Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch xút một nồi liên tục năng suất 4 tấn-h
GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành MỤC LỤC Trang PHAÀN I: GIỚI THIỆU I.1/ Đặt vấn đề: I.2/ Mục đích đồ án: I.3/ Đối tượng: I.4/ Nội dung: PHAÀN II: SƠ LƯỢC VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ II.1/ Giới thiệu về cô đặc: II.2/ Nguyên tắc hoạt động của hệ thống: II.3/ Bảng tổng kết các thông số công nghệ: PHAÀN III: KHẢO SÁT ĐỐI TƯỢNG CÔNG NGHỆ III.1/ Xác định nhiệm vụ điều khiển: III.2/ Chọn lựa các thông số điều khiển: III.2.1/ Các yếu tố ảnh hưởng đến diễn biến của quá trình cô đặc: Xét lưu lượng dòng nhập liệu: Xét nồng độ dòng nhập liệu: Xét đến nhiệt độ dòng nhập liệu: III.2.2/ Đại lượng cần điều chỉnh: Xét nồng độ sản phẩm : Xét mức dung dịch trong nồi: Xét nhiệt độ dòng nhập liệu: III.2.3/ Các thông số cần kiểm tra: III.2.4/ Các tác động điều chỉnh: PHAÀN IV: CHỌN LỰA KÊNH ĐIỀU CHỈNH PHAÀN V: CÁC KÊNH ĐIỀU CHỈNH V.1/ Hệ thống điều chỉnh tự động một vòng: V.2/ Lựa chọn thiết bị: V.2.1/Kênh 2: Aùp suất cô đặc Pc – Lưu lượng nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ Gnl: Kênh 3: Mức dung dịch trong nồi L – lưu lượng nhập liệu Gđ V.2.2/ Kênh 4 : Nhiệt độ dòng nhập liệu tđ – lưu lượng hơi đốt GD SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang1 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành PHAÀN VI: TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang2 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành PHAÀN V: GIỚI THIỆU SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang3 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành I.1/ Đặt vấn đề: Đồ án quá trình thiết bị đã làm trước đây là thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch xút một nồi liên tục năng suất 4 tấn/h. Nhưng trong thực tế khi vận hành, các quá trình diễn ra không ổn định do các yếu tố nhiễu như nhiệt độ dòng nhập liệu, nồng độ dòng nhập liệu, nhiệt độ của môi trường, hệ số truyền nhiệt K ,…, giá trị thông số công nghệ thực sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị tính tốn trong một khoảng nhỏ nào đó nhưng lại có ảnh hưởng lớn quá trình cô đặc. Cụ thể áp suất trong nồi cô đặc nếu không đạt 0.3 atm chỉ sai số khoảng 10% thì nhiệt độ sẽ không đạt dẫn đến dung dịch vào nồi không sôi, ta phải tốn thêm nhiệt lượng để cung cấp cho nồi đồng thời các thông số hóa lý của dung dịch, hơi đều thay đổi thì kết quả tính tốn sẽ không chính xác . Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm , làm phá vỡ cân bằng vật chất, năng lượng. Hoặc nồng độ dòng nhập liệu nếu không đạt 10 %kl như yêu cầu thì khi vào nồi cô đặc ta lại phải tốn năng lượng để dung dịch tiếp tục sôi đạt nồng độ mong muốn. Nếu không có sự kiểm tra, theo dõi, điều chỉnh mà quá trình lại xảy ra liên tục thì việc cần tăng năng lượng cung cấp, thời gian lưu của dung dịch, cũng như những thay đổi cần thiết để đáp ứng lại các yếu tố nhiễu trên thì quá trình sẽ không diễn ra như mong muốn, chất lượng sản phẩm không ổn định ảnh hưởng trực tiếp đến các khâu sau của quá trình sản xuất. Xuất phát từ mục tiêu đó, đồ án chuyên ngành đặt ra là phải đi sâu vào thông số công nghệ , tìm hiểu làm sao có thể ổn định được các thông số, điều chỉnh được chúng. Và trong thực tế tại các xí nghiệp hóa chất và thực phẩm Việt Nam vấn đề này lại rất bức thiết, đa phần các thiết bị máy móc