Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… [1] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl I GVHD: Thầy Lê Đức Trung GIỚI THIỆU MỞ ĐẦU Để nâng cao nồng độ dung dịch theo yêu cầu sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi khỏi dung dịch Phương pháp phổ biến dùng nhiệt để làm bay chất rắn tan không bay hơi, nồng độ dung dịch tăng lên theo yêu cầu mong muốn Thiết bị thường sử dụng chủ yếu nâng cao nồng độ dung dịch hóa chất thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc gồm nhiều loại phân loại theo nhiều phương pháp khác như: thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm, tuần hoàn cưỡng bức…, thiết bị cô đặc tuần hoàn có ống tuần hoàn dùng phổ biến Vì thiết bị có nguyên lý đơn giản, dễ vận hành sữa chữa, hiệu suất sử dụng cao… dây chuyền thiết bị dùng nồi, nồi, nồi… nối tiếp để tạo thành sản phẩm theo yêu cầu Trong thực tế người ta thường thiết kế sử dụng hệ thống cô đặc nồi nồi để có hiệu suất sử dụng đốt cao nhất, giảm tổn thất trình sản xuất Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm môn học giúp cho sinh viên làm quen với việc thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất, có kỹ tính toán cần thiết sau làm việc thực tế Làm đồ án giúp cho sinh viên biết hệ thống hóa kiến thức học vào thực tế, sinh viên tự biết sử dụng việc tra cứu thong số cần thiết, vận dụng kiến thức học tính toán cách xác, tỉ mỉ bước tránh sai sót đáng tiếc [2] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung sau, nâng cao kỹ trình bày đọc vẽ thiết bị cách có hệ thống TỔNG QUAN Nhiệm vụ đồ án: Nhiệm vụ đồ án thiết kế thiết bị cô đặc NaCl nồi từ II nồng độ 5% đến 20% với suất 1500 kg/h tính theo nguyên liệu đầu vào Tính chất nguyên liệu sản phẩm  Nguyên liệu: NaCl khối tinh thể màu trắng, có vị mặn, tan nước phân ly  thành ion Là thành phần muối ăn ngày Khối lượng riêng dung dịch 5% 1035 (kg/m3) Độ nhớt 1,07*10-3 (Ns/m2) 200C ( dung dịch 10%) Ở 1000C dung dịch bão hòa 28.15%, 200C dung dịc bão hòa 26.4% Nguyên liệu đem cô đặc dung dịch NaCl 5% với dung môi nước Sản phẩm: Ta thấy độ hòa tan nhiệt độ thường NaCl khoảng 26,3%, dung dịch cô đặc yêu cầu 20%, sau làm nguội nguyên liệu dạng dung dịch Vì mục đích trình cô đặc chủ yếu để chuẩn bị cho trình sản xuất khác NaOH, hợp chất chứa Cl sử dụng làm muối dạng dịch truyền sử dụng y tế Ngoài NaC dùng làm chất  tải lạnh Những biến đổi xẩy trình cô đặc: Trong trình cô đặc tính chất cuả nguyên liệu luôn thay đổi, thơi gian cô đặc lâu làm cho nồng độ dung dịch tăng lên dẫn đến tính chất có biến đổi theo nồng độ tăng lên làm cho hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt giảm Đồng thời đại lượng khối lượng riêng, độ nhớt, độ sôi, tổn thất nhiệt lại tăng lên [3] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl 3.1 GVHD: Thầy Lê Đức Trung Hệ thống cô đặc: Định nghĩa Cô đặc trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi sang dạng Quá trình cô đặc thường tiến hành trạng thái sôi, nghĩa áp suất riêng phần dung môi mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị Quá trình cô đặc dùng phổ biến công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ dung dịch loãng để tách chất rắn hòa tan (trường hợp có kèm theo trình kết tinh), ví dụ: cô đặc dung dịch đường, cô đặc xút, cô đặc dung dịch muối… Quá trình cô đặc tiến hành áp suất khác Khi làm việc áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở; làm việc áp suất khác ta dùng thiết bị kín Quá trình cô đặc tiến hành hệ thống cô đặc nồi hệ thống cô đặc nhiều nồi 3.2 Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chât