Môn quá trình và thiết bị công nghệ hóa học
|
Thời gian qua sách đã đáp ứng được một phần nhu cầu của bạn đọc trong công việc thiết kế và học tập. Từ đó đến nay chúng tôi đã nhận được nhiều ý kiến của bạn dọc góp ý về nội dung cần sửa chữa và bổ sung để cuốn sách phục vụ được tốt hơn. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn bạn đọc về những ý kiến đóng góp đó. Nay do sự phát triển của công nghiệp hóa chất, thực phẩm ngày càng mạnh, đặc biệt là trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế, nhu cầu sách tham khảo về thiết kế chế tạo ngày càng tăng, chúng tôi tái bản lần thứ hai cuốn "Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất". Trong lần tái bản này, ngoài việc sử chữa những sai sót do ăn loát, chúng tôi có sửa đổi và bổ sung một số nội dung trong các chương. Show
Cuốn sách này chắc chắn không khỏi có thiếu sót và chưa thỏa mãn mong muốn của bạn dọc. Chúng tôi chân thành cảm ơn sự phê bình góp ý của bạn đọc để lần tái bản sau được tốt hơn. Ý kiến xin gửi về Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, số 70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội hoặc Bộ môn Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất và Thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Các tác giả Giáo trình khácGợi ý cho bạn31 Tháng 08 Sự xuất hiện của BadBazaar Android Spyware - Đe dọa người dùng Signal và TelegramTrong thời kỳ số hóa ngày càng mở rộ, nguy cơ về an ninh mạng ngày càng gia tăng. Mới đây, các chuyên gia an ninh đã phát hiện ra sự hiện diện của phần mềm độc hại Android mang tên BadBazaar. Điều đáng lo ngại là BadBazaar đã được phân phối thông qua các ứng dụng giả mạo của Signal và Telegram trên cửa hàng Google Play Store và Samsung Galaxy Store. Hãy cùng điểm qua những phát hiện quan trọng từ cuộc nghiên cứu này. 17 Tháng 05 Lợi ích của thực phẩm sạch đối với sức khỏe con ngườiThực phẩm sạch là một khái niệm ngày càng được quan tâm và ưa chuộng trong xã hội hiện đại. Đối với sức khỏe con người, việc tiêu thụ thực phẩm sạch mang lại nhiều lợi ích to lớn. Bài viết này sẽ trình bày về những lợi ích đó trong một phạm vi 5000 từ, từ vai trò của thực phẩm sạch trong việc cung cấp chất dinh dưỡng quan trọng cho cơ thể đến khả năng giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính. 18 Tháng 10 Tại sao bạn nên ăn chay trường kỳ?Bạn có biết rằng việc ăn chay trường kỳ không chỉ giúp bạn cải thiện sức khỏe, mà còn góp phần bảo vệ môi trường và động vật? Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn những lợi ích tuyệt vời của việc ăn chay trường kỳ, cũng như những mẹo để duy trì thói quen này. 06 Tháng 06 Cơ Thể Tự Chữa Lành: Khám phá Sức Mạnh Tự Nhiên Trong Chúng TaTrong cuộc sống hối hả và áp lực hiện nay, chúng ta thường dễ mắc các vấn đề sức khỏe và trở nên phụ thuộc vào các biện pháp y tế truyền thống. Nhưng bạn có biết rằng cơ thể chúng ta có khả năng tự chữa lành và phục hồi? Trong bài blog này, chúng ta sẽ khám phá sức mạnh của cơ thể tự chữa lành và cách tận dụng nó để duy trì và nâng cao sức khỏe của chúng ta. Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác. Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaOH vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó. Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần. Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH: năng suất 9520 kg/h, nồng độ đầu vào 10% KL, nồng độ cuối 35% KL, áp suất hơi đốt 4at, áp suất hơi ngưng tụ 0,2 at, chiều cao ống gia nhiệt 2m. Đối với một sinh viên nghành hóa,việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc quen dần với việc lựa chọn ,thiết kế ,tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số cụ thể. Tuy nhiên, quá trình thiết bị là môn học rất khó mà kiến thức thực tế của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót. Vì vậy kính mong nhận được sự đóng góp nhiệt tình của quý thầy, Cô và các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn. Và cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là Thầy Giáo Nguyễn Văn Hoàn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án. Xin chân thành cảm ơn!!!. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn
Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch natri cacbonat loãng và nóng: Ca(OH) 2 + Na 2 CO 3 = 2NaOH + CaCO 3 Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa với các điện cực làm bằng graphit và có các màng ngăn giữa anot và catot ( màng ngăn được làm bằng amiăng hoặc vật liệu xốp khác ) : 2NaCl + 2H 2 O dòng điện Cl 2 + H 2 + 2NaOH 1 Ứng dụng của NaOH NaOH được dùng để :
2. Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất. 2. Giới thiệu chung về cô đặc. Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành công nghiệp khác nói chung, thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứa chất tan không bay hơi. Để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làm bay hơi một phần dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi, phương pháp này gọi là phương pháp cô đặc. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn Cô đặc là một phương pháp quan trọng trong công nghiệp sản xuất hóa chất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu dung môi ở dạng nguyên chất. Dung dịch được chuyển đi không mất nhiều công sức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu. Thiết bị dùng để cô đặc gồm nhiều loại như: Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốt treo, thiết bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm..... Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị cô đặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm như mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất. 2. Sơ lược về quá trình cô đặc Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích : Làm tăng nồng độ chất tan. Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể. Thu dung môi ở dạng nguyên chất. Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó: Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì nhiệt. Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác. Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế. Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm tăng nồng độ dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn 2. Dây chuyền sản xuất: Sơ đồ thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức: 1 2 3 4 5 2 12 9 8 10 11 6 7 Hình1: Sơ đồ thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức Chú thích:
GVHD : Nguyễn Văn Hoàn Nguyên tắc hoạt động: Dung dịch NaOH ban đầu được chứa trong thùng chứa dung dịch đầu (1), dùng bơm (2) để đưa nguyên liệu vào thùng cao vị (3), thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn định mức chất lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) (thiết bị ống chùm). Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bảo hòa cung cấp từ ngoài vào, rồi đi vào nồi (6). Ở nồi này dung dịch tiếp tục được đun 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 cửa tháo khí không ngưngước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng cửa tháo nước ngưng. Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ. Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên và được dẫn sang buồng đốt của thiết bị (7). Dung dịch từ nồi (6) di chuyển qua nồi thứ (7) nhờ 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 (7) 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 sản phẩm (9) qua thiết bị bơm (2).Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (10). 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 vào thùng chứa còn khí không ngưng đi qua thiết bị tách bọt (11) hơi sẽ được bơm chân không (12) hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng. Ưu điểm :
