Tiểu luận về tính toán và thiết kế thiết bị cô đặc dung dịch CaCl2

• Tác giả: Hồ Dương Phụng
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Minh Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM
• Chuyên ngành: Máy Và Thiết Bị
• Đề tài: Tính Toán Và Thiết Kế Thiết Bị Cô Đặc Một Nồi Dung Dịch CaCl2
• Loại tài liệu: đồ án học phần
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về nguyên liệu CaCl2
• 1.2. Định nghĩa cô đặc
• 1.3. Các phương pháp cô đặc
• 1.4. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt
• 1.5. Ứng dụng của sự cô đặc
• 2. CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ PFD
• 2.1. Sơ đồ hệ thống cô đặc 1 nồi CaCl2
• 2.2. Thuyết minh quy trình
• 3. CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
• 3.1. Dữ kiện ban đầu
• 3.2. Cân bằng vật chất
• 3.2.1. Suất lượng tháo liệu (Gc)
• 3.2.2. Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W)
• 3.3. Tổn thất nhiệt độ
• 3.3.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng (Δ’)
• 3.3.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh (Δ’’)
• 3.3.3. Tổng tổn thất nhiệt độ
• 3.4. Nhiệt dung riêng của dung dịch CaCl2
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
• 4.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc
• 4.1.1. Hệ số cấp nhiệt của hơi đốt
• 4.1.2. Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng
• 4.1.2.1. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở tsdd(Ptb)
• 4.1.2.2. Hệ số cấp nhiệt của dung dịch
• 4.1.3. Nhiệt tải riêng phía dung dịch
• 4.1.4. Nhiệt tải riêng trung bình
• 4.1.5. Tổng trở vách
• 4.1.6. Hệ số truyền nhiệt tổng quát cho quá trình cô đặc
• 4.1.7. Diện tích bề mặt truyền nhiệt
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
• 5.1. Tính kích thước buồng bốc
• 5.1.1. Đường kính buồng bốc
• 5.1.2. Chiều cao buồng bốc (Hb)
• 5.2. Tính kích thước buồng đốt
• 5.2.1. Chọn kích thước ống truyền nhiệt
• 5.2.2. Số ống truyền nhiệt
• 5.2.3. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm
• 5.2.4. Chiều cao buồng đốt
• 5.2.5. Đường kính buồng đốt
• 5.3. Tính kích thước các ống dẫn
• 5.3.1. Ống nhập liệu
• 5.3.2. Ống tháo liệu
• 5.3.3. Ống dẫn hơi đốt
• 5.3.4. Ống dẫn nước ngưng
• 5.3.5. Ống dẫn hơi thứ
• 5.3.6. Ống dẫn khí không ngưng
• 6. CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ CỦA CÔ ĐẶC
• 6.1. Tính cho thiết bị buồng đốt
• 6.1.1. Sơ lược về cấu tạo
• 6.2. Tính cho buồng bốc
• 6.2.1. Sơ lược về cấu tạo
• 6.3. Tính cho đáy thiết bị
• 6.3.1. Sơ lược về cấu tạo
• 6.4. Tính toán cho nắp thiết bị
• 6.4.1. Sơ lược về cấu tạo
• 6.5. Tính mặt bích
• 6.5.1. Sơ lược về cấu tạo
• 6.5.2. Mặt bích nối buồng bốc và buồng đốt
• 6.5.3. Mặt bích nối buồng đốt và đáy
• 6.5.4. Mặt bích nối nắp và buồng bốc
• 6.6. Tính vỉ ống
• 6.6.1. Sơ lược về cấu tạo
• 6.6.2. Tính cho vỉ ống ở trên buồng đốt
• 6.6.3. Tính cho vỉ ống ở dưới buồng đốt
• 6.7. Khối lượng và tai treo
• 6.7.1. Phần hình nón cụt giữa buồng bốc và buồng đốt
• 6.7.2. Ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm
• 6.8. Bu lông và ren
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan

Trong phần này, dung dịch CaCl2 được giới thiệu như một hợp chất ion quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Thiết kế thiết bị cô đặc dung dịch CaCl2 không chỉ giúp nâng cao nồng độ mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất. Cô đặc là phương pháp chủ yếu để tách dung môi, thường được thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt độ và áp suất. Các phương pháp cô đặc như cô đặc áp suất thường và cô đặc chân không được phân tích, nhấn mạnh vào hiệu quả và ứng dụng của chúng trong ngành công nghiệp hóa chất. Việc cải thiện hiệu quả cô đặc là cần thiết để đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao.

