Đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc dung dịch NaNO3 chân không ba nồi liên tục ngược chiều

Bộ Giáo Dục & Đào Tạo Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Trường Đại Học Bách Khoa ----------d&c---------- Khoa Kỹ Thuật Hoá Học Bộ Môn : Quá Trình & Thiết Bị Đồ Án Môn Học QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Họ & Tên SV: CAO MINH TRÍ MSSV: 60602625 Lớp : HC06CHC Ngành : Công Nghệ Hoá Hữu Cơ 1. Đầu đề đồ án : Thiết kế thiết bị cô đặc dung dịch NaNO3 chân không ba nồi liên tục ngược chiều. 2. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu) : Năng suất : 2000kg/h Nồng độ đầu : 15% khối lượng Nồng độ cuối :45% khối lượng 4. Ap suất chân không : 0,35 atm 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán : Tổng quan. Thuyết minh quy trình công nghệ. Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng. Tính toán và thiết kế thiết bị chính. Tính toán thiết bị phụ. Tính toán sơ bộ giá thành chi tiết và thiết bị. Kết luận. 4. Các bản vẽ : Bản vẽ chi tiết thiết bị chính : 1 bản A1 Bản vẽ sơ đồ qui trình công nghệ : 1 bản A1 5. Ngày hoàn thành đồ án : 18/01/ 2010 6. Ngày bảo vệ và chấm đồ án : 25/01/2010 Ngày 18 tháng 01 năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN 1. Cán bộ hướng dẫn. Nhận xét: Điểm : __________ Chữ ký : __________ 2. Hội đồng bảo vệ. Nhận xét: Điểm : __________ Chữ ký : __________ Điểm tổng kết : __________ LỜI NÓI ĐẦU Đồ án Quá trình & Thiết bị là cơ hội tốt cho sinh viên khoa Kỹ Thuật Hoá Học nắm vững kiến thức đã học; tiếp cận với thực tế thông qua việc tính toán, lựa chọn quy trình & các thiết bị với số liệu cụ thể. Đây là cơ sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nghệ và giải quyết những vấn đề kỹ thuật tổng hợp một cách nhanh chóng, phục vụ cho công việc sau này. Công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu về hóa chất ngày càng tăng. Do đó ngành công nghiệp hóa chất cơ bản cũng phát triển không ngừng, nhu cầu về sản phẩm ngày càng phong phú. Trên cơ sở đó, quy trình sản xuất luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn. Vấn đề đặt ra là việc sử dụng hiệu quả năng lượng cho quá trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo năng suất. Để sản xuất NaNO3 dạng rắn hay dạng dung dịch có nồng độ cao cần tiêu hao nhiều năng lượng cho quá trình cô đặc (bốc hơi nước, tăng nồng độ dung dịch). Việc tiết kiệm năng lượng cho quá trình này được quan tâm hàng đầu. Với mục tiêu đó, đồ án này thực hiện thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaNO3 ba nồi ngược chiều. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Ngũ đã chỉ dẫn tận tình trong quá trình em thực hiện đồ án. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khác trong bộ môn cũng như các bạn đã giúp đỡ, cho em những ý kiến tư vấn bổ ích trong quá trình hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp nên trong đồ án còn khá nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp chỉ dẫn của quý thầy cô và các bạn. 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 … I.4 Thiết bị cô đặc: I.4.1 Phân loại và ứng dụng: a. Theo cấu tạo và tính chất của đối tượng cô đặc: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép… b. Theo phương pháp thực hiện quá trình: Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao. Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi thấp hơn do có áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi so với chi phí bỏ ra. Có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế. Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn, có thể tự động hóa. Þ Tùy điều kiện kỹ thuật, tính chất dung dịch để lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp. I.4.2 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc: Thiết bị chính: Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt. Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp… Thiết bị phụ: Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu. Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không. Thiết bị gia nhiệt. Thiết bị ngưng tụ Baromet. Thiết bị đo và điều chỉnh. CHƯƠNG II QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ II.1 Cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ: Quá trình cô đặc có thể được tiến hành trong một thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Quá trình cô đặc có thể được thực hiện ở áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường có thể dùng thiết bị hở nhưng khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín cô đặc chân không vì có ưu điểm là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt (khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm dẫn đến hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng). Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ của nồi hai đưa vào đun nồi thứ ba… hơi thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ dần tăng lên. Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong mỗi nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển. Trong các loại hệ thống cô đặc nhiều nồi thì hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều được sử dụng nhiều. Ưu nhược điểm của hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều: Ưu điểm: từ nồi đầu đến nồi cuối nồng độ của dung dịch và nhiệt độ đều tăng nên độ nhớt không tăng mấy, kết quả hệ số truyền nhiệt trong các nồi hầu như không giảm. Khi cô đặc ngược chiều lượng nước bốc hơi vào thiết bị ngưng tụ nhỏ hơn xuôi chiều Nhược điểm: hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều là cần phải có bơm để vận chuyển dung dịch. II.2 Sơ đồ và thuyết minh quy trình công nghệ: II.2.1 Sơ đồ công nghệ: II.2.2 Thuyết minh quy trình: Dung dịch NaNO3 15%, ở 30oC, được bơm từ bể chứa nguyên liệu lên bồn cao vị, sau đó được cho qua lưu lượng kế rồi vào thiết bị gia nhiệt ban đầu. Tại đây, dung dịch NaNO3 đi bên trong ống truyền nhiệt và được gia nhiệt bẳng hơi bão hòa đi bên ngoài ống. Sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt ban đầu, dung dịch sẽ được nhập vào thiết bị cô đặc thứ III, đây là thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, dung dịch đi bên trong ống tuần hoàn trung tâm và ống truyền nhiệt, còn hơi đốt là hơi bão hòa sẽ đi bên ngoài ống, tại đây dung dịch được cô đặc đến nồng độ 19%. Sau đó, dung dịch được bơm qua thiết