đồ an quá trình thiết bị tổng hợp nhôm hydroxyt

CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN 4 1. Tổng quan về sản phẩm: 4 2. Nguyên liệu sản xuất nhôm hydroxit 4 2.1 Quặng Bôxit: (47% Al2O3) 4 2.2.NaOH 5 2.3.Vôi CaCO3(dạng bột) 5 2.4.Các nguyên liệu phụ khác 5 3. Phương pháp sản xuất: 5 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ QUY TRÌNH 7 1. Thiết kế quy trình công nghệ: 7 1.1 Bản vẽ sơ đồ công nghệ: 7 1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ: 7 1.2.1.Giai đoạn nghiền quặng 7 1.2.2.Giai đoạn gia nhiệt dòng huyền phù 7 1.2.3.Giai đoạn phản ứng 8 1.2.4.Giai đoạn pha loãng: 8 1.2.5.Giai đoạn lắng 8 1.2.6. Giai đoạn lọc aluminat 9 1.2.7.Giai đoạn làm nguội dung dịch aluminat 9 1.2.8. Giai đoạn phân ly 10 1.2.9.Giai đoạn lọc thành phẩm 10 1.2.10.Giai đoạn rửa bã 10 1.2.11.Quá trình cô đặc nước cái số 3 10 1.2.12.Giai đoạn gia nhiệt hỗn hợp xút 11 2. Tính toán nguyên liệu: 11 2.1 Quặng bauxite: 11 2.2 Xút: 13 3. TÍNH TOÁN CỤM THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 15 3.1. Đề bài và giả thiết 15 3.2. Cân bằng vật chất – Cân bằng năng lượng: 15 3.2.1. Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống và lượng hơi bốc ra ở mỗi nồi 15 3.2.2. Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại mỗi nồi 16 3.2.3 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống và xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi 16 3.3. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi mỗi nồi 17 3.4. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi 17 3.4.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ 17 3.4.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao 18 3.4.3. Tổn thất nhiệt của toàn bộ hệ thống 19 3.5. Hiệu số nhiệt hữu ích của hệ thống 19 3.6. Phương trình cân bằng nhiệt lượng 20 4. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 23 4.1. Buồng đốt 23 4.1.1 Số ống trong buồng đốt 23 4.1.2 Đường kính trong buồng đốt : Dtr 25 4.1.3 Chiều dày buồng đốt 25 4.1.4 Chiều dày đáy buồng đốt 27 4.2 Buồng bốc 28 4.2.1 Đường kính buồng bốc 28 4.2.2 Chiều cao buồng bốc 28 4.2.3 Bề dày buồng bốc 30 4.2.3 Bề dày nắp buồng bốc 31 4.3 Đường kính các ống dẫn 33 4.3.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt 33 4.3.2 Đường kính ống dẫn hơi thứ 35 4.3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch 35 4.4 Bề dày lớp cách nhiệt 37 4.5 Mặt bích 39 4.6 Tai treo 41 4.6.1 Trọng lượng thân thiết bị Gth : 41 4.6.2 Tải trọng của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm : 41 4.6.3 Trọng lượng của dung dịch trong thiết bị 42 4.6.4 Trọng lượng vĩ ống 42 4.6.5 Trọng lượng của đáy buồng đốt : 43 4.6.6 Trọng lượng của nắp buồng bốc 43 4.6.7 Trọng lượng của bích 43 4.7 Trọng lượng của hơi 45 4.8 Trọng lượng của lớp cách nhiệt 46 5. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ BAROMETER 48 1.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị thuyết minh 48 1.2 Số liệu để tính toán 48 1.3 Tính toán thiết bị baromet 49 1.3.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 49 1.3.2 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ 49 1.3.3 Kích thước tấm ngăn 51 1.3.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 51 1.3.5 Kích thước ống baromet 52 1.3.6 Lượng hơi và khí không ngưng. 54 KẾT LUẬN 55

