SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh TRƯỜNG ĐẠI HOC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NaCl HAI NỒI NGƯỢC CHIỀU BUỒNG ĐỐT TREO NĂNG SUẤT 10 TẤN/GIỜ GVHD :TS. Lê Thanh Thanh Lớp : DH11H1 SVTH : Huỳnh Minh Tuân Dương Hoàng Tuấn Nguyễn Bình Xuyên Vũng Tàu, tháng 4 năm 2014 SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc o0o NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ và tên sinh viên : Huỳnh Minh Tuân Dương Hoàng Tuấn Nguyễn Bình Xuyên Lớp: DH11H1 Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học 1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc NaCl hai nồi ngược chiều, buồng đốt treo năng suất 10 (tấn/h). 2. Các số liệu ban đầu: Năng suất nhập liệu : 10 tấn/h Nồng độ đầu : 10% Nồng độ cuối : 40% Áp suất hơi đốt nồi 1 : 4 at Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng tụ : 0,25 at 3. Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Thanh Thanh 4. Ngày giao nhiệm vụ: 5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng năm 2014 TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… Vũng Tàu, ngày tháng năm 2014 Người nhận xét SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… Vũng Tàu, ngày tháng năm 2014 Người nhận xét SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………… 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC NaCl…………… 2 1.1. Giới thiệu chung 2 1.2. Nguyên liệu 2 1.2.1. Tính chất vật lí 2 1.2.2. Ứng dụng 2 1.3. Những biến đổi trong quá trình cô đặc 2 1.4. Cô đặc 3 1.4.1. Định nghĩa 3 1.4.2. Các phương pháp cô đặc 3 1.4.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 4 1.4.4. Phân loại 4 1.4.5. Hệ thống cô đặc nhiều nồi 5 1.6. Các thiết bị và chi tiết 6 1.7. Yêu cầu thiết bị và năng lượng 6 1.5. Lựa chọn phương án thiết kế 7 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ……………………………… 8 CHƯƠNG 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.1. Dữ kiện đầu 10 3.2. Cân bằng vật chất 10 3.2.1. Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch thay đổi từ x đ đến x c 10 3.2.2. Xác định nồng độ cuối của dung dịch ở từng nồi 10 3.3. Cân bằng năng lượng 11 3.3.1. Xác định áp suất và nhiệt độ 11 a. Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc 11 b. Xác định nhiệt độ trong các nồi 11 3.3.2. Các tổn thất nhiệt độ 12 SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh a. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra () 12 b. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tỉnh ( 13 c. Tổn thất nhiệt độ do đường ống () 15 d. Tổn thất do toàn bộ hệ thống () 15 e. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn bộ hệ thống 15 f. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi 15 g. Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi 16 3.4. Cân bằng nhiệt lượng 16 3.4.1. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi 16 3.4.2. Nhiệt lượng riêng 17 3.4.3. Kiểm tra lại lượng phân bố hơi thứ ở các nồi 18 3.5. Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng 18 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT 4.1.Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 20 4.1.1.Tính nhiệt lượng đo hơi đốt cung cấp 20 4.1.2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi 20 4.2. Diện tịch bề mặt truyền nhiệt 28 4.2.1. Hiệu số hữu ích của mỗi nồi 28 4.2.2. Diện tích bề mặt truyền nhiệt mỗi nồi 28 CHƯƠNG 5 : TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 5.1 Buồng đốt 30 5.1.1 Tính số ống truyền nhiệt 30 5.1.2 Đường kính buồng đốt 30 5.1.3. Bề dày của buồng đốt 30 5.1.4 Bề dày đáy buồng đốt 33 5.1.5 Bề dày của vĩ ống 25 5.2 Buồng bốc 35 SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh 5.2.1 Đường kính đường bốc 35 5.2.2 Chiều cao buồng bốc 36 5.2.3 Bề dày thành buồng bốc 37 5.2.4 Nắp của buồng bốc 39 5.3. Đường kính các ống dẫn 41 5.3.1. Đường kính ống dẫn hơi đốt 41 5.3.2. Đường kính ống dẫn hơi thứ 41 5.3.3. Đường kính ống dẫn dung dịch 42 5.3.4 Đường kính ống tháo nước ngưng 44 CHƯƠNG 6 : TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 6.1. Bề dày của lớp cách nhiệt 46 6.1.1. Tính bề dày lớp cách nhiệt ống dẫn 46 a. Ống dẫn hơi đốt 46 b. Ống dẫn hơi thứ 47 c. Ống dẫn dung dịch 47 6.1.2. Bề dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị 48 6.2. Chọn mặt bích 49 6.3. Tính vĩ ống 50 6.4. Tai treo giá đỡ 51 CHƯƠNG 7: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 7.1. Cân bằng vật liệu 7.1.1. Lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ 7.1.2. Thể tích khí không ngưng và không khí được rút ra khỏi thiết bị SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh 7.2. Kích thước thiết bị ngưng tụ . 