TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Bộ Công Thương
Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
*~ ○*○~*
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Số…………..
Họ và tên SV : Hà Ngọc Dũng
Lớp :
ĐHCN Hoá4 _K9
Khoa :
Công Nghệ Hóa Học
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Xuân Huy
NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn
trung tâm dùng cho cô đặc dung dịch KNO3 với năng suất 16000kg/h ,chiều cao là
h =2m .
Các số liệu ban đầu :
- Nồng độ đầu của dung dịch là: 10% .
- Nồng độ cuối là: 32 % .
- Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4,1 at
- Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,3 at.
T Tên bản vẽ
Khổ giấy
Số lượng
T
1 Vẽ dây chuyền sản xuất
A4
01
2 Vẽ nồi cô đặc
A0
01
PHẦN THUYẾT MINH
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Mở đầu
Vẽ và thuyết minh dây truyền sản xuất
Tính toán thiết bị chính
Tính toán và chọn các thiết bị phụ
Tính toán cơ khí
Kết luận.
Ngày giao đề :…………………Ngày hoàn thành:…………………..
TRƯỞNG KHOA
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Nguyễn Xuân Huy
1
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................................................6
Chương1.
Giới thiệu về thiết bị cô đặc...................................................................................8
1.1.
Khái niệm:.....................................................................................................................8
1.2.
Phân loại các thiết bị cô đặc..........................................................................................8
1.3.
Một số tính chất vật lý của dung dịch liên quan đến quá trình cô đặc..........................9
1.4.
Cô đặc nhiều nồi:.........................................................................................................11
1.5.
Giới thiệu về dung dịch KNO3:..................................................................................12
1.6.
Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản suất.........................................................................13
1.6.1. Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn trung tâm:.................13
1.6.2.Thuyết minh dây chuyền công nghệ:............................................................................13
Chương2.
Tính toán thiết bị..................................................................................................15
2.1.Tính toán lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống:.............................................................15
2.2. lượng hơi thứ thoát ra khỏi mỗi nồi là:...........................................................................15
2.2.1 Nồng độ cuối ra khỏi mỗi nồi.......................................................................................15
2.2.2. chênh lệch áp suât của toàn hệ thống ( ∆ P )...........................................................15
2.2.3nhiệt độ ,áp suất hơi nước mỗi nồi.................................................................................15
2.3.Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.............................................................................16
2.4.Tổn thất nhiệt độ:.............................................................................................................17
2.4.1.Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi
(∆'):........................................................................................................................................17
2.4.2. Tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆' ' :.............................18
2.4.3. Tổn thất do đường ống (
∆' ' '
):.............................................................................19
2.4.4. Tổng tổn thất nhiệt độ là:.............................................................................................19
2.5. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi:...........................................20
2.5.1 Hệ số nhiệt độ hữu ích trong từng nồi được xác định:................................................20
2.5.2.Nhiệt độ sôi của từng nồi:.............................................................................................20
2.5.3. Xác định nhiệt độ hữu ích ở các nồi:...........................................................................20
2.6. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt Di, lượng hơi thứ Wi
ở từng nồi...............................................................................................................................21
2.6.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng:.........................................................................................21
2
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
2.6.2 Hệ phương trình cân bằng nhiệt lượng:........................................................................22
2.7.tính hệ số cấp nhiệt và lượng nhiệt trung bình của từng nồi:..........................................25
2.7.1. Tính hệ số cấp nhiệt α1 khi ngưng tụ hơi.....................................................................25
2.7.2.Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ..............................................................27
2.7.3. Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi...................................................28
2.7.4.Nhiệt tải riêng về phía dung dịch..................................................................................34
2.7.5.So sánh q2i và q1i:..........................................................................................................34
2.7.6. Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi....................................................................35
2.7.7. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi:........................................................................36
2.7.8.So sánh ∆Ti* và ∆Ti tính được ban đầu theo giả thiết của phân bố ánh sáng................36
2.7.9. Bề mặt truyền nhiệt: (F)...............................................................................................37
Chương3.
