Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tốt nghiệp GVHD PGS TS La Thế Vinh Đồ án tốt nghiệp GVHD PGS TS La Thế Vinh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên Phạm Thị Thu Hư.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC -NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Thị Thu Hường Mã số sinh viên: 20103596 Lớp: Công nghệ Vô – K55 Nội dung: “Thiết kế xưởng sản xuất soda theo phương pháp tuần hồn NaCl từ muối cơng nghiệp với xuất 230.000 tấn/năm” Chất lượng sản phẩm: 98,5%Na2CO3; 0,2%NaCl; 1,0%NaHCO3; 0,3% ẩm Các số liệu ban đầu: Nguyên liệu: NaCl 98,8%; MgCl2 0,01%; CaSO4 0,09%, lại cặn không tan Hiệu suất sử dụng NaCl: 99,0%; Hiệu suất tách NH4Cl: 99,2% Tổn thất soda trình sản xuất: 4,5% Các số liệu khác tự chọn Nhiệm vụ: - Giới thiệu sản phẩm sở trình sản xuất - Cơ sở hóa lý q trình sản xuất soda - Chọn biện luận dây chuyền, thiết bị - Tính kỹ thuật: - Tính cân chất nhiệt tồn xưởng - Tính kích thước thiết bị - Tính chọn thiết bị phụ - Chọn biện luận đặc điểm công trình xây dựng - Tính giá thành sản phẩm Các vẽ, sơ đồ, sản phẩm cần đạt: SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh - Bản vẽ dây chuyền công nghệ (A0) - 02 Bản vẽ chi tiết thiết bị (A0) - Bản vẽ mặt mặt cắt phân xưởng (A0) Ngày giao nhiệm vụ: 10-02-2015 Ngày hồn thành: Trưởng Bộ mơn Cán hướng dẫn PGS.TS La Thế Vinh PGS.TS La Thế Vinh CÁC CHỮ VIẾT TẮT SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Cacbonat hoá sơ CBNHSB Cacbonat hoá CBNH Dung dịch dd Làm lạnh ll Trao đổi nhiệt TĐN Độ chuẩn đc Tự td Liên kết lk Tổn thất tt Hấp thụ ht SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp , em nhận nhiều quan tâm , giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy bạn bè gia đình Với lịng biết ơn sâu sắc , em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy cô Bộ môn Công nghệ chất Vô Cơ – trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội dạy dỗ cho em kiến thức bổ ích mơn học chun ngành , giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em bạn khác suốt trình học tập Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS La Thế Vinh trực tiếp hướng dẫn, bảo nhiệt tình em bạn nhóm để hồn thành nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp cách tốt Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè , ln tạo điều kiện , quan tâm , giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin kính chúc Thầy , Cô dồi sức khỏe để tiếp tục giảng dạy công tác tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên Phạm Thị Thu Hường SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh MỤC LỤC PHẦN 5: TÍNH TỐN CÂN BẰNG NHIỆT 52 71 PHẦN 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 72 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .91 SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh LỜI NĨI ĐẦU Soda mặt hàng hóa chất mà lượng tiêu thụ có xu hướng tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ tăng dân số tốc độ tăng trưởng tổng sản phẩm quốc dân nước Soda sản phẩm sử dụng cho nhiều ứng dụng ngành cơng nghiệp hóa chất cơng nghiệp luyện