lỏng Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử áp suất bên tác dụng lên mặt thoáng mà trình kết tinh xảy nhiệt đọ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh [4] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl 3.2.1 GVHD: Thầy Lê Đức Trung Phân loại Người ta thường tiến hành phân loại thiết bị cô đặc theo cách sau: Theo cấu tạo: - + Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn tự nhiên dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm: • Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), có ống tuần hoàn Có buồng đốt (không đồng trục buồng đốt) • + Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 – 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt Gồm: • Có buồng đốt ống tuần hoàn • Có buồng đốt ống tuần hoàn + Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc lâu làm biến chất sản phẩm Đặt biệt thích hợp chho dung dịch thực phẩm dung dịch nước trái cây, nước ép hoa quả… Gồm: • Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ • Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt bọt dễ vỡ [5] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl - GVHD: Thầy Lê Đức Trung Theo phương pháp thực trình: + Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch để giữ mức dung dịch cố định để đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn Tuy nhiên nồng độ dung dịch đạt không cao + Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi 100oC, áp suất chân không Dung dịch tuần hoàn tốt, tạo cặn bay nước liên tục + Cô đặc nhiều nồi: mục đích tiết kiệm đốt Số nồi không lớn làm giảm hiệu tiết kiệm Có thể 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 sản phẩm tốt trình cô đặc ổn định cô đặc gián đoạn áp dụng điều khiển tự động chưa có cảm biến tin cậy - Theo bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng - Theo chất tải nhiệt: đun nóng (hơi nước bão hòa, nhiệt), khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước áp suất cao…) bằn dòng điện - Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm 3.2.2 Bản chất cô đặc nhiệt [6] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung 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 Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực 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 hoàn tự nhiên nồi cô đặc Tách không khí lắng keo (protit) ngăn chặn tạo bọt cô đặc 3.2.3 Ứng dụng cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, 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 đòi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao Do đó, yêu cầu đặt cho người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc 3.2.4 Cấu tạo thiết bị cô đặc [7] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl  GVHD: Thầy Lê Đức Trung 3.2.4.1 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm Cấu tạo Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm gồm phần phòng bốc phần thiết bị phòng đốt có ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn từ 7-10 lần ống truyền nhiệt, phòng bốc có phận tách giọt có tác  dụng tách giọt chất lỏng thứ theo Nguyên lý làm việc Dung dịch đưa vào đáy phòng bốc chảy ống truyền nhiệt ống trung tâm, đốt đưa vào phòng đốt khoảng ống vỏ, dung dịch đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng ống truyền nhiệt làm khối lượng riêng dung dịch giảm chuyển động từ lên miệng ống, ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt nhiệt độ dung dịch nhỏ so với dung dịch ống truyền nhiệt lượng tạo khối lượng hỗn hợp lỏng lớn ống truyền nhiệt chất lỏng di chuyển từ xuống vào ống truyền nhiệt lên trở lại ống tuần hoàn tạo lên dòng