Tính toán thiết bị phụ :.........................................................................................38
3. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu:..........................................................................................38
3.1.1.Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa 2 lưu thể :.................................................................38
3.1.2.Hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể :................................................................................39
3.1.3. Hệ số cấp nhiệt và nhiệt tải riêng về phía dung dịch:..................................................40
3.1.4. Nhiệt tải riêng về phía dung dịch :...............................................................................42
3.1.5. Kiểm tra sai số:............................................................................................................42
3.1.6.Bề mặt truyền nhiệt:......................................................................................................43
3.1.7.Số ống truyền nhiệt :.....................................................................................................43
3.1.8. Đường kính của thiết bị đun nóng:..............................................................................44
3.1.9.Tính vận tốc và chia ngăn :...........................................................................................44
3.2. Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet:..............................................................................45
3.2.1. Tính toán thiết bị ngưng tụ..........................................................................................47
3.2.2.1. Lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ:..............................................................48
3.2.2.2. Đường kính trong D của thiết bị ngưng tụ:...............................................................48
3.2.2.3. Tính kích thước tấm ngăn:........................................................................................49
3.2.2.4. Chiều cao thiết bị ngưng tụ:......................................................................................50
3.2.2.5. Tính kích thước ống Baromet:..................................................................................51
3.2.2.6. Lượng hơi và khí không ngưng:...............................................................................53
3.2.3.Tính toán bơm chân không:..........................................................................................54
3.3.Bơm.................................................................................................................................56
3.3.1. Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra:..................................................................56
3.3.2.Năng suất trên trục bơm:..............................................................................................58
3
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
3.3.3.Công suất động cơ điện ...............................................................................................59
3.3.4. Chiều cao thùng cao vị:...............................................................................................59
3.3.4.1 Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nồi cô đặc:....................60
3.3.4.2. Trở lực của ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu..................62
3.3.4.3 Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu.................................................................63
3.3.4.4.Chiều cao thùng cao vị:.............................................................................................66
Chương4.
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ.........................................................................................68
4.1. Buồng đốt:......................................................................................................................68
4.1.1:Số ống trong buồng đốt:...............................................................................................68
4.1.2:Xác định đường kính trong buồng đốt:........................................................................69
4.1.3:Tính bề dày buồng đốt:.................................................................................................69
4.1.3.1:Tính chất cơ học của vật liệu :...................................................................................69
4.1.3.2:Các số liệu:................................................................................................................70
4.1.3.3:Kiểm tra ứng suất của thiết bị theo ứng suất thử bằng hơi nước:.............................70
4.1.4:Tính chiều dày lưới đỡ ống:..........................................................................................71
4.1.4.1:Để đáp ứng yêu cầu 1:...............................................................................................71
4.1.4.2:Để đáp ứng yêu cầu 4:...............................................................................................71
4.1.4.3:Để đáp ứng yêu cầu 2:..............................................................................................71
4.1.4.4:Để đáp ứng yêu cầu 3:...............................................................................................72
4.1.5:Chiều dày đáy và nắp lồi phòng đốt:............................................................................72
4.1.6:Tra bích để lắp đáy và thân, số bu lông cần thiết để lắp ghép bích đáy:......................74
4.1.7. Đường kính ống tuần hòa trung tâm............................................................................74
4.2:Buồng bốc hơi:................................................................................................................75
4.2.1:Thể tích buồng bốc hơi:................................................................................................75
4.2.2:Tính chiều cao phòng bay hơi:.....................................................................................76
4.2.3:Chiều dày buồng bốc:...................................................................................................76
4.2.4:Chiều dày nắp buồng bốc:............................................................................................77
4.2.5:Chiều dày đáy nón cụt có gờ:.......................................................................................79
4.2.6:Tra bích để lắp đáy, nắp và thân buồng bốc:................................................................80
4.3:Một số chi tiết khác:........................................................................................................80
4.3.1:Đường kính các ống nối dẫn hơi và dung dịch vào và ra thiết bị:................................80
4.3.1.1:Đường kính ống dẫn hơi vào:...................................................................................80
4.3.1.2:Đối với ống dẫn dung dịch vào:................................................................................81
4.3.1.3:Đối với ống dẫn hơi thứ ra:.......................................................................................82
4
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
4.3.1.4:Đối với ống dẫn dung dịch ra:...................................................................................83
4.3.1.5:Đối với ống tháo nước ngưng...................................................................................83
4.3.2:Tính và chọn tai treo:....................................................................................................84
4.3.2.1:Tính Gnk:...................................................................................................................84
4.3.2.2:Tính Gnd.....................................................................................................................87
4.3.3:Chọn kính quan sát:......................................................................................................88
4.4:Tính bề dày lớp cách nhiệt:.............................................................................................88
KẾT LUẬN....................................................................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................93
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 năng 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 tuần hoàn có ống trung tâm được
dùng phổ biến vì thiết bị này có cấu tạo và nguyên lý đơn đơn giản, dễ vận hành và
sửa chữa, hiệu suất xử 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 xử 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
5
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
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 cách sử dụng tài liệu trong
việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức,quy định trong tính toán và thiết kế,tự
nâng cao kĩ năng trình bầy bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề
một cách có hệ thống.
