Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập -Tự do-Hạnh phúc
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Số…………
Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN XUÂN HUY
Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Xuân
Lớp : ĐH Công Nghệ Hóa 1 – K3
Khoa : Công Nghệ Hóa Học
NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn
ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất 11000 kg/h , chiều cao
ống gia nhiệt h =2m .
Các số liệu ban đầu :
- Nồng độ đầu của dung dịch là 8%
- Nồng độ cuối là : 30 %
- Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4,1 at
- Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,2 at
TT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Dây chuyền sản xuất A 01
2 Nồi cô đặc A 01
PHẦN THUYẾT MINH
1 . Mở đầu
2 . Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất
3 . Tính toán thiết bị chính
4 . Tính toán thiết bị phụ
5 . Tính toán cơ khí
6 . Tỏng kết

*) Hiệu số nhiệt độ hữu ích :
*) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể :
*) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ :
*) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :
*) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch :
*) Bề mặt truyền nhiệt :
*) Số ống truyền nhiệt :
*) Đường kính trong của thiết bị đun nóng
 Chiều cao thùng cao vị :
*)Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến cô đặc :
*)Trở lực dẫn từ thùng cao vị đén thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :
*)Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :
 Tính thiết bị ngưng tụ
 Tính bơm :
1 - Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra :
2 - Năng suất yêu cầu trên trục bơm :
3- công suất động cơ điện :
4. Tính toán cơ khí và lựa chọn
 Tính buồng đốt :
 Tính buồng bốc
 mặt bích
 đường kính ống dẫn
 Tính tai treo và chọn tai treo :
 Tính thiết bị phụ khác :
1-Đoạn côn nối buồng đốt và buồng bốc :
2-Kính quan sát :
3-Tính bề dày lớp cách nhiệt
5.Tổng kết
6.Tài liệu tham khảo:


Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
định trong tính toán và thiết kế , tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo
văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống .
Trong đồ án môn học này, em cần thực hiện là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi
xuôi chiều , thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH
, năng suất 11000kg/h , nồng độ dung dịch ban đầu 8% , nồng độ sản phẩm 30%
- Giới thiệu về dung dịch KOH
As proven experts, Ward Chemical can produce various concentrations of liquid
calcium chloride . Uses of Calcium Chlor
The innate properties of liquid calcium chloride CaCl2 lend this substance to a
variety of applications.KOH có dạng tinh thể không màu , t
nc
= 404
o
C , t
s
=
1324
o
C. Dễ tan trong nước và phát nhiệt mạnh : ở 20
o
C, 100 g nước hoà tan
được 112 g KOH . Thuộc loại kiềm mạnh ; hấp thụ nước và khí cacbonic (CO
2
)
trong không khí , tạo thành kali cacbonat (K
2
CO
3

bị thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không (11)6
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị

SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
Chú thích
1. Thùng chứa dung dịch đầu
2. Bơm
3. Thùng cao vị
4. Lưu lượng kế
5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6,7. Thiết bị cô đặc
8. Thùng chứa nước
9. Thùng chứa sản phẩm
10.Thiết bị ngưng tụ Baromet
11. Thiết bị tách bọt
12. Bơm chân không
13. Ống tuần hoàn
2. Tính toán thiết bị chính
Các số liệu ban đầu:
Năng suất tính theo dung dịch đầu : G
đ
= 11000 kg/h
Nồng độ đầu : x
đ
= 8 %
x

● Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р)

(at ) (1)
Р
hd1
: áp suất hơi đốt nồi 1
Р
ng
áp suất hơi nước ngưng
● Nhiệt độ, áp suất hơi đốt
Ta có: chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi :
= (at) (2)
từ (1) và(2) ta có hệ phương trình :
8
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Giải ra ta được :
Áp suất hơi đốt nồi 2 :
-= 4,1- 2,68125 = 1,41875 (at)
Trong đó:
: chênh lệch áp suất của nồi 1 và nồi 2
: chênh lệch áp suất của nồi 2 và thiết bị ngưng
Hơi đốt nồi 1 được được cấp từ nồi hơi , hơi thứ ra khỏi nồi 1 được đưa sang
nồi 2 làm hơi đốt để tận dụng nhiệt . Tra bảng (I.251 - Tr 314 – stttt1) ta có :
Nồi
P
hdi