thứ tách khỏi dung dịch bay lên qua phận tách giọt sang thiết bị ngưng tụ baromet Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại giọt chất lỏng thứ theo chảy trở đáy phòng bốc, dung dịch có nồng độ tăng dần tới nồng độ yêu cầu lấy phần đáy thiết bị làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ sung thêm lượng dung dịch vào thiết bị Còn với trình làm việc gián đoạn dung dịch đưa vào thiết bị gián đoạn sản phẩm lấy gián đoạn Tốc độ tuần hoàn lớn hệ số cấp nhiệt phía dung dịch tăng [8] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung trình đóng cặn bề mặt giảm Tốc độ tuần hoàn loại    thường không 1.5m/s Ưu điểm Cấu tạo đơn giản đễ sửa chữa làm Nhược điểm Năng suất thấp, tốc độ tuần hoàn giảm ống tuần hoàn bị đốt nóng 3.2.4.2 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn cưỡng Cấu tạo Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng gồm phòng bốc phòng bốc có phận tách giọt, phía phòng đốt 2, phòng đốt có ống truyền nhiệt 3, bên thiết bị có ống tuần  hoàn bơm tuần hoàn Nguyên lý làm việc Dung dịch bơm vào phòng đốt liên tục ống trao đổi nhiệt từ lên phòng bốc, đốt đưa vào phòng đốt khoảng ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị Dung dịch đun sôi ống truyền nhiệt với cường độ sôi cao lên phòng bốc Tại bề mặt thoáng dung dịch phòng bốc, dung môi tách bay lên qua phận tách giọt sang thiết bị ngưng tụ baromet, dung dịch trở nên đậm đặc trở ống tuần hoàn trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục bơm đưa vào phòng đốt Khi dung dịch đạt nồng độ yêu cầu ta lấy phần dung dịch đáy phòng bốc làm sản phẩm Tốc độ dung dịch ống truyền nhiệt khoảng từ 1.5-3.5m/s hệ số cấp nhiệt lớn tuần hoàn tự nhiên từ 3-4 lần làm việc điều kiện nhiệt độ hữu ích nhỏ từ 3-5 độ cường độ tuần hoàn  phụ thuộc vào suất bơm Ưu điểm [9] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung Năng suất cao cô đặc dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn  a  tự nhiên khó thực Nhược điểm Tốn nhiều lượng cung cấp cho bơm 3.2.4.3 Thiết bị cô đặc có phòng đốt Thiết bị cô đặc có phòng đốt kiểu đứng Cấu tạo Thiết bị cô đặc có buồng đốt kiểu đứng gồm phòng đốt phòng bốc 2, phòng đốt thiết bị trao đổi nhiệt ống chum, ống truyền nhiệt dài tới 7m, phòng bốc có phận tách giọt nối hai phòng đốt phòng đốt có ống dẫn  ống tuần hoàn Nguyên tắc làm việc Dung dịch đưa vào phòng đốt liên tục ống truyền nhiệt, đốt vào phòng đốt khoảng ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị để đun sôi dung dịch Dung dịch tạo thành hỗn hợp lỏng qua ống vào phòng bốc 2, thứ tách lên phía trên, dung dịch theo ống tuần hoàn trộn lẫn với dung dịch vào phòng đốt Khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu trích phần đáy phòng bốc làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ sung dung dịch vào thiết bị Do chiều dài ống truyền nhiệt lớn nên cường độ tuần hoàn   b  lớn cường độ bốc lớn Ưu điểm Năng suất cao Nhược điểm Cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu chế tạo Thiết bị cô đặc có phòng đốt nằm ngang Cấu tạo [10] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung αn = 9,3 + 0,058tT2 = 9,3 + 0,88 * 40 = 31,62 (W/m2.độ) → bề dày lớp cách nhiệt: δ = 43,72 (mm) →chọn δ = 40 mm 4.4 Cách nhiệt cho buồng bốc bề dày lớp cách nhiệt cho buồng bốc tính giống theo công thức buồng đốt (VI.66,STQTTB T2, 92) αn( tT2 – tkk ) = ( tT1 – tT2 ) (mm) - Chọn tT2 = 400C , tT1= 99,1 0C → tra bảng (VII.1, STQTTB T2, 97), chọn nhiệt độ không khí tkk = 27,20C - hệ số dẫn nhiệt vật liệu amiang có độ ẩm 50%, λc = 0,07 (W/m.