bị cô đặc thứ II, tại đây dung dịch sẽ được cô đặc đến nồng độ 25%. Sau đó dung dịch tiếp tục được bơm qua thiết bị cô đặc thứ III , tại đây dung dịch được cô đặc đến nồng độ 45%. Hơi đốt là hơi bão hòa được đưa vào thiết bị cô đặc thứ I, hơi đốt đi bên ngoài ống truyền nhiệt, nước ngưng sẽ được tháo ra bên ngoài, đồng thời trong ống tháo nước ngưng có bẫy hơi để tránh hơi đốt thoát ra bên ngoài, khí không ngưng cũng sẽ được cho thoát ra bên ngoài qua ống xả. Hơi thứ của thiết bị cô đặc thứ I sẽ được tận dụng để làm hơi đốt cho thiết bị cô đặc thứ II, tại đây nước ngưng và khí không ngưng cũng được xả bỏ ra ngoài như thiết bị thứ I. Hơi thứ của thiết bị thứ II được tận dụng làm hơi đốt cho thiết bị cô đặc thứ III, tại đây khí không ngưng và nước ngưng cũng được xã bỏ ra ngoài như thiết bị I và II. Hơi thứ của thiết bị cô đặc thứ III được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet, dùng nước để ngưng tụ, phần hơi không ngưng tụ sẽ được đưa qua thiết bị tách lỏng để ngưng tụ phần hơi còn lại, phần khí sẽ được hút ra ngoài bằng bơm chân không. CHƯƠNG III CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG III.1 Dữ kiện ban đầu: Dung dịch NaNO3. Nồng độ đầu xđ = 15 %, nhiệt độ đầu của nguyên liệu là tđ = 30oC. Nồng độ cuối xc = 45%. Năng suất sản phẩm: Gc = 2 tấn/h. Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà áp suất hơi đốt là 5,0 at. Áp suất thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,35 at. III.2 Cân bằng vật chất: III.2.1. Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch thay đổi từ xđ đến xc : Gđ = Gc + W xc xđ W = Gđ(1 - ) , kg/h 5.24/281 [1] = Gc( - 1) , kg/h = 3000 x (-1) = 4000 , kg/h; W - lượng hơi thứ khi nồng độ thay đổi từ xđ đến xc, kg/h. Gđ , Gc - lượng dung dịch đầu, dung dịch cuối, kg/h. xđ , xc - nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, % khối lượng. Giả thiết lượng hơi thứ ở các nồi như sau (sau quá trình tính lặp và kiểm tra): W1= 1,2W2 , W2 = 1,1W3 W = W1 + W2 + W3 = 4000 , kg/h W1 =1543,86 kg/h; W2 =1286,55 kg/h; W3 =1169,59 kg/h III.2.2. Nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi: Gđ = Gc + W = 2000 + 4000 = 6000, kg/h % khối lượng % khối lượng; 5.26[1] W 1 G x G x d d d - × = = = 45,00 % khối lượng 2 2 (W +W3) G x G x d d d - × = = W 3 3 G x G x d d d - × = = 25,40 % khối lượng % khối lượng = % khối lượng = 18,63 x1, x2 , x3 - nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi, % khối lượng; W1, W2, W3 - lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi, kg/h; xđ - nồng độ đầu của dung dịch, % khối lượng; Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/h; III.2.3 Xác định nhiệt độ và áp suất mỗi nồi: Áp suất tại thiết bị ngưng tụ : 0,35 at; Tra bảng I.251/314 [4] è to tại thiết bị ngưng tụ = 72,05 oC Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối bằng nhiệt độ thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1oC t3 = 73,05 oC P3 = 0,36 at (tra bảng I.250/312 [4]) Chọn áp suất hơi đốt cho nồi 1 là: P1 = 5at Hiệu số áp suất cho cả hệ thống: DP = P1 – Pnt = 5 – 0,35 = 4,65 at Chọn tỷ lệ hiệu số áp suất cho các nồi như sau: DP1/DP2 = 2,0 , DP2/DP3 = 2,0 Mà: DP1 + DP2 +DP3 = DP = 4,65 at Suy ra: DP1 = 2,63 at DP2 = 1,31 at DP3 = 0,57 at Ta có: DP1 = P1 – P2 DP2 = P2 – P3 DP3 = P3 – Pnt Suy ra: P2 = P1 - DP1 = 5 – 2,63 = 2,27 at P3 = P2 - DP2 = 2,27 – 1,31 = 0,96 at Với: P1,P2, P3: áp suất hơi đốt nồi 1, 2 và 3 at Pnt : áp suất ở thiết bị ngưng tụ, at DP1, DP2, DP3 : hiệu số áp suất nồi 1 so với nồi 2, nồi 2 so với nồi 3 và nồi 3 so với thiết bị ngưng tụ , at DP: hiệu số áp suất cho cả hệ thống, at Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước trừ đi 1 (1 chính là tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học trên ống dẫn), còn nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng thì bằng nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1oC. (trang 106 [2]) Bảng 1: Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt và hơi thứ ở mỗi nồi Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 TBNT P (at) T(oc) P (at) T (oc) P (at) T(oc) P (at) T(oc) Hơi đốt 5 151,1 2,27 122 0,96 98 0,35 72,05 Hơi thứ 2,3 123 1 99 0,36 73,05 (tra bảng I.250, I.251 [4]) III.2.4 Xác định tổn thất nhiệt độ: Tổn thất nhiệt độ trong hệ cô đặc bao gồm: tổn thất do nồng độ, tổn thất do áp suất thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống. III.2.5 Tổn thất nhiệt do nồng độ D’: Ở cùng một áp suất nhiệt độ sôi của dung dịch bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất. Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ: Theo Tisencô: D’ = Do’f III-5/106 [2] Mà: t.106 [2] ( oC) Suy ra: trang 107 [2] Trong đó: (bảng I.251/314 [4]) Do’ : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường, (tra bảng 5.2/265 [1])f : hệ số hiệu chỉnh.Tm : nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, về giá trị bằng nhiệt độ hơi thứ, oCr : ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc, J/kg. t’ : nhiệt độ hơi thứ, oC Trong các thiết bị cô đặc liên tục (tuần hoàn tự nhiên hay cưỡng bức) thì nồng độ dung dịch sôi gần với nồng độ cuối (xc) do đó D’ lấy theo nồng độ cuối dd. (t107 [3] Bảng 2: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ xc (%kl) Do’ () t’ () r (J/kg) D’ () Nồi I 45 8,35 123 2185000 9,71 Nồi II 25 3,45 99 2262000 3,42 Nồi III 19 2,45 73.05 2317000 2,05 Tổng 3 nồi ∑D’ = D1’+ D2’ +D3’ = 15,18 III.2.6. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh: Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh (tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao): D” = tsdd(Ptb) - tsdd(Po) = tsdm( Ptb) - tsdm(Po) Chiều cao thích hợp của dung dịch sôi trong ống truyền nhiệt: (tính theo kính quan sát chỉ mức) Hop = [0,26 + 0,0014(rdd – rdm)]H (m) 2.20/108 [3] Áp suất ở lớp chất lỏng trung bình: Ptb = Po + = Po+ Dp (at) 2.19/108 [3] Trong đó: rdd : Khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ cuối (ở nhiệt độ ts, không kể lẫn bọt hơi), kg/m3; rdm : Khối lượng riêng dung môi , kg/m3; H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m; è Chọn H = 2,5m Po : Áp suất trên mặt thoáng dung dịch lấy bằng áp suất hơi thứ, at; g : gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81 m/s2 Ta lấy: rhh = 0,5rdd CT trang 108[3] Bảng 3: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh rdd (kg/m3) rdm (kg/m3) Hop (m) Ptb (at) tsdm (Ptb) () Po (at) tsdm (Po) () D” () Nồi I 1232 940,4 1,67 2,35 125 2,3 123 2 Nồi II 1073 958,1 1,08 1,05 99 1 99 0,2 Nồi III 1059 971,22 0,86 0,38 74 0,36 73,05 0,95 Tổng 3 nồi ∑D” = 3,15 Lưu ý: với rdd là khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ cuối ở tsdd(Ptb) ( là nhiệt độ đang cần xác định ) , nên ta cần chọn một nhiệt độ thích hợp ( chọn t = tsdm 0C) để tính rdd ( do r thay đổi không đáng kể trong một khoảng nhiệt độ nhỏ). III.2.7 Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra: Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là: 1 0C Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra trên cả hệ thống ∆’’’ = 3 0C III.2.8 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống: Σ∆ = ∆’ + ∆’’ + ∆’’’ , 0C ; = 15,18 + 3,15 + 3 = 21,33 0C III.2.9 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và của cả hệ thống: Theo định nghĩa, hiệu số nhiệt độ hữu ích là: Dti = Dtch - ∑D III-9/111 [2] Mà: Dtch = T – tng Hoặc: Dti = T – ts III-10/111 [2] Mà: ts = t’ + D’ + D’’ Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi: Nồi I: DtiI = TI – tsI = TI – (tI’ + DI’ + DI’’) Nồi II: DtiII = TII– tsII = TII – (tII’ + DII’ + DII’’) Nồi III: DtiIII = TIII– tsIII = TIII – (tIII’ + DIII’ + DIII’’) Trong đó: DtiI, DtiII, DtiIII : Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi I, nồi II, nồi III, oC TI, TII, TIII : Nhiệt độ hơi đốt nồi I, nồi II, nồi III, oC tI’, tII’ ,tIII’ : Nhiệt độ hơi thứ nồi I, nồi II, nồi III, oC tsI, tsII, tsIII : Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi I, nồi II, nồi III, oC DI’, DII’,DIII’ : Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở nồi I, nồi II, nồi III, oC DI’’, DII’’,DIII’’ : Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ở nồi I, nồi II, nồi III, oC Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn hệ thống: ∑Dti = DtiI + DtiII + DtiIII Bảng 4: Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi T () t’ () D’ () D” () ts () Dti () Nồi I 151,1 123 7,95 2 132,95 18,15 Nồi II 122 99 2,76 0,2 101,96 20,04 Nồi III 98 73,05 1,31 0,95 75,31 22,69 Tổng 3 nồi ∑Dti = 18,15 + 20,14 + 22,69 = 60,88 III.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG: III.3.1 Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x < 20% C = 4186.(1 - x), J/kg.độ; I.43/152 [4] x: nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng(%); Nhiệt dung riêng dung dịch đầu: Cđ = 4186.(1 - 0,15) = 3558,1 J/kg.độ; Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x > 20% C = Cht.x + 4186.(1 - x), J/kg.độ; I.44/152 [4] Cht: nhiệt dung riêng của chất hoà tan (J/kg.độ); Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi I: C1 = 1205x0,45 + 4186.(1 - 0,45) = 2844,55 J/kg.độ; Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi II: C2 = 1205x0,21 + 4186.(1 - 0,21) = 3428,83 J/kg.độ; Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi III: C3 = 1205x0,13 + 4186.(1 - 0,13) = 3630,64 J/kg.độ; Theo công thức: MNaNO3 .Cht = SCi.Ni I.41/152 [4] M : khối lượng mol của hợp chất Ci : nhiệt dung riêng của đơn chất Ni : số nguyên tử trong phân tử Ta có: CNa = 26000 (J/kg.độ); Co = 16800 (J/kg.độ) nN .CN NanO3 O O Na Na M C n C n . . + + CN = 26000 (J/kg.độ) Vậy : Cht = = = 1205 J/kg.độ III.3.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: D : Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h. Gđ : Lượng dung dịch ban đầu, kg/h. j : Độ ẩm của hơi đốt. i, i1, i2 : Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi I và nồi II, J/kg. tđ, t1, t2, t3 : Nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II, nồi III của dung dịch, Cđ, C1, C2 , C3: Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II, nồi III của dd, J/kg.độ. q1, q2, q3 : Nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I, nồi II, nồi III. Cng1, Cng2,Cng3: Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ở nồi I, nồi II, nồi III J/kg.độ. Qxq1, Qxq2, Qxq3: Nhiệt mất mác ra môi trường xung quanh, J. (1) Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Nồi I: Di + (Gđ -W2 – W3)C2t2 = W1i1 + DCng1θ1 + (Gđ – W)C1t1 + Qxq1 (2) Nồi II: W1i1+(Gđ –W3)C3t3 = W2i2 + (Gđ – W2 – W3)C2t2 + W1Cng2q2 + Qxq2 (3) NồiIII: W2i2+GđCđtđ = W3i3 + (Gđ - W3)C3t3 + W1Cng2q2 + Qxq3 (4) Mà: W = W1 + W2 + W3 Cho: Qxq1 = 0,05 D(i – Cng1q1) Qxq2 = 0,05 W1(i1 – Cng2q2) Qxq3 = 0,05 W2(i2 – Cng3q3) Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hoà, các thông số tra được: Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ nồi I và nồi II: (tra Bảng I.250/312 [4]) i = 2754 kJ/kg i1 = 2716 kJ/kg i2 = 2677 kJ/kg i3 = 2630 kJ/kg Nhiệt độ sôi của dung dịch: tđ = 75,31 oC t1 = 132,95 oC t2 = 101,96 oC t3 = 75,31 oC Nhiệt dung riêng của dung dịch: Cđ = 3558,10 J/kg.độ C1 = 2844,55 J/kg.độ C2 = 3428,86 J/kg.độ C3 = 3630,64 J/kg.độ Nhiệt độ nước ngưng tụ (xem như bằng nhiệt độ hơi đốt): q1 = 151,1 oC q2 = 122,0 oC q3 = 98,0 oC Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ: (tra Bảng I.249/310 [4]) Cng1 = 4,315 kJ/kg.độ Cng2 = 4,253 kJ/kg.độ Cng3 = 4,218 kJ/kg.độ Thay các giá trị tra được bên trên vào các phương trình (2), (3), (4), giải hệ 3 phương trình 3 ẩn số W1, W2, W3, ta được: W1 = 1600 kg/h; W2 = 1286 kg/h; W3 = 1113 kg/h. Kiểm tra lại giả thiết phân phối hơi thứ ở các nồi: III-15/114 [2] W1 : lượng hơi thứ theo giả thuyết hay tính toán có giá trị lớn Wn : lượng hơi thứ theo giả thuyết hay tính toán có giá trị nhỏ Nồi Wgt Wtt W Nồi I 1543,68 1600 3,52 % Nồi II 1286,55 1285 0,12 % Nồi III 1169,59 1113 4,84 % CHƯƠNG IV KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH IV.1 Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt: III-16/114 [2] (m2) Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát như sau: Trong đó: Q : nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp, W Q = Dr nếu chất tải nhiệt là hơi nước bão hoà. D : lượng hơi đốt, kg/s. r : ẩn nhiệt ngưng tụ, J/kg. K : hệ số truyền nhiệt, W/m2độ. Dti : hiệu số nhiệt độ hữu ích, . Giả thuyết quá trình truyền nhiệt là liên tục và ổn định. IV.1.