TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC BA NỒI CHO DUNG DỊCH NAOH TỪ NỒNG ĐỘ BAN ĐẦU 10% TỚI NỒNG ĐỘ CUỐI 45%. NĂNG SUẤT 5000 KG/GIỜ (tính theo nguyên liệu vào) GVHD: TS. Lê Đức Trung Lớp: Sinh viên thực hiện: MSSV Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 12/2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ và tên nhóm sinh viên: Ngành: Công nghệ thực phẩm Tên đồ án: Thiết kế thiết bị cô đặc ba nồi cho dung dịch NaOH từ nồng độ ban đầu 10% cho đến nồng độ cuối 45% khối lượng.
Năng suất thiết bị 5000 kg/giờ tính theo nguyên liệu đầu vào. Các số liệu ban đầu: - Năng suất tính theo dung dịch đầu: 5000 kg/giờ - Nồng độ đầu của dung dịch: 10% (theo phần trăm khối lượng) - Nồng độ cuối của sản phẩm: 45% (theo phần trăm khối lượng) - Các thông số khác tự chọn 2. Các bản vẽ - 01 bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ trên khổ A1 - 01 bản vẽ chi tiết thiết bị thiết kế trên khổ A1 3. Ngày giao nhiệm vụ: 23/9/2019 4.
Ngày hoàn thành khóa luận: 30/12/2019 5. Họ tên người hướng dẫn: TS. Lê Đức Trung NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN. Điểm Tp HCM, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn HỘI ĐỒNG BẢO VỆ, NHẬN XÉT.
Điểm Tp HCM, ngày tháng năm Hội đồng bảo vệ MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. 7 LỜI MỞ ẦU. 8 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN.1 ính chất nguyên liệu .1 ính chất vật lý của NaOH .2 ính chất hóa học .3 iều chế và ứng dụng của NaOH .2 Quá trình cô đặc .2 Các phƣơng pháp cô đặc .3 Bản chất của sự cô đặc .4 Phân loại thiết bị cô đặc .5 Ứng dụng của cô đặc. 13 CHƢƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.1 Cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ .2 Sơ đồ quy trình công nghệ.
16 CHƢƠNG 3 CÂN BẰNG VẬT CHẤ V NĂNG LƢỢNG .1 Dữ kiện ban đầu .2 Cân bằng vật chất .1 ổng lƣợng hơi thứ bốc lên .2 Nồng độ cuối của dung dịch .3 Nhiệt độ và áp suất của nồi .4 Nhiệt độ tổn thất do nồng độ .5 Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh .6 Nhiệt độ tổn thất do đƣờng ống .7 Nhiệt độ tổn thất của cả hệ thống .8 Diện tích trao đổi nhiệt có ích của từng nồi và của cả hệ thống .3 Cân bằng nhiệt lƣợng .1 Nhiệt dung riêng .2 Cân bằng nhiệt lƣợng. 25 CHƢƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH .1 ính bề mặt truyền nhiệt .2 Hệ số truyền nhiệt (I) .3 Hệ số cấp nhiệt .4 Hệ số truyền nhiệt.2 ính buồng đốt .1 ính số ống truyền nhiệt .2 ƣờng kính buồng đốt .3 ính bề dày của thân buồng đốt .4 ính bề dày của vỉ ống .5 ính bề dày của đáy buồng đốt .6 Chiều cao buồng đốt .7 Khoảng trống vành khăn .3 ính buồng bốc .1 ƣờng kính của buồng bốc .2 Chiều cao của buồng bốc .3 Bề dày của thân buồng bốc .4 Bề dày nắp buồng bốc .5 Bề dày của đáy buồng bốc .6 Cửa sửa chữa và vệ sinh .4 Tính đƣờng kính ống dẫn .1 ƣờng kính ống dẫn hơi đốt .2 ƣờng kính ống dẫn hơi thứ .3 ƣờng kính ống dẫn dung dịch .4 ƣờng kính ống dẫn nƣớc ngƣng .5 ính bề dày lớp cách nhiệt .1 Cách nhiệt cho ống dẫn .2 Cách nhiệt cho thân hình trụ .6 ính toán mặt bích .1 Mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp .2 Mặt bích nối thành thiết bị với ống dẫn .7 Tính tai treo .9 ổng kết các thông số kích thƣớc thiết bị chính. 56 CHƢƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ .1 ính thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu .1 Dữ kiện đã chọn ban đầu .2 ính lƣợng hơi đốt cần dùng .2 hiết bị ngƣng tụ .1 Lƣợng nƣớc lạnh cần tƣới vào thiết bị ngƣng tụ .2 hể tích không khí và khí không ngƣng cần hút ra khỏi thiết bị ngƣng tụ baromet .3 Các kích thƣớc chủ yếu của thiết bị ngƣng tụ Baromet .1 ƣờng kính trong của thiết bị ngƣng tụ Baromet .2 Kích thƣớc tấm ngăn .3 Chiều cao thiết bị ngƣng tụ .4 Kích thƣớc ống Baromet .1 Bơm ly tâm để bơm nƣớc lên thiết bị .2 ính bơm chân không cho thiết bị ngƣng tụ .3 Bơm dung dịch đầu vào thùng cao vị .5 ổng kết kích thƣớc của các thiết bị phụ. 72 CHƢƠNG 6 KÊT LUẬN.
