TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Đề Tài TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH CaCl2 Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện: Hồ Dương Phụng MSSV: 18029701 Lớp: DHVC14 Khóa : 2018-2022 Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHCN TP HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc _ TÍNH TỐN HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHOA: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC BỘ MƠN: MÁY & THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN: HỒ DƯƠNG PHỤNG MSSV: 18029701 LỚP HP: …… Tên nhiệm vụ: Tính tốn hệ thống thiết kế thiết bị đặc nồi liên tục dùng để cô đặc dung dịch CaCl với suất theo nhập liệu 2400 kg/h Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu) a Số liệu ban đầu: - Nồng độ 17% khối lượng - Nồng độ cuối 38% khối lượng - Các thống số khác tự chọn b Yêu cầu: - Tổng quan quy trình cơng nghệ PFD - Cân vật chất cân lượng cho tồn hệ thống cơng nghệ PFD - Tính tốn chi tiết cho thiết bị quy trình công nghệ PFD c Bản vẽ: - Bản vẽ qui trình cơng nghệ PFD (1 A1) - Bản vẽ chi tiết thiết bị (1 A1) Ngày giao nhiệm vụ tập lớn: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ tên người hướng dẫn: ThS Nguyễn Minh Tiến Tp Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 08 năm 2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Minh Tiến LỜI CẢM ƠN Đối với sinh viên năm thứ tư đại học, môn học Đồ án Quá trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Bên cạnh đó, cịn giúp sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết số thiết bị với số liệu cụ thể thông dụng Cô đặc nồi dung dịch CaCl đồ án thực hướng dẫn nhiệt tình Th.S Nguyễn Minh Tiến, mơn Q trình thiết bị - Khoa cơng nghệ hóa học, trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình chu đáo thầy Nguyễn Minh Tiến thầy mơn Q Trình va Thiết Bị người bạn giúp đỡ thực xong đồ án Vì đồ án đề tài lớn tơi, điều thiếu xót hạn chế khơng thể tránh khỏi Mong đóng góp ý kiến, dẫn từ thầy bạn bè để củng cố thêm kiến thức chuyên môn Tôi xin chân thành cảm ơn người NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: Tp HCM, ngày Chủ nhiệm môn tháng năm Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số: ………………………………Điểm chữ Tp HCM, ngày Chủ nhiệm môn tháng năm Giáo viên phản biện MỤC LỤC Chương Tổng quan 1.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu CaCl2 Canxi clorua (CaCl2) hợp chất ion canxi gồm yếu tố (một kim loại kiềm thổ) clo Nó một, khơng màu khơng mùi, nontoxic giải pháp, sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác ứng dụng giới Canxi clorua (CaCl2), dạng lỏng, giải pháp hút ẩm cao hòa tan tỏa nhiệt Khả để vẽ độ ẩm từ mơi trường xung quanh mình, chống lại bốc hơi, nhiệt phát hành phản ứng hóa học làm cho chất hồn hảo cho việc xây dựng bảo trì đường bộ, bao gồm băng kiểm soát bụi ổn định Ứng dụng Calcium Chloride: •Cơ sở ổn định cho xây dựng đường •Freeze-hiệu đinh cát để áp dụng đường mùa đơng •Nước thải tinh chế viện trợ, flocculent, bãi bỏ phốt phát fluorides • Bơm vữa đại lý cho mỏ giếng dầu • Mơi trường phụ gia cho xi măng lị nung • Nitơ ức chế cho nhà máy phân bón •Muối thay thức ăn động vật (như bổ sung cho thiếu hụt canxi) • Phân bón hữu canxi •Lạnh chất lỏng •Lỏng kiểm sốt mùi •Điều chỉnh độ pH đất •Chất chống đơng cho xe vui chơi giải trí, quăn & rinks trượt băng nhiều 1.2 Định nghĩa cô đặc Cô đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hoà tan dung dịch gồm hai nhiều cấu tử Quá trình cô đặc dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sơi cao thường tiến hành cách tách phần dung mơi (cấu tử dễ bay hơn); q trình vật lý – hố lý Tuỳ theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó), ta tách phần dung môi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng) phương pháp làm lạnh kết tinh 1.3 Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức đó, cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết; thường kết tinh dung mơi để tăng nồng độ chất tan Tuỳ tính chất cấu tử áp suất bên tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp ta phải dùng máy lạnh 1.4 Bản chất cô đặc nhiệt Để tạo thành (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực q trình Bên cạnh đó, bay xảy chủ yếu bọt khí hình thành trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hồn tự nhiên nồi đặc Tách khơng khí lắng keo (protit) ngăn chặn tạo bọt cô đặc 1.5 Ứng dụng cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… Trong sản xuất hố chất, ta cần đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl 2, muối vô cơ… Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù cô đặc hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy, việc cải thiện hiệu thiết bị cô đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao Phân loại ứng dụng Theo cấu tạo - Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) Thiết bị đặc nhóm đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Bao gồm: • Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), ống tuần hồn ngồi • Có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục buồng bốc) - Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng (tuần hoàn cưỡng bức) Thiết bị đặc nhóm dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt.Ưu điểm tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Bao gồm: • Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi • Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi -Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng Thiết bị cô đặc nhóm cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt lần (xuôi hay ngược) để tránh tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất số thành phần dung dịch Đặc biệt thích hợp cho dung dịch thực phẩm nước trái cây, hoa ép Bao gồm: • Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt khó vỡ • Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt bọt dễ vỡ Theo phương thức thực q trình - Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi áp suất không đổi; thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn - Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sơi thấp áp suất chân khơng.Dung dịch tuần hồn tốt, tạo cặn bay dung môi diễn liên tục - Cơ đặc nhiều nồi: mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên q lớn làm giảm hiệu tiết kiệm Người ta cô chân không, cô áp lực hay phối hợp hai phương pháp; đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế - Cô đặc liên tục: cho kết tốt đặc gián đoạn Có thể điều khiển tự động chưa có cảm biến đủ tin cậy Đối với nhóm thiết bị, ta thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngồi, có khơng có ống tuần hồn Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật tính chất dung dịch, ta áp dụng chế độ đặc áp suất chân không, áp suất thường áp suất dư Các thiết bị chi tiết hệ thống đặc - Thiết bị chính: • • • • Ống nhập liệu, ống tháo liệu Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp Các ống dẫn: đốt, thứ, nước ngưng, khí khơng ngưng - Thiết bị phụ: • • • • • • • • • • Bể chứa nguyên liệu Bể chứa sản