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN 4

1 Tổng quan về sản phẩm: 4

2 Nguyên liệu sản xuất nhôm hydroxit 4

2.1 Quặng Bôxit: (47% Al2O3) 4

2.2.NaOH 5

2.3.Vôi CaCO3(dạng bột) 5

2.4.Các nguyên liệu phụ khác 5

3 Phương pháp sản xuất: 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ QUY TRÌNH 7

1 Thiết kế quy trình công nghệ: 7

1.1 Bản vẽ sơ đồ công nghệ: 7

1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ: 7

1.2.1.Giai đoạn nghiền quặng 7

1.2.2.Giai đoạn gia nhiệt dòng huyền phù 7

1.2.3.Giai đoạn phản ứng 8

1.2.4.Giai đoạn pha loãng: 8

1.2.5.Giai đoạn lắng 8

1.2.6 Giai đoạn lọc aluminat 9

1.2.7.Giai đoạn làm nguội dung dịch aluminat 9

1.2.8 Giai đoạn phân ly 10

1.2.9.Giai đoạn lọc thành phẩm 10

1.2.10.Giai đoạn rửa bã 10

1.2.11.Quá trình cô đặc nước cái số #3 10

1.2.12.Giai đoạn gia nhiệt hỗn hợp xút 11

2 Tính toán nguyên liệu: 11

2.1 Quặng bauxite: 11

2.2 Xút: 13

3 TÍNH TOÁN CỤM THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 15

3.1 Đề bài và giả thiết 15

3.2 Cân bằng vật chất – Cân bằng năng lượng: 15

3.2.1 Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống và lượng hơi bốc ra ở

mỗi nồi 15

3.2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại mỗi nồi 16

3.2.3 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống và xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi 16

3.3 Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi mỗi nồi 17

3.4 Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi 17

3.4.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ 17

3.4.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao 18

3.4.3 Tổn thất nhiệt của toàn bộ hệ thống 19

3.5 Hiệu số nhiệt hữu ích của hệ thống 19

3.6 Phương trình cân bằng nhiệt lượng 20

4 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 23

4.1 Buồng đốt 23

4.1.1 Số ống trong buồng đốt 23

4.1.2 Đường kính trong buồng đốt : Dtr 25

4.1.3 Chiều dày buồng đốt 25

4.1.4 Chiều dày đáy buồng đốt 27

4.2 Buồng bốc 28

4.2.1 Đường kính buồng bốc 28

4.2.2 Chiều cao buồng bốc 28

4.2.3 Bề dày buồng bốc 30

4.2.3 Bề dày nắp buồng bốc 31

4.3 Đường kính các ống dẫn 33

4.3.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt 33

4.3.2 Đường kính ống dẫn hơi thứ 35

4.3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch 35

4.4 Bề dày lớp cách nhiệt 37

4.5 Mặt bích 39

4.6 Tai treo 41

4.6.1 Trọng lượng thân thiết bị Gth : 41

4.6.2 Tải trọng của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm : 41

4.6.3 Trọng lượng của dung dịch trong thiết bị 42

4.6.4 Trọng lượng vĩ ống 42

4.6.5 Trọng lượng của đáy buồng đốt : 43

4.6.6 Trọng lượng của nắp buồng bốc 43

4.6.7 Trọng lượng của bích 43

4.7 Trọng lượng của hơi 45

4.8 Trọng lượng của lớp cách nhiệt 46

5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ BAROMETER 48

1.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị - thuyết minh 48

1.2 Số liệu để tính toán 48

1.3 Tính toán thiết bị baromet 49

1.3.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 49

1.3.2 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ 49

1.3.3 Kích thước tấm ngăn 51

1.3.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 51

1.3.5 Kích thước ống baromet 52

1.3.6 Lượng hơi và khí không ngưng 54

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN

1 Tổng quan về sản phẩm:

Nhôm hydroxyt là một nghuyên liệu quan trọng trong các ngành công nghiệpnhư công nghiệp nhôm và các sản phẩm của nhôm, công nghiệp polymer, côngnghiệp dược phẩm, …

Các tính chất vật lý cơ bản của AL(OH)3

 Bề ngoài: bột màu trắng, hơi ngã vàng

 Phân tử lượng: 78 g/mol

 Tỷ trọng: 2,42 g/cm3

 Điểm nóng chảy: 300 0C (573 K)

 Độ tan trong nước:0,0001 g/100 ml (20 0C)

 Entanpi hòa tan: ΔHH0 = -1277 kJ/mol

Khả năng thay thế:

Nước ta có nhiều quặng Bôxit Thành phần Al2O3 trong quặng khá lớn so với các quặng khác, nên không cần thay thế nguyên liệu khác cho quặng Bôxit