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp: Nồi I: QI = Dr , W . Nồi II: QII = W1r1 , W Nồi III: QIII = W2r2 , W r, r1, r2 : Ẩn nhiệt hóa hơi (ngưng tụ) của hơi đốt ở nồi I và nồi II, nồi III J/kg. (tra Bảng I.250/312 [4]) Bảng 5: Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp Nồi D (kg/s) r (kJ/kg) Q (kW) Nồi I 0,515 2119 1091,3 Nồi II 0,444 2200 976,8 Nồi III 0,357 2263 807,9 IV.1.2 Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi: a.Nhiệt tải riêng trung bình: (trang 116 [2]) Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị: q1 = α1(t1 – tw1) = α1∆t1 Nhiệt tải riêng của thành thiết bị: trang 3 [5] Nhiệt tải riêng của phía dung dịch sôi: q2 = α2(tw2 – t2) = α2∆t2 Trong đó: t1 : Nhiệt độ hơi đốt, oC t2 : Nhiệt độ của dung dịch trong nồi, oC tw1, tw2 : Nhiệt độ 2 bên thành ống, oC α 1 : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m2độ. α 2 : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch, W/m2độ. rc1 : Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt (nước sạch) rc1 = 0,232.10-3(m2độ/W) bảng V.1/4 [5] rc2 : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch rc2 = 0,387.10-3 (m2độ/W) bảng V.1/4 [5] : Nhiệt trở thành thiết bị, m2độ/W. Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉ X18H10T có: = 16,3 (W/m.độ) Bảng VII.7/313 [5] à Chọn bề dày thành ống là: = 2,0 mm. Tổng nhiệt trở của tường: = 7,417.10-4 (m2.độ/W) b.Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ: Khi tốc độ của hơi nhỏ (10 m/s) và màng nước ngưng chuyển động dòng (Rem <100) thì hệ số cấp nhiệt α1 đối với ống thẳng đứng được tính theo công thức sau: (W/m2độ) V.101/28 [5] trang 29 [5] Trong đó: ∆t1 = t1 – tw1 : Hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị, . (Chọn t1 là nhiệt độ của hơi đốt) r : Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hòa, J/kg. H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m. à Chọn H = 2,5 m. Với nước ngưng tụ giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng. Công thức tính nhiệt độ màng tm: trang 29 [5] tm = 0,5(tw1 + t1) A phụ thuộc tm (nhiệt độ màng) trang 29 [5] tm(oC) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 A 139 155 169 179 188 194 197 199 199 Giá trị a1 được tính dưới bảng sau: (∆t1 được giả thuyết và kiểm tra bên dưới) Bảng 6: Giá trị a1 Nồi i t1(0C) tw1(0C) Dt1 (0C) tm(0C) A r (J/kg) H(m) a1 H( (W/m2.độ) I 151,1 150,64 0,65 150,87 195 2121675 2,5 13446,87 II 122 127,51 0,55 124,75 189 2189120 2,5 13695,68 III 98 102,50 0,40 100,25 179 2259000 2,5 14156,71 q1 = α1∆t1 Bảng 7: Nhiệt tải riêng hơi đốt cấp cho thành thiết bị Nồi i Dt1(0C) a1 (W/m2.độ) q1 (W/m2) I 0,65 13446,87 8740,46 II 0,55 13695,68 7532,63 III 0,40 14156,71 5662,68 c. Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi : Giả sử chế độ sôi sủi bọt và quá trình là đối lưu tự nhiên, ta có: (W/m2độ) VI.27/71 [5] Với: (W/m2độ) V.91/26 [5] Trong đó: P : Áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng, (N/m2). ∆t2 : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi, oC ∆t2 = tw2 – tsdd ldd , ln : hệ số dẫn nhiệt của dung dịch và nước, W/m.độ , : khối lượng riêng của dung dịch và nước, kg/m3 Cdd , Cn : nhiệt dung riêng của dung dịch và nước, J/kg.độ mdd , mn : độ nhớt dung dịch và hơi đốt, Ns/m2 Xem như sự mất mát nhiệt không đáng kể. q = q1 = q2 tw2 = tw1 – q1 Tính hệ số dẫn nhiệt của dung dịch: (W/m.độ) + Cp : Nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch (J/kgK) + ρ : khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3) + M : khối lượng mol trung bình của dung dịch M = x.MNaNO3 + (1 - x).Mnước + A : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước A = 3,58.10-8 Bảng 8: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch Nồi i Cp (J/kgK) (kg/m3) M (g/mol) ldd (W/m.độ) I 2844,55 1232 48,15 0,37 II 3428,83 1073 35,02 0,41 III 3630,64 1059 30,48 0,45 Bảng 9: Các số liệu tra cứu Nồi I Nồi II Nồi III ln (W/m.độ) 0,69 0,68 0,67 (kg/m3) 916,32 942,58 959,8 Cdd (J/kg.độ) 2844,55 3428,83 3630,64 Cn (J/kg.độ) 4324,4 4238,0 4222,0 mdd.103 (Ns/m2) 0,242.10-3 0,334.10-3 0,45.10-3 mn.103 (Ns/m2) 0,210.10-3 0,274.10-3 0,37.10-3 Bảng 10: Nhiệt tải riêng phía dung dịch Nồi i tw2 (oC) tsdd(0C) Dt2(0C) αn (W/m2.độ) α2 (W/m2.độ) q2 (W/m2) I 138,95 132,95 6,0 4478,77 1398,40 8390,40 II 108,56 101,96 6,6 3687,57 1096,99 7240,13 III 81,81 75,31 6,5 2135,22 910,33 5917,15 Kiểm tra lại giả thuyết ∆t1 Giả sử q1 > q2 thì Dq < 5% là thoả. Bảng 11 Nồi i q1 (W/m2) q2 (W/m2) Dq (W/m2) I 8740,46 8390,40 4,01% II 7532,63 7240,13 3,88% III 5662,68 5917,15 4,30% Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi: Ta có: III-17/116 [2] Bảng 12: Hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi Nồi i qtb (W/m2) Dti (oC) K (W/m2độ) I 8665,43 18,15 472,05 II 7386,38 20,04 368,62 III 5789,91 22,69 255,52 Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi: Phân phối Dti theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau: å D å = D * 3 1 i i i m m im K Q t K Q t = Công thức chung: () III-19/117 [2] Trong đó: Chữ số “m” chỉ nồi thứ m. iII iI i t t t D + D = D å iIII t D + II II I I i i K Q K Q K Q + = å 3 1 III III K Q + Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích: thì thỏa. III-20/117 [2] Bảng 13: Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực mỗi nồi Q (kW) K (W/m2độ) * Δt i (oC) Dti (oC) D(Dti) (oC) Nồi I 2521,57 472,05 5341,73 19,08 18,15 4,90% Nồi II 2090,00 368,62 5669,75 20,67 20,04 3,06% Nồi III 1742,51 255,52 6827,43 23,69 22,69 2,59% IV.1.3 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi: Ta có: (m2) III-21/117 [2] Bảng 14: Diện tích bề mặt truyền nhiệt Q(w) K(W/m2 độ) ∆ti* F(m2) Nồi I 2521,57 472,05 19,08 279,96 Nồi II 2090,00 368,62 20,67 274,3 Nồi III 1742,51 255,52 23,69 293,15 Chọn F = 315 m2 trang 292 [5] IV.2 Tính kích thước buồng đốt và buồng bốc: IV.2.1 Buồng đốt: Tính số ống truyền nhiệt: III-25/121 [2] (ống) F : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2. F = 315 m2 l : chiều dài ống truyền nhiệt, l = 2,5 m d : đường kính ống truyền nhiệt, m Chọn đường kính ống truyền nhiệt (bảng VI.6 [5]) dn = 57 mm dtr = dn - 2δv = 57 – 2.2,5 = 52 mm Chọn kiểu bố trí ống truyền nhiệt hình lục giác đều. = ´ ´ = = 5 , 2 052 , 0 315 . . p p l d F n t Do a1 > a2 nên d là đường kính trong của ống truyền nhiệt. 