kim, chất tẩy rửa , thủy tinh,….Ngoài sản xuất từ loại quặng tự nhiên, soda sản xuất tổng hợp từ nguyên liệu đá vôi, muối ammoniac Chính tầm quan trọng mà nhà nghiên cứu khơng ngừng tìm tịi phương pháp sản xuất soda ưu việt Được đồng ý hướng dẫn thầy PGS.TS.La Thế Vinh thầy cô Bộ môn Công Nghệ Các Chất Vơ Cơ em hồn thành đồ án :” Thiết kế xưởng sản xuất soda theo phương pháp tuần hồn NaCl từ muối cơng nghiệp với suất 230.000 tấn/năm” Bản đồ án em gồm nội dung sau : Phần 1: Giới thiệu chung sản phẩm phương pháp sản xuất soda Phần : Cơ sở hóa lý q trình sản xuất soda Phần 3: Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ Phần 4: Tính tốn cân vật chất Phần :Tính tốn cân nhiệt lượng Phần 6: Tính chọn thiết bị Với vốn hiểu biết hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn bè để kiến thức em vững vàng Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên Phạm Thị Thu Hường SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN PHẨM VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT SODA 1.1.Giới thiệu chung sản phẩm soda Soda loại muối kết tinh màu trắng ngậm nước khan Nhiệt độ nóng chảy 8150C, trọng lượng riêng 2,53 (gam/cm3), trọng lượng phủ đầy 0,5 (g/cm3) Soda hoà tan nước tốt, hồ tan có toả nhiệt, dung dịch soda có tính kiềm Soda kết tinh dạng ngậm nước dạng khan Dạng kết tinh ngậm nước có loại, loại ngậm nước: Na2CO3.H2O, loại ngậm nước Na2CO3.7H2O loại ngậm 10 nước: Na2CO3.10H2O Các loại ngậm nước hoà tan nhanh dễ loại khan Theo yêu cầu sử dụng, soda phân làm loại: Loại kỹ thuật, loại phim ảnh loại quang học Bảng 1: Đặc trưng kỹ thuật loại sản phẩm soda [1] Loại kỹ thuật % Na2CO3 Tổn thất nung %≤ Chất không tan % NaCl % Na2SO4 % F% Loại phim ảnh 95,0 3,5 Hơi đục 1,0 - 95,00 3,50 0,10 1,00 0,10 0,01 Loại quang học 96,00 2,50 0,30 0,50 0,05 0,005 Sản phẩm Soda sử dụng tới 96% sản lượng cho ngành cơng nghiệp, cịn lại 4% sản lượng dùng cho ngành kinh tế khác Bảng 2: Tỷ lệ sử dụng Soda ngành, [1] Công nghiệp hố chất: Luyện kim màu: Luyện kim đen: Cơng nghiệp dầu mỏ: Các ngành công nghiệp khác: 23,7 % 11, 9% 2,5 % 1,0 % 32,0 % tổng sản lượng tổng sản lượng tổng sản lượng tổng sản lượng tổng sản lượng Bảng 3: Tiêu hao Soda cho đơn vị sản phẩm số ngành sau: Đơn vị: kg soda/tấn sản phẩm Luyện gang Nấu thuỷ tinh Luyện ôxit nhôm SVTH: Phạm Thị Thu Hường 50 170 - 200 145 - 220 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Ôxit cacbon Chế tạo Criolit Bột giặt tổng hợp Tách lưu huỳnh khỏi dầu mỏ Khoan giếng dầu 9.000 - 14.000 608 - 610 560 350 Tóm lại: soda chất kiềm sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp sử dụng trực tiếp để sản xuất hợp chất Natri Trong công nghiệp nhẹ sử dụng làm chất tẩy rửa bột giặt, dược liệu trung hoà dịch vị dày, nước mắm Trong công nghiệp nặng: dùng nấu thuỷ tinh Trong công nghiệp luyện kim (chủ yếu luyện kim màu) sử dụng dạng Cridit (NaAlO2) Trong công nghiệp hoá chất: dùng sản xuất hợp chất Natri, sản xuất NaOH 1.2.Các phương pháp sản xuất soda 1.2.1 Khai thác soda tự nhiên Ban đầu người ta khai thác soda tự nhiên từ đầm hồ, tới nguồn soda cạn kiệt đem