Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án cô đặc KOH ống tuần hoàn tâm. Mỗi sinh viên Bách Khoa chuyên ngành Kỹ thuật hoá học đều phải làm đồ án quá trình và thiết bị trong công nghiệp hoá chất, trong đó có 2 loại là cô đặc và chưng luyện.
VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ CƠNG VIỆT NAM NGHỆ HOÁ VÀ THỰC PHẨM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440 (Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư) Họ tên: Phạm Xuân Phương Lớp: KTHH 08 MSSV: 20191029 Khóa: 64 I Đầu đề thiết kế Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục - Loại thiết bị: Thiết bị đặc tuần hồn trung tâm - Dung dịch cần cô đặc: Kalihidroxit -KOH II Các số liệu ban đầu - Năng suất: 5760 kg/h - Chiều cao ống gia nhiệt: m - Nồng độ đầu dung dịch: 6% - Nồng độ cuối dung dịch: 25% - Áp suất đốt nồi 1: at - Độ chân không: 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 khí thiết bị Tính chọn thiết bị phụ (lựa chọn 03 thiết bị phụ dây chuyền công nghệ) Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: Khổ A4 - Bản vẽ lắp thiết bị chính: Khổ A1 V Cán hướng dẫn: PGS Trần Trung Kiên VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm 2022 VII Ngày phải hoàn thành: ngày tháng năm 2022 Phê duyệt Bộ môn Ngày tháng năm 2021 Người hướng dẫn LỜI MỞ ĐẦU Nhiệm vụ mợt kĩ sư hóa học phải biết thiết kế một thiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện mợt nhiệm vụ sản xuất, nên sinh viên Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhận đồ án môn học: “ Quá trình và thiết bị Cơng nghệ Hóa học” Việc thực hiện đờ án là điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức môn học Trên sở kiến thức và mợt số mơn khoa học khác có liên quan, sinh viên tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn q trình công nghệ Qua việc làm đồ án môn học này, sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu việc tra cứu, vận dụng kiến thức,quy trình tính tốn thiết kế, tự nâng cao kĩ trình bày thiết kế theo văn phịng khoa học nhìn nhận vấn đề mợt cách có hệ thống Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ phải hồn thành thiết kế hệ thống đặc hai nời xi chiều, b̀ng đốt ngồi với dung dịch KOH , suất 5760 kg/h, nồng độ dung dich ban đầu 6%, nồng độ sản phẩm 25% Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh nghiệm thực tế nhiều mặt khác nên khơng tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong nhận đóng góp ý kiến, xem xét dẫn thêm thầy để đờ án em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn PGS Trần Trung Kiên hướng dẫn em hoàn thành đồ án này! PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tổng quan q trình đặc Quá trình đặc là quá tình làm tăng nờng đợ chất hịa tan (khơng hoặc khó bay hơi) dung mơi bay Đặc điểm cyra quá tình đặc là dung mơi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hịa tan dung dịch khơng bay hơi, nồng độ dung chẩ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tử hỗn hợp này bay hơi, khác về nồng độ nhiệt độ Hơi dung môi tách quá trình đặc gọi là thứ Hơi thứ nhiệt đợ cao dùng để đun nóng mợt thiết bị khác Nếu thứ dùng để đun nóng mợt thiết bị khác ngồi hệ thống đặc gọi phụ Cơ đặc nhiều nời q trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa về sử dụng nhiệt hiệu Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi là: nời đầu dung dịch đun nóng đốt, thứ bốc lên nồi này đưa vào làm đốt nồi hai, thứ nồi hai đưa vào làm đốt nồi ba,…hơi thứ nồi cuối hệ thống đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi đầu đến nồi cuối, qua nồi nồng độ dung dịch tăng dần lên dung môi bốc một phần Ưu điểm bật loại dung dịch tự di chuyển từ nồi trước nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nời Nhược điểm nhiệt đợ nồi sau thấp nồng độ lại cao so với nồng độ 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 chung chất lỏng cần cô đặc KOH 2.1 Tính chất vật lý KOH - Khối lượng mol: 56 g/mol Khối lượng riêng: 2,044 g/cm3 Điểm nóng chảy: 406oC Điểm sơi: 1327oC Khả hịa tan: hịa tan alcohol, glyxerol và khơng tan ete, amoniac lỏng Ăn mòn: dễ dàng ăn mịn thủy tinh, dạng nóng chảy ăn mịn sứ (với điều kiện mơi trường khơng khí), platin 2.2 Tính chất hóa học KOH - Kali hydroxit làm đổi màu chất thị (quỳ tím ẩm hóa xanh, phenolphtalein từ khơng màu chuyển sang màu hờng) Ở nhiệt đợ phịng, KOH tác dụng với oxit axit SO2, CO2 KOH + SO2 → K SO3 + H2 O KOH + SO2 → KHSO3 - Tác dụng với axit tạo thành muối và nước KOH(dd) + HCl(dd) → KCl(dd) + H2 O - Tác dụng với axit hữu để tạo thành myoosi thủy phân este, peptit RCOOR1 + KOH → RCOOK + R1 OH - Tác dụng với muối tạo muối bazo 2KOH + CuCl2 → 2KCl + Cu(OH)2 - Phản ứng với một số kim loại mà oxit, hidroxit chúng lưỡng tính 2KOH + 2Al + 2H2 O → 2KAlO2 + 3H2 2KOH + Zn → K ZnO2 + H2 - Phản ứng với một số hợp chất lưỡng tính KOH + Al(OH)3 → KAlO2 + 2H2 O 2KOH + Al2 O3 → 2KAlO2 + H2 O 2.3 Phương pháp điều chế - Điện phân dung dịch KCl: 2H2 O + 2KCl → 2KOH + H2 + Cl2 Tuy nhiên trình sản xuất tốn nhiều chi phí và không đem lại hiệu cao nên ít áp dụng - Sản xuất từ Kali format: 2KCOOH + Ca(OH)2 + O2 → 2KOH + 2CaCO3 + 2H2 O 2.4 Ứng dụng thực tế a Trong công nghiệp - - - - - - Dùng để sản xuất chất tẩy rửa gia dụng: xà phịng mềm, dầu gợi, chất tẩy trắng giả,… các chất tẩy rửa công nghiệp, vệ sinh chuồng trại Sản xuất hợp chất có chứa Kali K2CO3, KMnO4,… Trong sản xuất dầu diesel sinh học, cách chuyển hóa triglyxerit dầu thực vật Dùng KOH xử lý dầu diesel tạo Glyxerin – một loại thức ăn gia súc giá thành thấp (sau loại bỏ metanol) Đối với công nghệ dệt nhuộm dung dịch để sản xuất thuốc nhuộm vải, len, sợi Ngoài cịn dùng để xử lý da loại đợng vật để chuẩn bị cho công nghệ thuộc da Trong công nghiệp luyện kim, hóa chất KOH dùng để tẩy rỉ sét xử lý bề mặt kim loại hợp kim khơng bị ăn mịn KOH Mợt số ứng dụng phổ biến dùng nhà máy lọc hóa dầu để loại bỏ hợp chất lưu huỳnh chất không cần thiết Được sử dụng để thực hiện q trình chiết tách mà NaOH khơng thể dùng hiệu chiết quạng dolomit để thu alumin b Trong nông nghiệp Kali hydroxit dùng để sản xuất phân bón Điều chỉnh nờng đợ pH chứa phân bón hóa học có tính axit KH2PO4 trước mang sử dụng cho giống trồng nhạt cảm với dao động pH c Trong y tế Hóa chất KOH dùng để chuẩn đoán các bệnh về nấm và điều trị mụn cóc Xác định mợt số loại nấm gilled, boletes, polypores, địa y cách nhỏ vào giọt dung dịch KOH nồng độ – 5% rồi quan sát thay đổi màu sắc thịt nấm PHẦN 2: DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU Sơ đồ dây chuyền công nghệ PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Số liệu ban đầu: - Năng suất tính theo dung dịch đầu: Gđ = 1,6 kg/s = 5760 kg/h Nồng độ đầu dung dịch: xđ = 6% khối lượng Nồng độ cuối dung dịch: xc = 25% khối lượng Hơi đốt: nước bão hòa Áp suất đốt nồi 1: P1 = at Áp suất ngưng tụ: Png = 0,2 at Chiều dài ống truyền nhiệt: m Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W Áp dụng công thức VI.1 [2 – 55]: W = Gđ (1 − xđ ) = 5760 (1 − ) = 4377,6 (kg/h) xc 25 Tính sơ lượng thứ bốc ở mỗi 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 các nời W1 : W2 = : 1,1 Ta có hệ: { W = 2084,57 (kg/h) W1 + W2 = W = 4377,6 →{ 1,1W1 − W2 = W2 = 2293,03 (kg/h) Tính nồng độ cuối dung dịch mỗi nồi Theo công thức VI.2 [2 – 57]: x i = Gđ xđ ,% Gđ − ∑ij Wj Ta có: • Với nời 1: x1 = Gđ xđ = 5760 = 9,4 (%klg) Gđ − W1 5670 − 2084,57 • Với nời 2: x = Gđ xđ = 5760 = 25 (%klg) Gđ − W1 − W2 5670 − 2084,57 − 2293.03 Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống ∆𝐏 Chênh lệch áp suất chung hệ thống ∆P hiệu số áp suất đốt sơ cấp P1 nồi áp suất hoi thứ thiết bị ngưng tụ Png Ta có cơng thức: ∆P = P1 − Png → ∆P = − 0,2 = 4,8 at Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho mỗi nồi 5.1 Giả thiết phân bố áp suất đốt giữa nồi là ∆𝐏𝟏 ∶ ∆𝐏𝟐 = 𝟐, 𝟓 ∶ 𝟏 Trong đó: ∆P1 − Chênh lệch áp suất nồi thứ 1, at ∆P2 − Chênh lệch áp suất nồi thứ 2, at Ta có hệ: { 5.2 ∆P = 3,43 (at) ∆P1 − 2,5∆P2 = →{ ∆P1 + ∆P2 = ∆P = 4,8 ∆P2 = 1,37 (at) Tính áp suất đốt từng nồi Theo công thức: Pi = Pi−1 − ∆Pi−1 Ta có: • Nời 1: P1 = (at) • Nồi 2: P2 = P1 − ∆P1 = − 3,43 = 1,57 (at) 5.3 Xác định nhiệt độ đốt 𝐓𝐢 , nhiệt lượng riêng 𝐢𝐢 và nhiệt hóa 𝐫𝐢 từng nồi Tra bảng I.251 [1 – 314] và nợi suy ta có: • Nời 1: P1 = (at) ta được: - Nhiệt độ đốt: T1 = 151,1 (oC) - Nhiệt lượng riêng: i1 = 2754000 (J/kg) - Nhiệt hóa hơi: r1 = 2117000 (J/kg) • Nời 2: P2 = 1,57 (at) ta được: - Nhiệt độ đốt: T2 = 112,1 (oC) - Nhiệt lượng riêng: i2 = 2701500 (J/kg) - Nhiệt hóa hơi: r2 = 2228500 (J/kg) Tính nhiệt độ và áp suất thứ khỏi từng nồi Nhiệt độ thứ khỏi nồi xác định theo công thức: t ′i = Ti+1 + ∆′′′ i ,℃ Trong đó: t ′i − Nhiệt đợ thứ khỏi nồi thứ i, oC o ∆′′′ i − Tổn thất nhiệt độ trở lực đường ống, C o Chọn ∆1′′′ = (oC) và ∆′′′ = 1,1 ( C), ta có: • Nhiệt đợ thứ khỏi nồi là: t1′ = T2 + ∆1′′′ = 112,1 + = 113,1 (℃) • Nhiệt đợ thứ khỏi nồi là: t ′2 = Tng + ∆′′′ Trong đó: Tng − Nhiệt đợ nước ngưng thiết bị ngưng tụ Với Png = 0,2 (at) ta Tng = 59,7 (oC) ➔ o t ′2 = Tng + ∆′′′ = 59,7 + 1,1 = 60,8 ( C) Tra bảng I.250 [1 – 314] và nợi suy ta có: • Nời 1: t1′ = 113,1 (℃) ta - Áp suất thứ: P1′ = 1,624 (at) - Nhiệt lượng riêng: i1′ = 2700960 (J/kg) - Nhiệt hóa hơi: r1′ = 2225940 (J/kg) • Nồi 1: t1′ = 60,8 (℃) ta - Áp suất thứ: P2′ = 0,211 (at) - Nhiệt lượng riêng: i′2 = 2607252 (J/kg) - Nhiệt hóa hơi: r2′ = 2255028 (J/kg) BẢNG TỞNG HỢP SỚ LIỆU 1: Nời Hơi đốt Hơi thứ x% P, at 1,57 T, oC 151,1 112,1 i, J/kg r, J/kg P’, at 2754000 2117000 1,624 2701500 2228500 0,211 t’, oC 113,1 60,8 i’, J/kg r’, J/kg 2700960 2225940 9,4 2607252 2355028 25 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi Trong thiết bị cô đặc xuất hiện tổn thất nhiệt độ Tổng tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆′′ ), nồng độ tăng cao (∆′ ), trở lực đường ống (∆′′′ ) 7.1 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆′′ Theo công thức: ∆′′i = t tbi −t ′i , ℃ Trong đó: t tbi − Nhiệt độ sôi ứng với Ptbi , at t ′i − Nhiệt độ sôi ứng với Pi′ , at Tổn thất nhiệt độ sôi đáy thiết bị cô đặc lớn nhiệt độ sôi dung dịch mặt thoáng Thường tính tốn khoảng ống truyền nhiệt Áp dụng công thức VI.12, [2 – 60]: H ρsi g Ptbi = Pi′ + (h1 + ) ∙ , at 9,81 104 Trong đó: Pi′ − Áp suất thứ mặt thoáng dung dịch, at h1 − Chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng, chọn h1 = 0,5m H – Chiều cao ống truyền nhiệt, m ρsi − Khối lượng riêng dung dịch sôi, kg/m3 ρdd − Khối lượng riêng dung dịch, kg/m3 g – Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Lấy gần khối lượng riêng dung dịch sôi khối lượng riêng dung dịch 20 C o