[FONT=Times New Roman]MỤC LỤC

Đầu đề đồ án 1

Lời nói đầu 3

Mục lục 4

Chương I: Tổng quan 6

I.1. Nhiệm vụ của đồ án 6

I.2. Tính chất nguyên liệu 6

I.2.1. Tính chất vật lý của NaNO3 6

I.2.2. Điều chế và ứng dụng của NaNO3 6

I.3. Quá trình cô đặc 6

I.3.1. Định nghĩa 6

I.3.2. Các phương pháp cô đặc 6

I.3.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 6

I.3.4. Ứng dụng của cô đặc 7 I.4. Thiết bị cô đặc 7

I.4.1 Phân loại và ứng dụng 7

I.4.2 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc 7

Chương II: Qui trình công nghệ 8

II.1. Cơ sở lựa chọn qui trình công nghệ 8

II.2. Thuyết minh quy trình công nghệ 9

Chương III: Cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng 11

III.1 Dữ kiện ban đầu 11

III.2 Cân bằng vật chất 11

III.2.1. Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi khi nồng độ thay đổi 11

III.2.2. Nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi 11

III.2.3. Xác định nhiệt độ và áp suất mỗi nồi 12

III.2.4. Xác định tổn thất nhiệt độ 13

III.2.5. Tổn thất nhiệt do nồng độ 13

III.2.6. Tổng thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh 14

III.2.7. Tổn thất nhiệt do đường ống gây ra 15

III.2.8. Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống 15

III.2.9. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và của cả hệ thống 15

III.3. Cân bằng năng lượng 16

III.3.1. Nhiệt dung riêng 16

III.3.2. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng 16

Chương IV: Kích thước thiết bị chính 19

IV.1. Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt 19

IV.1.1. Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp 19

IV.1.2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi 19

IV.1.3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi 23

IV.2. Tính kích thước buồng đốt và buồng bốc 23

IV.2.1. Buồng đốt 23

IV.2.2. Buồng bốc 25

Chương V: Tính bền cơ khí cho thiết bị 28

V.1. Tính bền cho thân 28

V.1.1. Thân buồng đốt 28

V.1.2. Thân buồng bốc 32

V.2. Tính bền cho đáy và nắp thiết bị 37

V.2.1 Nắp thiết bị 37

V.2.2 Đáy thiết bị 40

V.3. Tính bích, đệm, bulông, vỉ ống và tay treo 44

V.3.1. Tính bích 44

V.3.2. Đệm 45

V.3.3. Bulông ghép bích 45

V.3.4. Vỉ ống 46

V.3.5. Tay treo 47

V.3.6. Khối lượng thiết bị 47

V.3.7. Tải trọng tác dụng lên 1 tay treo 50

V.4. Tính kích thước ống dẫn 51

V.5. Kính quan sát 51

V.6. Tổng kết thiết bị chính 51

Chương VI: Tính thiết bị phụ 53

VI.1. Thiết bị ngưng tụ Baromet 53

VI.1.1. Lượng nước lạnh cần tưới và thiết bị ngưng tụ 53

VI.1.2. Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút khỏi Baromet 53

VI.1.3. Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet 54

VI.2. Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu 58

VI.2.1. Yêu cầu 58

VI.2.2. Tính lượng hơi đốt cần dùng 58

VI.2.3. Tính hệ số truyền nhiệt 59

VI.2.4. Tính hệ số truyền nhiệt 61

VI.2.5. Tính diện tích truyền nhiệt 61

VI.2.6. Số ống truyền nhiệt 61

VI.2.7. Đường kính thiết bị gia nhiệt 61

VI.2.8. Kích thước của thiết bị gia nhiệt nhập liệu 61

VI.3. Bồn cao vị 62

VI.4. Lớp cách nhiệt 63

VI.5. Bơm 64

VI.5.1. Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ, bơm nhập liệu các nồi, bơm tháo liệu 64

VI.5.2. Bơm chân không 66

Chương VII: Tính sơ bộ giá thành thiết 67

Kết luận 68

Tài liệu tham khảo 69

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

I.1 Nhiệm vụ của đồ án:

Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 ba nồi ngược chiều với yêu cầu công nghệ như sau:

Năng suất theo sản phẩm: 2 tấn/h.

Nồng độ đầu: 15% khối lượng.

Nồng độ cuối: 45% khối lượng.

Áp suất thiết bị ngưng tụ: 0,35 at.

I.2 Tính chất nguyên liệu:

I.2.1 Tính chất vật lý của NaNO3:

Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh.Các phân tử liên kết với nhau bằng lực liên kết ion. Rất dễ tan trong nước và tăng nhanh theo nhiệt độ, cũng rất dễ bị kết tinh. Nó khó tan trong các dung môi hữu cơ như ete....

Khối lượng riêng 2.265 g/cm3; ở 30oC (nồng độ 15%) NaNO3 có độ nhớt là 0,94.10-3N.s/m2; độ hoà tan (g chất khan/100g dd) là 49,0.

Khi đun nóng NaNO3 nóng chảy:

2 NaNO3 = 2NaNO2 + O2

Ở trạng thái nóng chảy muối NaNO3 là chất oxi hóa mạnh nó có thể oxi hóa Mn2+ → MnO42-, Cr3+ → CrO42- .v.v.MnSO4 +

MnSO4 + 2KNO3 + 2NaCO3 = Na2MnO4+ 2KNO2 + Na2SO4 + 2CO2

I.2.2 Điều chế và ứng dụng của NaNO3:

Điều chế bằng phản ứng trao đổi giữa KNO3 và NaCl:

KNO3 + NaCl = NaNO3 + KCl

Hoà tan muối loãng KNO3 và NaCl theo tỉ lệ 1:1 đun nóng, sau đó cho kết tinh KCl ở nhiệt độ 30o. Tách tinh thể KCl ra, làm nguội dung dịch đến nhiệt độ dưới 22osẽ kết tinh NaNO3.

NaNO3 được dùng để sản xuất axit nitric là một axit rất quan trọng trong công

nghiệp, sản xuất phân đạm trong công nghiệp. Chế biến thủy tinh, làm thuốc nổ…

I.3 Quá trình cô đặc:

I.3.1 Định nghĩa:

Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn). Đó là các quá trình vật lý - hóa lý.

I.3.2 Các phương pháp cô đặc:

Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh.

I.3.3 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:

Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.

Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc.

I.3.4 Ứng dụng của cô đặc:

Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm. Mục đích để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa để kết tinh.

Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây...

Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