(TIỂU LUẬN) cơ sở TÍNH TOÁN THIẾT kế THIẾT bị hóa học CHỦ đề 3 THIẾT lập QUY TRÌNH THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc CHÂN KHÔNG 3 nồi LIÊN tục

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC

CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HĨA HỌC
CHỦ ĐỀ 3

THIẾT LẬP QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CƠ ĐẶC CHÂN KHƠNG 3 NỒI LIÊN TỤC
GVHD: ThS. HỒNG TRUNG NGƠN
NHĨM THỰC HIỆN: 4


THÀNH VIÊN
1910649

1911140

1911799

1910706

1910208

Nguyễn Hoàng Huy

Trần Thị Thủy Tiên

1910122

Nguyễn Phan Minh Đăng

Nguyễn Hoàng Uyên

1915915

Phạm Quốc Việt

Phạm Thị Tường Vân

1912193

1910684

1915891


2/97


MỤC LỤC

I

TỔNG QUAN

II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

III

TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ

IV

TÍNH TỐN THIẾT BỊ

V

TỔNG KẾT
3/97


I. TỔNG QUAN
1.1. NHIỆM VỤ
Thiết kế cơ khí cho thiết bị cô đặc chân không 3 nồi xuôi chiều
liên tục để cô đặc dung dịch NaOH
Năng suất nhập liệu

Nồng độ đầu

Nồng độ cuối

5000 kg/h

10%

40%

Gia nhiệt
Hơi nước bão hịa có

áp suất dư pe = 3at

Áp suất ngưng tụ buồng
bốc pvac = 0.2at

u cầu
Tính tốn cơ khí cho thiết bị chính theo tiêu chuẩn ASME và TCVN
Tính tốn cơ khí cho thiết bị phụ theo tiêu chuẩn ASME và TCVN
4/97


TỔNG QUAN
1.2. NGUYÊN LIỆU

NaOH 5%
Tính chất vật lý
Khối lượng mol: 40.01 g/mol
Rắn, màu trắng
Tỷ trọng: 2.13 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 318oC

Tính chất hóa học
Là một base mạnh, có thể phản ứng với
các acid, acidic oxide
Có thể thủy phân ester, peptite
Phản ứng với muối, các hợp chất lưỡng
tính, các kim loại đặc biệt

Nhiệt độ sơi: 1390oC
Độ hịa tan trong nước: 11mg/100ml (20oC)

pH: 14
5/97


TỔNG QUAN
1.3. ỨNG DỤNG

Xử lý
nước hồ bơi

Công nghiệp
dệt và nhuộm màu

Cơng nghiệp
chế biến thực phẩm

Cơng nghiệp
dầu khí

Cơng nghiệp
năng lượng

Cơng nghiệp
sản xuất gỗ, giấy

Khử trùng y tế
6/97


II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC

2.1. ĐỊNH NGHĨA
Cơ đặc
Là q trình làm bay hơi một phần dung mơi của dung dịch có chứa chất
tan khơng bay hơi.

Mục đích của q trình cơ đặc
Làm tăng nồng độ chất tan
Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)
Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước)
7/97


CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
2.3. BẢN CHẤT

Q trình cơ đặc là sự chuyển thể của phần dung mơi
từ thể lỏng sang thể hơi

Trong q trình cơ đặc
Dung môi được tách bớt khỏi dung dịch
Chất tan trong dung dịch không bay hơi
Nồng độ của chất tan trong dung dịch sẽ tăng dần
8/97


CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
2.3. PHÂN LOẠI
Chế độ hoặt động
Cô đặc gián đoạn

Cô đặc liên tục

Áp suất
Cô đặc chân không
Cô đặc áp suất dương
Cô đặc áp suất khí quyển

Số giai đoạn

Chế độ làm việc

Cơ đặc một nồi

Xuôi chiều

Cô đặc nhiều nồi

Ngược chiều
Song song
9/97


CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC

2.4. CÁC THIẾT BỊ VÀ CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG CÔ ĐẶC
Thiết bị chính
Ống nhập liệu, ống tháo liệu
Ống tuần hồn, ống truyền nhiệt
Buồng bốt, buồng bốc, đáy, nắp
Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí khơng ngưng