Trong đồ án môn học này , nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệ thống cô
đặc hai nồi xuôi chiều , ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch
KNO3 ,năng suất 16000(kg/h), nồng độ dung dịch ban đầu 10%, nồng độ sản phẩm
32%, áp suất hơi đốt nồi 1 là 4.1 at, áp suất hơi ngưng tụ là 0.3 at. Và chiều cao ống là
2m.
6
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
Chương1.
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Giới thiệu về thiết bị cô đặc
1.1. Khái niệm:
Cô đặc là phương pháp thường dùng để tăng nồng độ của một cấu tử nào đó trong
dung dịch gồm hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi hay
dễ bay hơi ta có thể tách một phần dung môi ( cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương
pháp nhiệt độ ( đun nóng ) hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh.
Trong đồ án này ta dùng phương pháp nhiệt. Trong phương pháp nhiệt dưới tác
dụng của nhiệt ( đun nóng ), dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi
khi áp suất rieng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng của
dung dịch ( tức là khi dung dịch sôi ). Để cô đặc các dung dịch không chịu được
nhiệt độ cao ( như dung dịch đường ) đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng
với áp suất cân bằng ở mặt thoáng thấp.
1.2. Phân loại các thiết bị cô đặc
Thiết bị cô đặc được chia thành 3 nhóm:
Nhóm 1 : Dung dịch được đối lưu tự nhiên hay tuần hoàn tự nhiên.
Thiết bị dạng này dùng để cô đặc các dung dịch khá loãng độ nhớt
thấp, đảm bảo sự tuàn hoàn tự nhiên của dung dich dễ dàng qua bề
mặt truyền nhiệt.
Nhóm 2 : Dung dịch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức.
Thiết bị trong nhóm này được dùng cho các dung dịch khá sệt, độ
nhớt cao giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt
truyền nhiệt.
Nhóm 3 : Dung dịch chảy thành màng mỏng, màng có thể chảy ngược
lên hoặc suôi xuống . Thiết bị dạng này chỉ cho phép dung dịch chảy
7
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
thành màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần tránh sự tác dụng nhiệt
độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch.
Đối với mỗi nhóm thiết bị đều có thể thiết kế buồng đốt trong hoặc buồng đốt
ngoài. Tùy theo điều kiên của dung dich mà ta có thể sử dụng cô đặc ở điều kiện
chân không, áp suất thường, áp suất dư.
1.3. Một số tính chất vật lý của dung dịch liên quan đến quá trình cô
đặc.
-Nhiệt hòa tan:
Khi hòa tan một chất rắn vào trong dung môi có hai quá trình xảy ra: Quá
trình thu nhiệt và quá trình tỏa nhiệt.
Quá trình thu nhiệt của dung môi làm nhiệt độ của dung môi lạnh đi do sự
tương tác giữa các phân tử của dung môi và các phân tử chất tqan mà mạng lưới
tinh thể của chất tan bị phá hủy
Quá trình tỏa nhiệt được tạo thành từ mối liên kết giữa cácphân tử của chất
tan với các phân tử của dung môi gọi là quá trình solvat hóa, nếu dung môi là nước
thì gọi là hydrat hóa.
Vậy nhiệt hòa tan chính là tổng của hai lượng nhiệt này. Bởi vậy nhiệt hòa
tan có thể là âm hay dương, tùy theo tính chất của của chất hòa tan và dung môi.
Đới với những chất dễ tạo thành quá trình solvat hóa thì nhiệt hòa tan dương,còn
những chất không tạo thành solvat hóa(hydrat hóa) thì nhiệt hòa tan âm.
Do đó khi tính toán t cần biết nhiệt hòa than của một chất để thêm hay bớt nhiệt đi,
nhiệt hòa tan được tra trong sổ tay quá trình và thiết bị.
-Nhiệt độ sôi của dung dịch:
Nhiệt độ sôi của dung dịch có tính chất quan trọng khi tính toán và thiết kế
thiết bị cô đặc vì từ nhiệt độ sôi của dung dịch ta sẽ chọn chất tải nhiệt để đốt nóng
cũng như các chế độ làm việc của thiết bị. Hiệu số nhiệt độ giữa chất tải nhiệt và
dung dịch là một trong những yếu tố xác định bề mặt truyền nhiệt của thiết bị.
8
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi và chất hòa
tan, khi nồng độ tăng thì nhiệt độ sôi tăng. Nhiệt độ sôi của dung dịch luôn lớn hơn
nhiệt độ sôi của dung môi ở cùng áp suất, điều này có thể giải thích theo định luật
Raun:
P s −P n
Ps N
Ở đây Ps – áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất
P – áp suất hơi bão hòa của dung môi trên mặt dung dịch
n – số mol của chất hòa tan;
N – số mol của dung môi.
Từ biểu thức trên ta thấy Ps > P nghĩa là áp suất hơi bão hòa của dung môi trên mặt
dung môi nguyên chất luôn luôn lớn hơn áp suất hơi bão hòa của dung môi trên
mặt dung dịch khi có nhiệt độ như nhau, cũng từ biểu thức này ta thấy khi tăn gn
(tăng nồng độ của dung dịch) thì P sẽ giảm. Hiệu số P s – P =
Δ
P gọi là độ giảm
áp suất của dung môi trên dung dịch. Nếu ở nhiệt độ như nhau áp suất của dung
môi trên dung dịch luôn nhỏ hơn áp suất của dùng môi trên dung môi nguyên chất
thì ngược lại khi có cùng áp suất bên ngoài như nhau nhiệt độ sôi cả dung dịch sẽ
luôn luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất. Hiệu số của nhiệt độ sôi
của dung dịch và dung môi nguyên chất:
t – ts =
Δ
Δ
’
’
Δ
’
là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi nguyên chất,
cũng phụ thuộc nồng độ, nồng độ tăng thì
là tổn thất nhiệt độ do nồng độ. Trị số của
Δ
’
Δ
’
cũng tăng. Đại lượng này gọi
phụ thuộc vào chất hòa tan.
9
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Khi tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở áp suất khác ta ứng dụng quy tắc
Babô, theo quy tắc này: độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa của dung môi
trên dung dịch ở nồng độ đã cho là một đại lượng không đổi không phụ thuộc vào
nhiệt độ sôi. Nghĩa là:
P s −P
Ps
= hằng số
P
Ps
= hằng số
Từ biểu thức này ta biết nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồng độ đã cho ứng với
áp suất nào đó thì ta có thể xác định được nhiệt độ sôi ở các áp suất khác nhau.
Như vậy đối với các dung dịch khác nhau, tính chất vật lý, hóa học khác
nhau thì ta cần lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp.
1.4. Cô đặc nhiều nồi:
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa
kinh tế cao về sử dụng nhiệt.
Ngưyên tắc cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau:
Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun
nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,…hơi thứ ở nồi cuối
cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua
mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên.
Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ
giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt
và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì
hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông thường thì nồi đầu làm việc ở
áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển (chân
không).
10
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi. Lượng
hơi đốt dùng để bốc hơi 1 kg hơi thứ trong hệ thống cô đặc nhiều nồi sẽ tăng. Dưới
đây là số liệu về lượng tiêu hao hơi đốt theo 1 kg hơi thứ:
Trong hệ thống cô đặc 1 nồi: 1,1 kg/ kg
Trong hệ thống cô đặc 2 nồi: 0,57 kg/ kg
Trong hệ thống cô đặc 3 nồi: 0,40 kg/ kg
Trong hệ thống cô đặc 4 nồi: 0,30 kg/ kg
Trong hệ thống cô đặc 5 nồi: 0,27 kg/ kg
Qua số liệu này cho thấy, lượng hơi đốt giảm đi theo số nồi tăng nhưng không
giảm theo tỉ lệ bậc 1 mà từ nồi 1 lên nồi 2 giảm 50%, còn từ nồi 4 lên nồi 5 giảm đi
10%, thực tế từ nồi 10 lên nồi 11 giảm đi không quá 1% nghĩa là xét về mặt hơi đốt
hệ thống cô đặc nhiều nồi không thể quá 10 nồi.
Mặt khác số nồi tăng thì hiệu số nhiệt độ có ích giảm đi rất nhanh do đó bề mặt
đun nóng của các nồi sẽ tăng.