7.2.1. Đường kính thiết bị ngưng tụ 7.2.2. Kích thước tấm ngăn 7.2.3. Chiều cao thiết bị ngưng tụ 7.2.4. Tính kích thước thiết bị barômét 7.3. Chọn bơm 7.3.1. Bơm chân không 7.3.2. Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ 7.3.3. Bơm dung dịch vào nồi 7.3.4. Bơm dung dịch từ nồi 2 sang nồi 1 7.4. Tính bồn cao vị SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh LỜI MỞ ĐẦU Trong công nghiệp sản xuất hóa chất vấn đề thiết kế và chế tạo các thiết bị phục vụ cho công nghiệp hóa học là yêu cầu cần thiết đối với các sinh viên khối kỹ thuật hóa chất. Từ chọn vật liệu đến kích thước của các thiết bị, phương án thiết kế…Tất cả đều nhằm mục đích tìm được điều kiện tối ưu và thích hợp nhất để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, có hiệu quả kinh tế. Ngày nay, sự phát triển của công nghiệp hóa chất ngày càng mạnh. Vì thế, nhu cầu sử dụng các loại hợp chất tinh khiết và có nồng độ theo ý muốn là không thể thiếu. Các phương pháp thường được sử dụng là: chưng cất, trích ly, cô đặc,….Tùy vào đặc tính của hợp chất và mục đích sử dụng mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp. Đối với NaCl ta dùng phương pháp cô đặc để thu được NaCl có nồng độ và độ tinh khiết cao. Đồ án môn học “Các Quá Trình và Thiết bị” là một đồ án mang tính tổng hợp giúp sinh viên tiếp cận với các quá trình tính toán công nghệ và vận dụng những kiến thức đã học từ các môn như: truyền nhiệt, truyền khối, các quá trình thiết bị và cơ học. Từ công đoạn chọn vật liệu chế tạo đến các phần tình toán thiết bị chính và phụ. Cụ thể phần tính toán chi tiết sẽ được trình bày ở phần nội dung công nghệ. Đồ án môn học Trang 9 SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC NATRICLORUA (NaCl) 1.1. Giới thiệu chung Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của các ngành công nghiệp thì nhu cầu sử dụng hóa chất ngày càng tăng. Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaCl. Trong sản xuất NaCl, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó đưa dung dịch lên nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, độ tinh khiết cao và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần 1.2. Nguyên liệu 1.2.1. Tính chất vật lí [1,4] - NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành ion. - Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày. - Khối lượng riêng dung dịch 10%: 1073 kg/m 3 . - Độ nhớt : 1,07.10 -3 Ns/m 2 , ở 20 o C (dung dịch 10%). - Độ hòa tan ở 60 0 C: 21,7%, ở 20 0 C: 26,3%. - Nguyên liệu đem đi cô đặc : NaCl 10% với dung môi nước. 1.2.2. Ứng dụng [2] - Ngoài công dụng làm gia vị trong nấu ăn, muối ăn còn có nhiều ứng dụng khác từ sản xuất bột giấy cho đến cố định thuốc nhuộm trong công nghiệp dệt may và sản xuất vải, sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa. - NaCl là nguyên liệu để điều chế Na, Cl 2 , HCl, NaOH và hầu hết các hợp chất khác của natri. - Muối natri có tính hút ẩm, do đó được sử dụng để bảo quản thực phẩm, nó làm tăng áp suất thẩm thấu dẫn đến làm cho vi khuẩn mất nước và chết. 1.3. Những biến đổi trong quá trình cô đặc [1,4] - Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng. Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi. Đồ án môn học Trang 10 [...]