phẩm Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ baromet Bơm tháo liệu Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ Bơm chân không Các van Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất… 10 ⇒ = 0,41 0,1347 (thỏa) Vậy bề dày nắp ellipse mm Tính bền cho lỗ: Vì nắp có lỗ để tháo liệu nên đường kính lớn lỗ cho phép khơng cần tăng cứng tính theo công thức (8-3), trang 162, [7]: dmax = ⇒ dmax = = 80,5 mm Trong đó: S – bề dày đáy thiết bị; mm S’ – bề dày tính tốn tối thiểu đáy; mm (chọn theo cách tính buồng bốc) Ca – hệ số bổ sung ăn mịn; mm D’ – đường kính tính tốn đáy; mm So sánh: Ống dẫn thứ Dt = 250 mm > dmax ⇒ Cần tăng cứng cho lỗ ống dẫn thứ, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng bề dày nắp (8 mm) 6.5 Tính mặt bích 6.5.1 Sơ lược về cấu tạo Bu lơng bích làm từ thép CT3 Mặt bích dùng để nối nắp thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt buồng đốt với đáy thiết bị Chọn bích liền thép, kiểu (bảng XIII.27, trang 417, [2]) Các thơng số mặt bích: Dt đường kính trong, mm 48 D đường kính ngồi mặt bích, mm Db đường kính vịng bu lơng, mm D1 đường kính đến vành ngồi đệm, mm D0 đường kính đến vành đệm, mm db đường kính bu lơng, mm Z số lượng bu lông, h chiều dày mặt bích, mm Chọn mặt bích 6.5.2 Mặt bích nối buồng bốc buồng đốt Buồng đốt buồng bốc nối với theo đường kính buồng đốt Dt= 1000mm Áp suất tính tốn buồng đốt 0,135 N/mm2 Áp suất tính tốn buồng bốc 0,1347 N/mm2 ⇒ Chọn dự phòng áp suất thân Py= 0,6 N/mm2 để bích kín than Các thơng số bích tra từ bảng XIII.27, trang 420, [2] ĐÁY – BUỒNG ĐỐT Kích thước nối Py Dt N/mm2 Mm 0,6 1000 D Db D1 D0 Mm 1140 1090 1060 1013 Kiểu bích Bu lơng Db Z h Mm mm mm M20 28 28 6.5.3 Mặt bích nối buồng đốt đáy: Buồng đốt đáy nối với theo đường kính buồng đốt Dt= 1000mm 49 Áp suất tính tốn buồng đốt 0,1347 N/mm2 Áp suất tính tốn đáy 0,1877 N/mm2 ⇒ Chọn dự phòng áp suất thân Py= 0,6 N/mm2 để bích kín thân Các thơng số bích tra từ bảng XIII.27, trang 420, [2] ĐÁY – BUỒNG ĐỐT Kích thước nối Py Dt N/mm2 Mm 0,6 1000 D Db D1 D0 Mm 1140 1090 1060 Kiểu bích 1013 Bu lơng Db Z h Mm mm mm M20 28 28 6.5.4 Mặt bích nối nắp buồng bốc: Buồng bốc nắp nối với theo đường kính buồng đốt Dt= 1200mm Áp suất tính tốn buồng bốc nắp 0,1347 N/mm2 ⇒ Chọn dự phòng áp suất thân Py= 0,3 N/mm2 để bích kín thân Các thơng số bích tra từ bảng XIII.27, trang 420, [2] ĐÁY – BUỒNG ĐỐT Kích thước nối Py Dt N/mm2 Mm 0,3 1200 D Db D1 D0 Mm 1340 1290 1260 1213 Kiểu bích Bu lơng Db Z h mm mm mm M20 32 25 50 6.6 Tính vỉ ống 6.6.1 Sơ lược về cấu tạo: Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị Vỉ ống phải giữ chặt ống truyền nhiệt bền tác dụng ứng suất Dạng vỉ ống giữ nguyên trước sau nong Vật liệu chế tạo thép không gỉ OX18H10T Nhiệt độ tính tốn vỉ ống Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn vật liệu tt (hình 1-2, trang 16, [7]) Chọn hệ số hiệu chỉnh η=1 ⇒ Ứng suất uốn cho phép vật liệu tt Tính tốn 6.6.2 Tính cho vỉ ống buồng đốt Chiều dày tính tốn tối thiểu phía ngồi vỉ ống h1’ xác định theo công thức 847, trang 181, [7] h’= K = 1000.0,3 = 10,06 mm Trong đó: K= 0,3 hệ số chọn (trang 181, [7]) Dt đường kính buồng đốt, mm p0 áp suất tính tốn ống, N/mm2 ứng suất uốn cho phép vật liệu tt, N/mm2 Chọn h1’ = 10 mm Chiều dày tính tốn tối thiểu phía ống h’ xác định theo cơng thức 8-48, trang 181,[7] h’= 51 Trong đó: K= 0,5 hệ số chọn (trang 181, [7]) ϕ0 hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ ϕ0 = Với: Dn= 1000mm đường kính vỉ ống, mm Σd tổng đường kính lỗ bố trí đường kính vỉ, mm Σd= 6.25+1000= 423 mm ϕ0 = = = 0,577