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 1ác thông số ban đầu :
2ân bằng vật liệu. 2. Lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống : W (kg/h) Từ công thức ( VI-ST2- T55), Ta có : W = Gđ c đ x 1 x Trong đó : W: lượng hơi thứ bốc ra khỏi toàn bộ hệ thống ,(kg/h). Gđ: lượng dung dịch đầu ,(kg/s). xđ, xc: nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, % khối lượng W = 9520× 35. 1 10 =6800 (kg/h) 2.2ượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi
Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở 2 nồi là : W 1 : W 2 = 1: Ta có hệ: W 1 = W 2 W 1 = 3400 (kg/h) W=W 1 +W 2 =6800 W 2 = 3400 (kg/h) 2. Nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi Theo công thức (VI-ST2-T54), Ta có : (%) Nồi 1: 1 1 WGx xG đ đđ \= 3400952010, = 15,56 %####### Nồi 2: )W( 21 ####### 2 WG ####### x xG đ đđ ####### ####### ####### = 10,09520 )34003400(9520 = 35 % Ta được x 2 = xc ,phù hợp với số liệu ban đầu. 3. Cân bằng nhiệt 3. Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống ( ) P = P 1 - Png = 4 - 0,2 = 3,8 ( at ) Trong đó : P : là chênh lệch áp suất chung của toàn hệ thống P 1 : áp suất hơi đốt vào nồi 1 Pnt : áp suất hơi ngưng tụ 3. Chênh lệch áp suất, nhiệt độ của mỗi nồi Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là: 112 2 2, 01 2, 01 1 P P P P Ta có ΔP 1 = 2,01ΔP 2 ΔP 1 = 2. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn Theo công thức : ,Ta có : Nồi 1: t 1 & 039;= t 2 + = 109,95 + 1 = 110,95( ) Nồi 2: t 2 & 039; = tng + = 59,7 + 1 = 60,7 ( )Dựa vào nhiệt hơi thứ, tra bảng (I – ST1- T), ta được : 11 2 2 &039; 110, 95 &039; 1, 5125&039; 60, 7 &039; 0, 2111t C P att C P at Các kết quả tính được ở trên cho ta bảng số liệu sau : Bảng 1 : Loại Nồi I Nồi 2 Hơi ngưng tụ Áp suất Nhiệt độ ( 0 C) Áp suất Nhiệt độ ( 0 C) Áp suất Nhiệt độ ( 0 C) Hơi đốt P 1 = 4 t 1 =142,9 P 2 =1,4625 t 2 =109, Png=0 tng=59, Hơi thứ P’ 1 =1,5125 t’ 1 =110,95 P’ 2 =0,2111 t’ 2 =60, 3. Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi Nhận xét : Tổn thất nhiệt độ trong thiết bị cô đặc bằng tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ dung dịch tăng cao, do áp suất thủy tĩnh và do trở lực thuỷ lực trong ống dẫn của các nồi. 3.5. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ( ) Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của du ng môi nguyên chất. Hiệu số nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn Gọi là tổn thất nhiệt độ của dung dịch so với dung môi nguyên chất. Trong cô đặc thường gọi đó là tổn thất nồng độ. phụ thuộc vào nồng độ chất tan, áp suất, bản chất của chất tan và dung môi. Áp dụng công thức (VI ─ ST2 – T59) : , , 2 ####### . ( ) ####### 16, 2. ####### o f C ####### f T ####### r ####### ####### Trong đó: ’o : tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất thường 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, J/kg Tra bảng (VI ─ ST2 – T67) : ####### Nồi 1: x 1 15, 56% , o 1 5, 35 C ####### Nồi 2: , o 12 22%35 Cx Xác định nhiệt độ Ti : T’ 1 + 273 = 110,95+ 273 =383, T 2 = T’ 2 + 273 = 60,7 + 273 = 333, Xác định ri : Tra bảng (I ─ ST1 – T312) 1 2 & 039; 110, 95&039; 60, 7t Ct C 3 1 3 2 2233, 43 /2355, 262 /r J kgr J kg Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ của mỗi nồi : GVHD : Nguyễn Văn Hoàn Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là: dd 1 = 1170,16 2 = 585,08(kg / m 3 ) dd 2 = 13802 = 690 (kg/m 3 )