2.2.NaOH

Sử dụng để hòa tan quặng Bôxit tạo hỗn hợp Aluminat

Nguồn cung cấp là nhà máy hóa chất Biên Hòa Nồng độ yêu cầu là 320g/l.Trong quá trình sản xuất ngoài việc cung cấp lượng dư NaOH, nhà máy cũngtận dụng nguồng tái sinh từ các quá trình cô đặc

Tồn trữ: NaOH được chứa trong bồn 1, lượng xút này được hòa với xút tái sửdụng để đạt nồng độ theo yêu cầu trước khi cho vào các bồn phản ứng

Khả năng thay thế: so với những loại bazơ khác thì NaOH rẻ tiền, dễ kiếm, cho phản ứng hiệu suất cao nên không cần thiết phải thay thế nguyên liệu khác

đem đi kết tinh Nhôm hydroxyt được sản xuất bằng phương pháp Bayer kết tinh ởdạng tinh thể rắn nên rất dễ để lắng lọc thành phấm và có độ tinh khiết cao.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ QUY TRÌNH

1 Thiết kế quy trình công nghệ:

1.2.1.Giai đoạn nghiền quặng

Quặng từ bải chứa cho vào phểu định lượng, nhờ vít tải xoắn đưa vào máynghiền bi với năng suất nghiền: khoảng 4,5 tấn/giờ (giá trị này có thể thay đổi tùythuộc vào độ cứng của quặng)

Quặng sau khi nghiền có dạng huyền phù chảy ra bồn trung gian (vách 1).Phần hạt quặng không đạt tiêu chuẩn được vít xoắn đưa trởi lại máy nghiền

Phần huyền phù được máy bơm đẩy lên cyclon phân cấp, tại đây:các hạt quặngkhông đạt tiêu chuẩn đươc rớt về thùng nghiền, các hạt nhẹ được đẩy lên cyclonetheo ống dẩn về bồn trung gian (vách 2)

Huyền phù từ bồn trung gian được bơm qua bồn (M),khuấy liên tục với tốc

độ 21 vòng/phút dêr tránh lắng động

1.2.2.Giai đoạn gia nhiệt dòng huyền phù

Từ bồn trung gian (M), huyền phù được bơm vào thiết bị truyền nhiệt đểnâng nhiệt độ lên khoảng 100oC trước khi cho vào bồn phản ứng

+ Dung dịch huyền phù đi trong ống

+ Hơi ấp nhiệt ( hơi bão hòa lấy từ lò hơi) đi ngoài ống

Dòng huyền phù sau gia nhiệt được bơm lên bồn trung gian chuẩn bị đưa vàobồn phản ứng

1.2.3.Giai đoạn phản ứng

Huyền phù từ bồn trung gian sẽ được bơm vào bình phản ứng Gia nhiệt củaxút ban đầu ( nồng độ 320 g/l NaOH) với dung dich #2 sau cô đặc Cả 2 dòngnguyên liệu trên được pha trộn với tỷ lệ :

Đề phòng trường hợp các xúc tác không cấp đủ nhiệt dẫn đến phản ứng kém,

có một dòng hơi bão hòa cấp trực tiếp cho các bình hơi = 150oC ÷ 160oC Nhiệt độnày Al2O3 tách ra khỏi quặng Bauxite tạo thành dung dịch natri aluminat theo phảnứng sau:

Al2O3 + 2NaOH  2NaAlO2 + H2OSắt oxít (Fe2O3 ),oxít titan (TiO2 ) không tham gia phản ứng

Dung dịch phản ứng sau khi được bơm vào bình phản ứng sẽ được khuấytrộn liên tục Trong thiết bị hệ thống cánh khuấy trộn liên tục với tốc độ khoảng 20vòng/phút nhằm đảo trộn đồng đều dung dịch, tăng bề mặt tiếp xúc pha,tránh tìnhtrạng phản ứng sảy ra cục bộ và đóng cặn xuống đáy thiết bị Sau đó, phần đáy thiết

bị có mức chuyển hóa cao dưới tác dụng của áp suất được đẩy theo ống tháo liệu rangoài

Dung dịch từ bình phản ứng sẽ được ép qua bồn pha loãng

1.2.4.Giai đoạn pha loãng:

Dung dịch từ bình phản ứng được ép qua bồn pha loãng với 180oC và đượcpha loãng với dung dịch #4 (nước sau quá trình rữa bã) theo tỉ lệ pha loãng 1,16-2,08 và kết hợp với việc khuấy trộn khoảng 25 vòng/phút đảm bảo sự đồng nhất củadung dịch Nồng độ pha loãng thích hợp vào khoảng 110-120 g/l NaOH Dung dịchsau pha loãng được bơm qua thiết bị tách cát trước khi vào quá trình lắng

1.2.5.Giai đoạn lắng

Trong giai đoạn này ta sử dụng bột mì làm chất trợ lắng với hàm lượng thíchhợp

Nguyên lí hoạt động của thiết bị lắng:

Đây là quá trình hoạt động liên tục: nhập liệu - tháo liệu liên tục, lấy bã giánđoạn

Đầu tiên dung dịch bột mì được hòa tan với nước nóng, sau đó trộn với dungdịch natri aluminat (đã được tách cát) Hỗn hợp này được thùng trung gian phânphối cho bồn lắng.

Ở bồn lắng: dòng hỗn hợp được đưa vào ống trung tâm để đi sâu vào lòngbồn , nhờ ống trung tâm nên dòng chảy không bị sáo trộn nhiều Dưới tác dụng củalực trọng trường và tác dụng của bột mì, phần quặng không phản ứng tồm tại ở dạngrắn (gọi là “bã đỏ”) sẽ bị lắng xuống đáy thiết bị và được khuấy đảo trộn đều đểtránh đóng lớp dưới đáy thiết bị Phần dung dịch chứa một lượng nhỏ đổi chiều nổilên trên, tràn qua lổ chảy vào gờ xung quanh thiết bị, sau đó theo ống chảy chuyềnchảy vào bồn chứa trung gian Đồng thời cánh khuấy răng bừa cũng cạo phần cặnđáy xuống rửa tháo cặn bã sẽ được lấy ra gián đoạn rồi đưa ra thiết bị rửa để rửa

1.2.6 Giai đoạn lọc aluminat

Để tăng hiệu suất lọc phần rắn không tan dạng bùn đỏ (bao gồm Fe2O3,cáctạp chất khác….) và tăng độ sạch của sản phẩm: trước khi kết tinh, dung dịch từ bồnlắng được qua quá trình lọc

Dung dịch aluminat được bơm vào thiết bị lọc dể quá trình lọc ở nhiệt độkhoảng 95oC÷98oC

Dung dịch sau khi lọc được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt (trao đổi dung dịchvới nước cái số #3) để giảm nhiệt độ trước khi đem kết tinh

1.2.7.Giai đoạn làm nguội dung dịch aluminat

Quá trình trao đổi nhiệt là ngược chiều, hai dòng được bố trí sen kẽ nhau.Dung dịch aluminat sau khi lọc được làm nguội đến nhiệt độ kết tinh khoảng

65oC÷68oC rồi mới kết tinh

Tại bồn kết tinh công nhận vận hành sẽ bổ sung thêm mầm kết tinh Al(OH)3

với một lượng thích hợp từ bồn phân ly để tăng hiệu quả kết tinh

NaAlO2 +2H2O  Al(OH)3 + NaOH

- Dung dịch aluminat sau lọc đã được làm nguội sẻ bơm vào thiết bị kết tinh vàđược trộn với mầm kết tinh

- Thiết bị kết tinh đều có cánh khuấy(n=10÷14vòng/phút) nhờ vậy dung dịch đượcgiải nhiệt và mầm kết tinh được trộn đều

1.2.8 Giai đoạn phân ly

Sau khi dung dịch ở thiết bị kết tinh đạt yêu cầu thì sẽ được bơm lên xyclonlắng Trong xyclon, huyền phù được lắng theo phương vuông góc với vận tốc25m/s Dòng hỗn hợp quay tròn trong rãnh giữa ống tâm và vỏ trụ Dưới tác dụngcủa lực ly tâm, các hạt nhôm hydroxyt văng ra thành mất động năng và lắng xuốngđáy, nhờ van đưa vào bồn phân ly Dung dịch theo ống trung tâm vào bồn phân ly,các hạt to nặng sẽ lắng xuống đáy nhờ trọng lực và xuống bồn chứa trung gian Còncác hạt nhỏ ra khỏi ống Nước cái từ bồn phân ly sẽ được cho hoàn lưu về bồn chứatrung tâm sẽ cuốn theo dòng nước cái nước cái tràn qua hai bồn phân ly Tại hai bồnnày, hỗn hợp tiếp tục được phân ly, các hạt nhỏ lắng xuống đáy bồn, qua van xả đáyđược bơm vào bồn chứa Một phần được đưa vào bồn chứa để tạo mầm kết tinh #3