độ) - hệ số cấp nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt đến không khí: αn = 9,3 + 0,058 * 40 = 11,62(W/m2.độ) → bề dày lớp cách nhiệt: δ = 27,81 (mm) Tính vỉ ống - Một chi tiết thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm ống vỉ ốngdùng để giữ chặt hai đầu ống Theo hình dáng chia vỉ ống hình tròn, hình chữ nhật, hìnhvành khăn Phổ biến vỉ ống hình tròn phẳng, hình cầu hình elip Vỉ ống chủ yếuđược chế tạo từ phôi đúc, vật liệu làm vỉ ống phải bền cứng vật liệu làm ống.Chọn cách bố trí ống vỉ ống theo hình lục giác đều, chọn vỉ có dạng hình tròn [48] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung - Chọn cách bố trí ống vào vỉ theo phương pháp hàn - Bề dày vĩ ống thép không gỉ ( thép crôm – niken – titan Mã hiệu ( 1X18H9T ) theo (I.125/127/STQTTB T1) tính theo công thức (851, Tính toán chi tiết thiết bị hóa chất - Hồ Lê Viên, 182) h = , (mm) Sơ đồ tính vỉ ống Trong đó: h: bề dày vĩ ống (mm) dn: đường kính ống truyên nhiệt (dn = 24 mm) h= - , (mm) kiểm tra ứng suất uốn vỉ thiết bị trao đổi nhiệt tính theo [49] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung công thức sau: σtt = Trong L = t = 33 mm p áp suất tính toán lớn không gian ống N/mm2, chọn p = at = 294300 N/m2 = 0,2943 N/mm2 [σK] ứng suất cho phép vật liệu làm ống, N/mm2 ∗ Ứng suất kéo : [σk] = (XIII.1, STQTTB T2, 355) với: giới hạn bền kéo σ = 550.106 (N/m2) (XII.4, STQTTB T2, 309) K hệ số an toàn theo giới han bền kéo nb = 2,6 (XIII.3, STQTTB T2, 356) hệ số điều chỉnh η = 0,9 (XIII.2, STQTTB T2, 356) → [σK] = 190,38.106 (N/m2 ) → σtt = → Chọn h = m Chọn mặt bích - Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích Phương pháp nối áp suất môi trường - Chọn kiểu bích liền, kiểu (bảng XIII.27, STQTTB T2, 417) để nối nắp thân đáy buồng đốt Bích liền phận nối liền với thiết bị loại hàn Loại bích chủ yếu dung với áp suất thấp áp suất trung bình - số liệu mặt bích thể bảng sau: [50] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung 800 Kích thước ống nối D Db D1 Do (mm) (mm) (mm) (mm) 930 880 850 811 Bu lông db Z (mm) (cái) M20 24 900 1030 M20 Thiết bị P.106 (N/m2) Dt (mm) Buồng đốt Buồng bốc 0,441 0,094 980 950 911 h(mm) 24 Bích liền kim loại đen để nối bô phận thiết bị ống dẫn: Theo bảng XIII.26, STQTTB, T2/409 ta có: Ống dẫn Hơi đốt Hơi thứ Hơi dun g dịch Kích thước ống nối P.106 Dy Dn (N/m2) (mm) (mm) Bu lông h(mm ) 441,4 0,094 110 108 D Dt D1 db Z (mm) (mm) (mm) (mm) (cái) 250 200 170 M22 28 90 89 185 150 128 M16 14 0,094 68 76 160 130 4110 M12 14 Chọn tai treo Tai treo (tai đỡ) phận dùng để giữ thiết bị vào vị trí định trình hoặtđộng Kích thước hình dáng tai đỡ phụ thuộc vào yếu tố như: Đặc tính tải trọng (tĩnh hay động), vào vật liệu làm thiết bị, vào trọng lượng thiết bị… Tai treo cho thiết bị: chọn tai treo làm vật liệu thép crôm – niken – titan Mã hiệu ( 1X18H9T ) gắn buồng đốt Vị trí gắn tai treo lấy 2/3 chiều cao buồng đốt [51] 22 20 Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung Htt = 7.1 Tai treo cho thiết bị - ta có �thép không gỉ = 7900 (kg/m3) theo Bảng XII.7, STQTTB T2, 313 tải trọng tác dụng lên tai treo là: Q = 7.2 Thể tích phận thiết bị 7.2.1 Thể tích thép làm ống truyền nhiệt Vtn = = - với: dn , dt : đường kính ống truyền nhiệt, m Dth,n, Dth,t : đường kính ống tuần hoàn, m H : chiều cao ống truyền 7.2.2 Thể tích thép làm buồng đốt Vtn = với: H : chiều cao buồng bốc ( chiều cao ống truyền nhiệt ) Dd,n, Dd,t : đường kính buồng bốc 7.2.4 Khối lượng thép làm đáy nón Đáy thiết bị cô đặc có dạng hình nón có gờ, góc đáy 600 với thông số Dt = 800 mm, H = 540 mm, S = mm theo bảng XIII.21, STQTTB T2, 394 ta khối lượng đáy hình nón: m = 44.1,01 = 44,4 (Kg) 7.2.5 Khối lượng thép làm nắp buồng bốc Nắp thiết bị cô đặc có dạng hình elip có gờ, góc đáy 600 với [52] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung thông số Dt = 800 mm , ht = 200 mm, S = 4mm theo bảng XIII.10, STQTTB T2, 384 ta khối lượng nắp hình elip: m = 24,2.1,01 = 24,4 (Kg) 7.2.6 Thể tích thép làm vỉ ống - Thể tích thép làm vỉ ống bao gồm bích - tổng diện tích lỗ: Vtn = = = 0,097 m2 - diện tích vỉ: S’ = - diện tích lại: ∆S = S’ – S = 0,502 – 0,097 = 0,405 ( m2) - thể tích vỉ: Vvỉ = h * ∆S = 0,008 * 0,405 = 3,24.103 ( m3) Tính toán thiết bi phụ 8.1 Vị trí đặt bồn cao vị - chiều cao bồn cao vị đặt độ cao cho thắng trở lực đường ống để cấp dung dịch cho thiết bị cô đặc - phương trình bernuli cho mặt cắt thùng cao vị vị trí nhập liệu nồi cô đặc: Z1 + Z + - chọn p1 = 1,5 at, p2 = 1at, ω1 = ω2 - khối lượng riêng nước nhiệt độ 250C, ρ = 997,08 (Kg/m3) theo bảng (I.5, STQTTB T1, 11) độ nhớt μH2O = 0,8937.10-3 (N.s.m2) (I.102,STQTTB T1, 94) - chọn chiều cao từ cửa vào để dẫn dung dịch thiết bị cô đặc: Z2 = 1,5 m Đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi cô đặc : d = 68 mm - Vận tốc dòng chảy ống: ω = = [53] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung - Chuẩn số Reynolds: Re = = = 2108,6 < 2320 → lưu chất chảy tầng hệ số ma sát: λ = với: A - hệ số phụ thuộc vào bảng ( II.10, STQTTB T2, 378 ) → A = 64 → λ = - tổng hệ số tổn thất cục : ∑ξ = ξvào + ξkhuỷu + ξvan + ξra  dựa theo bảng II.16, STQTTB T1, 382, ta có: - hệ số trở lực gặp đoạn cong 900 (có đoạn) → ξkhuỷu = - hệ số trở lực gặp van côn ống tròn (II.16, STQTTB T1, 397) → ξvan = 5,47 - Hệ số trở lực lưu chất vào khỏi ống có đặt lưới kim loại để ngăn cặn bẩn:theo bảng (II.16, STQTTB T1, 383) → ξvào = ξra = ξ0.a ξ0 :là giá trị phụ thuộc vào tổng bề mặt lỗ lưới F bề mặt mặt cắt ngang ống F T - chọn tỉ lệ ξ0 = 0,97 , Re = 139,45 → a = 1,153 → ξvào = 0,97 * 1,153 = 1,118 - Tổng hệ số tổn thất cục : ∑ξ = ξvào + ξkhuỷu + ξvan + ξra = 1,118 + + 5,47 = 8,706 - Chọn chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi cô đặc: l = m H1-2 = = - Chiều cao từ mặt thoáng thùng cao vị xuống đất: Z1 + Z + → Z1 = 1,5 + 0,0077 = 6,83 (m) [54] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung → Chọn Z1 = 6,5 (m) 8.2 Chọn bơm 8.2.1 Bơm dung dịch chọn bơm ly tâm với chiều cao hút bơm 0,8 (m) chiều cao đẩy bơm đến bồn cao vị 6,5 (m) , công suất bơm là: N= theo (II.189, STQTTB T1, 439) Trong : Q – suất bơm, m3/s ρ – khối lượng riêng chất lỏng, Kg/m3 H – áp suất toàn phần bơm, m g – gia tốc trường, m/s2 η - hiệu suất chung bơm, (η = 0,72 ÷ 0,93) - chọn hiệu suất chung bơm – η = 0,8 - áp suất toàn phần H = Hm + H0 + Hc (m) với : Hm : áp suất tiêu tốn để thắng trở lực đường hút đẩy Hc = chênh lệch áp suất áp suất hai mặt thoáng H0 = Z2 – Z1 : chiều cao hình học - chọn η = 0,8, khối lượng riêng nước nhiệt độ 250C, ρ = 997,08 (Kg/m3) theo bảng (I.5, STQTTB T2, 11) độ nhớt μH2O = 0,8937.10-3 - (N.s.m2)(I.102,STQTTB T1, 94) Xem vận tốc ống hút vận tốc ống đẩy (ω1 = ω2 = 0,1 (m/s)) → bỏ - qua chênh lệch vận tốc ống hút ống đẩy Lưu lượng bơm : Q = = = - Chọn P2 = 1,5 at P1 = at chọn Z2 = 6,5 (m), Z1= 0,6 (m) [55] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung Hc = = Hm = với : λ - hệ số trở lực ma sát dung dịch chảy ống l - chiều dài mạng ống mà dung dịch qua, m d - đường kính ống dẫn dung dịch , m ξ - trở lực cục ống dẫn ω - vận tốc dung dịch , m chọn dhút = dđẩy = 68 mm - Chuẩn số Reynolds: Re = = = 2789,19 → 2320 < Re < 4000 → lưu chất chảy độ - Hệ số ma sát xác định theo công thức thực nghiệm Baraziut (II.59, STQTTB