Vì vây, cần lựa chọn số nồi thích hợp cho hệ thống cô đặc nhiều nồi.
1.5. Giới thiệu về dung dịch KNO3:
Kali nitrat hay còn gọi là diêm tiêu kali là chất lỏng ở dạng những tinh thể lập
0
phương, nóng chảy ở 334 C. Không hút ẩm, tan trong nước và độ tan tăng nhanh
0
theo nhiệt độ nên rất dễ kết tinh lại. Nó khó tan trong rượu và ete ở 400 C, KNO3
phân huỷ thành kali nitrit và oxi:
KNO3 = KNO2+ ½O2
Do đó ở nhiệt độ nóng chảy KNO3 là chất oxi hoá mạnh, nâng số oxi hoá của Mn,
Cr lên số oxi hoá cao hơn.
Hỗn hợp của KNO3 và các hợp chất hữu cơ sẽ cháy dễ dàng và mãnh liệt. Hỗn
hợp gồm 75% KNO3, 10% S, 15% than là thuốc súng đen.
Diêm tiêu kali còn dược dùng làm phân bón, chất bảo quản thịt và dùng trong
công nghiệp thuỷ tinh. Ở nước ta nhân dân thường khai thác diêm tiêu từ phân dơi
11
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
hay đúng hơn từ đất ở trong các hang có dơi ở. Phân dơi trong các hang đó lâu
ngày bị phân huỷ giải phóng khí NH3. Dưới tác dụng của một số vi khuẩn, khí
NH3 bị oxi hoá thành nitrơ và axit nitric. Axit này tác dụng lên đá vôi tạo thành
Ca(NO3)2, muối này một phần bám vào thành hang, một phần tan chảy ngấm vào
đất trong hang. Người ta lấy đất hang này trộn kĩ với tro củi rồi dùng nước sôi dội
nhiều lần qua hỗn hợp đó để tách ra KNO3
Ca(NO3)2 + K2CO3 → 2KNO3 + CaCO3
Phương pháp này cho phép chúng ta sản xuất được một lượng diêm tiêu tuy ít ỏi
nhưng đã thoã mãn kịp thời yêu cầu của quốc phòng trong cuộc kháng chiến chống
Pháp trước đây.
1.6. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản suất
1.6.1. Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn
trung tâm:
So d? h? th?ng cô d?c hai n?i xuôi chi?u TBCÐ có ?ng tu?n hoàn trung tâm
Nu?c
làm l?nh
3
9 Hút
chân
không
7
6
8
4
Hoi
d?t
5
2
1
Hoi
d?t
Nu?c
ngung
Nu?c
ngung
Nu?c
2 ngung
10
Chú thích: 1- Thùng ch?a dd d?u
2- Bom
3- Thùng cao v?
4- Luu lu?ng k?
5- Thi?t b? gia nhi?t h?n h?p d?u
6 , 7 - Thi?t b? cô d?c
8- Thi?t b? ngung t?
9- Thi?t b? tách b?t
10- Thùng ch?a s?n ph?m
12
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
1.6.2.Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục .
Dung dịch đầu KNO3 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 sôi 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 không ngưng được đưa qua của tháo khí không
ngưng.Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng .Dung
dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ .Hơi thứ trước khi ra
khỏi nồi cô 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 sôi
, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một
lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi .
Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sp (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 hơi thứ được ngưng tụ 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 .
13
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
Chương2.
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Tính toán thiết bị
Các số liệu ban đầu:
Năng suất tính theo dung dịch đầu: Gđ = 16000kg/h
Nồng độ đầu : xđ = 10%
xc = 32%
P hơi đốt nồi 1 : P1 = 4,1 at
P hơi ngưng tụ : Png = 0,3 at
Tính cân bằng vật liệu
2.1.Tính toán lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống:
x
đ
Từ công thức: w Gđ × 1− x c
Ta có tổng lương hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống là:
W 16000×
1−
10
32
11000
kg
h
2.2. lượng hơi thứ thoát ra khỏi mỗi nồi là:
Giả sử tỉ lệ W1:W2=1:1 thì ta có:
W1=W2=11000:2=5500(kg/h)
2.2.1 Nồng độ cuối ra khỏi mỗi nồi.
x
10
đ
Với nồi 1 là : x c 1G đ G đ −W 1 16000 16000−5500 =15,238%
xđ
10
x
G
16000
32
c
2
đ
Với nồi 2 là:
G đ −W 1−W 2
16000−5500−5500
W1, W2:là lượng hơi thứ thoát ra khỏi nồi 1 và nồi 2
Xc1,Xc2:là nồng độ cuối ra khỏi nồi 1 và nồi 2.
