Đồ án quá trình thiết bị thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều buồng đốt ngoài.

 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

i


MỤC LỤC




CHƯƠNG 1 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN. 1
1.1. Tổng quan về sản phẩm: 1
 1
 1
1.2. Khái niệm chung về cô đặc: 2
 2
 2
 2
1.3. Phân loại và ứng dụng. 2
1.3.1. Theo cấu tạo. 2
1.3.2. Theo phương pháp thực hiện quá trình. 3
1.4. Cô đặc nhiều nồi. 3
 3
 3
1.5. Lựa chọn phương án thiết kế. 4
1.6. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ. 4
 4
 4
 5
 5

 5
 5
1.7.Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 5
CHƯƠNG 2 7
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 7
2.1. Cân bằng vật liệu: 7
  7
 : 7
 8
2.2. Cân bằng năng lượng 8
: 8
2.3. Tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi: 10
 10
 11
 12
 12
2.3.5. H 12
2.4 Tính cân bằng năng lượng: 13
2.4.1 Tính nhiệt lượng riêng: 13
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

ii

2.4.2 Tính nhiệt dung riêng C, J/kg.độ: 13
2.5. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết: 14
2.6. Tính bề mặt truyền nhiệt : 16
 16
 18
 19
2.6.4. H s cp nhit(  21

2.6.5. Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi: 25
2.6.6 Tính toán bề mặt truyền nhiệt: 26
CHƯƠNG 3 27
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CƠ KHÍ 27
3.1.Buồng đốt. 27
3.1.1. 27
3.1.2. 27
3.1.3 28
3.1.4. 30
3.2.Buồng bốc hơi. 32
3.2.1. 32
3.2.2. 32
3.2.3. 33
3.2.4. 34
3.2.5. 35
3.3.Tính toán một số chi tiết khác. 36
3.3.1. 36
3.3.2. 40
3.3.3.Tai treo. 42
3.3.4. 46
CHƯƠNG 4 47
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 47
4.1.Thiết bị ngưng tụ Baromet 47
4.1.1.Tính toán trong Baromet 47
4.1.2. : 48
4.1.3. 48
4.1.4. 50
4.1.5. 50
4.1.6. 51
4.2.Tính toán và chọn bơm: 53

4.2.1. 53
4.2.2. 56
Tài Liệu Tham Khảo 58







 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
 10
 10
 12
 16
 20
 20
 21
 23
 25

 40
 41
 41

 49












 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

v




LỜI MỞ ĐẦU

     

ngày càng phong phú. Trên c









             




 ng quan
 ,
 n thit b chính.
 n thit b ph.
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 1


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN.

1.1. Tổng quan về sản phẩm:

      


1.1.1.Các tính chất vật lý cơ bản của NaOH

 Dng tn ti: tinh th trng dng ht, hoc dng bt màu trng.
 Phân t ng: 39,9997 g/mol
 T trng: 1,1 g/cm
3

 m nóng chy: 318
0
C
 m sôi: 1388
0
C
  c: 111 g/100ml( 10
0
C)
1.1.2.Điều chế và ứng dụng của NaOH
 Điều chế
Tr

Ca(OH)
2
+ Na
2
CO
3
2NaOH + CaCO
3
.
.
NaCl + H
2

O = 2NaOH + H
2
+ Cl
2
.
 Các ứng dụng của NaOH



 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 2

1.2. Khái niệm chung về cô đặc:
1.2.1. Định nghĩa


.
1.2.2. Các phương pháp cô đặc
     n t trng thái lng sang trng
i tác dng ca nhit khi áp sut riêng phn ca nó bng áp sut tác
dng lên mt thoáng cht lng
 nh: Khi h thp nhi n mt mt cu t
s tách ra dng tinh th t tinh khing là k 
n cht tan. Tùy tính cht cu t và áp sut bên ngoài tác dng lên mt
thoáng mà quá trình ky ra  nhi cao hay thp và có khi dùng
n máy lc tin hành  các áp sut khác nhau. Khi
làm vic  áp sung (áp sut khí quyng dùng thit b h
khi làm vic  áp sung dùng thit b kín.
1.2.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt



.  