73 Tài liệu Tham khảo. 74 DANH MỤC HÌNH HÌNH 2. SƠ Ồ CÔ ẶC NHIỀU NỒI NGƢỢC CHIỀU. SƠ Ồ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.
HÌNH MẶT BÍCH NỐI THÂN THIẾT BỊ VỚI ÁY V NẮP. HÌNH MẶT BÍCH NỐI THÀNH THIẾT BỊ VỚI ỐNG DẪN. 53 DANH MỤC BẢNG BẢNG 1. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NAOH.
ÁP SUẤT, NHIỆ Ộ CỦA HƠI Ố V HƠI HỨ Ở MỖI NỒI [4]. TỔN THẤT NHIỆ Ộ DO NỒNG Ộ. TỔN THẤT NHIỆ Ộ DO ÁP SUẤT THỦY ĨNH. HIỆU SỐ NHIỆ Ộ CÓ ÍCH CỦA TỪNG NỒI.
Ộ CHÊNH LỆCH LƢỢNG HƠI HỨ. BẢNG GIÁ TRỊ A. BẢNG TỔNG KẾT TÍNH Ψ TẠI CÁC NỒI. BẢNG KẾT QUẢ Q2 VÀ QTB.
BẢNG KẾT QUẢ H. SAI SỐ NHIỆ Ộ HỮU ÍCH. VẬN TỐC HƠI HỨ VÀ VẬN TỐC LẮNG. SỐ LIỆU ỐNG DẪN HƠI ỐT.
SỐ LIỆU ỐNG DẪN HƠI HỨ. SỐ LIỆU ỐNG DẪN DUNG DỊCH VÀO. THÔNG SỐ BÍCH NỐI THÂN THIẾT BỊ VỚI NẮP. THÔNG SỐ MẶT BÍCH ỐNG DẪN.
BẢNG TỔNG KẾ CÁC THÔNG SỐ KÍCH HƢỚC THIẾT BỊ CHÍNH. THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ NGƢNG Ụ BAROMET. BẢNG KÍCH HƢỚC CÁC THIẾT BỊ PHỤ. 72 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT S : Bề dày vật liệu, m λ : Hệ số dẫn nhiệt, W/(m.K) 2 α : Hệ số tỏa nhiệt, W/(m .K) 3 ρ : Khối lượng riêng, kg/m C : Nhiệt dung riêng, J/(kg.K) M : Khối lượng riêng, kg Q : Nhiệt lượng, J Re : Chuẩn số Reynolds P : Áp suất, at o t : Nhiệt độ, C H : Chiều cao, m r : Ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg Ψ : Hệ số hiệu chỉnh 2 F : Diện tích bề mặt, m d : Đường kính, m 2 δ : Ứng suất, N/m 7 LỜI MỞ ẦU Đồ án Quá trình & Thiết bị là cơ hội tốt cho sinh viên khoa Hóa học và thực phẩm nắm vững kiến thức đã học, tiếp cận với thực tế thông qua việc tính toán, lựa chọn quy trình & các thiết bị với số liệu cụ thể.