14 24 1, 5125 (0, 5 2 585, 08,81). 1, 6002( )2 9,81.0, 2111 (0, 5 2 690,81). 0( )2 9,81. tb tb P atP at -Tra bảng (I─ST1- T314): Nồi 1 : Ptb1 = 1,6002 (at) ⇨ ttb1 = 112, Nồi 2 : Ptb2 = 0,3146 (at) ⇨ ttb2 = 69, Áp dụng công thức VI (STT2) để tính áp suất thủy tĩnh của hệ thống : ,, t ttb o Trong đó: ttb: Nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb ( 0 C ) to : Nhiệt độ sôi ứng với áp suất Po ( 0 C ) Vậy tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh của từng nồi là : ,, 1 1 01 ,, 2 2 02 & 039; 112, 7036 110, 95 1, 7536&039; 69, 6782 60, 7 8, 9782tb tb t t Ct t C ,, ,, 1 ,, 2 1, 7536 8, 9782 10, 7318 C3.5 Tổn thất do đường ống ,,, )(Nhận xét : Trở lực ở đây chủ yếu là các đoạn ống nối giữa các thiết bị. Đó là đoạn nối giữa nồi 1 và nồi 2, giữa nồi 2 và thiết bị ngưng tụ.Ta chọn tổn thất GVHD : Nguyễn Văn Hoàn nhiệt độ do đường ống là 1oC. Vậy: ,,, 1 ,,, 2 ,,, 211 C tổng tổn thất nhiệt độ là: , ,, ,,, 22, 5706 10, 7318 2 35, 3024 C3 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi 3.6. Xác định hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống Áp dụng công thức ( VI─ST2 –T67) : tt chhi Trong đó : ####### tch = Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ ngưng ở thiết bị ngưng tụ. ####### nthdch 2,837,599,142 Cttt Vậy hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống là: ####### thi 83, 2 35, 3614 47,8976 C 3.6. Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi. ,, 2 , 2 , 22 11 , , 1 1 ,, tttt s s tt ss 21 :, nhiệt độ hơi thứ của từng nồi 1 2 ####### 110, 95 5, 7206 1, 7536 118, 4242 ####### 60, 7 16,85 8, 9782 86, 5282 s s ####### t C ####### t C ####### ####### 3.6. Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi 1 1 1 2 2 2 142,9 118, 4242 24, 4758109, 95 86, 5282 23, 4218 s s T t t CT t t C Kết quả vừa tính cho ta bảng dưới đây: Bảng 2: , ,, ,,, Hiệu số nhiệt độ hữu ích Nhiệt độ sôi của dung dịch GVHD : Nguyễn Văn Hoàn
3.7 Nhiệt lượng vào gồm có: Nồi 1 : Nhiệt do hơi đốt mang vào : D Nhiệt do dung dịch mang vào : Gd .tso .Cd Nồi 2 : Nhiệt do hơi thứ mang vào : W 1 .i 2 Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (Gd – W 1 )C 1 ts 3.7 Nhiệt lượng mang ra: Nồi 1: - Hơi thứ mang ra : W 1 .i 1 - Nước ngưng :D. 1 .Cn 1 - Dung dịch mang ra : (Gd – W 1 )C 1 ts - Nhiệt mất mát : Qm 1 =0,05D(i - C 1 1 ) Nồi 2: - Hơi thứ : W 2. i 3 - Nước ngưng : W 1 . 2 .Cn 2 - Do dung dịch mang ra : (Gd – W 1 – W 2 )C 2 .ts - Nhiệt mất mát: Qm 2 = 0,05W 1 (i 2 – Cn 2 ) 2 3.7 Hệ phương trình cân bằng nhiệt: Các phương trình được thành lập dựa trên nguyên tắc : Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra Nồi 1 : ####### )(05,0..)(.. ####### ...)(.. 11111111101 111111111 ####### ####### ####### CniDCnDtCWGiWtCGiD ####### QmCnDtCWGiWtCGiD sdsdd sdsodd ####### ####### (1) GVHD : Nguyễn Văn Hoàn Nồi 2 : 222122122213211121 222122213211121 )(05,0)()( )(.)(W CniWCnWtCWWGiWtCWGiW QmCnWtCWWGiWtCWGi sdsd sdsd (2) ####### Ta lại có: W 21 WW (3) Kết hợp pt (1),(2),(3) ta được: 113222 1 1122223 )(95, )()( s ssds tCiCni W tCtCGtCiW ####### (4) ####### )(95, ####### )()( 11 0111111 Cni ####### D tCtCGtCiW sdsds ####### ####### (5)
1 2 142, 9109, 95CC Nhiệt độ sôi của dung dịch Tra bảng ( I204─ST1─T236 ): x 0 = 10% ts0 =102, Đã tính được : ts1 = 118,4242oC ts2 = 86,5282 oC Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi Tra theo bảng (I─ST1 – T310) 1 = 142,9 oC Cn 1 = 4294,25 (J/kg độ) 2 = 109,95 oC Cn 2 = 4232,935 (J/kg độ) Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2 : Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 10% Đối với dung dịch loãng ( x < 0,2 ) ta áp dụng công thức (I ─ST1 – T152), ta có: GVHD : Nguyễn Văn Hoàn |