772 ống Xếp ống theo hình lục giác đều (bảng 3.6, trang 237, tài liệu [1]) Số ống trên đường chéo: 33 ống Tổng số ống: 817 ống Đường kính ống tuần hoàn trung tâm: Tổng tiết diện ngang của tất cả ống truyền nhiệt: = ´ ´ = = = 4 817 052 , 0 4 4 2 2 2 p p p n d n d F t D 1,73 (m2) III-27/121 [2] Tiết diện ngang của ống tuần hoàn trong (lấy bằng 25% FD): ft = 0,25FD = 0,25.1,73 = 0,4325 (m2) trang 121 [2] = ´ = = p p 4275 , 0 4 4 t th f D Đường kính ống tuần hoàn trong: 0,74 (m) III-26/121 [2] à Chọn theo tiêu chuẩn: Dth = 0,8 m trang 291 [1] = = 57 800 d D th Đối với ống tuần hoàn trong phải chọn đường kính ống tuần hoàn lớn hơn khoảng 10 lần đường kính ống truyền nhiệt của buồng đốt. trang 291 [1] Ta có : 14,03 > 10 Vậy: Dth = 0,8 m c. Đường kính buồng đốt: Đối với thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác thì đường kính trong của buồng đốt tính theo công thức: (m) III-28/121 [2] Trong đó: : hệ số, lấy β = 1,2 t : bước ống, m (t =1,2-1,5dn)à chọn t = 1,2dn  dn : đường kính ngoài ống truyền nhiệt, m 8 , 0 = y : hệ số sử dụng lưới đỡ ống ( 9 , 0 7 , 0 ¸ = y à chọn l : Chiều dài ống truyền nhiệt, m => l = 2,5 m. Dth : đường kính ống tuần hoàn trung tâm, m ; Dth = 0,8 m Sin 600: do xếp ống theo hình lục giác đều, nên 3 ống cạnh nhau ở hai dãy sát nhau tạo thành một tam giác đều có góc trang 122 [2] F : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2 = ´ ´ + + ´ ´ ´ ´ ´ = Þ 2 2 ) 057 , 0 2 , 1 2 8 , 0 ( 5 . 2 8 , 0 057 , 0 315 60 sin 2 , 1 4 , 0 o t D 2,314 m Chọn theo chuẩn đường kính buồng đốt Dt = 2,4 m trang 291 [1] ( ) = + = + ³ Þ - £ 1 057 , 0 * 2 , 1 8 , 0 1 1 t D b b t D th th d. Ống truyền nhiệt bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm: Ta có: 12,69 ống b: là số ống bị loại nằm trên đường kính ngoài của lục giác đều tính từ tâm, ống à Chọn b = 13 ống Suy ra số ống bị thay thế: 127 ống Vậy số ống truyền nhiệt cần thiết: 817 – 127 = 690 ống Vậy số ống truyền nhiệt lúc này là 690 ống. e. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt: ) (m . 288,08 ) 8 . 0 052 , 0 690 ( ,5 2 ) .( . 2 = + ´ ´ ´ = + = p p th t D nd l F Vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt được chọn là 315 m2 và số ống truyền nhiệt là 690 ống. IV.2.2 Buồng bốc: Đường kính buồng bốc: à Chọn đường kính buồng bốc cho cả 3 nồi là: Db = 2,8 m Vận tốc hơi thứ: (m/s) Ta cần kiểm tra điều kiện: (*) trang 276 [1] Với wo là vận tốc lắng: ω0 = (m/s) 5.14/276 [1] r’, rh : Khối lượng riêng của giọt lỏng và của hơi thứ, kg/m3. d : Đường kính giọt lỏng, m à Chọn d = 0,0003 m x : Hệ số trở lực. Nếu 0,2 trang 276 [1] mh : Độ nhớt động học của hơi thứ, Ns/m2. bảng I.121/121 [4] Bảng15: Vận tốc hơi thứ và vận tốc lắng r’ (kg/m3) rh (kg/m3) mh (Ns/m2) wh (m/s) Re x wo (m/s) Ghi chú Nồi I 940,40 1,19 0,0000134 0,13 3,46 8,78 0,59 Thỏa (*) Nồi II 958,10 0,60 0,00001235 0,22 3,21 4,73 1,15 Thỏa (*) Nồi III 971,22 0,24 0,000011 1,48 9,69 4,74 1,83 Thỏa (*) Vậy đường kính buồng bốc Db = 2,8 m Thể tích buồng bốc: (m3) III-23/120 [2] W : Lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h. rh : Khối lượng riêng hơi thứ, kg/m3. Up : Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khác 1 at, m3/m3h. Up = fpUt III-24/120 [2] Ut : Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất bằng 1 at, m3/m3h. Chọn Ut = 1600 m3/m3h. (Ut =1600-1700 m3/m3h) trang 120 [2] fb : Hệ số hiệu chỉnh ở áp suất hơi thứ. (m) III-22/120 [2] Bảng 16: Thể tích và chiều cao buồng bốc P’ (at) rh (kg/m3) fb Up (m3/m3h) W (kg/h) Vb (m3) Hb (m) Nồi I 2,3 1,19 0,92 1472 3412 1,96 0,32 Nồi II 1 0,6 1 1600 2908,7 3,05 0,49 Nồi III 0,36 0,24 1,4 2240 2590 4,79 0,78 Vì trong buồng bốc có hiện tượng sủi bọt sôi có 1 phần mực chất lỏng trong buồng bốc nên chọn chiều cao cho cả ba nồi là Hb = 2,5 m ï ï ï î ï ï ï í ì = = = = = m d m d ống n m D m H n t t ,057 0 ,052 0 690 . 2,4 ,5 2 E Kích thöôùc cuûa buoàng boác vaø buoàng ñoát: î í ì = = 2,8m D H b b 2,5m Buồng bốc: Buồng đốt: c. Bộ phận nối buồng đốt và buồng bốc: Chọn đáy nón cụt và vật liệu là thép không gỉ X18H10T. ï ï î ï ï í ì = = = = mm H D D 50 H m 2 , 0 m 8 , 2 m ,4 2 g Lớn Nhỏ Góc nghiêng 45° ( (m) ,2 0 2 2,4 2,8 = - = Þ H ) Kích thước của đáy nón cụt: CHƯƠNG V TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ V.1 Tính bền cho thân: V.1.1. Thân buồng đốt: - Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3 - Thân có 3 lỗ: 1 lỗ tháo nước ngưng, 1 lỗ xả khí không ngưng và 1 lỗ dẫn hơi đốt. a. Buồng đốt nồi I: Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 5 at ð Thân buồng đốt nồi I chịu áp suất trong. Nhiệt độ hơi đốt: t = thđ = 151,1 oC Thông số tính toán: Ptt = Pdư = 5 – 1 = 4 at = 0,3924 N/mm2 t = 151,1 + 20 = 171,1 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 9 [6]) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 119,1 N/mm2 (ở 171.1oC) (hình 1.1 trang 15 [6]) h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) trang 17 [6] [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 113,145 N/mm2 1-9/17 [6] jh: Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 1400mm > 700mm à jh = 0,95 Xét: 73,93 > 5 trang 95 [6] [ ] = = ,3924 0 h P j s 113,145 ×0,95 Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt: 4,383 (mm) 5-3/96 [6] [ ] = ´ ´ ´ = = 0,95 . 113,1 2 3924 , 0 2400 2 ' h t P D S j s Bề dày thực: S = S’ + C (mm) 5-9/96 [6] Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm. C = Ca + Cb + Cc + Co (mm) 1-10/20 [6] Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm à Chọn Ca = 1 mm Cb : Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm à Chọn Cb = 0 Cc : Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm àChọn Cc = 0 Co : Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm. àS = S’ + Ca = 4,383 + 1 = 5,383 (mm) Kiểm tra bảng 5-1 trang 94 [6] Với Dt = 2400 mm ð Chọn S = 8 mm.; 1 , 0 ,00029 0 2400 1 8 < = - = - t a D C S Kiểm tra điều kiện bền: 5-10, 5-11/97 [6] (thỏa) 0,6252 N/mm2> 0,3924 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) = - + - ´ ´ ´ = - + - = 1 8 2400 1 8 95 , 0 1 . 113,1 2 2 ] [ a t a h C S D C S P j s Vậy bề dày thân buồng đốt nồi I thỏa điều kiện bền: S = 8 mm. b. Buồng đốt nồi II: Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 2,27 at ð Thân buồng đốt nồi II chịu áp suất trong. Nhiệt độ hơi đốt: t = thđ = 122 oC Thông số tính toán: Ptt = Pdư = 2,27 – 1 = 1,27 at = 0,1246 N/mm2 t = 122 + 20 = 142 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 132 N/mm2 (ở 142 oC) (hình 1.1 trang 15 [6]) h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) trang 17 [6] [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 125,4 N/mm2. 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 1400mm > 700mm à jh = 0,95 Xét: trang 95 [6] 956,1 > 25 [ ] = = 95 , 0 , 0 125,4 h P j s 1246 Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt: [ 1,26 (mm) 5-3/96 [6] ] = ´ ´ ´ = = 95 , 0 125,4 2 1246 , 0 2400 2 ' h t P D S j s Bề dày thực: S = S’ + C (mm) 5-9/96 [6] Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm. C = Ca + Cb + Cc + Co (mm) 1-10/20 [6] Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm àChọn Ca = 1 mm Cb : Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm à Chọn Cb = 0 Cc : Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm à Chọn Cc = 0 Co : Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm. S = S’ + Ca = 1,26 + 1 = 2,26 (mm) Kiểm tra bảng 5-1 trang 94 [6] Với Dt = 2400 mm ð Chọn S = 4 mm. ,1 0 00125 , 0 2400 1 4 < = - = - t a D C S Kiểm tra điều kiện bền: 5-10, 5-11/97 [6] thỏa 0,297 > 0,1246 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) = - + - ´ ´ ´ = - + - = 1 4 2400 1 4 95 , 0 125 2 2 ] [ a t a h C S D C S P j s Vậy bề dày thân buồng đốt nồi II thỏa điều kiện bền: S = 4 mm. c. Buồng đốt nồi III: Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 0,96 at ð Thân buồng đốt nồi III chịu áp suất ngoài Nhiệt độ hơi đốt t = thđ = 98 oC Thông số tính toán: Ptt = Pdư = 1+(1 - 0,96) = 1,04 at = 0,102 N/mm2 t = 98 + 20 = 118 oC (có bọc lớp cách nhiệt) L: chiều dài tính toán thân thiết bị, mm. L= Hd = 2500 mm Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 135 N/mm2 (ở 118 oC) (hình 1-1/16 [6]) jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2400 mm > 700mm à jh = 0,95 Et : mođun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ làm việc, N/mm2 Tra bảng 2-12/34 [6] ð Et = 1,93.105 N/mm2 202,5 N/mm2 : Giới hạn chảy của vật liệu làm = ´ = = 5 , 1 135 ] [ * c t c n s s Nc : Hệ số an toàn à Tra nc = 1,5 (bảng 1-6 trang 14 [6]) thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm2). Bề dày tối thiểu của thân chịu áp suất ngoài: 5-14/98[6] = ÷ ø ö ç è æ ´ ´ 4 . 0 2400 2500 1,93.105 102 , 0 2400 18 , =1 4 . 0 18 , 1 S' ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = t t n t D L E P D S’= 8,88 mm Bề dày thực của thân: S = S’ + Ca = 8,88 + 1 = 9,88 mm Tra bảng XIII.9 trang 364 [5] à Chọn S = 12 mm. Kiểm tra hai điều kiện: 5-15, 5-16/99 [6] ( ) ( ) a t t t a C S D D L D C S - £ £ - 2 2 5 , 1 ( ) ( ) 10,44 1 12 2 2400 042 , 1 2400 2500 143 , 0 2400 1 - 12 2 1,5 = - < = < = Þ (thoả) ( ) 3 2 3 , 0 ú û ù ê ë é - ³ t a t c t t D C S E D L s ( ) 251 , 0 2400 1 12 2 5 , 202 10 1,9 3 ,. 0 042 ,. 1 2400 2500 3 5 = ú û ù ê ë é - ´ ³ = Þ Kiểm tra áp suất ngoài cho phép: 5-19 [6] > 0,102 (thỏa) 2 2 5 / 2215 , 0 2400 1 12 2400 1 12 2000 2400 10 2 = 0,649 mm N = - ´ ÷ ø ö ç è æ - ´ ´ ´ ´ [ ] n t a t a t t n P D C S D C S L D E P > - ÷ ÷ ø ö ç ç è æ - = 2 649 , 0 Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu áp lực của lực nén chiều trục: Lực nén chiều trục: (trang 110 [6]) = 470712,01 (N) 102 , 0 . 4 ) 12 2 2400 .( . 4 ) 2 .( 2 2 ´ + = + = p p P S D P t ct Xác định hệ số kc theo tỷ số (trang 103 [6]) 50 100 150 200 250 500 1000 2000 2500 qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055 5-33/103 [6] è qc = 0,14 250 109 ) .( 2 25 £ = - £ a t C S D 155 , 0 1285 , 0 . . 875 < = = c t t c c q E K s (thỏa) 5-34/ 103 [6] 5-32/ 103 [6] . 1,144 . . = t c ct E K P p Điều kiện ổn định của thân: (S – Ca) = 11 ≥ (thỏa) Ứng suất nén chiều trục theo công thức 5-48/107 [6] 5,6524 N/mm2 Ứng suất nén chiều trục cho phép (5-31/103 [6]) 113,67 N/mm2 Kiểm tra độ ổn định của thân, thân chịu tác dụng đồng thời áp lực ngoài và lực nén chiều trục: (5-47/107 [6]) (thoả ) 1 51 , 0 2215 , 0 102 , 0 . 113.67 . 5,6524 ] [ ] [ < = + = + n n n n P P s s Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi III: S = 12 mm V.1.2 Thân buồng bốc: - Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng bốc là CT3 - Thân buồng bốc có 1 lỗ nhập liệu, và 1 lỗ thông áp. - Cuối thân buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ để nối buồng đốt và buồng bốc. a. Buồng bốc nồi I: Thông số làm việc: Dt = Db = 2800 mm Pt = 2,3 at ð Thân buồng bốc nồi I chịu áp suất trong. Nhiệt độ hơi thứ t = 123 oC Thông số tính toán: Ptt = Pdư = 2,3 – 1 = 1,3 at = 0,127 N/mm2 t = 123 + 20 = 143 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 131 N/mm2 (ở 143 oC) (hình 1.1 trang 16 [6]) h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0.95 (có bọc lớp cách nhiệt) 17[6] [s] = h[s]* [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 124,45 N/mm2 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 1800mm > 700mm à jh = 0,95 Xét: 985,22 > 25 trang 95 [6] [ ] = = 95 , 0 ,12 0 124,45 h P j s Bề dày tối thiểu của thân buồng bốc: 5-3/96 [6] 1,5 mm [ ] = ´ ´ ´ = = 95 , 0 125 2 127 , 0 2800 2 ' h t P D S j s Bề dày thực: S = S’ + C (mm) 5-9/96 [6] Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm. C = Ca + Cb + Cc + Co (mm) 1-10/20 [6] Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm àChọn Ca = 1 mm Cb : Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm à Chọn Cb = 0 Cc : Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm àChọn Cc = 0 Co : Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm. S = S’ + Ca = 1,5 + 1 = 2,5 mm Kiểm tra bảng 5-1 trang 94 [6] Với Dt = 2800mm ð Chọn S = 6 mm. 1 , 0 00107 , 0 2800 1 6 < = - = - t a D C S Kiểm tra điều kiện bền: 5-10, 5-11/97 [6] (thỏa) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) = - + - ´ ´ ´ = - + - = 1 6 2800 1 6 95 , 0 125 2 2 ] [ a t a h C S D C S P j s 0,253 > 0,1177 Vậy bề dày thân buồng boc nồi I thỏa điều kiện bền: S = 6 mm. (do nồi 1 có nồng độ lớn) b. Buồng bốc nồi II: Thông số làm việc: Dt = Db = 2800 mm Pt = 1 at ð Thân buồng bốc nồi II lam viec o dieu kien chan ko Nhiệt độ hơi thứ: t = 99 oC Thông số tính toán: Ptt = Pn = 1 at = 0,0981 N/mm2 t = 99 + 20 = 119 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 132 N/mm2 (ở 119 oC) (hình 1-1/16 [6]) jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2800mm > 700mm à jh = 0,95 ð [s] = h[s]* [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 125,4 N/mm2 1-9/17 [6] Xét: trang 95 [6] 1214,4 > 25 [ ] = = 95 , 0 0981 , 0 125,4 h P j s Bề dày tối thiểu của thân buồng bốc: 5-3/96 [6] 1,156 mm j [ ] = ´ ´ ´ = = 95 , 0 125 2 0981 , 0 2800 2 ' h t P D S s Bề dày thực: S = S’ + C (mm) 5-9/96 [6] Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm. C = Ca + Cb + Cc + Co (mm) 1-10/20 [6] Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm àChọn Ca = 1 mm Cb : Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm à Chọn Cb = 0 Cc : Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm àChọn Cc = 0 Co : Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm. S = S’ + Ca = 1,156+ 1 = 2,156 mm Kiểm tra bảng 5-1 trang 94 [6] Với Dt = 2800mm ð Chọn S = 4 mm. Kiểm tra điều kiện bền: 5-10, 5-11/97 [6] thỏa 1 . 0 00107 , 0 2800 1 4 < = - = - t a D C S 0,2553 > 0,0981 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) = - + - ´ ´ ´ = - + - = 1 4 2800 1 4 95 , 0 125 2 2 ] [ a t a h C S D C S P j s Vậy bề dày thân buồng bốc nồi II thỏa điều kiện bền: S = 4 mm. Buồng bốc nồi III: Thông số làm việc: Dt = Db = 2800 mm Pt = 0,36 at ð Thân buồng bốc nồi III chịu áp suất ngoài. Nhiệt độ hơi thứ t = 73,05 oC Thông số tính toán: Ptt = Pn = 1 + (1 – 0,36) = 1,64 at = 0,161 N/mm2 t = 73,05 + 20 = 93,05 oC (có bọc lớp cách nhiệt) L: chiều dài tính toán thân thiết bị, mm. L = Hb = 2500 mm Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 138 N/mm2 (ở 93,05 oC) hình 1-1/16 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2800mm > 700mm à jh = 0,95 Et : mođun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ làm việc, N/mm2 Tra bảng 2-12/34 [6] ð Et = 1.95 x105 N/mm2 nc : Hệ số an toàn à Tra nc = 1,65 bảng 1-6 trang 14 [6] 207,7 N/mm2 : Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán, N/mm2. = ´ = = 65 , 1 138 ] [ * c t c n s s Bề dày tối thiểu của thân chịu áp suất ngoài: 5-14/98 [6] 4 . 0 18 , 1 S' ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = t t n t D L E P D 11,64 mm = ÷ ø ö ç è æ ´ ´ 4 . 0 5 2800 2500 10 1,9. 161 , 0 2800 18 , =1 Bề dày thực của thân: S = S’ + Ca = 11,64 + 1 = 12,64 mm Tra bảng XIII.9 trang 364 [5] à Chọn S = 14 mm. Kiểm tra hai điều kiện: 5-15, 5-16/99 [6] (thoả) ( ) ( ) 10,3 1 14 2 2800 . 0.893 2800 2500 14 , 0 2800 1 - 14 2 1,5 = - < = < = Þ (thoả) ( ) 3 2 3 , 0 ú û ù ê ë é - ³ t a t c t t D C S E D L s ( ) 253 , 0 2800 1 14 2 207 10 1,9. 3 , 0 . 0,892 2800 2500 3 5 = ú û ù ê ë é - ³ = Þ Kiểm tra áp suất ngoài cho phép: 5-19 [6] > 0,161 (thỏa) [ ] n t a t a t t n P D C S D C S L D E P > - ÷ ÷ ø ö ç ç è æ - = 2 649 , 0 2 2 5 / 26 , 0 2800 1 14 2800 1 14 2500 2800 10 2 = 0,649 mm N = - ´ ÷ ø ö ç è æ - ´ ´ ´ ´ Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: Lực nén chiều trục: (trang 110 [6]) =1011287,3 (N) 161 , 0 . 4 ) 14 2 2800 .( . 4 ) 2 .( 2 2 ´ + = + = p p P S D P t ct Xác định hệ số kc theo tỷ số (trang 103 [6]) 50 100 150 200 250 500 1000 2000 2500 qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055 5-33/103 [6] è qc = 0,14 <250 107,3 ) .( 2 25 = - £ a t C S D (thỏa) 5-34/ 103 [6] 56 . 3 . . = t c ct E K P p 155 , 0 13 , 0 . . 875 < = = c t t c c q E K s Điều kiện ổn định của Thân: (S – Ca) = 11 ≥ , (thỏa) 5-32 /103 [6] Ứng suất nén chiều trục theo công thức: 5-48/107 [6] 8,2 N/mm2 Ứng suất nén chiều trục cho phép: 5-31/103 [6] 117,69 N/mm2 Kiểm tra độ ổn định của thân, thân chịu tác dụng đồng thời áp lực ngoài và lực nén chiều trục: 5-47/107 [6] (thoả) 1 688 , 0 26 , 0 161 , 0 . 117,69 8,2 ] [ ] [ < = + = + n n n n P P s s Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi III: S = 14 mm. V.2 Tính bền cho đáy và nắp thiết bị: V.2.1 Nắp thiết bị: Chọn nắp elip tiêu chuẩn (Rt = Dt = Db =2800 mm) và vật liệu làm nắp là thép CT3. Nắp có gờ, trong đó: Chiều cao phần nắp elip: h = 700 mm. Chiều cao phần gờ: hg = 60 mm. Nắp có 1 lỗ dẫn hơi thứ. Chọn đường kính lỗ d mm (theo đường kính ống dẫn hơi thứ ở sau) Hình 3: Nắp elip Nắp nồi I: Thông số làm việc: Rt = Dt = 2800 mm Pt = 2,3 at ð Nắp nồi I chịu áp suất trong. t = 123 oC Thông số tính toán: P = 2,3 – 1 = 1,3 at = 0,12753 N/mm2 t = 123 + 20 = 143 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 131 N/mm2 (ở 143oC) (hình 1-1 [6]) h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) 17[6] [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 124,45 N/mm2. 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2800mm > 700mm à jh = 0,95 Ta chọn bề dày của nắp nồi I theo bề dày của thân buồng bốc nồi I ð S = 6 mm. Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm Chọn Ca = 1 mm trang 20 [6] Kiểm tra độ bền: 6-10, 6-11 trang 126 [6] [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ï ï î ï ï í ì = > = - + - ´ ´ ´ = - + - = < = - = - (thoả) (thoả) 1275 , 0 254 , 0 1 6 2800 1 6 95 , 0 125 2 2 ] [ 125 , 0 00107 , 0 2800 1 6 P C S R C S P D C S a t a h t a j s Vậy chiều dày nắp nồi I: S = 6 mm. Nắp nồi II: Thông số làm việc: Rt = Dt = 2800 mm Pt = 1,0 at ð Nắp nồi II chịu áp suất trong t = 99 oC Thông số tính toán: Pn = 1+ 0 = 1,0 at = 0,0981 N/mm2 t = 99 + 20 = 119 oC (nắp có bọc cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à Tra [s]* = 132 N/mm2 (ở 119oC) hình 1-1 [6] h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) 17 [6] [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 125,4 N/mm2 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2800mm > 700mm à jh = 0,95 Ta chọn bề dày của nắp nồi I theo bề dày của thân buồng bốc nồi II ð S = 4 mm. Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm Chọn Ca = 1 mm trang 20 [6] Kiểm tra độ bền: 6-10, 6-11 trang 126 [6] [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ï ï î ï ï í ì = > = - + - ´ ´ ´ = - + - = < = - = - (thoả) (thoả) 0981 , 0 254 . 0 1 4 2800 1 4 95 , 0 125 2 2 ] [ 125 , 0 00107 . 0 2800 1 4 P C S R C S P D C S a t a h t a j s Vậy chiều dày nắp nồi II: S = 4 mm c. Nắp nồi III: Thông số làm việc: Rt = Dt = 2800 mm Pt = 0,36 at ð Nắp nồi I chịu áp suất ngoài. t = 73,05 Thông số tính toán: Pn = 1 + (1 – 0,36) = 1,64 at = 0,161 N/mm2 t = 73,05 + 20 = 93,05 oC (nắp có bọc cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à Tra [s]* = 138 N/mm2 (ở 93.05oC) hình 1-1 [6] h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) 17 [6] [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 ð [s] = h[s]* = 131,1 N/mm2 1-9/17 [6] Et : môđun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ làm việc của nó, N/mm2. Tra bảng 2-12 trang 34 [6] ð Et = 1,96.105 N/mm2 nc : Hệ số an toàn à Tra nc = 1,65 bảng 1-6 trang 14 [6] 2277 (N/mm2) : Giới hạn chảy của vật liệu ở nhiệt độ tính toán, N/mm2. = ´ = = 65 , 1 138 ] [ * c t c n s s :Tỷ số giới hạn của vật liệu làm nắp với giới hạn chảy của nó ở nhiệt độ tính toán (đối với thép cacbon x = 0,9). trang 127 [6] Ta chọn bề dày nắp nồi III bằng bề dày thân buồng bốc nồi III ở chỗ hàn với nắp à S = 14 mm. Kiểm tra điều kiện ổn định của nắp theo công thức: . 