Đồ án Môn Học Quá Trình Và Thiết Bị: Thiết Kế Thiết Bị Cô đặc Chân ...

Trang chủ Tìm kiếm Trang chủ Tìm kiếm Đồ án môn học Quá trình và thiết bị: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH pdf 62 2 MB 56 25 4.1 ( 14 lượt) Xem tài liệu Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu Tải về Đang chuẩn bị: 60 Bắt đầu tải xuống Đang xem trước 10 trên tổng 62 trang, để tải xuống xem đầy đủ hãy nhấn vào bên trên Chủ đề liên quan Thiết kế thiết bị cô đặc chân không Thiết bị cô đặc chân không 1 nồi Cô đặc dung dịch NaOH Đồ án môn học Quá trình và thiết bị Tính toán truyền nhiệt thiết bị cô đặc Cách tính kích thước thiết bị cô đặc

Nội dung

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC …………..o0o………….. Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH. GVHD: TIỀN TIẾN NAM CNBM: HUỲNH BẢO LONG SVTH: NGUYỄN HOÀNG LINH MSSV: 2004120211 TPHCM, Tháng 5 năm 2015 Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH Mục Lục LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................................................ i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................. ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .................................................................................................... iii PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN............................................................................................................................................................1 PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN ............................................................................................................2 PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC ................................................................................................................. 3 1. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN .......................................................................................................... 3 2. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU ............................................................................................. 3 3. KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC ........................................................................................................ 3 4. THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT ............................................... 4 5. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH ............................................................ 5 PHẦN II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ................................................................................... 6 PHẦN III. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH .............................................................................. 8 I. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG ............................ 8 1. Dữ kiện ban đầu ............................................................................................................................. 8 2. Cân bằng vật chất .......................................................................................................................... 8 3. Tổn thất nhiệt độ ............................................................................................................................ 8 3.1. Tổn thất nhiệt độ do áp suất tăng  ' .......................................................................................... 8 3.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh (Δ’’)................................................................................. 9 4. Cân bằng năng lượng ................................................................................................................... 10 4.1. Cân bằng nhiệt lượng............................................................................................................ 10 4.2. Phương trình cân bằng nhiệt ................................................................................................. 11 II. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH .................................................................................................. 13 A. TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC.................................................................... 13 1. Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ................................................................................................. 13 2. Nhiệt tải riêng phía tường ............................................................................................................ 15 3. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng................................................................................................. 15 4. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc................................................................... 16 B. TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ............................................................................................. 17 1. Tính kích thước buồng đốt........................................................................................................... 17 1.1. Số ống truyền nhiệt. .................................................................................................................. 17 1.2. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm(Dth) ................................................................................ 17 GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH 1.3. Đường kính buồng đốt (Dt) ....................................................................................................... 17 1.4. Kiểm tra diện tích truyền nhiệt.................................................................................................. 18 2. Tính kích thước buồng bốc .......................................................................................................... 18 2.1. Đường kính buồng bốc (Db) ................................................................................................... 18 2.2. Chiều cao buồng bốc (Hb) ...................................................................................................... 19 3. Tính kích thước các ống dẫn........................................................................................................ 20 3.1. Ống nhập liệu ......................................................................................................................... 20 3.2. Ống tháo liệu .......................................................................................................................... 20 3.3. Ống dẫn hơi đốt ...................................................................................................................... 20 3.4. Ống dẫn hơi thứ ...................................................................................................................... 21 3.5. Ống dẫn nước ngưng .............................................................................................................. 21 3.6. Ống dẫn khí không ngưng ...................................................................................................... 21 C. TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ............................................... 22 1. Tính cho buồng đốt ...................................................................................................................... 22 2. Tính cho buồng bốc ..................................................................................................................... 23 3. Tính cho đáy thiết bị .................................................................................................................... 27 4. Tính cho nắp thiết bị .................................................................................................................... 31 5. Tính mặt bích ............................................................................................................................... 32 6. Tính vỉ ống................................................................................................................................... 34 7. Khối lượng và tai treo .................................................................................................................. 37 7.1. Buồng đốt ............................................................................................................................. 37 7.2. Buồng bốc ............................................................................................................................ 37 7.3. Phần hình nón cụt giữa buồng bốc và buồng đốt ................................................................. 37 7.4. Đáy nón ................................................................................................................................ 38 7.5. Nắp ellipse ........................................................................................................................... 38 7.6. Ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm ...................................................................... 38 7.7. Mặt bích ............................................................................................................................... 39 7.8. Bulong và ren ....................................................................................................................... 39 7.9. Đai ốc ................................................................................................................................... 40 7.10. Vỉ ống .................................................................................................................................. 41 PHẦN IV. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ........................................................................................... 43 I. THIẾT BỊ GIA NHIỆT ............................................................................................................. 43 II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ............................................................................................................. 47 III. BỒN CAO VỊ........................................................................................................................... 54 IV. BƠM CHÂN KHÔNG ............................................................................................................. 55 GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH V. CÁC CHI TIẾT PHỤ ................................................................................................................ 56 1. Lớp cách nhiệt ......................................................................................................................... 56 2. Kính quan sát ........................................................................................................................... 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................................. 57 GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH LỜI CẢM ƠN Một môn học nữa lại qua, đối với chúng em với môn học “ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ” cung cấp cho em nhiều kiến thức về vận hành, thiết kế hệ thống và nhất là hệ thống cô đặc vì đề tài của em làm là cô đặc NaOH. Sau 12 tuần làm việc của môn đồ án và sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Tiền Tiến Nam thuộc bộ môn QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM, chúng em đã đi đến ngày hôm nay đã hoàn thành môn đồ án môn học “QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ” với những gì đã qua em xin chân thành cảm ơn thầy Tiền Tiến Nam, các thầy cô trong bộ môn “QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ” và các bạn chung khóa đã giúp em hoàn thành môn đồ án này. Vì đồ án này là một đề tài lớn đầu tiên của em, điều thiếu xót và hạn chế là không thể tránh khỏi. Mong được sự đóng góp ý kiến , chỉ dẫn từ các thầy và bạn bè để củng cố thêm kiến thức chuyên môn. Em xin chân thành cảm ơn. GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... ................................................................................................................. Phần đánh giá: Ý thức thực hiện:…………………………..……………………………………............. Nội dung thực hiện:……………………....……………………………………………... Hình thức trình bày:……………………………………………………………………... Tổng hợp kết quả:……………………………………………………………………….. Điểm bằng số: …………………………………….Điểm bằng chữ:…………………… Tp HCM, ngày Chủ nhiệm bộ môn GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH tháng Giáo viên hướng dẫn năm Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... ................................................................................................................. Phần đánh giá: Ý thức thực hiện:…………………………..……………………………………............. Nội dung thực hiện:……………………....……………………………………………... Hình thức trình bày:……………………………………………………………………... Tổng hợp kết quả:……………………………………………………………………….. Điểm bằng số: …………………………………….Điểm bằng chữ:…………………… Tp HCM, ngày Chủ nhiệm bộ môn GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH tháng Giáo viên phản biện năm Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC 1. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN  Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.  Nồng độ dịch ban đầu 10%  Nồng độ sản phẩm 20%  Áp suất chân không cô đặc 0,65at  Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: 300C (chọn) 2. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU Natri hydroxid NaOH nguyên chất là chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối lượng riêng 2,13 g/ml, nóng chảy ở 318oC và sôi ở 1388oC dưới áp suất khí quyển. NaOH tan tốt trong nước (1110 g/l ở 20oC) và sự hoà tan toả nhiệt mạnh. NaOH ít tan hơn trong các dung môi hữu cơ như methanol, ethanol… NaOH rắn và dung dịch NaOH đều dễ hấp thụ CO2 từ không khí nên chúng cần được chứa trong các thùng kín. Dung dịch NaOH là một base mạnh, có tính ăn da và có khả năng ăn mòn cao. Vì vậy, ta cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị và đảm bảo an toàn lao động trong quá trình sản xuất NaOH. Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành sản xuất hoá chất cơ bản và lâu năm. Nó đóng vai trò to lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn… Trước đây trong công nghiệp, NaOH được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO2 loãng và nóng. Ngày nay, người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hoà. Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ rất loãng, gây khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu. 3. KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC a. Định nghĩa Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch gồm 2 hai nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn); đó là các quá trình vật lý – hoá lý. Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh. b. Các phương pháp cô đặc - Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng. - Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tuỳ tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh. GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH c. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt  Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.  Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc. d. Ứng dụng của sự cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ… Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn. Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc. 4. THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT a. Phân loại và ứng dụng Theo cấu tạo Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:  Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.  Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc) Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cô đặc nhóm này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:  Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.  Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài. Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép. Bao gồm:  Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.  Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ. Theo phương thức thực hiện quá trình  Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi; thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất. GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH Đề tài: Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH 5.  Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không.  Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.  Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp; đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.  Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể được điều khiển tự động nhưng hiện chưa có cảm biến đủ tin cậy.  Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài, có hoặc không có ống tuần hoàn. Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư. b. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc - Thiết bị chính:  Ống nhập liệu, ống tháo liệu  Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt  Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp  Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng - Thiết bị phụ:  Bể chứa nguyên liệu  Bể chứa sản phẩm  Bồn cao vị  Lưu lượng kế  Thiết bị gia nhiệt  Thiết bị ngưng tụ baromet  Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị  Bơm tháo liệu  Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ  Bơm chân không  Các van  Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất… LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH Theo tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, cũng như điều kiện kỹ thuật của đầu đề, người viết lựa chọn thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm. Thiết bị cô đặc loại này có cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh và sửa chữa. Cô đặc ở áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm chi phí năng lượng, hạn chế việc chất tan bị lôi cuốn theo và bám lại trên thành thiết bị (làm hư thiết bị). Tuy nhiên, loại thiết bị và phương pháp này cho tốc độ tuần hoàn dung dịch nhỏ (vì ống tuần hoàn cũng được đun nóng) và hệ số truyền nhiệt thấp. GVHD: TIỀN TIẾN NAM SVTH NGUYỄN HOÀNG LINH This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Tìm kiếm

Chủ đề

Lý thuyết Dow Thực hành Excel Bài tiểu luận mẫu Trắc nghiệm Sinh 12 Đơn xin việc Đồ án tốt nghiệp Giải phẫu sinh lý Atlat Địa lí Việt Nam Hóa học 11 Tài chính hành vi Đề thi mẫu TOEIC Mẫu sơ yếu lý lịch adblock ​ Bạn đang sử dụng trình chặn quảng cáo?

Nếu không có thu nhập từ quảng cáo, chúng tôi không thể tiếp tục tài trợ cho việc tạo nội dung cho bạn.

Tôi hiểu và đã tắt chặn quảng cáo cho trang web này