Luận Văn Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dung dịch KNO3 năng suất 12000

Đề tài: Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dung dịch KNO3 năng suất 12000 kg/h
Định dạng file word



NỘI DUNG ĐỀ BÀI:
Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dung dịch KNO[SUB]3 [/SUB] với năng suất 12000 kg/h.
Chiều cao ống gia nhiệt: 2 m
Nồng độ đầu vào của dung dịch: 10%
Nồng độ cuối của dung dịch: 28%
Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at
Áp suất hơi ngưng tụ: 0,35 at



MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 5
PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG 7
1. Phân loại thiết bị cô đặc: 8
2. Cô đặc nhiều nồi: 9
3.Giới thiệu về dung dịch KNO[SUB]3[/SUB]: 10
4. Sơ đồ dây chuyền sản xuất : 10
4.1. Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức. 10
4.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống. 11
PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13
1. Số liệu ban đầu : 13
2.Tính cân bằng vật liệu : 13
2.1. Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng nồi: 13
2.1.1. Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống: 13
2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi : 13
2.2. Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi 14
3.Tính cân bằng nhiệt lượng : 14
3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi: 14
3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi. 14
3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi. 15
3.2.Xác định tổn thất nhiệt độ: 16
3.2.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ : 16
3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh: . 17
3.2.3 Tổn thất do đường ống 18
3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi 18
3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định : 18
3.3.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi 19
3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi; 19
3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: 19
3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có: 20
3.4.2 Nhiệt lượng mang ra: 20
3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt: 20
4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi: 24
4.1.Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi. 24
4.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: 25
4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi W/m[SUP]2[/SUP] độ: 26
4.3.1 Khối lượng riêng : 28
4.3.2 Nhiệt dung riêng : 28
4.3.3 Hệ số dẫn nhiệt: 28
4.3.4 Độ nhớt : 30
4.4.Nhiệt tải riêng về phía dung dịch : 31
4.5.So sánh q[SUB]2i[/SUB] và q[SUB]1i[/SUB] : 31
5. Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi 32
6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích. 33
6.1. Xác định tỷ số sau : 33
6.2.Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi : 33
7. So sánh DT[SUB]i[/SUB]', DT[SUB]i[/SUB] tính được theo giả thiết phân phối áp suất 34
8. Tính bề mặt truyền nhiệt (F) 34
PHẦN III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 35
1. Buồng đốt 35
1.1 .Xác định số ống trong buồng đốt: 35
1.2. Đường kính của buồng đốt : 36
1.3 Chiều dày buồng đốt : 36
1.4.Chiều dày lưới đỡ ống : 39
1.5 .Chiều dày đáy buồng đốt : 41
1.6.Tra bích để lắp đáy vào thân buồng đốt : 44
2.Buồng bốc. 44
2.1 Thể tích buồng bốc hơi : 44
2.2. Chiều cao buồng bốc : 45
2.3. Chiều dày buồng bốc: 46
2.4 .Chọn chiều dày nắp buồng bốc ( như đáy buồng đốt ): 47
2.5. Tra bích để lắp thân buồng bốc : 49
3. Chiều dày ống có gờ bằng thép CT3. 50
4. Tính toán một số chi tiết khác. 51
4.1. Tính đường kính các ống nối dẫn hơi , dung dịch vào, ra thiết bị : 51
4.1.1 Ống dẫn hơi đốt vào : 51
4.1.2 Ống dẫn dung dịch vào : 52
4.1.3. Ống dẫn hơi thứ ra : 52
4.1.4. Ống dẫn dung dịch ra: 53
4.1.5. Ống tháo nước ngưng : 53
4.1.6 Ống tuần hoàn: 53
4.2. Tính và chọn tai treo giá đỡ : 57
4.2.1. Tính G[SUB]nk[/SUB] : 57
4.2.2.Tính G[SUB]nd.[/SUB] : 61
4.3. Chọn kính quan sát : 63
4.4.Tính bề dày lớp cách nhiệt : 64
PHẦN IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 65
1.Gia nhiệt hỗn hợp đầu : 65
1.1.Nhiệt lượng trao đổi data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABAQMAAAAl21bKAAAAA1BMVEXh5PJm+yKVAAAAAXRSTlMAQObYZgAAAApJREFUCNdjYAAAAAIAAeIhvDMAAAAASUVORK5CYII=" class="mceSmilieSprite mceSmilie3" alt="" title="Frown "> Q) 65
1.2.Hiệu số nhiệt độ hữu ích: 65
1.3.Bề mặt truyền nhiệt: 70
1.4.Số ống truyền nhiệt : 70
1.5.Đường kính trong của thiết bị đun nóng : 71
1.6.Tính vận tốc và chia ngăn : 72
2.Chiều cao thùng cao vị: 72
3.Bơm 81
3.1.Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra: 81
3.2.Năng suất trên trục bơm: 84
3.3.Công suất động cơ điện: 85
4.Thiết bị ngưng tụ baromet: 85
4.1.Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ: 87
4.2.Đường kính thiết bị 88
4.3.Kính thước tấm ngăn: 88
4.4. Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 89
4.5.Các kích thước của ống baroomet: 90
4.6.Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị: 92
4.7.Tính toán bơm chân không: 92
[B]PHẦN V KẾT LUẬN 95[/B]
[B]Tài liệu tham khảo: 96[/B]
Chuyển đổi đơn vị thường gặp: 96