đốt rong, tảo biển (trong rong, tảo biển có chứa nhiều soda) đem hòa tan vào nước thu sản phẩm soda Đến kỷ 18 ngành khoa học phát triển mạnh, nhu cầu sử dụng soda tăng lên, đòi hỏi số lượng sản xuất chất lượng sản phẩm tăng lên Do số phương pháp sản xuất soda đời 1.2.2 Phương pháp Lêbơlan Năm 1791, Lêbơlan đưa phương pháp sản xuất soda từ muối ăn, axit sulfuric, đá vơi Q trình sản xuất soda phải qua giai đoạn sau: + Chế tạo Na2SO4 từ NaCl H2SO4 từ phản ứng: 2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl + Cô đặc dung dịch HCl, H2O, bay ta tinh thể Na2SO4 + Nung nóng chảy với CaCO3, C theo tỷ lệ: Na2SO4 : CaCO3 : C = 1: 1: 0,5 to Na2SO4 + CaCO3 + 2C → Na2CO3 + CaS + 2CO2 Sản phẩm nung khỏi lò gồm hỗn hợp muối hòa tan: Na2CO3, Na2S,NaOH muối không tan CaS Đem nghiền nhỏ, hịa tan nước Khi muối hịa SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh tan chuyển vào dung dịch Bã cịn lại gồm chất khơng tan tạp chất lọc đem chế biến thu hồi lưu huỳnh CaS Nước lọc đem cacbonat hóa CO để chuyển tồn Na2S, NaOH có lẫn dung dịch dạng cacbonat Na2S + CO2 + H2O → Na2CO3 + H2S ↑ 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O ( sục CO2 có khống chế) Dung dịch sau cacbonat hóa đem đặc thu soda tinh thể Tái sinh lưu huỳnh Bã lại sau lọc chứa chủ yếu CaS Đem hòa tan vào nước, sục CO vào để giải phóng lưu huỳnh dạng H2S: CaS + CO2 + H2O → CaCO3 + H2S ↑ H2S thu đem đốt nóng lị có ơxit sắt, ơxit nhơm làm xúc tác tạo thành lưu huỳnh nguyên tố để sản xuất axit sunfuric Như vậy, phương pháp Lêbơlan giải nhu cầu sử dụng soda kỷ 18 cịn tồn nhiều nhược điểm Đó sản phẩm chưa tinh khiết, trình sản xuất nặng nhọc, kỹ thuật thủ cơng chưa thể tự động hóa, chất thải lớn gây nhiễm môi trường, hiệu suất dẫn đến phản ứng không cao dẫn đến giá thành cao, khơng có hội cạnh tranh 1.2.3 Phương pháp Solvay Năm 1861 Solvay (Kỹ sư người Bỉ) phát minh phương pháp sản xuất soda từ muối ăn, đá vôi dùng ammoniac tác nhân chuyển hóa trung gian Q trình sản xuất tiến hành qua giai đoạn sau: + Chuẩn bị dung dịch nước muối chứa ammoniac Muối rắn hòa tan vào làm lạnh đạt nồng độ NaCl : 305 – 310 (g/l) điều kiện thường, nước muối đem hịa tan, NH3 tới nồng độ NH3 = 85 ÷ 90 (g/l) + Amon hóa Sử dụng dung dịch nuớc muối bão hịa làm dung mơi hịa tan khí ammoniac, để phục vụ cho q trình cacbonat hóa sau + Cacbonat hóa Dung dịch bão hịa muối ăn NH3 sau amon hóa đem cacbonat hóa CO2 NaHCO3 nồng độ NaHCO3 đạt bão hịa có kết tinh NaHCO3 tách SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl + Lọc kết tủa NaHCO3 đem phân giải nhiệt sản phẩm soda theo phản ứng: t0 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 + Tái sinh ammoniac Nước lọc chứa chủ yếu NH4Cl, NaCl, chưa phản ứng lượng nhỏ cacbonat amon Đem dung dịch trộn lẫn với sữa vơi đun nóng cho NH3 bay quay trở lại trình ban đầu to NH4HCO3 → NH3 + CO2 + H2O to NH4COONH2 → 2NH3 + CO2 So sánh hai phương pháp So với phương pháp Lêbơlan phương pháp Solvay có nhiều ưu điểm thực q trình kín, ngun liệu dễ kiếm Quy trình phức tạp dễ thao tác, tự động hóa, sản phẩm khống chế hiệu suất trình Cho tới nay, công nghệ sản xuất soda theo phương pháp Solvay tồn người ta cải tiến công nghệ theo hai hướng là: thứ theo phương pháp tuần hoàn muối ăn, thứ hai theo phương pháp tuần hoàn amoniac 1.2.3.1 Sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn ammoniac Đây phương pháp sản xuất soda có tuần hồn ammoniac Phương pháp có nhược điểm hiệu suất sử dụng nguyên liệu không cao η = 70÷ 75% Dung dịch cịn lại sau tái sinh chứa nhiều muối ăn gây mặn cho môi trường xung quanh, địi hỏi phải có bãi thải lớn NH3 SVTH: Phạm Thị Thu Hường Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh 1- Vỏ hình trụ 3- Ống truyền nhiệt 2- Lưới đỡ ống 4- Mặt bích có bu lơng ghép I-Chất làm mát II-dung dịch Trên vỏ, nắp, đáy có cửa (ống nối) để dẫn chất tải nhiệt Thiết bị truyền nhiệt đặt chân đỡ tai treo hàn vào vỏ 6.2.2 Các số liệu ban đầu Năng suất thiết bị: N = 27,148(tấn/giờ) 5,689 (m3/Tsp) = 154,445 (m3/h) Nhiệt trao đổi=979754,504.103 (J/tấn) 27,148 (tấn/giờ) = 2,660.1010 (J/h) = 7388437,576 (J/s) Ta chọn loại ống trao đổi nhiệt có kích thước 34x2 mm Các ống bố trí thiết bị theo hình sáu cạnh đồng tâm Nhiệt độ dung dịch vào 34oC Nhiệt độ dung dịch -5oC Làm lạnh Amoniac lỏng, P = 20at Nhiệt độ Amoniac vào -25oC Nhiệt độ Amoniac 5oC SVTH: Phạm Thị Thu Hường 80 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh 6.2.3 Xác định bề mặt trao đổi nhiệt Vì Φ < 100mm nên tính hệ số truyền nhiệt theo: K= [2] 1 δ (W/m2.độ) + r1 + + r2 + α1 λ α2 Trong đó: r1, r2: nhiệt trở trung bình cặn bẩn nước lẫn dầu nhờn ta có: r1 = 0,387.10-3 (m2độ/W) r2 = 0,232.10-3 (m2độ/W) [3] δ: chiều dày ống trao đổi nhiệt (m), δ = 2.10-3 (m) λ: Hệ số dẫn nhiệt vật liệu chế tạo ống Chọn vật liệu thép không rỉ: λ = 23,2 ( W/m độ) [4] α1: Hệ số cấp nhiệt từ dung dịch đến mặt ống( W/m2 độ) α2: Hệ số cấp nhiệt từ ống đến NH3( W/m2 độ) 6.2.3.1 Tính hệ số cấp nhiệt α1 Theo công thức: α1 = Nu.λ l (w/m2.độ) [3] Trong : l : kích thước hình học đặc trưng (đường kính ống): l = 0,03 (m) λ: Hệ số dẫn nhiệt dung dịch (W/m.độ) Nu: chuẩn số Nuxen đặc trưng cho cương độ cấp nhiệt bề mặt tiếp xúc dòng chất tải nhiệt bề mặt cấp nhiệt + Xác định hệ số λ [2] λdd = A.Cp.ρ ρ (W/m.độ) M Trong đó: A hệ số phụ thuộc mức độ liên kết chất lỏng A = 3,58.10-8 Cp: Là nhiệt dung riêng đẳng áp dung dịch 34oC SVTH: Phạm Thị Thu Hường 81 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Bảng 24.Tổng hợp Ci cấu tử theo t = 34oC [2] Các dung dịch NaCl NH4Cl (NH4)2CO3 NH4OH Na2SO4 Na2CO3 H2O Tổng Lượng chất (kg) 379,519 902,411 952,401 291,163 64,486 178,796 4043,510 6812,286 Ci (kJ/kg.độ) 0,865 1,673 1,976 4,222 0,877 1,046 4,153 xi (%KL) 0,056 0,132 0,140 0,043 0,009 0,026 0,594 1,000 C i xi 0,048 0,221 0,277 0,182 0,008 0,027 2,467 3,230 Cp= 3230 (J/kg.độ) ρ : Là khối lượng riêng dựa vào cân chất ta có: ρ= m 6812, 286 = = 1197,449 (kg/m3 ) 5,689 v M: Là khối lượng mol dung dịch M= ∑ M i xi =58,5.0,056+53,5.0,132+96.0,140+35.0,043+142.0,009+106.0,026+18.0,594 =40,009g Thay số vào công thức ta có: λdd = 3,58.10-8.3230.1197,449 1197, 449 +Tính chuẩn số Nu: 40, 009 = 0, 430 (W/m.