ = 1446,96 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch 134,654 oC (tra bảng 4,trang11,[8]) Q – lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3/s Q = = = 0,000108 m3/s - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) –2 (mặt thống nồi đặc): + + = + + + Trong đó: v1 = vhút = v; m/s  V2 = 90 p2 = po + + = 1,033+0,0336+ = 1,150 at p1 = at μ = 0,000245 Ns/m2 – độ nhớt động lực nước 134,654 oC (bảng I.249, trang 310, [1]) z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất z2 = m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ vhút = vđẩy = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = m Tốc độ dòng chảy ống: v = = = 0,344 m/s Chuẩn số reynolds: ⇒ Re = = = 92176,71 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.= 6.= 1158,419 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: 91 Ren = = 220.= 39122,15 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: = 0,1 = 0,1.= 0,062 Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 90o Van cửa Ký hiệu vào ra khuỷu90 van Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒ = 8,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = ( +) = ( +) = 0,145 m ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + + h1-2 - = (2 -1) ++ 0,145 = 2,17 m ⇒ N = = 0,0044 kw 92 2.Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị - Công suất bơm: N = ;kw Trong đó: H – cột áp bơm; m η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 ρ = 1126,3 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch 30 oC (tra bảng 4,trang 11,[8]) Q – lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3/s Q = = = 0,000278 m3/s - Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) –2 (mặt thoáng nồi đặc): + + = + + + Trong đó: v1 = v2 = m/s p1 = at p2 = at μ = 0,000182 Ns/m2 – độ nhớt động lực nước 30 oC 93 (bảng I.249, trang 310, [1]) z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất z2 = 3,5 m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ v1 = v2 = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = m Tốc độ dòng chảy ống: v = = = 0,885 m/s Chuẩn số reynolds: ⇒ Re = = = 109535,77 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm  Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.= 6.= 1158,419  Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = = 220.= 39122,15 94 ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: = 0,1 = 0,1 = 0,0015 Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 90o Van cửa Ký hiệu vào ra khuỷu90 van Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒ = 7,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: h1-2 = ( +) = ( +) = 0,32 m ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + + h1-2 = (3,5 -2) + 0,32= 1,82m 95 ⇒ N = = 0,0075 kw Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K V CÁC THIẾT BỊ PHỤ Cửa sửa chữa - Vật liệu chế tạo thép CT3 - Đường kính cửa sửa chữa D = 500 mm - Cửa bố trí cho mép cao mặt thống dung dịch buồng bốc để chất lỏng khơng chảy ngồi Chọn khoảng cách từ mép cửa đến mặt thoáng dung dịch 0,45 m ⇒ Khoảng cách từ mực chất lỏng đến tâm cửa sửa chữa: h = 0,45 + =0,7m Kính quan sát Vật liệu chế tạo thép CT3 Đường kính quan sát D = 230mm Kính bố trí cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, có kính giống bên buồng bốc, tạo thành 180o 96 KẾT LUẬN Các phần tính tốn cho thấy : - Hệ thống cô đặc nồi liên tục dung dịch NaOH với suất nhập liệu 2000 kg/h đơn giản Vì suất khơng cao nên kích thước - thiết bị mức độ vừa phải Kết cấu thiết bị đơn giản Vì nhìn chung hệ thống phù hợp với quy mô vừa nhỏ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhiều tác giả, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [3] Phạm Văn Bơn, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm,tập 10 [4] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [5] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ , Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập [6] Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ giáo dục đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng [7] Hồ Lê Viên, Tính tốn ,Thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, NXB Khoa học Kỹ thuật,2006 [8] Bộ môn Máy thiết bị, Bảng tra cứu Qúa trình học – Truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG TPHCM, 2009 98 [9] Sách Quá trình thiết bị Truyền Nhiệt , Khoa máy thiết bị hóa học, Trường ĐHCN TPHCM,2011 99 ... CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Đề Tài TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH NaOH Giảng viên hướng dẫn: MSSV: Lớp: CDHO13 Khóa :... Nhiệt độ dung dịch NaOH 12% trước sau qua thiết bị gia nhiệt: tvào = 30 oC tra = tsdd(po) = 116,86 oC ⇒ Nhiệt độ dung dịch NaOH 12 % vào thiết bị cô đặc tđ = 116,86 oC ⇒ Nhiệt độ dung dịch NaOH 48... lý thiết bị cô đặc IV THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT Phân loại ứng dụng 1.1.Theo cấu tạo - Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) Thiết bị đặc nhóm đặc dung dịch