Chương 1 Tổng quan 1.1 Giới thiê ̣u chung về nguyên liê ̣u CaCl2 Canxi clorua (CaCl2) là một hợp chất ion canxi gồm các yếu tố (một kim loại kiềm thổ) và clo. Nó là một, không màu không mùi, nontoxic giải pháp, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau và các ứng dụng trên thế giới. Canxi clorua (CaCl2), ở dạng lỏng, là một giải pháp hút ẩm cao hòa tan được cũng tỏa nhiệt. Khả năng của nó để vẽ ở độ ẩm từ môi trường xung quanh mình, chống lại sự bốc hơi, và nhiệt phát hành trong một phản ứng hóa học làm cho nó chất hoàn hảo cho việc xây dựng và bảo trì đường bộ, bao gồm cả băng và kiểm soát bụi và ổn định cơ bản.
Ứng dụng của Calcium Chloride: •Cơ sở ổn định cho xây dựng đường •Freeze-hiê ̣u đinh cát để áp dụng đường mùa đông •Nước thải tinh chế viện trợ, flocculent, bãi bỏ các phốt phát và fluorides • Bơm vữa đại lý cho các mỏ và giếng dầu • Môi trường phụ gia cho xi măng lò nung • Nitơ ức chế cho các nhà máy phân bón •Muối thay thế trong thức ăn động vật (như là một bổ sung cho thiếu hụt canxi) • Phân bón hữu cơ canxi •Lạnh chất lỏng •Lỏng kiểm soát mùi •Điều chỉnh độ pH đất •Chất chống đông cho xe vui chơi giải trí, quăn & rinks trượt băng và nhiều hơn nữa 1.2 Định nghĩa cô đặc Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch gồm 2 hai nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh 1 Tieu luan lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn); đó là các quá trình vật lý – hoá lý. Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh.3 Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng. Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.
Tuỳ tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh.4 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc.
Tách không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.5 Ứng dụng của sự cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl 2, các muối vô cơ… Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn. Mặc dù cô đặc chỉ là 2 Tieu luan một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao.
Phân loại và ứng dụng Theo cấu tạo - Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm: Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặc ngoài. Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc) - Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức).
Thiết bị cô đặc nhóm này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt.Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm: Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài. Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài. -Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng.
Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép. Bao gồm: Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ. Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.
Theo phương thức thực hiện quá trình 3 Tieu luan - Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi; thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất. - Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không.Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục. - Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi.
Người ta có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp; đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế. - Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể được điều khiển tự động nhưng hiện chưa có cảm biến đủ tin cậy. Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài, có hoặc không có ống tuần hoàn.
Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc - Thiết bị chính: Ống nhập liệu, ống tháo liệu Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng - Thiết bị phụ: Bể chứa nguyên liệu Bể chứa sản phẩm Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ baromet Bơm tháo liệu Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ 4 Tieu luan Bơm chân không Các van Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất… Chương 2 Sơ đồ PFD 2.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc 1 nồi CaCl2 V-103 E-101 P-102 A/B V-101 V-102 E-102 E-103 P-101 A/B P-103 E-104 Thiết bị gia T-101 Bơm sản Evaporato Bồn chứa Bồn chứa Bồn chứa hơi Thiết bị ngưng thiết bị làm Bơm nhập liệu Bơm chân Thiết bị thu nhiệt Thiết bị cô đặc phẩm vào Thiết bị cô đặc nguyên liệu sản phẩm ngưng tụ tụ baromet nguội sản phẩm vào thiết bị gia không hồi bọt thiết bị làm LEGEND/CHÚ THÍCH nhiệt nguội Áp suất (at) Nhiệt độ o ( C) Lưu lượng (kg/h) 1 Stream 30 number 50473,06 E-104 10 Bộ điều TC khiển nhiệt độ 0,626 86,5 TT Bộ hiển thị nhiệt độ 1326,32 TC TT 3 Bộ điều TC TT LC khiển mực 2 chất lỏng 119,6 29.5 E-102 LT Bộ hiển thị mực chất FT FC lps lỏng 1 8 1 30 94,5 Bộ điều 2400 V-28 2400 Evaporato khiển lưu FC lượng chất lỏng 2 LT 2 Bộ hiển thị 119,6 FT lưu lượng 2034,97 chất lỏng lps 9 E-18 1 E-101 T-101 45 1326,32 4 0,758 1 104,42 LC 1073,6 1 Dung dịch CaCl2 30 1 17% 30 1073,6 349,62 CW 7 5 6 V-103 P-103 V-102 V-101 E-103 P-102 A/B P-101 A/B Nước Dòng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Dung dịch CaCl2 Thông tin Ký hiệu 38% THỰC HÀNH TÍNH TOÁN HÊ THỐNG VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔNG NGHÊ HÓA Nhiệt độ 30 94.6 30 30 KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC HỌC BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ Áp suất at 1 1 0.758 1 1 2 1 1 HÓA HỌC Bản vẽ PFD quá trình cô đặc dung dịch CaCl2 với năng suất theo nhập liệu 2400kg/h Lưu lượngkg/h 2400 2400 1326.06 Người vẽ :Hồ Dương Phụng SIZE FSCM NO DWG NO REV Nồng độ % 17 17 38 38 Người duyệt : Nguyễn Minh Tiến A1 SCALE 23/08/2021 1:1 2021-PFD-CD-01 SHEET 1 OF 1 01 5 Tieu luan 2.2 Thuyết minh quy trình Nguyên liệu ban đầu là dung dịch CaCl 2 có nồng độ 17%. Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm dung dịch chảy qua lưu lượng kế rồi đi vào thiết bị gia nhiệt và được đun nóng đến nhiệt độ sôi. Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, bên trong gồm nhiều ống nhỏ được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều.
Các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân. Nguồn nhiệt là hơi nước bão hoà có áp suất 2 at đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch đi từ dưới lên ở bên trong ống. Hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi.
Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài. Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc: Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm.