Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án môn học Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học nhằm giúp sinh viên biết vận dụng các kiến thức của môn học Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học và các môn học khác có liên quan vào việc thiết kế một thiết bị chính và một số thiết bị phụ trong hệ thống thiết bị để thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn trong các quá trình công nghệ. Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị phục vụ một nhiệm vụ kỹ thuật trong sản xuất, sinh viên được làm đồ án Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học. Việc làm đồ án là một công việc tốt cho sinh viên trong bước tiếp cận tốt với thực tiễn sau khi hoàn thành môn học Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC LIÊN TỤC HAI NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NH4NO3 Sinh viên thực : Hoàng Lê Duy Lớp : KTHH.02 – K63 Giáo viên hướng dẫn : TS Đặng Thị Tuyết Ngân HÀ NỘI 2022 GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hồng Lê Duy VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MƠN HỌC Họ tên: Hồng Lê Duy MSSV: 20180683 Lớp: KTHH-02 Khóa: 63 I Đầu đề thiết kế: Tính tốn, thiết kế hệ thống đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, dùng để cô đặc dung dịch NH4NO3.Hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sơi.Thiết bị đặc loại ống tuần hồn tâm Ống truyền nhiệt dài 3m II Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: kg/s Nồng độ đầu dung dịch: % khối lượng; Nồng độ cuối dung dịch: 30 % khối lượng; Áp suất đốt nồi 1: at; Áp suất ngưng tụ: 0,2 at III Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Phần mở đầu Vẽ thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4) Tính tốn kỹ thuật thiết bị Tính chọn thiết bị phụ Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4; - Bản vẽ lắp thiết bị chính: V Cán hướng dẫn: VI Ngày giao nhiệm vụ: VII Ngày phải hoàn thành: khổ A1 Đặng Thị Tuyết Ngân Ngày tháng năm Phê duyệt Bộ môn Ngày tháng năm Người hướng dẫn GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hoàng Lê Duy MỤC LỤC Phần I: Phần mở đầu Phần II: Sơ đồ công nghệ mô tả sơ đồ công nghệ II.1 Sơ đồ công nghệ II.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống thiết bị Phần III: Tính tốn thiết bị 11 III.1 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W 11 III.2 Tính sơ lượng thứ bốc nồi 11 III.3 Nồng độ cuối dung dịch nồi cô đặc 11 III.5 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi 11 III.6 Tính nhiệt độ (t 'i) áp suất thứ ( p'i ) khỏi thiết bị đặc 12 III.7 Tính tổn thất nhiệt độ 13 III.7.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ (∆ 'i ¿ 13 III.7.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (∆’’) 14 III.7.3 Tổn thất nhiệt độ đường ống (∆’’’) 15 III.8 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích 16 III.9 Lập cân nhiệt lượng, tính đốt Di thứ Wi 16 III.10 Tính hệ số cập nhiệt, nhiệt độ trung bình nồi 19 III.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α ,i ngưng tụ 19 III.10.2 Xác định tải nhiệt phía ngưng tụ 21 III.10.3 Tính hệ số cấp nhiệt α i từ mặt ống truyền nhiệt đến hỗn hợp cô đặc (Lỏng – Hơi) sơi 21 III.10.3.1 Tính hiệu số nhiệt độ thành ống truyền nhiệt dung dịch 21 III.10.3.2 Tính hệ số hiệu chỉnh tb cđ thứ i ψ i 23 III.10.4 Nhiệt tải riêng phía dung dịch 26 III.10.5 So sánh q ,i q ,i 26 GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hoàng Lê Duy III.11 Xác định hệ số truyền nhiệt cho tb cđ theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt thiết bị cô đặc 26 III.12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho thiết bị cô đặc 27 ¿ III.13 Kiểm tra |∆T i −∆ T i| 28 III.14 Tính bề mặt truyền nhiệt thiết bị cô đặc F 28 Phần IV: Tính tốn khí 30 IV.1 Buồng đốt nồi cô đặc 30 IV.2 Buồng bốc 39 IV.3 Tính số chi tiết khác 43 Phần V: Tính tốn thiết bị phụ trợ 53 V.1 Tính thiết bị ngưng tụ Baromet( ngưng tụ trực tiếp, loại khô, ngược chiều) 53 V.2 Tính chọn bơm chân khơng 63 V.3 Tính thiết bị gia nhiệt dung dịch cần cô đặc vào thiết bị cô đặc đầu 64 Tài liệu tham khảo 70 Kết luận 71 GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hoàng Lê Duy Phần I: Lời mở đầu Đồ án mơn học Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học nhằm giúp sinh viên biết vận dụng kiến thức môn học Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học mơn học khác có liên quan vào việc thiết kế thiết bị số thiết bị phụ hệ thống thiết bị để thực nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn q trình cơng nghệ Để bước đầu làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị phục vụ nhiệm vụ kỹ thuật sản xuất, sinh viên làm đồ án Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học Việc làm đồ án công việc tốt cho sinh viên bước tiếp cận tốt với thực tiễn sau hồn thành mơn học Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hoàn thành thiết kế hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều có ống tuần hồn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch NH4NO3 , suất 14400 kg/h từ nồng độ đầu 5% đến nồng độ cuối 30% Quá trình đặc: Là q trình làm tăng nồng độ chất tan (khơng khó bay hơi) dung mơi bay Đặc điểm q trình đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng hơi, cịn chất hịa tan dung dịch khơng bay hơi, nồng độ dung chất tăng dần lên, khác với trình chưng cất, cấu tử hỗn hợp bay hơi, khác nồng độ nhiệt độ Hơi dung mơi tách q trình đặc gọi thứ, hới thứ nhiệt độ cao đun nóng thiết bị khác Cơ đặc nhiều nồi: Cơ đặc nhiêu nồi q trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa sử dụng nhiệt hiệu Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi là: nồi đầu dung dịch đun nóng đốt, bốc lên nồi bốc lên để làm đốt cho nồi thứ 2, thứ nồi thứ làm đốt cho nồi thứ 3,…Hơi thứ nồi cuối đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi đầu đến nồi cuối, qua nồi nồng độ dung dịch tăng dần lên phần dung môi bốc Hệ thống sử dụng phổ biến Ưu điểm loại dung dịch tự di chuyển từ nồi trước nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hoàng Lê Duy Phương pháp cô đặc hai nồi xuôi chiều: phương pháp sử dụng phổ biến có ưu điểm dung dịch tự di chuyển từ nồi sang nồi nhờ chênh lệch áp suất hai nồi Nhiệt độ thứ nồi lớn nhiệt độ sôi nồi nên thứ nồi làm đốt cho nồi tiết kiệm lượng Nhược điểm nhiệt độ nồi sau thấp nồng độ lại cao nồi trước nên độ nhớt dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Giới thiệu NH4NO3: Amoni Nitrate (NH4NO3), hợp chất ion NH4+ NO3- Đây hợp chất hóa học mang tinh thể màu trắng, hút ẩm mạnh tan nước Chất dùng để điều chế trực tiếp thuốc nổ đặc biệt cịn hóa chất sản xuất phân bón số lĩnh vực cơng nghiệp khác có sử dụng hóa chất o Amoni Nitrate có điểm nóng chảy 169 C Tỷ trọng 1,73 g/cm Độ hòa tan o nước khoảng 190g/100ml 20 C.Khối lượng mol 0.04336 g/mol Một vài ứng dụng NH4NO3 thực tế nay: - Làm nguyên liệu phân bón: Amoni nitrat dạng phân bón bổ sung hàm lượng Nitơ cho thơng qua nitrat amoni.Đây loại phân bón dễ hấp thụ giúp trồng đạt hiệu kinh tế cao, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng suất cây.Ngồi phân bón Amoni nitrat không làm chua đất số trồng cần bổ sung thêm nitrat bơng, đay, mía, ngơ khoai, cà phê, cao su, ăn lưu niên -Sản xuất thuốc nổ: Amoni nitrat chất phủ quản lý chất dễ nổ ứng dụng để sản xuất thuốc nổ đặc tính chất oxy hóa mạnh tính hút ẩm cao dễ gây cháy nổ - Các ứng dụng khác: Amoni nitrat sử dụng sản xuất túi ướp lanh gồm lớp – lớp chứa amoni nitrat khơ lớp cịn lại chứa nước Amoni nitrat sử dụng cho ngành công nghiệp dệt may ngành công nghiệp mạ điện, khai khống, cơng nghiệp hàn, …Amoni nitrat sử dụng cho ngành hóa chất, làm cho oxydol, phèn amoni GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hoàng