1.2.10.Giai đoạn rửa bã

Bùn đỏ sau quá trình lắng được đưa vào bồn rửa bã để tiến hành rửa bã

Bùn đỏ từ bồn lắng bơm qua bồn rửa bã đồng thời sử dụng nước để rửa Bã saucùng sau khi ra khỏi thiết bị rửa bã sẽ được xử lí, khi đạt tiêu chuẩn sẽ thải ra sânchứa bã Bã khô được dùng làm bột màu trong vật liệu xây dựng

1.2.11.Quá trình cô đặc nước cái số #3

Nước cái #3 sau khi phân ly còn chứa một hàm lượng xút đáng kể, đượctuần hoàn trở lại để tái sử dụng Sau khi đã trao đổi nhiệt với dung dịch aluminatsau lọc để tăng nhiệt độ, nước cái #3 nồng độ 110-120 g/l sẽ được cô đặc để tăngnồng độ lên 170-190 g/l NaOH Sử dụng thiết bị cô đặc 3 nồi xuôi chiều Dung dịch

cô đặc và hơi gia nhiệt vào nồi đầu và ra nồi cuối Dung dịch cô đặc tự di chuyểngiữa các nồi do chênh lệch áp suất

1.2.12.Giai đoạn gia nhiệt hỗn hợp xút

Nước cái #2 sau cô đặc được pha chung với hỗn hợp ban đầu Nước cái chialàm hai phần :

− Một phần tuần hoàn lại quá trình nghiền

− Phần lớn nước cái còn lại sử dụng cho quá trình phản ứng tạo Natri aluminat(trước khi đi vào phản ứng phải gia nhiệt cho phần nước cái này)

− 2 thiết bị tận dụng lại nguồn hơi còn dư trong các quá trình khác để gia nhiệt

2 Tính toán nguyên liệu:

- Công suất thiết kế của dây quy trình này là 10 tấn nhôm hydroxyt/ ngày

-Thời gian làm việc là 24h/ ngày

2.1 Quặng bauxite:

-Để đạt sản lượng như trên ta cần 1 lượng quặng bauxite, lượng sản phẩm tao thành

sẽ hao hụt qua từng công đoạn sản xuất lượng quặng thực tế đưa vào sản xuất lớnhơn nhiều so với lý thuyết Lượng sản phẩm thất thoát qua từng công đoạn như sau:

 Công đoạn lọc, sấy và đóng gói sản phẩm:

Công đoạn này bao gồm các quy trình lọc, sấy và đóng gói thành phẩm trướckhi đưa đi tiêu thụ Tiêu hao sản phẩm qua công đoạn này dự kiến là khoảng1% lượng sản phẩm

10000 1,01 = 10100 (kg)

Lượng sản phẩm tiêu hao qua công đoạn này là: 100 kg

 Công đoạn phân ly nhôm hydroxyt:

Nhiệm vụ chính của công đoạn này là phân ly tinh thể nhôm hydroxyt rakhỏi dung dịch Tiêu hao qua công đoạn này dự kiến là 0,5% sản phẩm :

10100 1,005 = 10150,5(kg)

Lượng sản phẩm tiêu hao qua công đoạn này là: 50,5 kg

 Công đoạn kết tinh:

Công đoạn này có nhiệm vụ là kết tinh nhôm hydroxyt dưới dạng tinh thể từ dung dịch natri aluminat, lượng tiêu hao sản phẩm qua công đoạn này dự kiến là 0,5% và hiệu suất của quá trình kết tinh là 70%

10150,5 1,005 = 10201,25 (kg)

Lượng sản phẩm tiêu hao qua công đoạn này là: 50,75 kg

Phản ứng kết tinh nhôm hydroxyt từ dung dịch natri aluminat:

