CƠ sở TÍNH TOÁN THIẾT kế THIẾT bị hóa học CHỦ đề 3 THIẾT lập QUY TRÌNH THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc CHÂN KHÔNG 3 nồi LIÊN tục

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 bốt, buồng bốc, đáy, nắp Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, n

Trang 1

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA HỌC

CHỦ ĐỀ 3

THIẾT LẬP QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG 3 NỒI LIÊN TỤC

GVHD: ThS HOÀNG TRUNG NGÔNNHÓM THỰC HIỆN: 4

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com

Trang 2

THÀNH VIÊN

1910208 Nguyễn Hoàng Huy Trần Thị Thủy Tiên

1910122 Nguyễn Phan Minh Đăng Nguyễn Hoàng Uyên

1910649

191179 9

1912193

1910684

1915891

Trang 3

2/97

Trang 5

I TỔNG QUAN

1.1 NHIỆM VỤ

Thiết kế cơ khí cho thiết bị cô đặc chân không 3 nồi xuôi chiều

liên tục để cô đặc dung dịch NaOH

Năng suất nhập liệu

5000 kg/h

Gia nhiệt

Hơi nước bão hòa có

áp suất dư p e = 3at

Trang 6

TỔNG QUAN 1.2 NGUYÊN LIỆU

Có thể thủy phân ester, peptite

Nhiệt độ nóng chảy: 318 o C Phản ứng với muối, các hợp chất lưỡng

tính, các kim loại đặc biệt Nhiệt độ sôi: 1390 o C

Độ hòa tan trong nước: 11mg/100ml (20 o C)

pH: 14

5/97

Trang 7

TỔNG QUAN 1.3 ỨNG DỤNG

Xử lý

nước hồ bơi

Công nghiệp dệt và nhuộm màu Công nghiệpdầu khí

Công nghiệp sản xuất gỗ, giấy

Công nghiệp chế biến thực phẩm

Công nghiệp

6/97

Trang 8

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC

2.1 ĐỊNH NGHĨA

Cô đặc

Là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch có chứa chất

tan không bay hơi.

Mục đích của quá trình cô đặc

Làm tăng nồng độ chất tan Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước)

7/97

Trang 9

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 2.3 BẢN CHẤT

Quá trình cô đặc là sự chuyển thể của phần dung môi

từ thể lỏng sang thể hơi

Trong quá trình cô đặc

Dung môi được tách bớt khỏi dung dịch Chất tan trong dung dịch không bay hơi Nồng độ của chất tan trong dung dịch sẽ tăng dần

8/97

Trang 10

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 2.3 PHÂN LOẠI

Cô đặc gián đoạn Cô đặc chân không

Cô đặc liên tục Cô đặc áp suất dương

Cô đặc áp suất khí quyển

Cô đặc một nồi Xuôi chiều

Cô đặc nhiều nồi Ngược chiều

Song song

9/97

Trang 11

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC

2.4 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 bốt, buồng bốc, đáy, nắp Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng

Các van

10/97

Trang 12

III TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC

Trang 13

Trang 14

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC

3.1 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT TỔNG QUÁT MỖI NỒI

Hệ số truyền nhiệt tổng quát của hệ thống cô đặc 3 nồi dung dịch NaOH * :

Hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi trong hệ thống cô đặc 3 nồi

trong đó, số % là giá trị của HSTN của nồi thứ i so với nồi đầu của hệ nhiều nồi

Trang 16

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT

Lưu lượng các dòng trong hệ thống cô đặc

13/97

Trang 17

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.3 SỰ PHÂN BỐ HƠI THỨ TRONG CÁC

NỒI Sự phân phối V i :

Trang 18

3.4 NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH CỦA TỪNG NỒI

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC

NỒI 3

Trang 19

15/97

Trang 20

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.5 TÍNH CHẤT CỦA HƠI NƯỚC

Trang 21

16/97

Trang 22

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.5 TÍNH CHẤT CỦA HƠI NƯỚC

Giản đồ Dühring xác định nhiệt độ sôi của dung dịch NaOH theo nồng độ*

17/97

* Christie J Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations – 3 rd edition, 1993, p.500