LỜI MỞ ĐẦU
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, em được nhận đồ án môn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” với đề bài là: “thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc hai nồi tuần hoàn cưỡng bức ”.Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học” trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan, mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ .Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức,quy định trong tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trình bầy bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.
Đồ án của em trình bày về thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức . Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức có những ưu điểm như:
- Hệ số cấp nhiệt lớn hơn trong tuần hoàn tự nhiên tới 3 đến 4 lần và có thể làm việc được ở điều kiện hiệu số nhiệt độ hữu ích nhỏ (3-5ºC) vì cường độ tuần hoàn không phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ hữu ích mà phụ thuộc vào năng suất của bơm.
- Cô đặc tuần hoàn cưỡng bức cũng trách được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt và có thể cô đặc những dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện.
Tuy nhiên khuyết điểm của thiết bị này là tốn năng lượng để bơm, thường ứng dụng khi cường độ bay hơi lớn.
Trong đồ án môn học này của em được chia thành 5 nội dung chính:
Phần 1: Giới thiệu chung
Phần 2: Tính toán thiết bị chính
Phần 3: Tính toán cơ khí
Phần 4: Tính toán thiết bị phụ
Phần 5: Kết luận



PHẦN I
GIỚI THIỆU CHUNG
Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành công nghiệp khác nói chung thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứa chất tan không bay hơi, để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làm bay hơi một phần dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi, phương pháp này gọi là phương pháp cô đặc.
Cô đặc là một phương pháp quan trọng trong công nghiệp sản xuất hóa chất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu dung môi ở dạng nguyên chất. dung dịch được chuyển đi không mất nhiều công sức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu. thiết bị dung để cô đặc gồm nhiều loại như: thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốt treo, thiết bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm
Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị cô đặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm như mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất.
Quá trình cô đặc của dung dịch mà giữa các cấu tử có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi. Tuy nhiên, tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ( hay không bay hơi trong quá trình đó) mà ta có thể tách một phần dung môi (hay cấu tử khó bay hơi) bằng phương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh.
- Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng) dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi dung dịch sôi. Để cô đặc các dung dịch không chịu được nhiệt độ ( như dung dịch đường) đòi hỏi cô đặc ở nhiệt độ thấp, thường là chân không. Đó là phương pháp cô đặc chân không.
- Phương pháp lạnh: Khi hạ nhiệt độ đến một mức độ yêu cầu nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết – thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất là kết tinh dung môi, và điều kiện bên ngoài tác dụng lên dung dịch mà quá trình kết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và có khi phải dùng đến máy lạnh.
1. Phân loại thiết bị cô đặc:
Các thiết bị cô đặc rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên ta có thể phân loại theo 1 số đặc điểm sau:
- Theo nguyên lý làm việc: Có 2 loại thiết bị cô đặc làm việc theo chu kỳ và làm việc liên tục.
- Theo áp suất làm việc bên trong thiết bị: Chia ra 3 loại: Thiết bị làm việc ở P[SUB]dư[/SUB], P[SUB]ck[/SUB]
- Theo nguồn cấp nhiệt:
§ Nguồn của phản ứng cháy nhiên liệu.
§ Nguồn điện.
§ Nguồn hơi nước: Nay là nguồn cấp nhiệt thường gặp nhất.
§ Nguồn nước nóng, dầu nóng hoặc hỗn hợp điphenyl cho thiết bị chu kỳ có công suất nhỏ.
Cấu trúc của một thiết bị cô đặc thường có 3 bộ phận chính sau:
- Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bị đốt nóng bằng hơi nước, bộ phận nhận nhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài các ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong các ống.
- Không gian để phân ly: Hơi dung môi tạo ra còn chứa cả dung dịch nên phải có không gian lớn để tách các dung dịch rơi trở lại bộ phận nhiệt.
- Bộ phận phân ly: Để tác các giọt dung dịch còn lại trong hơi.
Cấu tạo của một thiết bị cô đặc cần đạt các yêu cầu sau:
- Thích ứng được các tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như: Độ nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại.
- Có hệ số truyền nhiệt lớn.



Tài liệu tham khảo:

1. Tập thể tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa học. NXB Khoa học – Kỹ thuật ( 1974, tập 1).
2. Tập thể tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa học. NXB Khoa học – Kỹ thuật (1982, tập 2).
3. Tập thể tác giả. Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ hóa học. NXB Khoa học – Kỹ thuật (2000, tập 1,3,4).
4. GS.TSKH Nguyễn Bin. Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hóa tâp 1,2.
5. Cơ sỏ thiết kế máy hóa chất ( tác giả Hồ Lê Viên), xuất bản năm 1997.