Đây là cơ sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nghệ và giải quyết những vấn đề kỹ thuật tổng hợp một cách nhanh chóng, phục vụ cho công việc sau này. Công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu về hóa chất ngày càng tăng. Do đó ngành công nghiệp hóa chất cơ bản cũng phát triển không ngừng, nhu cầu về sản phẩm ngày càng phong phú. Trên cơ sở đó, quy trình sản xuất luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn.
Vấn đề đặt ra là việc sử dụng hiệu quả năng lượng cho quá trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo năng suất. Để sản xuất NaOH dạng rắn hay dạng dung dịch có nồng độ cao cần tiêu hao nhiều năng lượng cho quá trình cô đặc (bốc hơi nước, tăng nồng độ dung dịch). Việc tiết kiệm năng lượng cho quá trình này được quan tâm hàng đầu. Với mục tiêu đó, đồ án này thực hiện thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaOH ba nồi ngược chiều.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đức Trung đã chỉ dẫn tận tình trong quá trình em thực hiện đồ án. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khác trong bộ môn cũng như các bạn đã giúp đỡ, cho em những ý kiến tư vấn bổ ích trong quá trình hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp nên trong đồ án còn khá nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp chỉ dẫn của quý thầy cô và các bạn. 8 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính chất nguyên liệu 1.1 Tính chất vật lý của NaOH Natri hyđroxit hay hyđroxit natri hay thường được gọi là xút hoặc xút ăn da là một chất o rắn không màu, tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt.
Nhiệt độ nóng chảy của NaOH ở 318 C (519K) và sôi ở 1390°C (1663K) dưới áp suất khí quyển. Tuy nhiên, ở mỗi nồng độ NaOH khác nhau, thì nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi sẽ khác nhau. Chẳng hạn như dung dịch o o o NaOH 10% sẽ sôi ở 105 C (221F), NaOH 30% sôi ở 115 C (239F), NaOH 50% sôi ở 140 C (284F). Và độ nhớt của dung dịch cũng sẽ thay đổi khi ở các nồng độ khác nhau.
Tại nhiệt độ 0 25 C dung dịch NaOH có độ nhớt động lực là 1,45Cp. o NaOH tan tốt trong nước (1110 g/l ở 20 C) và sự hoà tan toả nhiệt mạnh. NaOH ít tan hơn trong các dung môi hữu cơ như metanol, etanol …. Natri hydroxit tạo thành dung dịch bazơ mạnh khi hòa tan trong dung môi nước.
Dung dịch NaOH có tính nhờn, làm bục vải, giấy và ăn mòn da. Một số tính chất vật lý của NaOH Công thức hóa học NaOH Hình dạng bên ngoài Chất rắn không màu Khối lượng mol 39,9971 g/mol Khối lượng riêng 2,1 g/cm³ Độ bazơ (pKb) -2.2 Tính chất hóa học NaOH là một dung dịch kiềm mạnh, tan nhiều trong nước nên nó mang đầy đủ các tính chất hóa học của một bazơ tan. Đổi màu chất chỉ thị: Dung dịch NaOH làm quỳ tím đổi màu thành màu xanh, làm phenolphalein không màu chuyển sang màu đỏ. 9 Tác dụng với axit: NaOH tác dụng với axit tạo thành muối và H2O (phản ứng trung hòa).
NaOH + HCl NaCl + H2O Tác dụng với oxit axit: Tác dụng với oxit axit tạo thành muối và H2O. 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O Tác dụng với dung dịch muối: Dung dịch NaOH tác dụng với muối tan được, tạo thành muối mới và bazơ mới. CuSO4 + NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4 1.3 Điều chế và ứng dụng của NaOH Điều chế NaOH: NaOH được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch NaCl bão hòa. Thùng điện phân có màng ngăn giữa cực âm và cực dương.
Người ta thu được khí H2 ở cực âm, khí Cl ở cực dương và dung dịch NaOH ở trong thùng điện phân. Phương trình điện phân dung dịch NaCl: điện phân có màng ngăn 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 Ứng dụng của NaOH: NaOH là một hóa chất quan trọng, vì vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và nhiều ngành công nghiệp.