Thiết bị phụ
Bể chứa nguyên liệu, bể chứa sản phẩm, bồn cao vị
Lưu lượng kế, thiết bị đo nhiệt độ, áp suất
Thiết bị gia nhiệt, thiết bị ngưng tụ barometer
Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị, bơm tháo liệu, bơm nước vào thiết bị ngưng tụ,
bơm chân không
Các van
10/97


III. TÍNH TỐN CƠ ĐẶC

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG
V2, Ts3

V1, Ts2

V3, Ts4

P

P

P

ht2

ht1

ht3

Nhập liệu F

T

T

T3
2

1

Hơi đốt 1 S

T

P
s1,

s1

1,

Nước ngưng

Dòng sản phẩm

L T

L T

2,

1

Nước ngưng

2

L, T3
Nước ngưng

11


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC

3.1. 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 *:
ΣU = 4070 J/m2-s-K

Chọn các giá trị hệ số truyền nhiệt tổng quát cho hệ 3 nồi như sau:
Nồi
Số %
U (J/m2-s-K)
Hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi trong hệ thống cô đặc 3 nồi

trong đó, số % là giá trị của HSTN của nồi thứ i so với nồi đầu của hệ nhiều nồi.
* Phạm Văn Bơn & Vũ Đình Thọ, Quá trình và Thiết bi truyền nhiệt - Tập 1, tr. 295

12/97


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC
3.2. CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QT
Chất tan (NaOH)
Nhập liệu F
(kg/h)
Dòng sản phẩm L
(kg/h)

Tổng hơi thứ VΣ

Lưu lượng các dịng trong hệ thống cơ đặc
13/97


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC
3.3. SỰ PHÂN BỐ HƠI THỨ TRONG CÁC
NỒI

Sự phân phối Vi:
mi ≡

Li

≥ 1.2 ÷ 1.25

Vi

Tức đảm bảo:
V
V

1

=

V

2

V 3V n

=…=

V

n −1

=m ≥ 1.2÷ 1.25

2

Chọn m = 1.2, ta được:
V1

V
2

= 1483.5 kg/h
= 1236.3 kg/h


V3

= 1030.2 kg/h


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC

3.4. NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH CỦA TỪNG NỒI

NỒI 1

NỒI 3

15


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC
3.5. TÍNH CHẤT CỦA HƠI NƯỚC

Áp suất hơi (at)
Nhiệt độ (oC)
Nhiệt hóa hơi
(kJ/kg)
Một số tính chất của hơi nước

Tra nhiệt độ sôi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi theo giản đồ Dühring


16/97


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC
3.5. TÍNH CHẤT CỦA HƠI NƯỚC

Giản đồ Dühring xác định nhiệt độ sôi của dung dịch NaOH theo nồng độ*
* Christie J. Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations – 3rd edition, 1993, p.500

17/97


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC
3.6. BỐ TRÍ GIA NHIỆT NỒI CƠ ĐẶC

Giả thiết
Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi thứ nồi trước và hơi đốt nồi sau:

Nồi 1

Nồi 2

Nồi 3

Nhiệt độ hơi đốt
Nhiệt độ dung dịch
Động lực q trình

Nhiệt độ các dịng và động lực truyền nhiệt

18/97


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC
3.7. CÂN BẰNG NHIỆT
Giả thiết
Mỗi nồi đều có sự truyền nhiệt như nhau

=

= U1 A1∆T1=U2 A2∆T2¿U3 A3∆T3

với lần lượt là diện tích truyền nhiệt của mỗi nồi,

Chế độ làm việc
Chọn chế độ hoạt động và cấu tạo theo các điều kiện tối ưu

A1=A2=

A3
19/97


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC
3.7. CÂN BẰNG NHIỆT

= = U1 A1∆T1=U2 A2∆T2¿U3 A3∆T3 U1∆T1=U2∆T2¿U3∆T3

1850 ×(144.1 −T 1)=1295 × (T1 −2 −T 2)=925 ×(T 2− 2 −93 )

{

T1=132.6℃

T2=118.1℃

20/97


TÍNH TỐN CƠ ĐẶC

3.7. CÂN BẰNG NHIỆT
Sự phân bố nhiệt độ

Nồi 1N
ồ
i
Ts1 =
144.1
o
C

2

1
3
0
.

6
o

C

T
2

T1 = T
132.6 s
o
2
C
=

=
1
1

8.1
o
C


Ts3 =
116.1
o
C

Nồi 3

T3 =
93 oC

Ts4 = 91 oC

Nồi 4

21/97