Cân bằng nhiệt lượng
2.2.2. chênh lệch áp suât của toàn hệ thống ( ∆ P ).
∆ P P 1− P ng 4,1−0,33,8 at.
Trong đó:
P1:áp suất hơi đốt nồi 1.
Png:áp suất nước ngưng.
2.2.3nhiệt độ ,áp suất hơi nước mỗi nồi.
14
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Chọn \f(, = 2,5 giá trị \f(, lấy từ 1,6 - 2,9 ở đây ta chọn giá trị 2,5 cho thích hợp.
ð
∆ P1 2,5 ∆ P 2 ∆ P ∆ P 2 2,5 ∆ P 2
ð
∆ P 2
ð
∆ P1 ∆ P− ∆ P 2 =3,8-1,0857=2,7143 at.
ð
∆ P1 P 1− P 2 => P 2 P 1− ∆ P 1 =4,1-2,7143=1,3857 (at)
ð
∆ P 2 P 2−P ng => P ng P 2 −∆ P 2 =1,3857-1,0857=0,3(at)
∆ P 3,8
1,0857
3.5 3,5
at.
Trong đó:P1,P2,Png là áp suất hơi đốt của nồi 1, nồi 2, và thiết bị barômet.
Tra bảng (I.251/ST1-T315) ta có:
ti(0C)
ii(j/kg)
ri(j/kg)
P1=4,1(at)
143,31
2745000
2138600
P2=1,3857(at)
108,3783
2692499,5
2237858
Png=0,3(at)
68,7
2620000
2336000
2.3.Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.
'
Gọi nhiệt độ của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 là : T ' 1 , T 2
P '1 , P '2
Gọi áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và 2 là:
Nhận xét: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết
bị ngưng tụ thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là : ∆1−1,5 oC,và khi đó nó sẽ trở
thành hơi đốt cho nồi 2: chọn
Theo công thức :
T ' i T i 1 ∆
Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1:
1C
ta có:
T ' 1T ' 2 1108,3783 1109,3783
(oC)
Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 2 : T ' 2 T ng 168,7 169,7 (oC)
Tra bảng (I.250/ST1-T313), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứ của mỗi nồi sẽ cho áp
hơi thứ tương ứng:
Áp suất hơi thứ nồi 1: T ' 1109,3783 P ' 1 1,4325 at
15
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Nhiệt lượng riêng : i ' 1 2694625 (j/kg)
Nhiệt hóa hơi : r ' 1 2238625 (j/kg)
Áp suất hơi thứ nồi 2: t ' 2 69,7 P ' 2 0.314 at
Nhiệt lượng riêng: i ' 2 2621680(j/kg)
2
Nhiệt hóa hơi: r ' 2317760 (j/kg)
Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:
Bảng 1:
Nồ
Hơi đốt
i
P, at
1
4,1
2
1,385
7
Hơi thứ
T
, i.103
r.103
J/kg
J/kg
o
C
143,
31
108,
378
3
2745
2138.
6
2692,4 2237.
995
858
p’, at
1,4325
0,314
T’,
i’.103
r’.103,
o
J/kg
J/kg
C
x%
109,3 2694,62 2238,62 15,
783
5
5
238
69,70 2621,68 2317,76 32
2.4.Tổn thất nhiệt độ:
Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ
2.4.1.Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ
sôi của dung môi (∆'):
Phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của chất hòa tan và dung môi vào nồng độ và
áp suất của chúng. ∆' ở áp suất bất kỳ được xác định theo Tysenco:
16
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
'
'
∆i ∆0 i . f
T
f 16,2.
r
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
(oC)
2
Trong đó:T:Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho
r: Nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc
,
°K
, J/kg
* Tra bảng (VI.2/ST2 – T63) :
x 1 15,238 ∆01 1,424 ( oC)
'
x 2 32 ∆02 3,45
'
(oC)
Xác định nhiệt độ Ti:
T'i : Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho (nhiệt độ hơi thứ ra
khỏi mỗi nồi), [oK].
T '1 109,3783 273382,3783 (K)
T 69,7 273342,7 K)
'
2
r'i : Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch nguyên chất ở áp suất làm việc, (J/kg)
'
r 1 2238625 (J/kg)
'
r 2 2317760 (J/kg)
Từ đó tính được:
∆'1 1,424.16,2 .
