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

TRƢỜNG 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 hƣớng 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 TRƢỜNG 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 hƣớng dẫn: MSSV: Lớp: CDHO13 Khóa : 2014 – 2015 MãHP: Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 BỘ CÔNG THƢƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM 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 cô đặc nồi dung dịch NaOH 2.Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) Năng suất tính theo suất lƣợng nhập liệu 2000 kg/h Nồng độ ban đầu 12 % Nồng độ cuối 48 % Áp suất ngƣng tụ at Áp suất đốt (hơi bão hòa) at Yêu cầu : Cân vật chất nhiệt lƣợng Tính thiết bị chính, thiết bị ngƣng tụ chọn bơm.Vẽ vẽ quy trình công 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 ngƣời hƣớng dẫn: Tổ trƣởng môn (Ký ghi rõ họ tên) Trần Hoài Đức PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Ngƣời duyệt: …………………………………… ……… Đơn vị : …………………………………… …………… Điểm tổng kết : …………………………………… …… Nơi lƣu 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 toán, thiết kế lựa chọn chi tiết số thiết bị với số liệu cụ thể thông dụng Cô đặc nồi dung dịch NaOH đồ án đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn nhiệt tình Th.S LÊ NHẤT THỐNG, mơn Q trình thiết bị - Khoa Máy Thiết Bị Hóa Học, trƣờng ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình chu đáo thầy Lê Nhất Thống nhƣ thầy mơn Q Trình va Thiết Bị ngƣời bạn giúp đỡ thực xong đồ án Vì đồ án đề tài lớn tơi, điều thiếu xót hạn chế tránh khỏi Mong đƣợc đóng góp ý kiến , dẫn từ thầy bạn bè để củng cố thêm kiến thức chuyên môn Tôi xin chân thành cảm ơn ngƣời NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG 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 hƣớng 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 C h ủ n h i ệ m b ộ m ô n G iá o vi ê n p h ả n bi ệ n MỤC LỤC PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC 11 I NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 11 III KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC 12 Định nghĩa 12 Các phƣơng pháp cô đặc 12 Bản chất cô đặc nhiệt 13 Ứng dụng cô đặc 13 IV THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG PHƢƠNG PHÁP NHIỆT 14 Phân loại ứng dụng 14 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc 15 V LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH 16 PHẦN II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 17 Đƣờng kính KÍCH THƢỚC TẤM NGĂN Chiều rộng ngăn Đƣờng kính lỗ ngăn Bề dày ngăn Bƣớc lỗ CHIỀU CAO THIẾT BỊ NGƢNG TỤ Mức độ đun nóng nƣớc Số ngăn Chiều cao KÍCH THƢỚC ỐNG BAROMET Tốc độ nƣớc lạnh nc ngƣng chảy ống Đƣờng kính ống Độ chân khơng Chiều cao cột nƣớc cân Hệ số trở lực vào Hệ số trở lực Khối lƣợng riêng nƣớc lạnh nƣớcngƣg Độ nhớt động lực 93 Chuẩn số Reynolds Hệ số ma sát Chiều cao III BỒN CAO VỊ - Bồn cao vị đƣợc dùng để ổn định lƣu lƣợng dung dịch nhập liệu Bồn đƣợc đặt độ cao phù hợp nhằm thắng đƣợc trở lực đƣờng ống cao so với mặt thoáng dung dịch nồi cô đặc - Áp dụng phƣơng 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/m – khối lƣợng riêng dung dịch NaOH 12 % o ttb = 84,5 C(bảng 4, trang 11, [8]) • μ = 0,008102 Ns/m – độ nhớt động lực dung dịch NaOH 12% ttb (bảng I.107,trang 100, [1]) • z2 - khoảng cách từ mặt thoáng dd nồi cô đặc đến mặt đất; m z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = + 1,3 + + 0,03 + 0,1 = 4,43 m Với: 94  z’ = m – khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất  H nón đ = 1,296 + 0,04 = 1,3 m – chiều cao đáy   H bđ = m – chiều cao buồng đốt H = 0,03 m – chiều cao gờ nón cụt  H = 0,1 m – chiều cao phần hình nón cụt gc c Đƣờng kính ống nhập liệu d = 20 mm = 0,02 m Chọn chiều dài đƣờng 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 đƣợc tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.