độ) [3] 0,25 0,8 Nu = 0,021 ε1.Re Pr 0,43 Pr ÷ Prt Trong đó: ε1: số hiệu chỉnh đến ảnh hưởng tỷ số chiều dài đường kính ống ta chọn ε1= [3] Re : Chuẩn số Raynol đặc trưng cho tương quan lực ì lực ma sát phân tử dịng dung dịch ta có: Re = SVTH: Phạm Thị Thu Hường ω.d ρ µ 82 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Trong : ρ: Là khối lượng riêng dung dịch (kg/m3), ρ = 1197,449 (kg/m3) ω: Vận tốc chất lỏng ống, chọn ω = 1,2 (m/s) d: Đường Kính ống d = 0,03(m) μ: Độ nhớt dung dịch nhiệt độ trung bình Dựa vào bảng cân chất ta tính được: [3] log µ hh = x1 log µ + x2 log µ + Trong đó: x1,x2là nồng đồ phần mol cấu tử Bảng 25 Độ nhớt cấu tử dung dịch 34oC Các dung dịch Phần KL xi(phần mol) NaCl 0,056 0,024 NH4Cl 0,132 0,063 (NH4)2CO3 0,140 0,037 NH4OH 0,043 0,031 Na2SO4 0,009 0,002 Na2CO3 0,026 0,006 H2 O 0,594 0,837 Tổng 1,000 log µ hh = -3,129, µhh = 0,743.10-3 (N.s/m2) µ 10-3 (N.s/m2) 0,809 0,729 0,821 0,755 0,906 0,947 0,737 thay vào số liệu ta có : Re= 1, 2.0, 03.1197, 449 = 58019,063 0,743.10−3 + Chuẩn Số Prant dịng tính nhiệt theo nhiệt độ trung bình: Pr = [3] C p µ λ Trong : Cp:Là nhiệt dung Cp =3230 (J/kg.độ) μ: Là độ nhớt μ = 0,743.10-3(Ns/m2) λ: Là hệ số dẫn nhiệt λ = 0,434 (w/m2.độ) Thay số liệu ta có Pr= 3230.0, 743.10−3 =5,530 0, 434 + Chuẩn số Prant tính theo nhiệt độ thành ống Chọn nhiệt độ thành ống -7 0C ta tính SVTH: Phạm Thị Thu Hường 83 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Bảng 26 Độ nhớt cấu tử dung dịch -7oC µ 10-3(N.s/m2) Các dung dịch Phần KL xi(phần mol) NaCl 0,056 0,024 1,567 NH4Cl 0,132 0,063 1,411 (NH4)2CO3 0,140 0,037 1,587 NH4OH 0,043 0,031 1,463 Na2SO4 0,009 0,002 1,755 Na2CO3 0,026 0,006 1,834 H2 O 0,594 0,837 1,428 Tổng 1,000 μ = 1,440.10-3(Ns/m2) Prt = C p µ λ = 3230.1, 440.10−3 = 10,717 0, 434 Thay vào cơng thức tính Nu Ta có: 0,25 0,8 Nu = 0,021.1.(58019,063) (5,530) 0,43 5,530 ÷ 10, 717 = 240,221 Nu.λ 240, 221.0, 434 α1 = l = = 3475,197 ( W/m2.độ) 0,03 6.2.3.2 Tính hệ số cấp nhiệt α2 α2 = Nu.λtb ( W/m2.độ) dn NH3: Làm lạnh vào dạng lỏng dạng hơi, NH lấy nhiệt từ dung dịch bay chế độ sôi sủi bọt với chế độ cưỡng mật độ dòng nhiệt lớn + Ta có: [3] Nu = 0, 021.Re0,8 Pr0,43 Ở nhiệt độ trung bình t = - 70C ta có[28]: Pr= 23 Re để q Trình TĐN tốt chọn Re= 14500 Vậy Nu = 0,021.145000,8.230,43= 172,527 λtb : hệ số dẫn nhiệt nhiệt độ trung bình,λtb=0,555(W/m.độ) SVTH: Phạm Thị Thu Hường [2] 84 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh dn: đường kính ống, dn = 0,034 (m) Thay số liệu vào cơng thức ta có: 172,527.0,555 0,034 α2 = = 2816,250(W/m2.độ) 6.2.3.3 Xác định hệ số truyền nhiệt k K= 1 δ + r1 + + r2 + α1 λ α2 1 2.10−3 K= + 0,387.10−3 + + 0, 232.10 −3 + 3475,197 23, 2816, 250 K = 741,816 (W/m2.độ) 6.2.3.4 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình Chọn chiều tác nhân dung dịch ngược chiều Nhiệt độ dd vào: 34oC Nhiệt độ dd ra: -5oC Nhiệt độ Amoniac lỏng vào: -25oC Nhiệt độ Amoniac khí ra: 5oC Ta có cơng thức tính hiệu số nhiệt độ trung bình sau: ∆Ttb = [3] ∆Td − ∆Tc ∆T ln d ∆Tc (oC) Trong đó: ΔTd: hiệu số nhiệt độ đầu(phía đầu vào dd) (oC), ΔTd = 34 - = 29oC ΔTc: hiệu số nhiệt độ đầu(phía đầu vào dd) (oC), ΔTc = -5 - (-25) = 20oC ∆T ∆t + ∆tc d Vì ∆T ≤ nên ∆ttb = d = 24,5 oC c 6.2.3.5 Tính bề mặt trao đổi nhiệt Từ cơng thức Q = K.F.