Trang 24

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.6 BỐ TRÍ GIA NHIỆT NỒI CÔ ĐẶC

Giả thiết

Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi thứ nồi trước và hơi đốt nồi sau:

Nhiệt độ hơi đốt

Nhiệt độ dung dịch

Động lực quá trình

Nhiệt độ các dòng và động lực truyền nhiệt

18/97

Trang 25

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.7 CÂN BẰNG NHIỆT

Trang 26

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.7 CÂN BẰNG NHIỆT

Trang 27

Sự phân bố nhiệt độ TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC

Trang 29

2735.7 2712.4 TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC

Nồi 3

24.034 116.1

93 23.1 925 2707

2674.9

22/97

Trang 30

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.9 LƯỢNG HƠI ĐỐT CẦN CUNG CẤP CHO THIẾT BỊ

Cân bằng nhiệt lượng cho từng nồi

Trang 31

TÍNH TOÁN CÔ ĐẶC 3.10 TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT

Diện tích bề mặt truyền nhiệt của nồi thứ nhất

Trang 33

IV TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ

4.1 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH

Tính toán: n = 92.56 ống

Quy chuẩn số ống trong mỗi buồng đốt thành 93 ống.

* Chọn ống truyền nhiệt loại 38x2 (đường kính ngoài là 38mm, chiều dày là 2mm)

Trang 35

IV TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ

4.1 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH

4.1.1 BUỒNG ĐỐT

Kiểm tra tính bền cho ống (chịu áp suất ngoài), áp suất làm việc P M = 4at:

* Chọn ống truyền nhiệt loại 38x2 (đường kính ngoài là 38mm, chiều dày là 2mm)

Trang 36

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ 4.1 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH

Quy chuẩn đường kính trong của buồng đốt thành 0.7 m hay 700 mm.

28/97

Trang 37

Hình _: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên việc

lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị

29/97

Trang 38

Tính toán thân buồng đốt theo tiêu chuẩn

ASME Chọn thông số

Bán kính trong của thân: Ri = 350 mm = 13.78 inches

Áp suất tính toán, TB chịu áp suất trong: PT = PM – Pa = 3 atm = 44.0878 psi

Ứng suất cho phép tối đa tại 291.38oF: S = 20 ksi = 20000 psi.*

30/97

* ASME section IID-C 2015, Carbon Steel – SA516, dòng 37, tr 20

Trang 39

ASME Chọn thông số

Hàn giáp mối hai phía → Hệ số bền mối hàn E = 1.0

31/97

Trang 40

Tính toán thân buồng đốt theo tiêu chuẩn ASME

Tính toán

Kiểm tra thiết bị chịu áp suất trong: P = 44.0878 < 0.35 x S x E = 7000 psi

Thiết bị chịu áp suất trong thông thường

Tính toán bề dày theo ứng suất:

Tính toán bề dày thực: t m = 0.0304 inches = 0.7721 mm

Chọn thép làm việc được cung cấp ở thị trường có bề dày 2mm → t = 2mm.

32/97

Trang 41

ASME Kiểm tra

Trang 42

Trang 43

Trang 44

C là HS làm tròn, bổ sung C = 0.075 mm để có loại thép có sản xuất trên thị trường.

Trang 45

download : skknchat123@gmail.com

Trang 46

TIEU LUAN MOI

Trang 47

4.1.2 BUỒNG BỐC

Để dễ cho quá trình chế tạo và tính toán và an toàn, thông thường người ta sẽ chọn nồi

có lượng hơi đốt, áp suất làm việc lớn nhất để tính toán luôn cho cả ba nồi.