được nhập từ nước ngồi có lắp các thiết bị điều chỉnh tự động, do đó đòi hỏi người kỹ sư hóa chất phải có kiến thức không những về quá trình thiết bị mà còn phải hiểu biết về tự động. Do đây là một lĩnh vực còn mới, và thời gian tìm hiểu có giới hạn cho nên mục đích tự động hóa tồn bộ hệ thống là không đạt được, em chỉ có thể tìm hiểu các thông số công nghệ, lựa chọn các kênh điều chỉnh để ổn định thông số công nghệ và kết quả đạt được chỉ xét về chất còn giá trị về lượng sẽ được tính tốn kỹ trong đề tài tốt nghiệp sắp tới của em. I.2/ Mục đích đồ án: Nghiên cứu khảo sát các thông số công nghệ của quá trình cô đặc. Thiết kế hệ thống điều khiển các đại lượng này. I.3/ Đối tượng: Thiết bị cô đặc xút: một nồi liên tục, làm việc trong điều kiện chân không, năng suất 4 tấn / giờ. SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang4 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành I.4/ Nội dung: Xác định nhiệm vụ điều khiển. Chọn lựa những đại lượng điều khiển, kiểm tra. Xác định những tác động điều chỉnh. Chọn lựa kênh điều chỉnh. Chọn lựa công cụ điều khiển và kiểm tra. Các bản vẽ yêu cầu: • Quy trình khảo sát và chọn lựa kênh điều chỉnh. • Sơ đồ điều khiển quá trình. SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang5 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành PHAÀN VI: SƠ LƯỢC VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang6 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành II.4/ Giới thiệu về cô đặc: Trong lĩnh vực hố chất và thực phẩm có nhiều phương pháp làm tăng nồng độ của một dung dịch như cô đặc, kết tinh, chưng cất, trích ly, … Dựa vào đặc tính hóa lý của từng loại dung dịch mà chúng ta lựa chọn phương pháp thích hợp, và đối với dung dịch xút người ta thường áp dụng phương pháp cô đặc. Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi, quá trình tiến hành ở trạng thái sôi. Có nhiều phương pháp cũng như loại thiết bị cô đặc , ở đây dung dịch xút nồng độ nhỏ hơn 40% khối lượng có độ nhớt nhỏ(không quá 8.10-3 Ns/m2) và không kết tinh nên ta dùng nồi cô đặc loại thẳng đứng, tuần hồn tự nhiên, buồng đốt trong, cô đặc ở áp suất chân không. II.5/ Nguyên tắc hoạt động của hệ thống: Dung dịch xút (10%kl,30 o C, 1atm) từ bồn chứa được bơm lên bồn cao vị( mặt thống cách mặt đất 3 m) . Từ đây dung dịch sẽ tự chảy qua thiết bị gia nhiệt để đạt đến nhiệt độ sôi 75 o C ở 0.3 atm, lưu chất cấp nhiệt là hơi nước bão hòa ở 3 atm. Dung dịch vào trong thiết bị(vận tốc khoảng 0.0036m 3 /s) được tiếp tục cấp nhiệt gián tiếp nhờ vào hơi nước bão hòa như trên để tiếp tục sôi, dung dịch sôi tuần hồn đối lưu tự nhiên trong ống truyền nhiệt và ống tuần hồn trung tâm tạo hỗn hợp lỏng hơi. Nhờ khoảng không gian hơi trong buồng bốc hỗn hợp được tách ra hai dòng lưu chất. Dòng lỏng tiếp tục sôi cho đến khi đạt (nồng độ 35%kl, 101 o C ở 0.344atm )sẽ được tháo ra ngồi nhờ bơm ly tâm với vận tốc khoảng 0.8 l/s. Còn dòng hơi thứ( ở 0.3 atm, 68.7 o C, 15m 3 /s)trong buồng bốc được dẫn đến thiết bị ngưng tụ baromet. Tại thiết bị này, hơi thứ được ngưng tụ thành nước theo ống baromet xả xuống bể cùng với dòng nước làm mát. Phần khí không ngưng và hơi nước chưa ngưng tụ được đưa qua bộ phận thu hồi bọt. Tại đây bơm chân không sẽ hút khí không ngưng ra ngồi, còn phần lỏng được dẫn về ống baromet. II.6/ Các giả thiết khi tính cân bằng vật chất và năng lượng: Hệ thống đang xét đã ổn