Na AlO2 + 2H2O = Al(OH)3 + NaOH

82 (g/mol)  78(g/mol)

mNaAlO2 = = 15320,56 (kg)

 Công đoạn làm nguội:

Công đoạn này chủ yếu là làm giảm nhiệt độ của dung dịch natri aluminat trướckhi đem đi kết tinh nên lượng tiêu hao qua công đoạn này là không đáng kể nên ta

có thể bỏ qua

 Công đoạn lọc dung dịch natri aluminat:

Nhiệm vụ của công đoạn này là tách các cặn nhỏ còn sót lại trong dung dịch aluminat sau quá trình lắng giúp tăng độ tinh khiết của sản phẩm tiêu hao dự kiến qua công đoạn này là 1%:

Tiêu hao qua công đoạn này là: 773,69 kg

 Công đoạn pha loãng:

Công đoạn này có nhiệm vụ là pha loãng dung dịch natri aluminat sau khi rakhỏi thiết bị phản ứng bằng nước rửa bã trước khi đưa qua công đoạn lắng Tiêu haoqua công đoạn này là không đáng kể nên ta có thể bỏ qua

 Công đoạn phản ứng:

Ở công đoạn này quặng bauxite sau khi nghiền sẽ được cho phản ứng với dung dịch xút để tạo thành dung dịch natri aluminat, lượng tiêu hao qua công đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào hiệu suất của quá trình phản ứng giữa quặng bauxite và xút Giả sử hiệu suất của quá trình phản ứng đạt 80%, thì lượng tiêu hao sẽ là:

Phương trình phản ứng:

 Công đoạn nghiền quặng:

Công đoạn này có nhiệm vụ là nghiền nhỏ quặng bauxite đến kích cỡ phù hợp trước khi đưa đi phản ứng để tăng hiệu suất của quá trình phản ứng Tiêu hao qua công đoạn này dự kiến là 0,5% nên lượng bauxite cần là:

 Phản ứng của xút với nhôm oxit trong quặng bauxite:

Lượng nhôm oxit có trong 25400 kg quặng:

25400 50% = 12700 (kg)

Phản ứng: Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

102(g/mol) 2.40(g/mol)

mNaOH(1) = = 9960,78 (kg)

 Phản ứng của xút với các khoáng silicat có trong quặng bauxite:

Lượng silicat có trong 25400 kg quặng: (giả sử hàm lượng silicat trong quặng bauxite chiếm 5% khối lượng)

mNaOH = 9960,78 + 1693,33 = 11654,11 (kg)

Để tăng hiệu suất phản ứng cũng như tránh sự thiếu hụt xút ta lấy lượng xút thực

tế cao hơn tính toán 10% Vậy lượng xút thực tế cần là:

QNaOH = = 5385,165 (kg/h)

Vậy lưu lượng xút đi qua thiết bị cô đặc sẽ là 5400 kg/h

3 TÍNH TOÁN CỤM THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

3.1 Đề bài và giả thiết

Năng suất dung dịch đầu: Gd = 5400 kg/h

Nồng độ đầu: xđ = 10% (khối lượng)

Nồng độ cuối: xc = 20% (khối lượng)

Áp suất hơi đốt: P1 = 3 at

Ấp suất hơi trong thiết bị ngưng tụ: Png = 0,04 at

Tự chọn:

Chiều cao ống truyền nhiệt: H2 = 3m

3.2 Cân bằng vật chất – Cân bằng năng lượng:

3.2.1 Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống và lượng hơi bốc ra ở mỗi nồi

10

20

d d

1 1,1 1,2 3,3 1,2.w 1,2.2700

3.2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại mỗi nồi

3

1,52,96 ( )

1, 400 ( )0,935 ( )0,623 ( )

i i

P P

3.3 Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi mỗi nồi

độ riêng hơi thứ , nhiệt hóa hơi hơi thứ rht1

' ' 0 2 ( )

16, 2

o

f C T f

T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho,

r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc

2285.10(29,6 273)

2425,6.10

o ht

ht

o ht

ht

o ht

ht

t

C r

t

C r

t

C r

0 1

4 2

4 1

4 2

4 3

31,66 (0,5 ).1128,65.10 1,89(at)

23

p 0,715 (0,5 ).1160,34.10 0,95( )