T1, 378) λ = 0,3164/Re0,25 =0,3164/2789,190,25 = 0,0435 - Tổng hệ số tổn thất cục : ∑ξ = ξvào + ξkhuỷu + ξvan + ξra dựa theo bảng II.16, STQTTB T1, 382, ta có: - hệ số trở lực gặp đoạn cong 900 (có đoạn) → ξkhuỷu = 1* =  - hệ số trở lực gặp van côn ống tròn (II.16, STQTTB T1, 397) → ξvan = 5,47 - Hệ số trở lực lưu chất vào khỏi ống có đặt lưới kim loại để ngăn cặn bẩn:theo bảng (II.16, STQTTB T1, 383) → ξvào = ξra = ξ0.a ξ0 :là giá trị phụ thuộc vào tổng bề mặt lỗ lưới F bề mặt mặt cắt ngang ống F - chọn tỉ lệ T ξ0 = 0,97 , Re = 139,45 → a = 1,153 → ξvào = 0,97 * 1,153 = 1,118 - Tổng hệ số tổn thất cục : ∑ξ = ξvào + ξkhuỷu + ξvan + ξra [56] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung = 1,118 + + 5,47 = 9,706 → - Hm = Áp suất toàn phần bơm: H = Z2 – Z1 + Hm + Hc = 6,5 – 0,6 + 5,01 + 0,01 = 10,92(m) - công suất bơm : N= - Công suất động điện: Ndc = - với: ηtr hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,9 ηđc hiệu suất động điện dựa theo bảng II.32, STQTTB, T1, 439 chọn hiệu suất động điện bơm li tâm ηđc = 0,9 → Ndc = - thường người ta chọn động điện có công suất lớn so với công suất tính toán → Nlt = β* Ndc (với β=1,5 hệ số dự trữ công suất theo II.33, STQTTB, - T1, 440) vậy: Nlt = β* Ndc = 1,5 * 0,058 = 0,087 (kw) 8.2.2 Bơm cung cấp nước cho thiết bị ngưng tụ gián tiếp - công suất bơm N = theo (II.189, STQTTB T1, 439) Trong : Q – suất bơm, m3/s ρ – khối lượng riêng chất lỏng, Kg/m3 H – áp suất toàn phần bơm, m [57] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung g – gia tốc trường, m/s2 - η - hiệu suất chung bơm, (η = 0,72 ÷ 0,93) chọn η = 0,8, khối lượng riêng nước nhiệt độ 250C, ρ = 997,08 (Kg/m3) theo bảng (I.5, STQTTB T2, 11) độ nhớt μH2O = 0,8937.10-3 - (N.s.m2)(I.102,STQTTB T1, 94) Chọn nước cấp lạnh cho thiết bị: G = 8868 (kg/h) = 2,46 (kg/s) Năng suất bơm → Q = = - phương trình bernuli cho mặt cắt thùng cao vị vị trí nhập liệu nồi cô đặc: Z1 + Z + - chọn p1 = 1at, p2 = 0,96 at, ω1 = ω2 - Chọn chiều cao từ mặt thoáng bể nước xuống đất : Z1 = 0,6 (m) - chọn chiều cao từ cửa vào để dẫn dung dịch thiết bị cô đặc: Z2 = 1m Đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi cô đặc : d = 68 mm - Vận tốc dòng chảy ống: ω = = - Chuẩn số Reynolds: Re = = = 5578,38 > 4000 → lưu chất chảy xoáy, Hệ số ma sát xác định theo công thức : ( II.65, STQTTTB T1, 380) - với Δ : độ nhám tương đối xác định theo công thức ∆ = = 2,9.10-3 - với: ε : độ nhám tuyệt đối theo bảng II.15, STQTTB T1, 381 → ε = 0,2 (mm) → = = 4,684 [58] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl → GVHD: Thầy Lê Đức Trung λ = 0,046 - Tổng hệ số tổn thất cục : ∑ξ = ξvào + ξkhuỷu + ξvan + ξra  dựa theo bảng II.16, STQTTB T1, 382, ta có: - hệ số trở lực gặp đoạn cong 900 (có đoạn) → ξkhuỷu = 1* = - hệ số trở lực gặp van côn ống tròn (II.16, STQTTB T1, 397) → ξvan = 5,47 - Hệ số trở lực lưu chất vào khỏi ống có đặt lưới kim loại để ngăn cặn bẩn:theo bảng (II.16, STQTTB T1, 383) → ξvào = ξra = ξ0.a ξ0 :là giá trị phụ thuộc vào tổng bề mặt lỗ lưới F bề mặt mặt cắt ngang ống F - chọn tỉ lệ T ξ0 = 0,97 , Re = 139,45 → a = 1,153 → ξvào = 0,97 * 1,153 = 1,118 - Tổng hệ số tổn thất cục : ∑ξ = ξvào + ξkhuỷu + ξvan + ξra = 1,118 + + 5,47 = 9,706 - Chọn chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi cô đặc: l = m H1-2 = = - Cột áp bơm : H = (Z2 – Z1) + (P2 –P1) + h1-2 = (1 – 0,6) + = 0,024 (m) - công suất bơm : N= - Công suất động điện: Ndc = [59] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl - GVHD: Thầy Lê Đức Trung với: ηtr hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,9 ηđc hiệu suất động điện