382.37832
1,5067
2238625
(oC)
2
342,7
∆ 3,45.16,2 .
2,832 (oC)
2317760
'
2
17
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao:
'
'
'
∆
∆
∆
1,5067
2,8324,3387 C)
∑
1
2
2.4.2. Tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao
∆
' '
:
- Áp dụng công thức VI.12 (STT2.T60 )
Ptb Po (hi
Po
hi
h
at
: áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch (at)
:chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt (m)
: chiều cao của ống truyền nhiệt (m)
ρdds
g
P .g
h
). dds 4
2 9,81.10
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3 )
: gia tốc trọng trường (m/s2 )
Khối lượng riêng của KNO3 ứng với mỗi nồng độ được xác định theo bảng
(I.46/ST1 – T42) :
x 1 15,238 ρdd 1 1097,323 (kg/m3)
x 2 32 ρdd 2 1221,77 (kg/m3)
Vậy khối lương riêng của dung dịch sôi là :
ρdds1
1097,323
548,661 (kg/m3)
2
ρdds 2
1221,77
610,885
2
(kg/m3)
Chọn h1 0,5 (m), h 2 2 (m) , P 011,4325 at , P 02 0,314 (at)
18
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
P tb1 1,4325
0,5
0,5
P tb 2 0,314
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
2
2
.
548,661.9,81
=1,5148(at)
9,81.10 4
2
610,885.9,81
2
=0,4056(at)
9,81. 104
Tra bảng (I.251/ST1- T314)
0
C
Với nồi 1 : Ptb1 = 1,5148at
ttb1 = 110,996
0
C
Với nồi 1 : Ptb2 = 0,4056 at
ttb2 = 75,708 .
Áp dụng công thức VI.13 (STT2.T60) để tính áp suất thủy tĩnh của hệ thống :
,, ttb to
0
C
Trong đó: ttb - Nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb .
0
t 0- Nhiệt độ sôi ứng với áp suất P0 .
C
''
∆1 t tb 1−t 01 110,996-109,3783=1,6177(oC)
∆'2' t tb 2 −t 02 75,708− 69,70=6,008(oC)
Tổng tổn thất do áp suất thủy tĩnh gây ra là:
''
''
''
∆ ∆1 ∆2
1,6177+6,008=7,6257(oC)
∑
'''
2.4.3. Tổn thất do đường ống ( ∆ ):
'''
' ''
ta chọn ∆1 ∆2 1 (oC)
tổng tổn thất do đường ống gây ra là:
∑ ∆' ' ' ∆''1 ' ∆'2' ' 1 12
(oC)
2.4.4. Tổng tổn thất nhiệt độ là:
19
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
TRƯỜNG:DHCN HÀ NỘI
ĐỒ ÁN MÔN QTTB CN HÓA HỌC
∆∑ ∆ ∑ ∆ ∑ ∆ 4,3387 7,6257 213,9644
(oC)
∑
'
''
'''
2.5. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi:
2.5.1 Hệ số nhiệt độ hữu ích trong từng nồi được xác định:
Áp dụng công thức ( VI.17/ST2 –T67) :
Δt hi Δt ch−∑ Δ
(Theo CT VI.17/ST2 –T67)
Trong đó :
Δt ch
Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt
độ ngưng ở thiết bị ngưng tụ.
∆ t ch t hđ −t ng 143,31−68,774,61 (oC)
∆ t hi ∆ t ch−∑ ∆74,61−13,964460,6456 (oC)
2.5.2.Nhiệt độ sôi của từng nồi:
t s 1 t ,1 Δ1, Δ,,1
t s 2 t 2, Δ2, Δ,,2
t s 1 ,t s 2 :
nhiệt độ hơi thứ của từng nồi
t s 1 109,3783 1,5067 1,6177112,5027 (oC)
t s 2 69,7 2,832 6,00878,54 (oC)
2.5.3. Xác định nhiệt độ hữu ích ở các nồi:
∆T 1t 1−t s 1 143,31−112,502730,9073 (oC)
∆T 2 t 2−t s 2 108,3783−78,54 29,8383 (oC)
Kết quả vừa tính cho ta bảng dưới đây:
Bảng 2:
20
GVHD:NGUYỄN XUÂN HUY
SVTH:HÀ NGỌC DŨNG
- Xem thêm -
.DOCX 
102 
2154 
96 