1.3. Phân loại và ứng dụng.
1.3.1. Theo cấu tạo.
Nhóm 1: dung d c dung d nht
thm bo s tun hoàn t nhiên ca dung dch d dàng qua b mt truyn nhit
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 3

Nhóm 2: dung dng b to vn tc dung dch t 1,5
n 3,5 m/s ti b mt truyn nhit. Thit b c dung cho các dung
dch khá s nht cao,gic s bám cn hay kt tinh tng phn trên b mt.
Nhóm 3: Dung dch chy thành màng mng, màng có th chc lên hay xuôi
xung. Thit b này ch cho phép dung dch chy màng qua b mt truyn nhit mt
ln tránh tip xúc vi nhit lâu làm bin cht sn phm.
1.3.2. Theo phương pháp thực hiện quá trình.
 c áp sung (thit b h): có nhi áp sung dùng
c dung dch liên t t ci, và thc là ngn
nht. Tuy nhiên n 
 c áp sut chân không(thit b kín): dung dch có nhi i 100
0

C,
áp sut chân không, dung dch tun hoàn tt, ít to cn, s c liên
tc chân không dùng cho các dung dch có nhi sôi cao, d b phân
hy vì nhit.
 c nhiu ni: mt kit. S ni không nên ln quá
vì s làm gim hiu qu tit ki
  c liên tc: cho kt qu t   c  n. Có th áp d u
khin t ng.
1.4. Cô đặc nhiều nồi.
1.4.1. Định nghĩa.



:



1.4.2. Nhận xét quá trình
+ .
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 4

- 
.
- .
- 
+ .
Các ni sau có n n, và nhi gim nên s  nh s
truyn nhit gim, không khai thác ht công sut thit b.

1.5. Lựa chọn phương án thiết kế.
Sau khi tham kho các thit b và h thng làm vic ca tng lo
quynh ch tài thit k h thc dung dch NaOH ba ni xuôi chiu có
t ngoài, bt. Vì nht ca chúng.
- Quá trình s d t.
- Nguyên tc:
+ Nu dung dch s c nung nóng bt.
 ca ni 1 s t cho ni 3.
 ni cui s t b .
- Dung d nn ni cui, qua mi ni n n vì do mt
ph
- 

1.6. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ.
1.6.1. Bơm.


b

 
1.6.2. Thiết bị cô đặc.

.
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 5





1.6.3. Thiết bị gia nhiệt.



1.6.4. Thiết bị ngưng tụ.




1.6.5. Thiết bị tách lỏng.


1.6.6. Các thiết bị phụ trợ khác
- 
- 
1.7.Thuyết minh sơ đồ công nghệ:





 





8),
.

 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 6


(9) 

không (10)   
15)6)

 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 7

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH

2.1. Cân bằng vật liệu:

 Dung dc: NaOH
 t dung du: 30000 kg/h.
 N u: 10%
 N cui: 50%
 Áp sui: 12at
 Áp sung t chân không: 0.2at
2.1.1. Lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống:
 G

, G
c
: 
x

x
c

: 
W : 

G

= G
c
+ W (1)

G

x

= G
c
x
c
+ W x
w
(2)

:
G

x

= G
c
x
c

 :
W = G

(1 
d
c
x
x
) (VI.1/55-[2])
 :
W = 30000 (1  10/50) = 24000 (kg/h)
2.1.2. Sự phân bố hơi thứ trong các nồi :
 W
1,
W
2,
W
3

 a
1
:a
2
:a
3,
1: 1,1: 1,2

 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 8


)/(73,7272
3,3
24000
2.11.11
1
hkg
W
W 



:
)/(8000
3,3
24000.1,1
2,11,11
.1,1
2
hkg
W
W 




)/(27,8727
2,11,11

24000.2,1
3
hkgW 



2.1.3. Nồng độ dung dịch ở từng nồi:


=10% v

c
= 50%.
X
1,
X
2
, X
3,


X
1
= G

1
WG
x
đ
đ


(4)
=
 
73,727230000
10
30000


= 13,2 

X
2
= G


21
WWG
x
đ
đ

(5)
=
 
800073,727230000
10
30000


=20,37 (% kh

X
3
= G


321
WWWG
x
đ
đ

(6)
=
 
27,8727800073,727230000
10
30000



2.2. Cân bằng năng lượng
2.2.1. Phân bố áp suất làm việc trong các nồi:

1,
P
2,
P
3

, P
nt


 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 9


2
2
1



P
P

2
3
2



P
P
(*)

ng:
Ta có:


P = P

-P
nt
= 12 - 0,2 = 11,8at
T (*) ta có.





























Vy chênh lch áp sut tng ni.



 












P
hd1
= 12at
P
hd2
= P
hd1
- 

1
= 12- 6,74= 5,26at
P
hd3
= P
hd2
- 
2
= 5,26  3,37= 1,89at



T

T

T
nt


T
ht1,
T
ht2,
T
ht3,



0

C
T

= T
ht1
- 1
T

= T
ht2
- 1
T
nt
= T
ht3
-1
Theo [1- 
hdi
,T
hti

hdi
, i
hti

R
hdi
, R
hti


hdi
và P
hti
.





 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 10

Bảng 2.1: 



P
hd

(at)
T
hd

(
0
C)
i
hd
(at)

R
hd
(kJ/kg)
P
ht
(at)
T
ht

(
0
C)
i
ht

(kJ/kg)
R
ht
(kJ/kg)
1
12
187,07
2790
1995
5,32
154,7
2758,36
2113,32
2
5,26

153,7
2758
2109
1,88
118
2710,85
2212,5
3
1,89
117
2709,2
2215,25
0,203
60,7
2608,25
2355,65
2.3. Tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi:
2.3.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (Δ'):

0
sdd
 t
0
sdm



0
 (VI.10/59 [2])


0
 

f =
R
T
2
2,16

(VI.11/59  [2])
- 
0
K;
R- 
 
0


Bảng 2.2: 






10%
13,2
20,37
50


0
(
0
C)
2
2,63
4,25
8,13

 
1

0.
16,2 (T
ht1
+ 273)
2
/R
1

=





= 3,69
0
C



2
=





= 4.74
0
C
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 11


3
=





= 6.22
0
C
 

1


2

3

= 3,69 + 4,74 + 6,22
= 14,65
0
C
2.3.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’):




''
= T
tbi
- T
hti
(
o
C) (VI.13/60-[2])

– T
tb

tb
.
– T
ht



Theo CT VI.12, STQTTB, T2/Trang 55;ta có:

g
h
hPP
ddsoiotb
.
2








(N/m
2
)

– P
o

–






– 
–
ddsoi


3


ddsoi

=
2
dd








 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 12

Bảng 2.3: Áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch

N
dung dch

Khng
riêng dung dch
(




(P
0
)
1
13,2
1142
5,32
2
20,37
1220
1,88
3
49,49
1525
0,203


Theo [1- 125/314]
P
tb1
= 5,463at t
tb1
= 155,12

0
C
P
tb2
= 2,033at  t
tb2
= 119,7
0
C
P
tb3
= 0,394at  t
tb3
= 75,2
0
C


i
''

= T
tbi
 T
hti
,
0
C (VI.13/60-[2])

''

1

=T
tb1
-T
ht1
=155.12-154.7 =0,42
0
C

''
2

=T
tb2
-T
ht2
=119.7-118=1,7
0
C

''
3

=T
tb3
-T
ht3
= 75,2  60,7 =14,5
0

C


i
''

=
''
1

+
''
2

+
''
3

=0,42+ 1,7 +14,8=16,62
0
C
2.3.3 Tổn thất do trở lực của đường ống,(Δ”’):

o
C

C
o
3111'''
'"

3
"'
2
"'
1

(VI.14/60-[2])
2.3.4 Tổn thất do toàn bộ hệ thống:

C
o
288,34362,16668,14'''''' 
(VI.19/68-[2])

2.3.5. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi:

i
= T
i
- T
si
,
0
C (VI.20/68-[2])
T
i
= T
hdi
T
si


0
C
T
si
= T
hti
+
i
'

+
i
''