dựa theo bảng II.32, STQTTB, T1, 439 chọn hiệu suất động điện bơm li tâm ηđc = 0,9 → Ndc = - thường người ta chọn động điện có công suất lớn so với công suất tính toán → Nlt = β* Ndc (với β=1,5 hệ số dự trữ công suất theo II.33, STQTTB, - T1, 440) vậy: Nlt = β* Ndc = 1,5 * 8,87.10-4 = 1,33.10-3 (kw) = 1,33 (w) [60] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung Kết Luận Qua trình tính toán công nghệ ta thấy có nhiều khó khăn phát sinh gây cản trở đến việc tối ưu hóa cho quy trình công nghệ Chẳng hạn nhiệt lượng tổn thất, tính toán kết cấu thiết bị, hệ số trở lực đường ống… Tuy nhiên, việc thực trình tính toán công nghệ đồ án dựa số liệu sách thông số có cần dựa theo chuẩn thực tế để hình thành sản phẩm Một yếu tố khác đóng phần quan trọng kinh nghiệm thực tế sản xuất Mặt khác thiết bị sau thiết kế cần bảo đảm nguyên lí hoặt động giá thành không cao, không sai biệt so với thực tế đạt hiệu mong muốn, hoặt động tốt sản xuất công nghiệp Trong trình thực nhóm gửi lời cảm ơn đến thầy cô tổ môn Máy - Thiết bị, thầy hướng dẫn Thầy Lê Đức Trung bảo hướng dẫn tận tình giới thiệu tài liệu tham khảo vô bổ ích để nhóm hoàn thành đồ án môn học [61] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung Tài Liệu Tham Khảo [1] Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2006 [2] Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2006 [3] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam, Quá trình thiết bị công nghệ hóa học tập 10, Trường đại học bách khoa TP HCM [4] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam, Quá trình thiết bị công nghệ hóa học tập 5, Trường đại học bách khoa TP HCM [5] Nguyễn Bin Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm, tập 1, Các trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội , 2004 [6] Lý Ngọc Minh, Quá trình thiết bị truyền nhiệt, Trường đại học công nghiệp TP HCM, 2006 [7] Phạm Xuân Toản, Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm, tập – Các trình thiết bị truyền nhiệt, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội [62] [...]... ∆t1 (0C) tT1 ( C) 0 Tm (0C) A ( C) 1 (w/m2.độ) q1 (w/m2) 19 1,42 19 1,57 19 1,64 5 19 1,66 19 1,67 5 90 01, 3 11 395,8 12 252,55 12 464,65 12 700,2 0 3 2 1, 5 12 9,9 13 1,4 13 0,9 13 1,9 13 1,4 13 2 ,15 1, 4 1, 3 13 1,5 13 2,2 13 1,6 13 2,25 ∑r (w/m2) tT2 ( C) ∆tT2 (0C) 27003,9 1, 49 .10 -3 227 91, 6 1, 49 .10 -3 18 378,8 1, 49 .10 -3 89,64 96,9 10 4 -18 ,8 -8,3 -1, 2 17 450,5 1, 49 .10 -3 16 510 ,3 1, 49 .10 -3 10 5,5 10 6,9 8 0,3 1, 7 0 Khi dung dịch. .. µ  A: trị số phụ thuộc tm tm (oC) A 0 , 25 0 20 40 60 80 10 0 12 0 14 0 16 0 18 0 200 10 4 12 0 13 9 15 5 16 9 17 9 18 8 19 4 19 7 19 9 19 9 - Chọn ∆t1 = 3 0C: tT1 = thd - ∆t = 13 2,9 – 3 = 12 9 0C 0 C A = 19 1,42 ( STQTTB T2,29) Thd = 13 2,9 0C tương ứng với r nước = 217 1 .10 3 (j/kg) - Vậy : 1 =90 01, 3 (w/m2.độ) q1 = 1 ∆t1 = 90 01, 3 * 3 = 27003,9( w/m2) 1. 5.2 Hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi - Xem... vật liệu chế tạo thiết bị cô đặc là thép crôm – niken – titan Mã hiệu ( 1X18H9T ) và hệ số dẫn nhiệt tại tT1 = 12 9,70C, λ = 17 ,54 (W/m.độ) (I .12 5, STQTTB T1, 12 7) R3 = δ / λ = 0,002 / 17 ,54 = 1, 14 .10 -4 (m2độ / w) ∑r = r1 + r2 + r3 = 0,464 .10 -3 + 0, 913 .10 -3 + 1, 14 .10 -4 = 1, 49 .10 -3 (m2.độ/w)   tT2 = tT1 – q1 ∑r = 12 9,9 – 1, 49 .10 -3 * 27003,9 = 89,64 0C ∆t2 = tT2 - tc = 86,64 – 10 5,2 = -18 ,8 0C - Tương... độ; t 1 = 10 0C → μdd1 = 1, 99 .10 -3 (Ns/m2) tμ2 = 200C → μdd2 = 1, 56 .10 -3 (Ns/m2) - chọn nước làm chất lỏng chuẩn, dựa theo bảng I .10 2, STQTTB T1, 94: [24] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung μnước = 1, 99 .10 -3 (Ns/m2) → θ 1 = -3 0C μnước = 1, 56 .10 -3 (Ns/m2) → θμ2 = 4 0C Dung dịch NaCl 20% có tc= 10 5,20C  - → μNaCl = 0,43 .10 -3 ( Ns/m2) θ 1 = 59,58 0C → µnước = 0,47 .10 -3... (j/kg.