định. Dung dịch vào nồi có nhiệt độ bằng nhiệt độ sôi trong nồi khi cô đặc. Nước ngưng ra khỏi thiết bị có nhiệt độ bằng nhiệt độ bằng nhiệt độ hơi bão hòa ở áp suất tương ứng. Sự truyền nhiệt là ổn định theo thời gian. Trong đồ án sử dụng thuyết bền và các điều kiện ổn định để tính tốn cơ khí cho thiết bị, sử dụng phương trình becnuli để tính, lựa chọn các thiết bị phụ SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang7 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành II.7/ Bảng tổng kết các thông số công nghệ: KẾT QUẢ TÍNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ Lưu chất Đại lượng Kí hiệu Đơn vị TBCĐ TBBaromet TBGN Thôn g số Giá trị Thông số Giá trị Thôn g số Giá trị Dung dịch vào Dung dịch Hơi thứ Dung dịch Lưu lượng G Kg/h 14000 10000 1400 0 Nồng độ x %kl 10 10 Aùpsuất p at 0.3 0.29 0.3 Nhiệt độ t 0 C 75 131.9 30 Ra Dung dịch Dung dịch Lưu lượng G Kg/h 4000 1400 0 Nồng độ x %kl 35 10 Nhiệt độ t 0 C 101 75 Chất thứ Ra Hơi thứ Không khí Lưư lượng G Kg/h 10000 101.232 Aùp suất p at 0.3 0.184 Nhiệt độ t 0 C 68.7 57.7 Tải Nhiệt Vào Hơi nước Nước Hơi đốt Lưu lượng G Kg/h 11961 178920 7872 7 Aùp suất p at 3 0.29 3 Nhiệt độ t 0 C 132.9 30 132. 9 Ra Nước Nước Nước Lưu lượng G Kg/h 11961 7872 7 Nhiệt độ t t 132.9 57.7 132. 9 KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ PHỤ STT Thiết bị Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Mức độ đun nóng P 0.73 Số bậc Hb 4 Số ngăn n 8 SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang8 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành Khoảng cách a tb mm 300 Đường kính trong Dt mm 1000 Vận tốc hơi w m/s 40 Chiều cao h mm 5680 Bề rộng tấm ngăn b mm 550 Chiều dày tấm ngăn δ mm 4 Đường kính lỗ d mm 5 Tổng diện tích lỗ f m 2 77.15 Gờ h g mm Đường kính ống d mm 200 Chiều cao ống H m 8 Vận tốc nước w n m/s 0.6 Chiều cao nước h m 7.5 2 Bồn cao vị Chiều cao h m 6 Đường kình ống d mm 54 Chiều dài ống l m 15 Vận tốc lưu chất v m/s 2 SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang9 GVHD: TS. Lê Phan Hoàng Chiêu Đồ án Chuyên ngành 3 Máy bơm C ộ C ô Ống dẫn V d ( m m ) l C h â n k h ô n g 7 . 5 B ơ m n ư ớ c 1 . 3 2 0 . 8 6 2 0 0 1 1 N h ậ p li ệ u 4 . 1 1 0 . 1 0 7 3 5 0 1 1 T h á o s ả n p h ẩ m 2 . 3 2 5 0 . 0 3 4 3 5 1 0 4 Ố n g d ẫ n d(mm) l(mm) v(m/s) SVTH: Huỳnh Thị Kim Hằng Trang10 [...]... hộp xiphơng có đặt lò xo hình trụ p kế xiphơng thường được sử dụng như áp kế đo áp suất dư, áp kế đo áp suất chân khơng hoặc được sử dụng như một áp kế đa năng – vừa đo áp suất dư vừa đo áp suất chân khơng Manomet loại này có cấp chính xác tới 1.0 ÷ 1.5 , còn áp kế chân khơng, áp kế áp suất dư và chân khơng có cấp chính xác tới 2.5 V.2.5/ Kênh 3: Mức dung dịch trong nồi L – lưu lượng nhập liệu Gđ Z Gđ... phẩm:xc p suất trong nồi: Pc Mức dung dịch trong nồi: L Nhiệt độ dòng nhập liệu vào nồi cơ đặc: tđ Xét nồng độ sản phẩm : Nồng độ sản phẩm chính là nồng độ mà ta muốn dung dịch phải đạt sau q trình cơ đặc , và ta cũng mong muốn nồng độ này ổn định trong suốt q trình, nếu có sự xáo trộn nồng độ này thì chất lượng xút sẽ khơng đạt u cầu cho các cơng đoạn sau Xét áp suất trong nồi : Q trình cơ đặc tiến... số có ảnh hưởng nhiều nhất đến áp suất trong nồi chính là lưu lượng dòng nước cấp cho thiết bị Baromet Các thơng số khác của q trình ngưng tụ như lưu lượng hơi hút ,vận tốc nước ngưng cũng có ảnh hưởng nhưng tác động khơng trực