ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA HỌC QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 3 NỒI THEO TCVN GVHD: Hoàng Trung Ngôn Nhóm: 01 - L01 DANH SÁCH THÀNH VIÊN Nhóm 01 - L01 Bùi Thị Kim Chi 2110849 Đỗ Nguyễn Anh Thơ 2114922 Bùi Thị Vân Anh 2112753 Đỗ Nguyễn Duy Khang 2113656 Cao Xuân Đào 2012900 Đoàn Quốc Đăng 2111039 Đặng Trần Vĩ Khang 2113654 Dương Thị Cẩm Ly 2114000 Đinh Thiên Phước Lộc 2113954 Hà Đức Truyền 2115130 I. TỔNG QUAN MỤC II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT LỤC III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ IV.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ V. TÀI LIỆU THAM KHẢO I. TỔNG QUAN Nhu cầu ngành công nghiệp hóa chất phát triển không ngừng cùng với đó là yêu cầu về quy trình công nghệ luôn được cải thiện và hoàn thiện để phục vụ cho năng suất sản xuất. NHIỆM VỤ Tính toán thiết kế cơ khí cho thiết bị cô đặc 3 nồi liên tục để cô đặc NaOH theo tiêu chuẩn TCVN.TỔNG QUAN NAOH Tính chất vật lí Tính chất hóa học Khối lượng mol: 40.01 g/mol Là một bazo mạnh, có thể phản Rắn, màu trắng ứng với các acid, acidic oxide Tỷ trọng: 2,13 g/ cm3 Có thể thủy phân ester, Nhiệt độ nóng chảy: 318oC peptide Nhiệt độ sôi: 1390oC Phản ứng với muối, các hợp chất pH: 14 lưỡng tính, các kim loại đặc biệt.TỔNG QUAN Thuốc nhuộm, Nước tẩy xử lí vải Dược phẩm Sản xuất giấy NAOH Chế tạo nguyên liệu, năng lượng Khử trùng y tế Bảo quản thực Công nghiệp dầu phẩm khí II.
CƠ SỞ LÍ THUYẾT ĐỊNH NGHĨA Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi. Mục đích: Làm tăng nồng độ ở chất tan Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh) Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước) THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 3 NỒI Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó mang lại lợi ích kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nồi thứ nhất dung Cuối cùng hơi dịch được đun bằng thứ ở nồi thứ 3 hơi đốt, hơi thứ của đi vào thiết bị nồi này được đưa vào ngưng tụ đun nồi thứ 2 Hơi nồi thứ 2 NỒI 3 đưa vào đun NỒI 1 nồi thứ 3 NỒI 2 Xây dựng quy trình công nghệ Xác định thông số Lựa chọn vật liệu Tính toán cân bằng kĩ thuật chế tạo vật chất & năng lượng Tính toán chi tiết thiết bị cô đặc Buồng bốc Thiết bị ngưng tụ Buồng đốt Mặt bích, vỉ ống Đáy & nắp Kiểm nghiệm Lập bản vẽ chi tiết III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 1.
Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát mỗi nồi. Hệ số truyền nhiệt tổng quát của hệ thống cô đặc 3 nồi dung dịch NaOH: Chọn các tỷ lệ hệ số truyền nhiệt ở mỗi nồi như sau: III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 1. Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát mỗi nồi.
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 1. Cân bằng vật chất tổng quát III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 1. Cân bằng vật chất tổng quát Chất tan Dung môi Dung (NaOH)kg/h (H2O)kg/h dịchkg/h Nhập liệu F 500 4500 5000 Dòng sản 500 928.
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 1. Cân bằng vật liệu Sự phân bố hơi trong các nồi: Chọn sự phân bố hơi thứ theo tỷ lệ đảm bảo: Chọn m = 1.2 ta tính được: III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 1. Nồng độ dung dịch ở từng nồi III.
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2. Xác định P và nhiệt độ mỗi nồi Giả sử: Áp suấ t của hơi đố t vào nồ i 1: Áp suấ t ngưng tụ: Hiệu áp suấ t của toàn hệ thố ng cô đặc: III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Chọn: Ta tính được áp suất làm việc trong mỗi nồi: P1 = 3 at P2 = 1. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi thứ nồi trước với nhiệt độ hơi đốt nồi sau là 1oC III.
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.2 Xác định tổn thất nhiệt mỗi nồi 2.1 Tổn thất do nồng độ gây ra Khái niệm: Là hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng một áp suất bất kì ∆' được xác định theo công thức gần đúng của Tisencô. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Công thức Tysenco Trong đó: III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Ta tính được : Vậy tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra của hệ thống là: III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh : Nếu áp suất trên bề mặt dung dịch là Po thì áp suất trung bình của dung dịch trong nồi: Với: III.