Lê Duy Phần II: Sơ đồ mô tả dây chuyền sản xuất II.1 Sơ đồ công nghệ Các thiết bị sơ đồ công nghệ Ký hiệu 10 11 12 13 14 15 16 17,18,19 Chú thích Thùng chứa dung dịch đầu Bơm dung dịch đầu lên thùng cao vị Thùng cao vị chứa dung dịch đầu Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt hôn hợp đầu Bể chứa nước ngưng Nồi cô đặc Nồi cô đặc Cơ cấu tách bọt Cơ cấu tách bọt Thiết bị ngưng tụ baromet Thiết bị thu hồi bọt Bơm hút khí khơng ngưng Bể chứa nước chất lỏng ngưng tụ Bơm hút sản phẩm Thùng chứa sản phẩm Cốc tháo nước ngưng GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hoàng Lê Duy II.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống thiết bị - Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi: Nồi đầu dung dịch đun nóng đốt , bốc lên nồi đưa vào nồi thứ để làm đốt, thứ nồi thứ lại làm đốt cho nồi thứ 3,… Hơi thứ nồi cuối đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi đầu đến nồi cuối, qua nồi dung dịch tăng dần phần dung môi bốc - Nguyên lý làm việc hệ thống thiết bị: + Sơ đồ hệ thống cô đặc làm việc liên tục + Dung dịch đầu từ thùng chứa bơm vào thùng 3, sau chảy qua lưu lượng kế vào thiết bị đun nóng Ở dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sơi vào thiết bị đặc thực q trình bốc + Hơi thứ nồi vào phịng đốt Hơi thứ khí khơng ngưng qua phía thiết bị đặc thứ vào thiết bị ngưng tụ Trong thiết bị ngưng tụ nước làm lạnh từ xuống, thứ ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống baromet ngồi , cịn khí khơng ngưng qua thiết bị thu hồi 12 vào bơm hút chân không +Dung dịch từ nồi sang nồi nhờ chênh lệch áp suất Dung dịch sau cô đặc bơm phía thiết bị đặc đưa vào thùng chứa 16 + Nước ngưng chảy theo cửa qua cốc tháo nước ngưng Lưu ý: Dung dịch cần đun nóng đến nhiệt độ sơi trước vào thiết bị cô đặc Áp suất nồi lớn áp suất nồi Do đó, Nhiệt độ sơi nồi lớn nhiệt độ sôi nồi => dung dịch trước vào mồi nồi có nhiệt độ cao nhiệt độ sôi, dung dịch làm lạnh lượng nhiệt làm bốc them lượng nước gọi trình tự bốc Cần sử dụng cốc tháo nước ngưng lắp đặt sơ đồ để đảm bảo hoạt động hệ thống GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hồng Lê Duy Phần III: Tính tốn thiết bị Các số liệu đầu Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 14400 kg/h Nồng độ đầu dung dịch: xđ = 5% khối lượng Nồng độ cuối dung dịch: xc = 30% khối lượng Hơi đốt: nước bão hòa Áp suất đốt nồi 1: P1 = at Áp suất ngưng tụ: P2 = Png = 0,2 at Chiều cao ống truyền nhiệt: H = m III.1 Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W xđ =14400 1− =12000(kg /h) xc 30 ( ) W =G đ 1− ( ) III.2 Tính sơ lượng thứ bốc nồi - Lượng thứ bốc nồi 1: W1, kg/h - Lượng thứ bốc nồi 2: W2, kg/h Giả thiết mức phân phối lượng thứ bốc nồi W1: W2 = 1: W1 = 6000 (kg/h) W2 = 6000 (kg/h) III.3 Nồng độ cuối dung dịch nồi cô đặc Nồng độ cuối dung dịch nồi là: x 1=Gđ xđ =14400 =8,57 % Gđ −W 14400−6000 Nồng độ cuối dung dịch nồi là: x 2=30 % GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hoàng Lê Duy III.4 Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống ∆P(là hiệu số giữ áp suất đốt sơ cấp p1 nồi áp suất thứ thiết bị ngưng tụ png) ∆ P=p 1− png=5−0,2=4,8( at ) III.5 Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi Chọn tỷ lệ chênh lệch áp suất nồi là: ∆ P1 =3 ∆ P2 Mà ∆P1 + ∆P2 = 4,8 (at) ∆P1= 3,6 (at) ∆P2= 1,2 (at) Áp suất nồi là: P1 = (at) P2 = – 3,6= 1,4 (at) Tra bảng I.251 [1-314,315] nội suy ta có: -Tương ứng với p= (at) + Nhiệt độ đốt nồi T1 = 151.1 (oC) + Nhiệt lượng riêng: i1 = 2754000 (J/kg) +Nhiệt hóa : r1 =2117000 (J/kg) -Tương ứng với p= 1,4 (at) + Nhiệt độ đốt nồi T2 =108,7(oC) + Nhiệt lượng riêng: i2= 2693000 (J/kg) +Nhiệt hóa : r2= 2237000 (J/kg) - Png= 0,2 ( at) => Tng= 59,7 (oC) III.6 Tính nhiệt độ (t 'i) áp suất thứ ( p'i ) khỏi thiết bị cô đặc Chọn ∆ ''1 ' ¿ ∆'2'' =1oC 10 GVHD: TS Đặng Thị Tuyết Ngân SVTH: Hoàng Lê Duy