Đồ Án Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaCl, 1 nồi, liên tục

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

I. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN:

Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaCl, 1 nồi, liên tục.
Yêu cầu thiết kế:
- Năng suất sản phẩm: 3000 kg/h.
- Nồng độ nhập liệu: 10%kl
- Nồng độ sản phẩm: 20%kl
- Aùp suất hơi đốt: 3 at
- Aùp suất ngưng tụ: 0.3 at

II. CHỌN LỰA CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ:

2.1. Sơ lược về nguyên liệu:
Dung dịch NaCl không màu, có vị mặn.
Tinh thể NaCl dễ tan trong nước, độ tan ít thay đổi theo nhiệt độ.
Ở 100 0C dung dịch bão hòa là 28.15%, ở 20 0C là 26.4%
Nhiệt độ sôi của dung dịch muối ăn là 109 0C
Dung dịch NaCl được dùng để sản xuất NaOH và các hợp chất có chứa Clo, ngoài ra NaCl còn được dùng làm chất tải lạnh.

2.2. Phân loại thiết bị công nghệ:

Nhóm 1: Dung dịch được đối lưu tự nhiên hay tuần hoàn tự nhiên. Thiết bị dạng này dùng để cô đặc các dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức. Thiết bị trong nhóm này dùng cho các dung dịch khá sệt, độ nhớt cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, màng có thể chảy ngược lên hay xuôi xuống. Thiết bị dạng này chỉ cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt 1 lần để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch.
Đối với mỗi nhóm thiết bị đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn hay không. Tùy theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch mà ta có thể sử dụng chế độ cô đặc ở điều kiện chân không, áp suất thường hay áp suất dư.

2.3. Lựa chọn thiết bị cô đặc:

Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 1 nồi, làm việc liên tục, áp suất chân không, có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm.
- Thiết bị cô đặc dạng này có cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa và sửa chữa.
- Cô đặc ở áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế không cho NaCl bị lôi cuốn theo và bám lại trên thành thiết bị, làm hư thiết bị.
- Tuy nhiên tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp.

III. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

Nguyên liệu đầu tiên là NaCl có nồng độ 10%, nhiệt độ 250C được bơm từ bồn chứa vào thiết bị gia nhiệt với suất lượng 6000 kg/h để gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi là 73.590C.
* Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổ nhiệt dạng ống chùm. Thân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ, được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều. Các đầu ống được giữ chặt trên vĩ ống và vĩ ống được hàn dính vào thân. Hơi nước bão hòa có áp suất 3 at đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch được bơm vào thiết bị, đi bên trong ống, từ dưới đi lên. Hơi nước bão hòa sẽ ngưng tụ trên các bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dich nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi.
Dung dịch sau khi được gia nhiệt, sẽ được đưa vào thiết bị cô đặc, gồm có 3 phần chính.
* Buồng đốt: Bộ phận nhận nhiệt là dàn ống, gồm nhiều ống nhỏ, được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều, các đầu ống được giữ chặt trên vĩ ống. Trong đó, hơi đốt sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống. Dung dịch đi bên trong ống từ trên xuống và sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi, làm hóa hơi một phần dung môi. Điều kiện cần thiết để quá trình truyền nhiệt xảy ra là phải có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch.
Hỗn hợp hơi lỏng đi qua khỏi dàn ống đến buồng bốc.

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG:

Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
G kg/g, kg/s Lưu lượng dung dịch
W kg/g, kg/s Lưu lượng hơi thứ
D kg/g, kg/s Lưu lượng hơi đốt
x %kl Nồng độ khối lượng
i kj/kg Entanpi
rD kj/kg Nhiệt hóa hơi của hơi đốt
c kj/kgđộ Nhiệt dung riêng
Qtt kj/kg Nhiệt lượng tổn thất
QD kj/kg Nhiệt lượng hơi đốt
p at Aùp suất
p at Chênh lệch áp suất
t 0C Nhiệt độ
t 0C Chênh lệch nhiệt độ
tsdd 0C Nhiệt độ sôi dung dịch
tsdm 0C Nhiệt độ sôi dung môi



KẾT LUẬN

Sau khi hoàn thành tập đồ án này, ta có thể rút ra nhận xét:

* Về mặt công nghệ: tương đối đơn giản

* Về mặt thiết bị:
+ Thiết bị hoạt động trong điều kiện chân không, nhiệt độ sôi của dung dịch thấp, hơi đốt cũng có nhiệt độ thấp, áp suất hơi đốt giảm, giảm chi phí hơi đốt.
+ Thiết bị hoạt động liên tục, thích hợp để cô đặc NaCl có độ nhớt thấp.
+ Thiết bị sử dụng là ống tuần hoàn, giúp cho quá trình vận chuyển dung dịch NaCl trong nồi dễ dàng, nhưng nhiệt tổn thất ra môi trường cũng nhiều.

* Nguyên nhân gây sai số:
+ Các số liệu tra từ sách khác nhau.
+ Sai số do qui tròn trong quá trình tính toán.
+ Nhiệt tổn thất ra môi trường chỉ là số liệu lý thuyết.

Trong đồ án này, em đã vận dụng những kiến thức đã học của bộ môn “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa Học” của Thầy Cô đã truyền đạt cho. Nhưng khi áp dụng vào thực tế thì chưa kinh tế và kiến thức thực tế còn kém.
Đây là bài tập thiết kế đầu tiên, nên khi bắt tay vào làm còn gặp nhiều lúng túng và không tránh khỏi sai sót. Em mong được sự chỉ dẫn của các Thầy Cô.​