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh : Chọn h=2m Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh của ba nồi là: III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.3 Tổn thất nhiệt độ do áp suất trở lực Giả sử tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi 1 sang nồi 2 và từ nồi 2 sang nồi 3 và từ nồi 3 sang thiết bị ngưng tụ là 1oC. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Tổn thất nhiệt độ của toàn hệ thống: III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.
Nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x < 20% Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x > 20% III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2. Cân bằng nhiệt Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: Ʃ Qvào = Ʃ Qra Phương trình cân bằng nhiệt cho từng nồi: Nồi 1 : III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Nồi 2 :D2 = W1 III.
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Nồi 3: W=W1+W2+W3 III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Giả thiết nhiệt cung cấp cho quá trình cô đặc chỉ là nhiệt ngưng tụ thì ta có thể xem nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt : Từ (*) ,(**) và(***) thay số và giải hệ phương trình ta được : III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Sau khi kiểm tra lại giả thiết phân phối hơi thứ ở các nồi : Ta thấy các giá trị đều phù hợp -> chấp nhận lượng hơi thứ như giả thuyết III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.
Tính hệ số truyền nhiệt 2. Xác định hệ số truyền nhiệt k Sử dụng một công thức thực nghiệm để tính hệ số truyền nhiệt k : Ta tính được các giá trị k : III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Nhiệt lượng cần thiết: III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.
Tính bề mặt truyền nhiệt Tính nhiệt độ hữu ích trong từng nồi theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt bằng nhau : III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Ta có bảng sau: Hệ số Nhiệt lượng Nồ i truyề n Q/k Q nhiệt k 1 6,69 872439,38 4001,49 218,03 2 11,44 684437,41 2307,85 296,57 1039,38 3 26,61 601908,99 1146,96 524,78 Bảng kết quả tỉ lệ giữa nhiệt lượng và hệ số truyền nhiệt ở các nồi III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Thay các giá trị Hiệu số nhiệt độ có ích từng nồi : III. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ Diện tích bề mặt truyền nhiệt : Như vậy, dựa vào F1,F2,F3 ta có thể thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi có diện tích truyền nhiệt bằng nhau và bằng 37,8 m^2 IV.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ Buồng bốc 1. Mô tả về buồng bốc - Để dễ cho quá trình chế tạo và tính toán, an toàn, ta sẽ chọn nồi có lượng hơi đốt, áp suất làm việc lớn nhất để tính toán cho cả 3 nồi. - Buồng bốc làm việc ở áp suất chân không nên chịu áp lực từ bên ngoài - Chọn vật liệu chế tạo là thép X18H10T. Sơ đồ khối tính toán Buồng bốc 3.
Tính toán cơ khí Thể tích buồng bốc V Wmax: lượng hơi thứ bốc lên nhiều nhất trong 3 nồi (kg/h) ρh: là khối lượng riêng của hơi thứ quá nhiệt (kg/m3) Utt: là cường độ bốc hơi thể tích cho phép ở không gian hơi (m3/m3. Tính toán cơ khí Đường kính buồng bốc Dtr: H: chiều cao của buồng bốc (m) V: thể tích buồng bốc (m3) Dtr: đường kính trong của buồng bốc (m) Buồng bốc 3. Tính toán cơ khí Bề dày buồng bốc -Xác định bề dày tối thiểu: Dtr: đường kính trong của buồng bốc (mm) P: áp suất làm việc của buồng bốc (N/mm2) Et: Module đàn hồi của vật liệu (N/mm2 ) L: chiều dài của thân buồng bốc (mm) Buồng bốc 3. Tính toán cơ khí Bề dày buồng bốc -Lựa chọn module đàn hồi của vật liệu Et theo bảng: Buồng bốc 3.
Tính toán cơ khí Bề dày buồng bốc -Lựa chọn chiều dài thân dựa vào cấu tạo của thiết bị: Buồng bốc 3. Tính toán cơ khí Bề dày buồng bốc -Xác định bề dày thực: Trong đó: Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường (mm) Cb: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường (mm) Cc: Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp (mm) Co: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước (mm) Buồng bốc 4. Kiểm tra áp suất ngoài cho phép [P]: σt: Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm2) *Nếu tính ra ([P]-P)/([P]) > 0.05 thì chọn lại đại lượng (S - Ca) Buồng đốt 1. Mô tả buồng đốt Chọn thân hình trụ hàn, kiểu hàn giáp mối hai bên, hàn tay hồ quang điện, làm việc chịu áp suất trong.
Vật liệu chế tạo là thép bền không gỉ X18H10T Buồng đốt 1. Mô tả buồng đốt Khi chế tạo cần lưu ý: +Đảm bảo đường hàn càng ngắn càng tốt +Chỉ hàn giáp mối +Bố trí các đường hàn dọc +Bố trí mối hàn ở vị trí dễ quan sát +Không khoan lỗ qua mối hàn Buồng đốt 2. Xác định số ống trong buồng đốt Số ống truyền nhiệt trong buồng đốt (n) của cả 3 nồi bằng nhau và được tính bằng công thức: