Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Thuyết minh Đồ án mơn Q trình thiết bị BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập -Tự do-Hạnh phúc ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ Số………… Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN XN HUY Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Xn Lớp : ĐH Cơng Nghệ Hóa 1 – K3 Khoa : Cơng Nghệ Hóa Học NỘI DUNG Thiết kế hệ thống cơ đặc hai nồi xi chiều thiết bị cơ đặc ống tuần hồn ngồi dùng cho cơ đặc dung dịch KOH với năng suất 11000 kg/h , chiều cao ống gia nhiệt h =2m . Các số liệu ban đầu : - Nồng độ đầu của dung dịch là 8% - Nồng độ cuối là : 30 % - Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4,1 at - Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,2 at TT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng 1 Dây chuyền sản xuất A 4 01 2 Nồi cơ đặc A 0 01 PHẦN THUYẾT MINH 1 . Mở đầu 2 . Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất 3 . Tính tốn thiết bị chính 4 . Tính tốn thiết bị phụ 5 . Tính tốn cơ khí 6 . Tỏng kết Sv thực hiện : Phạm Thị Xn Lớp: ĐH HỐ1-K3 1 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Ngày giao đề :……………………ngày hoàn thành:………………… TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ********* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hà Nội , Ngày … Tháng … Năm 2011 Người nhận xét Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 2 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Mục lục 1. Giới thiệu chung Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH - Lời mở đầu Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác, thường phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng , hoặc lỏng trong lỏng . Để nâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch . Phương pháp phổ biến là dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi , khi đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn . Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm , tuần hoàn cưỡng bức , phòng đốt ngoài , …trong đó thiết bị cô đặc có tuần hoàn có ống tuần hoàn ngoài được dùng phổ biến vì thiết bị này có nguyên lý đơn giản , dễ vận hành và sửa chữa , hiệu suất sử dụng cao… dây truyền thiết bị có thể dùng 1 nồi , 2 nồi , 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu. trong thực tế người ta thường xử dụng thiết hệ thống 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất sử dụng hơi đốt cao nhất , giảm tổn thất trong quá trình sản xuất . Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất , em được nhận đồ án môn học : “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học”. Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học “ trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan , mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ . Qua việc làm đồ án môn học này , mỗi sinh viên phải biết Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 3 Thuyết minh Đồ án mơn Q trình thiết bị cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu , vận dụng đúng những kiến thức , quy định trong tính tốn và thiết kế , tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống . Trong đồ án mơn học này, em cần thực hiện là thiết kế hệ thống cơ đặc hai nồi xi chiều , thiết bị cơ đặc ống tuần hồn ngồi dùng cho cơ đặc dung dịch KOH , năng suất 11000kg/h , nồng độ dung dịch ban đầu 8% , nồng độ sản phẩm 30% - Giới thiệu về dung dịch KOH KOH có dạng tinh thể khơng màu , t nc = 404 o C , t s = 1324 o C. Dễ tan trong nước và phát nhiệt mạnh : ở 20 o C, 100 g nước hồ tan được 112 g KOH . Thuộc loại kiềm mạnh ; hấp thụ nước và khí cacbonic (CO 2 ) trong khơng khí , tạo thành kali cacbonat (K 2 CO 3 ) . Dung dịch nước KOH ăn mòn thủy tinh ; KOH nóng chảy ăn mòn sứ (trong mơi trường có khơng khí) , platin . Điều chế bằng cách điện phân dung dịch kali clorua (KCl) có màng ngăn . Dùng trong phòng thí nghiệm , sản xuất xà phòng mềm, các muối kali ; KOH ăn da và rất nguy hiểm khi bắn vào mắt . Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh Hệ thống cơ đặc hai nồi xi chiều làm việc liên tục : Dung dịch đầu KOH 8% được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ thùng chứa (1) , sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) . Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sơi rồi đi vào nồi (6). Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm , dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch . Một phần khí khơng ngưng được đưa qua của tháo khí khơng ngưng . Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng . Dung dịch sơi , dung mơi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ . Hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cơ đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt . Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ 2 do đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < áp suất nồi trước . Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (2) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sơi , kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là q trình tự bốc hơi . Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (10) . Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (8) . Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đi xuống , ở đây hời thứ được ngưng tụ Sv thực hiện : Phạm Thị Xn Lớp: ĐH HỐ1-K3 4 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị lại thành lỏng chảy qua ống Baromet ra ngoài còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không (11) Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 5 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 1 2 3 4 5 2 12 9 8 10 n u? c ng u ng s?n ph?m N u? c l ? nh 11 H o i d? t H o i d? t n u? c ng u ng N u? c ng u ng 6 7 13 Chú thích 1. Thùng chứa dung dịch đầu 2. Bơm 3. Thùng cao vị 4. Lưu lượng kế 5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6,7. Thiết bị cô đặc 8. Thùng chứa nước 9. Thùng chứa sản phẩm 10.Thiết bị ngưng tụ Baromet 11. Thiết bị tách bọt 12. Bơm chân không 13. Ống tuần hoàn Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 6 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị 2. Tính toán thiết bị chính Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo dung dịch đầu : G đ = 11000 kg/h Nồng độ đầu : x đ = 8 % x c = 30% P hơi đốt nồi 1 = 4,1 at . P hơi ngưng tụ = 0,2 at . *Cân bằng vật liệu tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống từ công thức: . 1 d d c x W G x = − ÷ ( VI.1 - Tr.55 - Stttt2 ) 8 11000. 1 8066,6667( / ) 30 W kg h ⇒ = − = ÷ Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi Chọn tỷ lệ hơi thứ: 1 2 1 1 W W = 1 8066,6667.1 4033,3333( / ) 2 W kg h= = 12 WWW −= 2 8066,6667 4033,3333 4033,3334( / )W kg h⇒ = − = Nồng độ cuối của dung dịch Nồi 1: 1 1 . d d c d G x x G W = − (VI.2a - Tr57 - Stttt2) %6316,12 3333,403311000 8.11000 = − = (khối lượng ) Nồi 2: 2c x = 11000.8 11000 8066,6667− = 30% ( khối lượng) Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 7 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị W: tổng lượng hơi thứ của hệ thống W 1 : lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1 W 2 : lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2 1c x : nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1 2c x : nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi *Tính nhiệt độ, áp suất Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р) nghd Ρ−Ρ=∆Ρ 1 4,1 0,2 3,9= − = (at ) (1) Р hd1 : áp suất hơi đốt nồi 1 Р ng áp suất hơi nước ngưng Nhiệt độ, áp suất hơi đốt Ta có: chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi : 1 2 p p ∆ ∆ = 2,2 1 (at) (2) từ (1) và(2) ta có hệ phương trình : 02,2 9,3 21 21 =∆−∆ =∆+∆ pp pp Giải ra ta được : → Áp suất hơi đốt nồi 2 : 1hd p - 1 p∆ = 4,1- 2,68125 = 1,41875 (at) Trong đó: 1 p∆ : chênh lệch áp suất của nồi 1 và nồi 2 2 p∆ : chênh lệch áp suất của nồi 2 và thiết bị ngưng Hơi đốt nồi 1 được được cấp từ nồi hơi , hơi thứ ra khỏi nồi 1 được đưa sang nồi 2 làm hơi đốt để tận dụng nhiệt . Tra bảng (I.251 - Tr 314 – stttt1) ta có : Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 8 )(21875,1 )(68125,2 2 1 atp atp =∆ =∆ Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Nồi P hdi at T hdi o C i hdi J/kg r hdi J/kg 1 4,1 143 2744010 2140995,8 2 1,4187 5 109 2691285,5 2235326,4 ngưng 0,2 59,7 2596000 2358000 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ : Theo sơ đồ nồi cô dặc , nhiệt độ hơi thứ nồi 1(T ht1 ) bằng nhiệt độ hơi đốt nồi 2 (T hd2 ) . Nhưng do quá trình truyền khối cố sự tổn thất nhiệt do trở lực đường ống ( ''' ∆ ) chọn ''' 1 ∆ = 1°C ''' 2 ∆ = 1°C Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1(T ht1 ) 1 21 += hdht TT = 109 1 110 + = o C Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2(T ht2 ) 1 2 += nght TT = 59,7 1 60,7+ = o C (*)Tra bảng I.251-Tr314-Stttt1. Nồi P hti at T hti o C i hti J/kg r hti J/kg 1 1,461 110 2696000 2234000 2 0,210366 60,7 2609588 2356000 - Tổn thất nhiệt : Tổn thất do nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn dung môi ( ∆ ′ ) Ta có : 0 . i f ′ ′ ∆ = ∆ (VI.10 - Tr.59 - Stttt2) 2 16,2. i T f r = (VI.11 - Tr59 - Stttt2) Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 9 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị 2 0 16,2. . i i T r ′ ′ ⇒∆ = ∆ 1 273 110 383T K = + = 2 273 60,7 333,7T K = + = T i: nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất hơi thứ r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước Giá trị ' 0 ∆ được tra từ bảng ( VI.2 – Tr.63 – Stttt2 ) Nồi 1: x 1 =12,6316% → ' 01 ∆ =3,4 0 C Nồi 2 : x 2 =30% → ' 02 ∆ = 12,2 0 C C C 0 2 ' 2 0 2 ' 1 339,9 2356000 7,333 .2,12.2,16 6166,3 2234000 383 .4,3.2,16 ==∆⇒ ==∆⇒ 1 2 3,6166 9,339 12,9556 O C ′ ′ ′ ∆ = ∆ + ∆ = + = - Tổn thất do tăng áp suất thủy tĩnh ( '' ∆ ) 2 2 1 4 2 1 ( ). . ( / ) 2 ( ). .10 ( ) 2 tb hti dds hti dds h h g m h h at ρ ρ − Ρ = Ρ + + Ν = Ρ + + (VI.12 - Tr.60 -Stttt2) P hti : áp suất hơi thứ nồi i h 1i : chiều cao dung dịch trong ống truyền nhiệt , 1 h =0,5 (m) h 2: chiều cao ống truyền nhiệt , 2 h = 2 (m) : dds ρ khối lượng riêng của dung dịch khi sôi . Lấy gần đúng bằng ½ khối lượng riêng của dung dịch ở 15 0 C Tra bảng I.21 - Tr33 - Sttt1 ta có : dd1 ρ = 1116,844( kg/m³) 2dd ρ = 1291 (kg/m³) Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 10 [...]... Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị 1 H 1 H2 H1 2 2 Tính thiết bị ngưng tụ Chọn thiết bị ngưng tụ Baromet - thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao Nguyên lý làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là phun nước lạnh vào trong hơi , hơi tỏa ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại Do đó thiết bị ngưng tụ trực tiếp chỉ để ngưng tụ hơi... lẫn với nước làm nguội Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ Baromet ngược chiều loại khô được mô tả như hình vẽ Thiết bị gồm thân hình trụ (1) có gắn những tấm ngăn hình bán nguyệt (4) có lỗ nhỏ và ống Baromet (3) để tháo nước và chất lỏng đã ngưng tụ ra ngoài 34 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Hơi vào thiết bị đi từ dưới lên , nước chảy... Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Wt = Đồ án môn Quá trình thiết bị 4.3,056 = 0,02353( m / s ) π.3,031 169.1018,018 2 - Xác định vận tốc giả thiết : W gt = Vì : Re µ 10000.0,35534.10 −3 = = 0,112597 ( m / s ) d tr ρ 0,031.1018,018 W gt − Wt W gt = 0,112597 − 0,02353 100% = 79,102% > 5% 0,112597 Do đó cần chia ngăn để quá trình cấp nhịêt ở chế độ xoáy Số ngăn cần thiết : m= W gt Wt = 0,112597 = 4,78 0,02353... HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị w : vận tốc của lưu thể ∆Pm : áp suất khắc phục trở lực khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng L ρ w 2 ∆Pm = λ dtd 2 Với: dtd điều kiện của ống L: chiều dài ống dẫn λ : hệ số ma sát ∆Pcb : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ: ρ w 2 ∆Pcb = ξ với ξ : hệ số trở lực cục bộ 2 ∆Pt : áp suất cần thiết khắc phục trở lực trong thiết bị ∆Pt =0 ∆Pk : áp... (VI.6 - Tr.80 - Stttt2) thì Fchuẩn lấy bằng 125(m2) 3.Tính toán thiết bị phụ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu vào là thiết bị đun nóng loại ống chùm ngược chiều dùng hơi nước bão hoà ở 4,1at , hơi nước đi bên ngoài ống từ trên xuống dưới Hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng (25 0 C) khi ra ở nhệt độ sôi... HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Qui chuẩn n = 169 ống Theo bảng ( V.11 – Tr 48 – Stttt2) ta có bảng số liệu : Số hình 6 cạnh 7 Sắp xếp ống theo hình 6 cạnh Số ống trên đường xuyên tâm 6 15 cạnh Tổng số ống không kể các ống trong các Dãy Dãy Dãy 1 2 3 hình viên phân 169 3 - Tổng ống trong tất cả các hình viên phân Tổng ống trong thiết bị - 169 *) Đường kính trong của thiết bị đun nóng D... : Giả thiết ∆t11 = 2,5o C 15 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị ⇒ TT11 = T11 − ∆t11 = 143 − 2,5 = 140,5o C Tm1 = Thd 1 + TT 11 143 + 140,5 = = 141, 75o C 2 2 Từ bảng ( Tr.29-Stttt2 ) suy ra A1= 194,2625 0 , 25 2140995,8 ⇒α11 = 2,04.194,2625. = 10138,677( w / m 2 đô ) 2.2,5 q11 = α11 ∆t11 = 10138,677.2,5 = 25346,6925( w / m 2 ) Thiết bị sau... : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị M KOH : khối lượng mol của KOH cK ; cO ; cH : nhiệt dung nguyên tử tra bảng (I.141-tr.152-Stttt1) C K =26000 ; C O =16800 ; C H =9630 Phương trình cân bằng vật liệu nồi 1: D1.I1 + Gđ Cđ tđ = W1.i1 + Qm1 + D.C p1.θ1 + ( Gđ − W1 ) C1.t1 Qm1 = 0, 05.Q1 = 0, 05.D1 ( I − C p1.θ1 ) Phương trình cân bằng vật liệu nồi 2: W1.i1′ + ( Gđ... lỏng chảy từ ngăn ra khoảng trống vào đột mở : 2 2 f 0, 03 ξ3 = 3 − 1÷ = − 1÷ = 0, 2089 f 2 0, 05652 Khi chất lỏng chảy ra khỏi thiết bị (đột thu) ta có : 32 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị f1 0, 00524 = = 0, 093 f 2 0, 05652 Tra bảng (N 0 13.II.16 –Tr388 – Stttt1) , ξ 4 = 0, 4723 Vậy : ∑ ξ = ξ1 + 5ξ 2 + 5ξ3 + ξ4 =0,823+5.(0,2785+0,2089)+0,4723=3,7323... 24475,36141( w / m 2 ) q11 − q21 q11 100% = 24475,36141 − 25346, 6925 24475,36141 100% ≈ 3,56% < 5% Vậy giá trị có thể chấp nhận 17 Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3 Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị Nồi 2 Giả thiết ∆t12 = 2, 097o C ⇒ TT12 = T12 − ∆t12 = 109 − 2, 097 = 106,903o C Tm1 = Thd 2 + TT 12 106,903 + 109 = = 107,9515o C 2 2 Từ bảng ( Tr.29 - Sttt2 ) suy ra A2 = 182,578175 0.25 . chất là thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất , em được nhận đồ án môn học : Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học .. thiết kế một thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ . Qua việc làm đồ án môn học này , mỗi