độ) tc = 10 5,2 0 C [25] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl tđ = 25 0 Cđ = 3976,7 (j/kg.độ) GVHD: Thầy Lê Đức Trung C W = 11 25 kg Qtt = 0 QD = 2 61, 1 .10 3 (j / s)  1. 7 Bề mặt truyền nhiệt - bề mặt truyền nhiệt được tính theo công thức: (4.25, QTTBCNHH tập 10 ) F= QD / ( K ∆thi ) = 2 611 .10 3 / (28,8 * 527,79) = 33 ,1( m3) 2 Thiết kế chính 2 .1 Buồng đốt của nồi cô đặc 2 .1. 1 Tính số ống truyền... Trung Phd = → Pth = 1, 5.P = 1, 5 * 4 41, 64 .10 3 = 6 61, 7 10 3 (N/m2) P1 – áp suất thủy tĩnh của nước P1 = ρgH = 1, 618 * 9, 81 * 1, 5 = 23, 8 (N/m2) → P0 = Pth + P1 = 6 61, 7 .10 3 + 23,8 = 6 61, 723 .10 3 (N/m2) σ= →chọn S = 4 mm 2 .1. 4 Tính đáy buồng đốt chọn đáy trong thiết bị cô đặc một nồi có dạng hình nón, đáy nón có gờ, làm bằng thép crôm – niken – titan Mã hiệu ( 1X18H9T ) theo (I .12 5, STQTTB T1, 12 7), góc đáy bằng... đổi, không cô đặc được dung dịch có độ nhớt lớn và dung dịch kết tinh 3.3 3.3 .1 Các loại thiết bị để thực hiện quy trình công nghệ Thiết bị chính Trong công nghiệp hóa chất thường dung các thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi Loại này gồm các phần chính sau: 1 Ống nhập liệu, ống tháo liệu 2 Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt 3 Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp [12 ] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl... + 1, 1 + 1 = 6 0C 1. 3 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của nồi và cả hệ thống ∆t = thd – t nt = 13 2,9 – 98 ,1 = 34,8 0C - Tổng chênh lệch hữu ích của cả hệ thống ∆hi = ∆t - ∑∆ = 34,8 – 7 = 27, 8 0C - Sản phẩm lấy ra ở đáy của thiết bị, nhiệt độ cuối của dung dịch trong nồi tc = tnt + ∆’ + 2∆’’ + ∆’’’ = 98 ,1 + 3,9 + 2 *1, 1 + 1 = 10 7 ,2 0C 1. 4 Cân bằn nhiệt lượng 1. 4 .1 Nhiệt dung riêng [19 ] Đồ án môn học: Thiết. .. 0,9 (XIII.2, STQTTB T2, 356) → [σ ] = 13 2 .10 6 (N/m2) chọn giá trị bé hơn [σ ] = 13 2 .10 6 (N/m2) để tính bề dày thân hình trụ áp suất bên trong thiết bị: P = Pmt + P1 C C với: P - áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị P1 = ρgH 1 tại Pmt = Phđ = 3 (at) → ρ = 1, 618 (Kg/m3) (I.2 51, STQTTB T1, 315 ) → P = 3.9, 81. 104 +1, 618 .9, 81. 1,5 = 4 41, 46 .10 3 (N/m2) chọn hệ số bền của thành theo phương dọc –... của thiết bị cô đặc buồng đốt trong có ống tuần hoàn trung tâm là cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh và sửa chữa, chiếm ít diện tích, có thể cô đặc dung dịch có nhiều váng cặn [14 ] Đồ án môn học: Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc NaCl GVHD: Thầy Lê Đức Trung Do dung dịch có nồng độ và độ nhớt dung dịch tương đối thấp, nếu sử dụng hệ thống cô đặc gián đoạn không cần thiết trong trường hợp này vì cô đặc gián đoạn dùng ... (0C) A ( C) 1 (w/m2.độ) q1 (w/m2) 19 1,42 19 1,57 19 1,64 19 1,66 19 1,67 90 01, 3 11 395,8 12 252,55 12 464,65 12 700,2 1, 5 12 9,9 13 1,4 13 0,9 13 1,9 13 1,4 13 2 ,15 1, 4 1, 3 13 1,5 13 2,2 13 1,6 13 2,25 ∑r (w/m2)... C) ∆tT2 (0C) 27003,9 1, 49 .10 -3 227 91, 6 1, 49 .10 -3 18 378,8 1, 49 .10 -3 89,64 96,9 10 4 -18 ,8 -8,3 -1, 2 17 450,5 1, 49 .10 -3 16 510 ,3 1, 49 .10 -3 10 5,5 10 6,9 0,3 1, 7 Khi dung dịch (dung môi nước) sôi tuần... 12 0 14 0 16 0 18 0 200 10 4 12 0 13 9 15 5 16 9 17 9 18 8 19 4 19 7 19 9 19 9 - Chọn ∆t1 = 0C: tT1 = thd - ∆t = 13 2,9 – = 12 9 0C C A = 19 1,42 ( STQTTB T2,29) Thd = 13 2,9 0C tương ứng với r nước = 217 1 .10 3 (j/kg)