at
T

ht2
)
=
o
C
(*)Tra bảng I.251-Tr314-Stttt1.
9
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Nồi
P
hti
at
T
hti
o
C
i
hti
J/kg
r
hti
J/kg
1 1,461 110 2696000 2234000
2 0,210366 60,7 2609588 2356000
- Tổn thất nhiệt :
Tổn thất do nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn dung môi ()
Ta có :
(VI.10 - Tr.59 - Stttt2)
(VI.11 - Tr59 - Stttt2)

Tra bảng I.251 - Tr314 - Sttt1 :
Tổng tổn thất nhiệt của cả hệ thống là :
Hiệu số nhiệt độ hữu ích(:
-Cân bằng nhiệt lượng W
2
;i
2

Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống
D: lượng hơi đốt vào nồi 1 (kg/h)
I: hàm nhiệt của hơi đốt (j/kg)
t: nhiệt độ của dung dịch (C)
θ: nhiệt độ nước ngưng (C)
i: hàm nhiệt của hơi thứ (j/kg)
Nhiệt dung riêng của nước ngưng tính theo áp suất của hơi đốt
( bảng I.249 - Tr.311- Stttt1)
(J/kg.độ)
(J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của KOH tính theo công thức ( I.41- Tr.152 - Stttt1 )
11
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
M.C=.+.+.
= + +
= 936,25 (J/kg.độ)
Đối với dung dịch loãng có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo công thức
( I.43 - Tr.152 - Stttt1)

Nhiệt dung riêng của dung dịch :
= 3851,12 (J/kg. độ)
=3657,24122 (J/kg. độ)
=3211,075 (J/kg. độ)
Ta có :
Thay số vào ta được :
=3985,2537 (kg/h)
=8066,6667 -=4081,413 (kg/h)
Lượng hơi đốt tính được :
Thay số vào ta được : D = 4345,3013 (kg/h)
Kiểm tra giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi :

Chọn Cân bằng vật liệu Sai số
W
1
=4033,3333 (kg/h) W
1
=3985,2537 (kg/h)
W
2
=4033,3334 (kg/h) W
2
=4081,413 (kg/h)
13
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Giả thiết phân bố áp suất hơi thứ ban đầu chấp nhận được
(*) lấy nhiệt độ của nước ngưng bằng nhiệt độ của hơi đốt
● hệ số truyền nhiệt



Thiết bị sau một thời gian sử dụng sẽ có cặn bẩn bám ở phía trong và phía
ngoài ống truyền nhiệt gây tổn thất nhiệt .
Giá trị này được tra ở bảng (V.1- Tr.4 - Stttt2 ) (bề dày các chất này là 0.0005m)
Hơi nước có
Cặn bẩn có r
cặn
Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là thép X18H10T dày 0.002m, từ
bảng (XII.7- Tr.362 - Stttt2 ) có (W/m.độ) và khối lượng riêng (kg/m
3
)
Khi đó có trở lực là : (m
2
.độ/W)
Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là :
Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 1 là :
(
P : áp suất làm việc (áp suất hơi thứ) at
: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi
: Hệ số hiệu chỉnh , tính theo công thức (VI.27 - Tr.71 - Stttt2 ) là các hằng số vật lý của nước theo nhiệt độ sôi dung dịch
là các hằng số vật lý của dung dịch
Tổng hợp ta có bảng sau :
T=116,8296
o
C (w/m.độ) (kg/m
3
) (N.s/m