tiếp Mức dung dịch trong nồi L: Cũng như áp suất trong nồi , mức dung dịch trong nồi cũng cần phải được ổn định Mức dung dịch có liên quan đến nhiều yếu tố nhưng ta chọn thơng... các thơng số cơng nghệ của q trình được ổn định bằng hệ thống điều chỉnh tự động, để đơn giản ta dùng hệ thống một vòng: lấy tín hiệu tác động điều chỉnh để điều chỉnh thống số cần ổn định Có rất nhiều phương án để ổn định các thơng số đầu ra, ta có thể xét vài phương án sau: Phương án 1: STT 1 2 3 4 Thơng số cần ổn định Nồng độ sản phẩm xc p suất cơ đặc Pc Mức dung dịch trong nồi L Nhiệt độ dòng... mức dung dịch trong nồi, áp suất trong nồi, … Lưu lượng nước lạnh của thiết bị ngưng tụ: p suất trong nồi được duy trì chính là nhờ vào thiết bị ngưng tụ Baromet, lượng hơi thứ có được ngưng tụ hồn tồn hay khơng chính là nhờ vào lượng nước lạnh được cung cấp Do đó lưu lượng nước lạnh có ảnh hưởng nhiều nhất đến áp suất trong nồi Có nhiều thơng số tác động đến đại lượng này như áp suất, trong nồi, ... GVHD: TS Lê Phan Hồng Chiêu Đồ án Chun ngành lượng dòng nước cấp cho thiết bị Baromet Các thơng số khác của q trình ngưng tụ như lưu lượng hơi hút ,vận tốc nước ngưng cũng có ảnh hưởng nhưng tác động khơng trực tiếp Mức dung dịch trong nồi L: Cũng như áp suất trong nồi , mức dung dịch trong nồi cũng cần phải được ổn định Mức dung dịch có liên quan đến nhiều yếu tố nhưng ta chọn thơng số lưu lượng dòng... của thiết bị và ảnh hưởng đến khả năng ngưng tụ của thiết bị Baromet lúc ấy kéo theo độ chân khơng trong thiết bị sẽ khơng ổn định Nếu áp suất q cao ( chân khơng thấp ) thì khả năng bốc hơi của dung mơi sẽ giảm ảnh hưởng đến nồng độ sản phẩm và cũng ảnh hưởng đến tính bền của thiết bị Do đó ta phải ổn định thơng số này vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến q trình tách dung mơi Xét mức dung dịch trong nồi: ... hiệu đầu ra Trong hệ thống cơ đặc đang xét tín hiệu đầu ra y chính là các thơng số cần điều chỉnh ổn định: nồng độ sản phẩm, áp suất cơ đặc, mức dung dịch, nhiệt độ dòng nhập liệu Còn các tín hiệu đầu vào chính là các thơng số nhiễu đã xét ở trên Như đã phân tích ở phần trước ta chọn phương án 1 để điều chỉnh hệ thống cơ đặc, và do khơng xét các giá trị cụ thể cho nên việc lựa chọn các thiết bị trong... tránh ảnh hưởng chất lượng sản phẩm Do dung dịch xút khơng chịu ảnh hưởng nhiều từ thơng số nhiệt độ cho nên mục đích này là khơng quan trọng mà chủ yếu là để giảm được kích thước thiết bị Dù có tiến hành trong điều kiện nào thì áp suất trong nồi cũng phải được ổn định vì nó có ảnh hưởng đến nhiệt độ bốc hơi, ảnh hưởng đến khả năng tách dung mơi của dung dịch Nếu áp suất q thấp ( chân khơng cao ) thì... Hệ thống điều chỉnh tự động một vòng: Sơ đồ cấu trúc: Z x y ĐTĐK BPTH CBĐL xĐC TBĐC y u • ĐTĐK: đối tượng điều khiển • CBĐL: cảm biến đo lường • TBĐC: thiết bị điều chỉnh • BPTH: bộ phận thừa hành • • • • y: đại lượng điều chỉnh x: tác động điều chỉnh xDC: tín hiệu điều khiển u: giá trị chủ đạo Đối tượng điều khiển: Đây chính là một thiết bị cụ thể, một bồn chứa, một máy bơm, một tháp chưng cất, một . Đặt vấn đề: Đồ án quá trình thiết bị đã làm trước đây là thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch xút một nồi liên tục năng suất 4 tấn/h. Nhưng trong thực tế. thông số công nghệ của quá trình cô đặc. Thiết kế hệ thống điều khiển các đại lượng này. I.3/ Đối tượng: Thiết bị cô đặc xút: một nồi liên tục, làm