ΔTtb Q 7388437,576 = = 406,528 K ∆ T 41,816 24,5 tb Bề mặt trao đổi nhiệt F = (m2) 6.2.4 Tính kích thước ống truyền nhiệt SVTH: Phạm Thị Thu Hường 85 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Bề mặt ống truyền nhiệt xác định theo: F = n π dtb.H Trong đó: n: số ống truyền nhiệt dtb: đường kính trung bình ống truyền nhiệt (m), dtb = 0,032 (m) H: chiều dài ống truyền nhiệt (m), chọn l = 7m Số ống trao đổi nhiệt : F 406,528 = = 577,980 π d l 3,14.0,032.7 tb n= chọn số ống n= 613 (ống) [3] 6.2.5 Tính lượng chất làm lạnh cần thiết dơn vị thời gian Theo phương trình cân nhiệt: Qtr = D.(i ' − i '' ) D= => Qtr (i − i '' ) ' Trong đó: Qtr:là lượng nhiệt trao đổi, Qtr = 7388,438 (kJ/s) D: lượng chất làm lạnh (kg/h) i’, i’’: entanpy NH3 lỏng 20at, t=5oC NH3 khí 1at, t=-25oC Ta có: [5] i’ = 23 (kJ/kg) i’’= 1273 (kJ/kg) Thay vào D= 7388, 438.3600 =21278,701 (kg/h) (1273 − 23) 6.2.6 Tínhđường kính tháp làm lạnh NH4Cl Chọn cách xếp theo hình ống cạnh , ta có đường kính ngồi thiết bị là: Dn = Dt + 2δ Trong đó: Dt: đường kính tháp SVTH: Phạm Thị Thu Hường 86 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh δ: chiều dày tháp Tính đường kính tháp theo cơng thức: [3] Dt=t.(b-1) +4.d (m) Trong đó: d: đường kính ngồi ống trao đổi nhiệt (m): d = 0,034(m) t: bước ống, 1,2÷1,5d, chọn t = 1,5.d = 1,5.0,034 = 0,051(m) b: số ống trao đổi nhiệt dường xuyên tâm hình sáu cạnh với số ống 613, ta có b= 27 ống Thay vào ta có [3] Dt=0,051.(27 - 1) + 4.0,034 =1,462 (m) Quy chuẩn Dt = 1,6 m Tinh chiều dày δ (hay s) thành thiết bị theo công thức: s= [3] P Dt +C 2[σ ]k φk − P Trong đó: P: áp suất tính tốn thiết bị, (N/m2) [σ]k: ứng suất bền kéo cho phép, (N/m2) φh: hệ số bền mối hàn C: chiều dày bổ sung cho ăn mòn dung sai, chọn C=1,8.10-3 (m) Ta có P = Pmoitruong + Pthuytinh = Pmoitruong + ρ.g.h = 105 + 1197,449.9,81.7,037= 182663,461 (N/m2) [σ]k = 380.106 (N/m2) φh= 0,95 s= [3] 182663, 461.1,6 + 1,8.10−3 = 2,205.10-3 (m) 2.380.10 0,95 −182663, 461 Để đảm bảo tháp làm việc an toàn ta chọn hệ số an toàn 1,5 Vậy chiều dày thân tháp: s = 2,205.10-3.1,5 = 3,308.10-3 (m) Ta chọn s= 4.10-3 m Khi đường kính ngồi tháp là: Dn = 1,6 + 2.4.10-3 = 1,608 m 6.2.7 Tính đường kính ống dung dịch vào SVTH: Phạm Thị Thu Hường 87 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Chọn vận tốc dung dịch ống 2,5 (m/s) với suất 154,445 (m3/h) Ta có 154, 445 d = 3600 π 2,5 (m) ⇒ d = 0,148 Hay dốngdd= 148 (mm) Quy chuẩn: d = 150 mm 6.2.8 Đườngkính ống đưa NH3 lỏng vào Theo phần (tính lượng dung mơi cần thiết đơn vị thời gian) ta có D=21278,701 (kg/h), điều kiện P=20at, to = -25oC, khối lượng riêng NH3 610 kg/m3 [26], nên lượng NH3 tính theo thể tích là: V= D 21278, 701 = =34,883 (m3/h) ρ 610 Chọn vận tốc dung dịch ống 2,5 (m/s) với suất 34,883 (m3/h) Ta có 34, 883 d = 3600 π 2,5 (m) ⇒ d = 0,070 Hay dống NH3 lỏng= 70 (mm) Chọn: d = 80 mm 6.2.9 Đường kính đưa NH3 khí Dựa vào pương trình