( 95 Ren đƣợc tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ đƣợc tính theo công thức II.64, trang 380, [1]: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 90 o Van cửa ⇒ ⇒ ξ = 10,5 Tổng tổn thất đƣờng ống: 96 h1-2 = ( + ξ) = ( + ) = 1,256m ⇒ khoảng cách từ mặ thoáng bồn cao vị đến mặt đất: =+ = 3,794 + ⇒ 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 IV BƠM 1.Bơm tháo liệu - Cơng suất bơm: N= ;kw Trong đó: • H – cột áp bơm; m • η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 • ρ = 1446,96 kg/m – khối lƣợng riêng dung dịch 134,654 o C (tra bảng 4,trang11,[8]) • Q – lƣu lƣợng thể tích nƣớc lạnh đƣợc tƣới vào thiết bị ngƣng tụ; m /s 97 Q= = = 0,000108 m /s - Áp dụng phƣơng trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) –2 (mặt thống nồi đặc): + + = + + + Trong đó: • v1 = vhút = v; m/s  V2=0 • p2 = po + • p1 = at • μ = 0,000245 Ns/m – độ nhớt động lực nƣớc 134,654 o + C (bảng I.249, trang 310, [1]) • z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nƣớc đến mặt đất • z2 = m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngƣng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ vhút = vđẩy = v Chọn chiều dài đƣờng ống từ bể nƣớc đến thiết bị ngƣng tụ l = m Tốc độ dòng chảy ống: 98 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 đƣợc tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.( Ren đƣợc tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ đƣợc tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: = 0,1.( ) = 0,1 ( ) = 0,062 99 Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 90 Van cửa ⇒ ⇒ ξ = 8,5 Tổng tổn thất đƣờng ống: h1-2 = ( + ξ) = ( + ) = 0,145 m ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + = 2,17 m ⇒N= 2.Bơm đƣa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị - Công suất bơm: 100 o N= ;kw Trong đó: • H – cột áp bơm; m • η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 • ρ = 1126,3 kg/m – khối lƣợng riêng dung dịch 30 o C (tra bảng 4,trang 11,[8]) • Q – lƣu lƣợng thể tích nƣớc lạnh đƣợc tƣới vào thiết bị ngƣng tụ; m /s Q= = 0,000278 m3/s = - Áp dụng phƣơng trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) –2 (mặt thống nồi đặc): + + = + + + Trong đó: • v1 = v2 = m/s • p1 = at • p2 = at • μ = 0,000182 Ns/m – độ nhớt động lực nƣớc 30 o C (bảng I.249, trang 310, [1]) • z1 = m – khoảng cách từ mặt thống bể nƣớc đến mặt đất • z2 = 3,5 m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngƣng tụ đến mặt đất 101 Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ v1 = v2 = v Chọn chiều dài đƣờng ống từ bể nƣớc đến thiết bị ngƣng tụ l = m Tốc độ dòng chảy ống: v= = Chuẩn số reynolds: ⇒ Re = = = 0,885 m/s = 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 đƣợc tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Regh = 6.(  Ren đƣợc tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: Ren = ⇒ Regh < Re < Ren (khu vực độ) 102 ⇒ Hệ số ma sát λ đƣợc 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 90 Van cửa ⇒ ξ = 7,5 ⇒ Tổng tổn thất đƣờng ống: h1-2 = ( + ξ) = ( + ) = 0,32 m 103 o ⇒ Cột áp bơm: H = (z2 – z1) + + h1-2 = (3,5 -2) + 0,32= 1,82m ⇒N= 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 - Đƣờng kính cửa sửa chữa D = 500 mm - Cửa đƣợc bố trí cho mép dƣới cao mặt thoáng dung dịch buồng bốc để chất lỏng khơng chảy ngồi Chọn khoảng cách từ mép dƣới 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 104 Đƣờng kính quan sát D = 230mm Kính đƣợc bố trí cho mực chất lỏng đƣợc nhìn thấy Do đó, có kính o giống bên buồng bốc, tạo thành 180 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 thƣớc thiết bị mức độ vừa phải - Kết cấu thiết bị đơn giản Vì nhìn chung hệ thống phù hợp với quy mô vừa nhỏ 105 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 trình thiết bị cơng nghệ hóa tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [3] Phạm Văn Bôn, Quá 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 mơn Máy thiết bị, Bảng tra cứu Qúa trình học – Truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG TPHCM, 2009 106 [9] Sách Quá trình thiết bị Truyền Nhiệt , Khoa máy thiết bị hóa học, Trƣờng ĐHCN TPHCM,2011 107 ... 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 hƣớng dẫn: MSSV: Lớp: CDHO13 Khóa :... lý thiết bị cô đặc 13 IV THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG PHƢƠNG PHÁP NHIỆT Phân loại ứng dụng 1.1.Theo cấu tạo - Nhóm 1: dung dịch đối lƣu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) Thiết bị đặc nhóm đặc dung dịch. .. thiết bị gia nhiệt: o tvào = 30 C o tra = tsdd(po) = 116,86 C ⇒ ⇒ Nhiệt độ dung dịch NaOH 12 % vào thiết bị cô đặc tđ = 116,86 oC Nhiệt độ dung dịch NaOH 48 % đáy thiết bị cô đặc là: tc = tsdd(po)