... theo - Tổn thất năng lương do thoát nhiệt nhỏ nhất - Thao tác đơn giản, tự động hóa dể dàng 1.7 Lựa chọn phương án thiết kế [3,149] Theo tính chất nguyên liệu, cũng như những ưu điểm của dạng thiết bị nói trên đối với đề tài thiết kế hê thống cô đặc NaCl hai nồi ngược chiều buồng đốt treo nên chúng tôi chọn thiết bị cô đặc hai nồi ngược chiều, buồng đốt treo Ưu điểm: - Khi cô đặc ngược chiều thì dung... nhiệt Gồm: - Thiết bị có buồng đốt trong (đồng trục bốc): có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài - Thiết bị có buồng đốt ngoài (không đồng trục bốc) ∗ Dung dịch đối lưu cưỡng bức: Thiết bị dạng này được dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn hay kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồm: - Thiết bị cô đặc có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài - Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài, ống... không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế Trong thực tế khi cần cô đặc một dung dịch từ nồng độ khá loãng lên nồng độ khá đặc thì người ta thường dùng các hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều hay ngược chiều -Hệ thống cô đặc xuôi chiều thích hợp để cô đặc các dung dịch chất tan dể biến tính vì nhiệt độ cao... Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được không cao - Cô đặc áp suất chân không (thiết bị kín): dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100 C, áp suất chân không, dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục Cô. .. tục Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi thấp, dể bị phân hủy vì nhiệt 0 - Cô đặc ở áp suất dư dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác 1.4.5 Hệ thống cô đặc nhiều nồi Cô đặc nhiều nồi: là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không... dung dịch ra khỏi nồi 1:[6,57] xc1 = = = 40% - Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2:[6,57] xc2 = = = 16% Trong đó: xc1, xc2: nồng độ cuối của dung dịch ở nồi 1 và nồi 2 (%kl); W1, W2: lượng hơi thứ thoát ra từ nồi 1 và nồi 2 (kg/h); 3.3 Cân bằng năng lượng 3.3.1 Xác định áp suất và nhiệt độ a Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc Gọi: P1, P2, Pnt là áp suất ở nồi 1, nồi 2 và trong thiết bị ngưng... nước trái cây, thực phẩm,… - Hệ thống cô đặc ngược chiều thích hợp cho cô đặc các dung dịch vô cơ không bị biến tính vì nhiệt độ cao 1.5 Các thiết bị và chi tiết Đồ án môn học Trang 13 SVTH: Nhóm ∗ GVHD: T.S Lê Thanh Thanh Thiết bị chính: - Ống truyền nhiệt - Buồng đốt, buồng bốc, đáy và nắp - Ống: hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng, dẫn dung dịch, - Tai treo ∗ Thiết bị phụ: - Bể chứa sản phẩm,... (at); : hiệu số áp suất cho cả hệ thống cô đặc (at); : hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2 (at); : hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ (at); Ta có: = P1 - Pnt = 4 – 0,25 = 3,75 (at) Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là: = 1,5 Kết hợp với phương trình: = + = 3,75 Suy ra: = 2,25 (at) = 1,5 (at) P2 = P1 - = 4 – 2,25 = 1,75 (at) b Xác định nhiệt độ trong các nồi Gọi: thd1, thd2,... nhiệt Hơi thứ và khí không ngưng ở nồi 1 được dẫn vào buồng đốt ở nồi 2 Quá trình cô đặc diễn ra như ở nồi 2 Dung dịch sau khi ra khỏi nồi 1 có nồng độ theo yêu cầu là 40%, ra ngoài và dẫn vào bể chứa sản phẩm (11) - Hơi thứ của nồi 1 sẽ được đưa vào nồi 2 Còn hơi thứ và khí không ngưng ở nồi 2 sẽ được hút vào thiết bị ngưng tụ baromet (7) Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp... cao nhất sẽ đi vào nồi đầu, ở đây nhiệt độ lớn hơn nên độ nhớt không tăng mấy Kết quả là hệ số truyền nhiệt trong các nồi hầu như không giảm đi mấy Đồ án môn học Trang 14 SVTH: Nhóm GVHD: T.S Lê Thanh Thanh - Lượng nước bốc hơi ở nồi cuối nhỏ dẫn đến lượng nước làm ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ sẽ nhỏ hơn - Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi cuối ít hơn so với cô đặc hai nồi xuôi chiều nên thiết bị ngưng tụ . nói trên đối với đề tài thiết kế hê thống cô đặc NaCl hai nồi ngược chiều buồng đốt treo nên chúng tôi chọn thiết bị cô đặc hai nồi ngược chiều, buồng đốt treo. Ưu điểm: - Khi cô đặc ngược chiều. VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NaCl HAI NỒI NGƯỢC CHIỀU BUỒNG ĐỐT TREO NĂNG SUẤT 10 TẤN/GIỜ GVHD :TS. Lê Thanh. NaCl hai nồi ngược chiều, buồng đốt treo năng suất 10 (tấn/ h). 2. Các số liệu ban đầu: Năng suất nhập liệu : 10 tấn/ h Nồng độ đầu : 10% Nồng độ cuối : 40% Áp suất hơi đốt nồi 1 : 4 at Áp suất hơi