trạng thái khí ta tính lượng khí NH3 là: V= 22,4 21278,701 17 = 28037,818 (m3/h) chọn vận tốc khí NH3 ống 20m/s ta có phương trình 28037,818 d = 3600 π 20 ⇒ d = 0,704(m) Hay dống NH3 khí= 704 (mm) SVTH: Phạm Thị Thu Hường 88 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Quy chuẩn: d = 700 mm 6.2.10 Tính chọn đáy nắp thiết bị Chọn đáy nắp thiết bị giống dạng elip Ta có chiều cao đáy nắp thiết bị: h1 = hb + h Trong đó: hb =0,25.Dt (m) [3] =>hb = 0,25.1,6 = 0,40 (m) h = 25 mm h1 = 400 + 25 = 425 mm Chiều cao thiết bị: L = H + 2.h1 = 7000 + 2.425 = 7850 (mm) KẾT LUẬN Sau thời gian học tập nghiên cứu em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế xưởng sản xuất soda theo phương pháp tuần hồn NaCl từ muối cơng nghiệp với suất 230.000 tấn/năm” SVTH: Phạm Thị Thu Hường 89 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh Trong suốt trình làm đồ án tốt nghiệp giúp đỡ tận tình bảo thầy bạn giúp em có thêm nhiều kiến thức quý báu.Việc thực đồ án hội tốt cho em củng cố , kiểm tra lại vốn kiến thức mình, đồng thời phát huy hăng say học tập nghiên cứu thân Do hiểu biết thân hạn chế nên đồ án không tránh khỏi bỡ ngỡ , sai sót.Vì em kính mong thầy bạn có ý kiến đánh giá để em hoàn thiện Qua đồ án cho em bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy, cô môn “Công Nghệ Các Hợp Chất Vô Cơ” đặc biệt thầy PGS.TS La Thế Vinh quan tâm, giúp đỡ , bảo tận tình giúp em hồn thành đồ án , giúp em hiểu rõ phương pháp thực tính tốn thiết kế , cách tra cứu số liệu , xử lý số liệu ,… Cuối , em xin kính chúc thầy mạnh khỏe cơng tác tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh Viên Phạm Thị Thu Hường SVTH: Phạm Thị Thu Hường 90 Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS La Thế Vinh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH La Văn Bình, Kỹ Thuật Các Chất Kiềm [2] TS Trần Xoa, PGS TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, Sổ Tay Q Trình Thiết Bị Cơng Nghệ Hóa Chất Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] TS Trần Xoa, PGS TS Nguyễn Trọng Khng, TS Phạm Xn Toản,Sổ Tay Q Trình Và Thiết Bị Cơng Nghệ Hóa Chất Tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 [4] Nguyễn An(dịch), Tính Tốn Cơng Nghệ Sản Xuất Các Chất Vơ Cơ Tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1983 [5] Phạm Xuân Toản, Các Quá Trình Và Thiết Bị Cơng Nghệ Hóa Chất thực phẩm tập 3,Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2003 SVTH: Phạm Thị Thu Hường 91 ... Được đồng ý hướng dẫn thầy PGS.TS.La Thế Vinh thầy cô Bộ môn Công Nghệ Các Chất Vô Cơ em hoàn thành đồ án :” Thiết kế xưởng sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn NaCl từ muối công nghiệp với. .. nghệ sản xuất soda theo phương pháp Solvay tồn người ta cải tiến công nghệ theo hai hướng là: thứ theo phương pháp tuần hoàn muối ăn, thứ hai theo phương pháp tuần hoàn amoniac 1.2.3.1 Sản xuất soda. .. Na2CO3 NaCl Làm Ca(OH)2 Cặn Na2CO3 Sản phẩm nung C (than) CaCO3 Khơng khí Hình Sơ đồ trình sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn NH3 1.2.3.2 Sản xuất soda theo phương pháp tuần hoàn muối ăn