1.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu CaCl2

Canxi clorua (CaCl2) là một hợp chất ion có nhiều ứng dụng trong xây dựng, xử lý nước thải và sản xuất thực phẩm. Tính chất CaCl2 cho phép nó hoạt động như một chất hút ẩm, giúp kiểm soát độ ẩm trong môi trường. Việc sử dụng CaCl2 trong các ứng dụng công nghiệp không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất. Các ứng dụng cụ thể bao gồm sử dụng trong xây dựng đường, làm chất phụ gia cho xi măng và trong sản xuất phân bón. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc thiết kế thiết bị cô đặc để tối ưu hóa quy trình sản xuất CaCl2.

1.2 Định nghĩa cô đặc

Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch bằng cách tách một phần dung môi. Quá trình này có thể được thực hiện thông qua các phương pháp như đun nóng hoặc làm lạnh. Quy trình cô đặc thường yêu cầu kiểm soát nhiệt độ và áp suất để đạt được hiệu quả tối ưu. Việc hiểu rõ về quy trình cô đặc là rất quan trọng trong việc thiết kế thiết bị, nhằm đảm bảo rằng thiết bị có thể hoạt động hiệu quả và an toàn trong môi trường công nghiệp.

II. Sơ đồ PFD

Sơ đồ quy trình công nghệ (PFD) cho thiết bị cô đặc dung dịch CaCl2 được trình bày rõ ràng, cho thấy các bước chính trong quy trình. Thiết kế thiết bị cô đặc bao gồm các thành phần như bồn chứa nguyên liệu, thiết bị gia nhiệt và thiết bị ngưng tụ. Mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo quy trình diễn ra liên tục và hiệu quả. Sơ đồ này không chỉ giúp hình dung quy trình mà còn là cơ sở để thực hiện các tính toán cần thiết cho thiết bị. Việc tối ưu hóa quy trình cô đặc thông qua thiết kế PFD là rất quan trọng để đạt được năng suất cao và tiết kiệm năng lượng.

2.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc 1 nồi CaCl2

Sơ đồ hệ thống cô đặc cho thấy cách thức mà dung dịch CaCl2 được xử lý từ khi nhập liệu cho đến khi sản phẩm hoàn thành. Các thiết bị như bồn chứa, thiết bị gia nhiệt và thiết bị ngưng tụ được kết nối với nhau, tạo thành một quy trình khép kín. Công nghệ cô đặc được áp dụng trong sơ đồ này cho phép tách dung môi hiệu quả, đồng thời duy trì chất lượng sản phẩm. Việc thiết kế chính xác các thành phần trong sơ đồ là rất quan trọng để đảm bảo rằng quy trình hoạt động trơn tru và hiệu quả.

2.2 Thuyết minh quy trình

Quy trình bắt đầu với dung dịch CaCl2 có nồng độ 17%, được bơm vào thiết bị gia nhiệt. Tại đây, dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi, sau đó chuyển vào thiết bị cô đặc. Quy trình cô đặc diễn ra khi dung dịch sôi, tạo ra hơi và dung dịch cô đặc. Hơi được dẫn vào thiết bị ngưng tụ, nơi nó được làm lạnh và chuyển thành lỏng. Dung dịch cô đặc được thu hồi và đưa vào bể chứa sản phẩm. Quy trình này không chỉ đảm bảo hiệu suất cao mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và nguyên liệu.

III. Cân bằng vật chất và năng lượng

Cân bằng vật chất và năng lượng là một phần quan trọng trong thiết kế thiết bị cô đặc. Việc xác định các thông số như nồng độ đầu vào, nồng độ đầu ra và năng suất nhập liệu là cần thiết để tính toán hiệu quả của quy trình. Cân bằng vật chất giúp xác định lượng dung môi cần tách ra, trong khi cân bằng năng lượng đảm bảo rằng năng lượng được sử dụng hiệu quả trong quá trình gia nhiệt và cô đặc. Các công thức và phương pháp tính toán được áp dụng để đảm bảo rằng thiết bị hoạt động trong các điều kiện tối ưu.

3.1 Dữ kiện ban đầu

Các dữ kiện ban đầu như nồng độ dung dịch, năng suất nhập liệu và nhiệt độ đầu vào được xác định rõ ràng. Những thông số này là cơ sở để thực hiện các tính toán cần thiết cho quy trình cô đặc. Việc nắm rõ các dữ kiện này giúp đảm bảo rằng thiết bị được thiết kế phù hợp với yêu cầu sản xuất và có thể hoạt động hiệu quả trong thực tế.

3.2 Cân bằng vật chất

Cân bằng vật chất được thực hiện để xác định suất lượng tháo liệu và tổng lượng hơi bốc lên. Các công thức tính toán được áp dụng để đảm bảo rằng mọi thông số đều được tính toán chính xác. Việc thực hiện cân bằng vật chất không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình mà còn đảm bảo rằng thiết bị hoạt động hiệu quả và an toàn.