V i max là lượng hơi thứ bốc lên lớn nhất trong 3 nồi, (kg/h) V i max = V 1 = 1483.5 kg/

h là KLR hơi thứ (quá nhiệt ) của nồi 1 ở 247.45 kPa, 132.6 o C = 1.3568 kg/m 3 **

U tt là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi, m 3 /m 3 -h

Utt = f.Utt(1 at) = 0.7x1600 = 1120 m3/m3-h với f là HSHC, f = 0.7

*** Thể tích buồng bốc là 1.0195 m 3

* ,*** Nguyễn Bin (2006), Sổ tay Quá trình thiết bị và công nghệ hoá học tập 2, NXB KHKT, trang 71.

Trang 48

** https://www.spiraxsarco.com/resources-and-design-tools/steam-tables/superheated-steam-region

38/97

Trang 49

Quy chuẩn đường kính trong của buồng bốc D tr thành 1 m = 39.37 inches

39/97

Trang 50

Lựa chọn vật liệu: Thép hợp kim 316 (SS316)

40/97

Chọn chiều dài cho thân bằng với chiều cao thân: L = H = 1.5m = 59.0551 inches

Trang 51

Tính toán bề dày buồng bốc theo tiêu chuẩn ASME

Chọn thông số Module Young E = 28.3431x10 6 psi

41/97

Trang 52

Tính toán thân buồng đốt theo tiêu chuẩn ASME

Tính toán bề dày tối thiểu

Giả sử bề dày tối thiểu là t min = 0.16 inches = 4 mm

Đường kính ngoài buồng bốc: D n = Dtr + 2tmin = 39.37 + 2.0.16 = 39.79 inches

Tính áp suất cho phép P theo P = Lập tỉ số D o /t min và L/t min Tra A trên đồ thị

Trang 53

42/97

Trang 54

Trang 55

Tính bề dày buồng đốt theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN)

Chọn thông số

Áp suất tính toán với TB làm việc ở áp suất

Đường kính trong buồng bốc:

Dtr = 1m = 1000mm

Trang 56

44/97

Trang 57

Tính bề dày tối thiểu

Trang 58

Trang 59

Kiểm tra áp suất làm việc

Trang 60

4.1.3 ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ

Tính nắp thiết bị theo tiêu chuẩn ASME

Chọn loại nắp hình elip Loại vật liệu : thép SS316 (USN No: S31600) Phần nắp chịu áp suất ngoài bằng áp suất khí quyển

48/97

Trang 61

Bước 1: Tính bề dày tối thiểu của nắp

Cách 1: Chọn bề dày tối thiểu t của nắp bằng với bề dày tối thiểu của thân Cách 2: Tính theo công thức

Trang 62

Trang 63

Tính nắp thiết bị theo tiêu chuẩn

ASME Bước 3: Tính tỷ số B

Vật liệu: thép 304 tại nhiệt độ làm việc 291,38F

Nếu A nằm ngoài giản đồ về phía bên phải

Tra B theo giá trị cuối cùng của A trên giản đồ

Kiểm tra áp suất cho phép theo công thức

(a) (Bước 4)

Nếu A nằm ngoài giản đồ về phía bên trái

Kiểm tra áp suất cho phép theo công thức

(b) (Bước 4)

51/97

Trang 64

Bước 4: Kiểm tra áp suất cho phép

Khi P a < P cần tăng bề dày rồi tính toán lại theo các bước trên đến khi P a > P

Theo bài toán trên: cần chọn lại bề dày tối thiểu: t = 0.16 inch

52/97

Trang 65

Tính nắp thiết bị theo Hồ Lê Viên

Chọn bề dày tối thiểu S của nắp bằng với bề dày tối thiểu của thân

S = 0,16 inch = 4 mm

53/97

Trang 66

Trang 67

Tính nắp thiết bị theo Hồ Lê Viên

Bước 3: Tính áp suất cho phép

Trang 68

Tính đáy thiết bị theo tiêu chuẩn ASME

Chọn loại đáy hình nón có đoạn uốn mép Loại vật liệu: thép SS316 (USN No: S31600) Đáy chịu áp suất ngoài (bề lồi)