230,043 (0,5 ).1219.10 0, 29( )

i

o i

100 2,8 102,8

o s

o s

o s

o sd

Vậy hiệu số nhiệt hữu ích tại mỗi nồi là:

D (kg/h): lượng hơi đốt vào nồi 1.

i= thdi(0C): nhiệt độ hơi nước ngưng ở nồi 1, 2, 3

D.Cnc.1 = D.il1

W1.Cnc.2 = W1.il2

W2.Cnc.3 = W2.il2

il2: nhiệt lượng riêng của hơi nước ngưng ở nồi 1, 2, 3

Theo [1-314] tương ứng với áp suất hơi đốt ta tìm được

Phd1 = 3 at  il1 = 558,9 kJ/kg

Phd2 = 1,6 at  il2 = 473,1 kJ/kg

Phd3 = 0,665 at  il3 = 369,12 kJ/kg

Cj (J/kg): nhiệt dung riêng của dung dịch

+ Đối với dung dịch có nồng độ x < 20%

i giathiet





Ta có bảng tính toán sai số sau:

Wgiả thiết Wtính toán Sai số (%)818,182 825,53 0,9

981,818 984,51 0,3

4 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Do tính thống nhất hóa trong thiết kế, nên ở đây trong phân tính toán cơ khí chỉtính toán cho nồi cô đặc thứ nhất làm cơ sở cho các nồi còn lại.

Theo yêu cầu của đồ án môn học là không thể hiện vè các chi tiết của nồi cô đặcnên một số chi tiết không được tính toán thiết kế đến :

 Các chi tiết bộ phận không bị đốt nóng, được cách ly với nguồn đốt trực tiếp

 Thiết bị không sản xuất và không chứa các chất dễ cháy nổ, độc hại ở áp suấtthường

 Thiết bị thuộc nhóm 2 loại II, có hệ số hiệu chỉnh [2-356]

d H



Trong đó : F : tổng bề mặt truyền nhiệt, m2 F=123,4 m2

d : đường kính của ống truyền nhiệt, m

Do đó cả 3 nồi, hệ số cấp nhiệt của hơi đốt 12: hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốtđến chất lỏng sôi

Ống truyền nhiệt loại 38.3, tức là :

Quy chuẩn theo bảng VII/48-[2] :

 Xếp ống theo hình 6 cạnh

 Số hình 6 cạnh : 11

 Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh : 23 ống

 Tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân : 397 ống

 Số ống trong hình viên phân ở dãy 1 : 7 ống

 Tổng số ống trong các hình viên phân : 42 ống

 Tổng số ống của thiết bị : 439 ống

 Thiết bị ống tuần hoàn trung tâm (tính theo bề mặt trong)

Tiết diện của ống tuần hoàn trung tâm Fth lấy bằng 25-35% tổng bề mặt diện tíchống truyền nhiệt [4-20]

Tổng bề mặt tiết diện các ống truyền nhiệt Ftổng, m2

2 3,14.0,0322 2

t tng

th th

F



Quy chuẩn theo [2-417]

 Đường kính trong của ống tuần hoàn : dth=0,40m

 Đường kinh ngoài của ống tuần hoàn : dn = 0,426m

0,1256.100% 100% 35% (25 35%) : ph

Đối với thiết bị ống tuần hoàn trung tâm :

Thường lấy  1,3 1,5, chon 1,3

 dn : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn=0,038m

 H : chiều cao ống truyền nhiệt H=3m

 dth : đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm dth=0,476m

: hệ số bền của thanh trụ theo phương dọc h 0,95 [2 362]

Giới hạn bền kéo :  k 380.10 ( /6 N m2)

Giới hạn bền chảy :  c 240.10 ( /6 N m2)

[ ] được tính theo công thức : [ ] k

k k

n



nk : hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo nk=2,6 [2-356]

nc : hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy nc=1,5 [2-356]

: hệ số hiệu chỉnh, =1

6

6 2380.10

2,6

k k k

N m n

1,5

c c c

N m n

0,0513.10 2.102.(0,004 0,002).0,095



Vậy, thỏa mãn.

Suy ra, chiều dày buồng đốt là : S=0,004m

4.1.4 Chiều dày đáy buồng đốt

Dt : đường kính trong của buồng đốt, m (Dt=1,4m)



Vậy có thể bỏ qua P ở mẫu số của công thức tính chiều dày đáy buồng đốt

3 6