T=84,739
o
C (w/m.độ) (kg/m
3
) (N.s/m
2
) (J/kg.độ)
Nước 0,68536 968,767 4202,5824
Dung dịch 0,57158 1291 3211,075
16
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KOH

tính theo công thức ( I 32 –Tr.123 - Stttt1)
(w/m.độ)
hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết
M: khối lượng phân tử mol của dung dịch
Áp dụng công thức (1)
(g/mol)
Vậy giá trị có thể chấp nhận
Hệ số truyền nhiệt giữa hai lưu thể :
(w/m
2
.độ)
hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi i
nhiệt tải riêng trung bình nồi i
Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống :
Phân bố nhệt độ hữu ích trong từng nồi :

chuẩn
lấy bằng 125(m
2
) .
3.Tính toán thiết bị phụ
● Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :
Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu vào là thiết bị đun nóng loại ống chùm
ngược chiều dùng hơi nước bão hoà ở 4,1at , hơi nước đi bên ngoài ống từ trên
xuống dưới . Hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên . Hỗn hợp đầu vào
18
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng (25C) khi ra ở nhệt độ sôi 116,8296C
*) Nhiệt lượng trao đổi : ( Q)
Q = F.C
p
.(t
F
– t
f
) [W]
Trong đó :
F: lưu lượng hỗn hợp đầu F = 11000(kg/h)
: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp t
F
= 116,8296 (
o
C)
C
p

Do =
Nên nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là :
t
tb
= = (V.8-Stttt2)
Hơi đốt :
t
1 tb
= 143 (
0
C)
Phía hỗn hợp :
t
2 tb
= 143 – 61,262 = 81,738 (
0
C)
*) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể :
Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :
Công thức tính : α
1
= 2,04.A.()
0,25
Trong đó:
19
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa
r = 2135.10
3

.Δt
1
[W/m
2
]
Thay số :
q
1
= 9521,5188.3,2 = 30468,86 (W/m
2
)
*) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :
Công thức tính : N
u
= 0,021.ε
k
.R
e
0,8
.P
r0,43
.()
0,25
( V.40-tr24-Stttt2)
α
2
= 0,021

p
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở t
tb
= 81,669
0
C
C
p
= 3657,24122 (J/kg. độ)
Tra bảng (I.107 – Tr 101 – Stttt1) ta có :
µ =
p: khối lượng riêng của hỗn hợp ở t
tb
ρ =1073 kg/m
3
Theo công thức (I.32 – Tr.123 – Stttt1 ) ta có :
λ
1
= ε.C
p
.p.
3
Với ε=3,58 .10
-8
(I.32- Tr.123 – Stttt1)
=3,58.10
-8
.1073.3657,24122. = 0,53868 (W/m.độ )
Thay số :
P

Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
=>t
t2
= t
t1
– Δt
t
= 143- 3,2- 20,1856=119,6144
0
C
Δt
2
= - t
2tb
= 119,6144 – 81,669 = 37,9454
0
C
- Tính chuẩn số P:
P
r
= .
Trong đó :
C
p
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp
C
p
= 3657,24122(j/kg. độ)
µ : Độ nhớt của hỗn hợp

= = 1,3137
Vậy hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :
α
2
= 0,021 (10500)
0,8
. (2,41249)
0,43
.()
0,25
= 830,769
*) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch :
q
2
= . = 830,769.37,8764=31466,85333 ( W/m
2
)
- Kiểm tra sai số :
<5%
Sai số chấp nhận được
22
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3
Thuyết minh Đồ án môn Quá trình thiết bị
*) Bề mặt truyền nhiệt :
Công thức tính :
F =
Trong đó :
Nhiệt lượng trao đổi Q = 1026186,939 (W)
q
tb

cạnh
Số ống
trên
đường
xuyên
tâm 6
cạnh
Tổng số ống
không kể các
ống trong các
hình viên phân
Tổng ống trong
tất cả các hình
viên phân
Tổng ống
trong
thiết bị
Dãy 1 Dãy 2 Dãy 3
7 15 169 3 - - - 169
*) Đường kính trong của thiết bị đun nóng
D = t.(b – 1) + 4.d
n
Trong đó :
d
n
: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt , d
n
= d + 2.S = 0,038 (m)
t : Bước ống , lấy t = 1,2 d
n

Với:
: khối lượng riêng của chất lỏng
w : vận tốc của lưu thể.
: áp suất khắc phục trở lực khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng .
=
Với:
d
td
điều kiện của ống
25
Sv thực hiện : Phạm Thị Xuân Lớp: ĐH HOÁ1-K3