56/97

Trang 69

Bước 1: Chọn các thông số cho nắp

Đường kính trong, D (inch) 39,37

Ứng suất tối đa cho phép, S (psi) 15000

Trang 70

Hệ số bền mối hàn, E 0,9

57/97

Trang 71

Trang 72

58/97

Trang 73

Tính đáy thiết bị theo tiêu chuẩn

ASME Bước 4: Kiểm tra điều kiện

r 6%D 0 với D 0 = D + 2t là đường kính ngoài của đáy

r 3t

Cả 2 điều kiện đều đạt bề dày đáy tối thiểu là 0.0586 inch.

59/97

Trang 74

Tính đáy thiết bị theo Hồ Lê Viên

Bước 1: Xác định lực tính toán nén đáy

60/97

Trang 75

Bước 2: Tính lực nén chiều trục cho phép

Trang 76

Bước 3: Tính áp suất cho phép

Chọn chiều cao đáy nón là L = 965 mm (tương đương khi tính theo ASME) Chọn bán kính đoạn cong là r = 120 mm

Trang 77

¿ 0.143 N / mm2

Trang 78

Bước 4: Kiểm tra điều kiện ổn định

Trang 79

là HSCN từ mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến KK,, W/m 2 -K

t là nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía KK, ~ 40 - 50 0 C

λ là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt,W/m-K

c TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 64/97

Trang 81

4.1.4 VỎ CÁCH NHIỆT

Hệ số cấp nhiệt

Tính bề dày lớp cách nhiệt cho nồi làm việc với nhiệt độ cao nhất (nồi 1),

còn lớp cách nhiệt của nồi sau lấy như nồi 1

65/97

Trang 82

Bề dày lớp cách nhiệt của thân buồng đốt và buồng bốc đều xấp xỉ 0.01 m Các nồi còn lại

do làm việcTIEUvớiLUANnhiệtđộMOIthấp downloadhơnnêncó thể:skknchat123@gmailsửdụngvỏcóbềdàynày.comđểcách nhiệt.

66/97

Trang 83

• s : bề dày thân thiết bị ở chỗ nối với bích (mm)

• l : cánh tay đòn của moment gây uốn bích

Trang 84

• t : bề dày bích (mm)

Trang 85

4.1.5 MẶT BÍCH

a) Cho buồng đốt

Bước 1: Tính các thông số cơ bản

Chọn sơ bộ các kích thước: theo sổ tay QTTB tập 2/trang 417

Chọn bulong M20 đường kính bulong d b = 20mm.

Số bulongTIEUZ= LUAN20bulongMOI.Chọndownloadmặtbíchphẳng:skknchat123@gmailkhôngcổ,vậtliệulàthép.com316làm mặt bích 68/97

Trang 86

5.1.5 MẶT BÍCH

a) Cho buồng đốt

Bước 1: Tính các thông số cơ bản

Tính cánh tay đòn của moment gây uốn bích:

Trang 87

69/97

Trang 88

Tiêu đề	Cơ Sở Tính Toán Thiết Kế Thiết Bị Hóa Học Chủ Đề 3 Thiết Lập Quy Trình Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc Chân Không 3 Nồi Liên Tục
Tác giả	Đinh Trung Hiếu, Nguyễn Minh Trúc, Huỳnh Thị Tường Vy, Nguyễn Hoàng Huy, Trần Thị Thủy Tiên, Nguyễn Phan Minh Đăng, Nguyễn Hoàng Uyên, Phạm Quốc Việt, Phạm Thị Tường Vân, Lê Thị Cẩm Nhung
Người hướng dẫn	ThS. Hoàng Trung Ngôn
Trường học	Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Hóa Học
Thể loại	Luận văn tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	2,54 MB