,
o
C
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 13

T
s1
= 154,7+3,668+0,42=158,808
0
C
T
s2
= 118 + 4,757 + 1,7 = 124,457

0
C
T
s3
= 60,7 + 6,22 + 14,5 = 81,422
0
C


1
= 187,07  158,808 = 28,262
0
C

2
= 153,7  124,457 =29,243
0
C

3
= 117  81,422 = 35,578

 
1

2

3
=28,262+29,243+35,578 =93,082
0

C

2.4 Tính cân bằng năng lượng:
2.4.1 Tính nhiệt lượng riêng:
– 
– 
[1]
2.4.2 Tính nhiệt dung riêng C, J/kg.độ:
o 
Vì x

[1]
4,3767)1,01(4186)1(4186 
oo
CxC

o 
Ta có: x
1
=13,2%<20%
448,3633)132,01(4186
1
C

o Nhiêt dun
Ta có x
2
[1]
Tính C
ht

(I.41/153 [1])
HHOONaNahtct
CnCnCnCM 


n
Na
, n
H
, n
O
: 
C
Na
,C
H
, C
O
: là 
C
Na
 C
H

C
O

 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 14

 
OOCCNaNaht
CnCnCn
Mct
C
1


 
75,13109630.116800.126000.1
40
1

ht
C

 C
2
= 1310,75.0,2037+ 4186(1- 0,2037) = 36
o 
Vì x
3
= 50% (I.44/152  [1])
C
3
= C
ht
x
3

+ 4186(1  x
3
)
Tính C
ht
 [1]
C
3
= 1310,75.0,5+ 4186(1- 0,5
2.5. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết:




D
1,
D
2
, D
3

G

, G
c

W
1
, W
2

, W
3

C

, C
c
 
t

t
c

0
C.
i
1,
i
2
, i
3


1

2,

3

C

n1
, C
n2
, C
n3


1

2

3

0
C.
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 15

Q
tt1
, Q
tt2
, Q
tt3




- 


C

t


- 
1
i
1

- 
2
t
2

- 

 W
1
)C
1
t
1


- 
3
i
3

- 

 W
1
)C
1
t
1



- a: W
1

1

- 

 W
1
)C
1
t
1

- 
1
C
n1


1

- 
tt1
= 0.05D
1
(i
1
- C
n1

1
)

- 
2

2

- 

W
1
W
2
)C
2
t
2

- 
2
C
n2

2

- : Q
tt2
= 0.05D
2
(i
2
 C
n2

2
)

- 
3

3

- 

W
1
W

2
W
3
)C
3
t
3

- 
3
C
n3

3

- 
tt3
= 0.05D
3
(i
3
 C
n3

3
)


vào


ra

G

C

t

+ D
1
i
1
= W
1

1
+ (G

 W
1
)C
1
t
1
+ D
1
C
n1

1

+ 0.05D
1
(i
1
 C
n1

1
) (1
*
)
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 16


D
2
i
2
+(G

W
1
) = W
2

2
+(G


 W
1
- W
2
)C
2
t
2
+D
2
C
n2

2
+ 0.05D
2
(i
2
 C
n2

2
) (2
*
)

D
3
i
3

+(G

W
1
-W
2
)=W
3

3
+(G

W
1
-W
2
-W
3
)C
3
t
3
+D
3
C
n3

3
+ 0.05D
3

(i
3
C
n3

3
) (3
*
)
 D
2
= W
1
; D
3
= W
2
; W= W
1
+W
2
+W
3


;

Bảng 2.4: So sánh lượng hơi thứ thực tế và lí thuyết.



(kg/h)

trình, (kg/h)

W1
7272,727
7509,651
3,25
W2
8000
8100,15
1,25
W3
8727,272
8390,585
3,857
D1

2771,50


2.6. Tính bề mặt truyền nhiệt :
2.6.1. Độ nhớt:
 nht dung dc áp theo công thc Paplop










=K=const (I.17/85-[1])

1
, t
2

21
,
TT

.

21
,




Tính theo nồi 1:
Theo [1-91]


1dd
X
13,2%

µ1

= 60
0

1
= 1,05.10
-3

N.s/m
2
t
µ2
= 80
0

2

= 0,81. 10
-3
N.s/m
2

Theo [1-91]
µ
1
= 1,05.10
-3

N.s/m
2


1


= 53,29
0
C
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 17

µ
2
= 0,81. 10
-3
N.s/m
2

2


= 65,41
0
C

65,1
41,6529,53
8060
21
21










tt


s1
= 158,808
0
C

21
21





ss
tt
K

168,113
65,1
80808,158

41,65
21
2





K
tt
ss



0
C



= 112,408
0

%40tanole

= 0,38.10
-3

N.s/m
2
 

1dd

= 0,38.10
-3

N.s/m
2
[1-91]
Tính cho nồi 2:
X
dd2
= 20,37%

µ1
= 60
0

1
= 1,54.10
-3
N.s/m
2

t
µ2
= 80
0

2
= 1,19.10

-3
N.s/m
2

Theo [1-91]
µ
1
= 1,54.10
-3
N.s/m
2

1


= 38,92
0
C
µ
2
=1,19.10
-3
N.s/m
2

2


= 48,07
0

C

19,2
07,4892,38
8060
21
21










tt
K
0
C

s2
= 68,417
0
C

21
21






ss
tt
K

417,68
185,2
80457,124
07,48
21
2





K
tt
s




0
C




=68,417
0

%40tanole

= 0,77.10
-3
N.s/m
2

2dd

= 0,77.10
-3
N.s/m
2
[1-91]
Tính cho nồi 3:
X
dd3
=50%

µ1
= 60
0

1
= 7,771.10
-3

N.s/m
2

t
µ2
= 80
0

2
= 5,348.10
-3
N.s/m
2

Theo [ 1-91]
µ
1
= 7,771.10
-3
N.s/m
2

1


= -2,29
0
C
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 18

µ
2
= 5,348.10
-3
N.s/m
2

2


= 6,516
0
C

271,2
516,6)29,2(
8060
21
21











tt
K
0
C

s3
= 80,343
0
C

21
21





ss
tt
K

142,7
271,2
80422,81
516,6
21
2






K
tt
s



0
C



= 6,667
0

etanol 40%
= 5,3066.10
-3
N.s/m
2

dd3
= 5,3066.10
-3
N.s/m
2
[1-91]

2.6.2 Hệ dẫn nhiệt của dung dịch:
- [1])

3

M
CA
Pd



 (4.2)
 C
p
- 
- 
3
;
M- 
A- 

-8
;
 M = m
i
M
ct
+ (1- m
i
) M

H2O

Mà
OH
i
ct
i
ct
i
i
M
x
M
x
M
x
m
2
1





064,0
18
2,13100
40
2,13
40

2,13
1



m

M
1
= m
1
.M
ct
+ (1- m
1
).M
H2O

= 0,064. 40 + (1  0,064).18
= 19,409
 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 19


3
8
3
1
1

408,19
1142
.1142.86,3633.10.58,3


M
CA
Pd





103,0
18
37,20100
40
37,20
40
37,20
2



m

M
2
= m
2

.M
ct
+ (1- m
2
).M
H2O

= 0,103.40 + (1  0,103).18
= 20,271

3
8
3
2
2
222
266,20
1220
.1220.3600.10.58,3


M
CA
Pd





31,0

18
99,49100
40
99,49
40
99,49
2



m

M
3
= m
3
.M
ct
+ (1- m
3
).M
H2O

= 0,31.40 + (1- 0,31).18
= 24,828

3
8
3
3

3
333
82,24
1525
.1525.2748.10.58,3


M
CA
Pd



2.6.3 Hệ số cấp nhiệt:


         




- 

1

1
(W/m
2
).
- 

 án quá trình thit b GVHD: Lê Thanh Thanh

Nhóm 3 Trang 20

- 
2


2
(W/m
2
).
a) 
ta có:
q
1

1

1
(4.3)

1


1
=T

 T
Ti

;

T1
= 182,2
0
C, T
T2
=149,5
0
C, T
T3
= 112,6
0
C.



4
1
1
.
.04,2
Ht
r
A



, [W/m
2

 [V.101/28  1] (4.4)
H- 

25,0
32
)(



m
,
 1] ta có:
Bảng 2.5. .


0
C

hh
.10
-3
J/kg

187,07
1995

153,7
2109

117

2215,25

Mà ta có: t
m
= 0,5(T
Ti
+ T

),
- 


Bảng 2.6. Thông số để tính hệ số cấp nhiệt.




T


0
C
187,07
153,7
117

0
C
4,87
4,2

4,4
t
m,
0
C
184,635
151,6
114,8