143,4 . 227,7 9 , 0 10 2 15 , 0 15 , 0 200 14 2800 5 = ´ ´ ´ = < = = t c t t x E S R s Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị: 6-13/127 [6] 0,477 [ ] = ´ - ´ ´ = - = 2800 55 , 2 ) 1 14 ( 1 , 131 2 . ) ]( .[ 2 t a n n R C S P b s với 2,55 trang 127 [6] [Pn]=0,477> P=0,161 (thoả) Vậy chiều dày của nắp nồi III: S = 14 mm V.2.2 Đáy thiết bị: Chọn đáy nón để tháo liệu tốt và vật liệu làm đáy là thép không gỉ X18H10T. Chọn đáy có nửa góc ở đỉnh nón , Chọn đáy nón có gờ với: Dt = 2400mm bảng XIII.21 trang 394 [5] Chiều cao phần nón: H = 2175 mm. Chiều cao phần gờ: Hg = 50 mm. Ta chọn chiều cao của dung dịch dâng lên trong buồng bốc là 200mm Chiều cao cột thủy tĩnh H = Hdd + Hthân buồng đốt + Hđáy H = (1200 + 2500) + (2175 + 50) = 5925 mm Áp suất thủy tĩnh: = ´ ´ 5.925 81 . 9 1240 Ptt = rdd.g.H = , , 0,072 N/mm2 Đáy nồi I: Đáy nồi I chịu áp suất trong. Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 2,3at Pdư = 2.3 – 1 =1,3 at = 0,12753 N/mm2 tsdd = 132,95 oC Thông số tính toán: P = Pdư + Ptt = 0,12753 + 0,072 = 0,19953(N/mm2) t = 132,95 + 20 = 152,95 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 140 N/mm2 (ở 152,95oC) hình 1-2 [6] h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 [s]:Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 133 N/mm2. 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn à jh = 0,95 y: Hệ số hình dạng à Chọn y = 1,4 (bảng 6-3 [6], , R/D = 0,15) Chọn bề dày của đáy theo bề dày của buồng đốt : à Chọn S = 8 mm. Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong của đáy nón: 6-24, 6-25/132 [6] N/mm2 [ ] [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) 635 , 0 1 8 30 cos 2 2400 1 8 95 , 0 133 30 cos 2 cos 2 cos 2 = - ´ ´ + - ´ ´ ´ ´ = - + - = a t a h C S D C S a j s a P N/mm2 [ ] [ ] ( ) ( ) 1,053 4 , 1 2400 1 8 95 , 0 133 4 4 = ´ - ´ ´ ´ = - = y D C S P t a h j s Hay: Áp suất tính toán cho phép chọn theo trị số nhỏ của 1 trong 2 giá trị vừa tính được. trang 132[6] Như vậy: [P] = 0,635 N/mm2 > P = 0,19953 N/mm2. Vậy chiều dày đáy nồi I: S = 8 mm. b . Đáy nồi II: Đáy nồi II chịu áp suất trong Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 1 at Pdư = 1 = 0,0981 N/mm2 sdd = 101,96 oC Thông số tính toán: P = Pdư + Ptt = 0,0981 + 0,072 = 0,1701 (N/mm2) t = 101,96 + 20 = 121,96 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 137 N/mm2 ở 121,96oC) (hình 1-2 [6] h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 120,65 N/mm2. 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn à jh = 0,95 y : Hệ số hình dạng à Chọn y = 1,4 (bảng 6-3 [6] , R/D = 0,15) Chọn bề dày của đáy theo bề dày của buồng đốt : à Chọn S = 4 mm. Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong của đáy nón: 6-24, 6-25/132 [6] N/mm2 [ ] [ ] ( ) ( ) 41 , 0 4 , 1 2400 1 4 95 , 0 65 , 120 4 4 = ´ - ´ ´ ´ = - = y D C S P t a h j s N/mm2 Hay: [ ] [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) 25 , 0 1 4 30 cos 2 2400 1 4 95 , 0 65 , 120 30 cos 2 cos 2 cos 2 = - ´ ´ + - ´ ´ ´ ´ = - + - = a t a h C S D C S a s a P j Áp suất tính toán cho phép chọn theo trị số nhỏ của 1 trong 2 giá trị vừa tính được. trang 132[6] Như vậy: [P] = 0,25 N/mm2 > P = 0,1701 N/mm2. Vậy chiều dày đáy nồi II: S = 4 mm. c. Đáy nồi III: Đáy nồi II chịu áp suất ngoài. Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 0,36 at Pdư = 1+ 1 – 0,36 = 1,64 at = 0,161 N/mm2 tsdd = 75,31 oC Thông số tính toán: P = Pdư + Ptt = 0,161 + 0,072 = 0,233 (N/mm2) t = 75,31 + 20 = 95,31 oC (có bọc lớp cách nhiệt) l’: Chiều dài tính toán của đáy, mm. l’ = 2175 mm. D’: Đường kính tính toán của đáy, mm. 6-29/133 [6] 2500 mm = ´ + ´ = + = 30 cos 50 1 , 0 2400 9 ,. 0 cos 1 . 0 0,9D ' 1 t a t D D Với Dt1: Đường kính trong bé của đáy nón, mm à Chọn Dt1 = 50 mm. Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à Tra [s]* = 143 N/mm2. (ở 95,31oC) (hình 1-2 [6]) Et : mođun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ làm việc của nó, N/mm2. à Tra Et = 2.105 N/mm2. nc : Hệ số an toàn à Tra nc = 1,65 N/mm2 : Giới hạn chảy của vật liệu ở nhiệt độ tính toán, N/mm2. . 235,95 65 , 1 143 ] [ * = ´ = = c t c n s s Chọn bề dày đáy bằng bề dày thân buồng bốc chịu áp suất ngoài à S = 14 mm. Kiểm tra điều kiện: 5-15, 5-16/99 [6] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ï ï ï ï ï ï î ï ï ï ï ï ï í ì = ú û ù ê ë é - ´ ³ = Þ ú û ù ê ë é - ³ = - £ = £ = Þ - £ £ - (thoả) (thoả) 27 , 0 2500 1 14 2 9 , 235 10 2 3 , 0 87 , 0 2500 2175 ' 2 3 , 0 ' ' 8 , 9 1 14 2 2500 87 , 0 . 2500 2175 153 , 0 2500 1 - 14 2 1,5 2 ' ' ' ' 2 5 , 1 3 5 3 D C S E D l C S D D l D C S a t c t a a s Kiểm tra áp suất ngoài tính toán cho phép: 5-19/99 [6] (thoả) [ ] ,233 0 291 , 0 2500 1 14 2175 2500 10 2 0,649 ' ' ' ' 649 , 0 2 / 5 5 2 > = ÷ ø ö ç è æ - ´ ´ ³ - ÷ ø ö ç è æ - = n a a t n P D C S D C S l D E P Þ Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: Lực nén chiều trục cho phép của đáy nón: CT trang 110 [6] ( ) ( ) 15 , 96 1 14 2 2500 ' = - = - a C S D 2 1169499,2 N ( ) ( ) = ´ + = + = 233 , 0 4 14 2 4 2 ' 2 2 p p n CT P S D P 2500 Tỷ số: 5-33/103 [6] 155 , 0 092 , 0 09 , 0 10 2 9 , 235 875 875 5 < = ´ = = C t t c C q E K s à tra qC = 0.09 trang 103 [6] Hệ số 5-34/103[6] Độ ổn định của thân: 5-32/103 [6] (thoả) . 4,498 10 2 092 . 0 1169499,2 13 1 14 5 = ´ ´ ´ ³ = - Þ ³ - p p t C CT a E K P C S Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực nén chiều trục: Ứng suất nén chiều trục: 5-48/107 [6] 11,39 N/mm2 ( ) ( ) ( ) ( ) = - + = - + = 1 14 14 2500 1169499,2 ' p p s a CT n C S S D P Ứng suất nén chiều trục cho phép: 5-31/103 [6] N/mm 95,68 2500 1 14 10 2 092 , 0 ' ] [ 2 5 = - ´ ´ ´ = - = D C S E K a t C n s Điều kiện: 5-47/107 [6] thỏa ] [ [ ] 1 593 , 0 491 , 0 233 , 0 . 95.688 . 11,39 < = + = + n n n n P P s s Vậy chiều dày đáy nồi III: S = 14 mm V.3 Tính bích, đệm, bu lông, vỉ ống và tay treo: V.3.1 Tính bích: Chọn bích liền kiểu 1, chịu được áp suất tối đa là 0.6 N/mm2. Chọn vật liệu: Bích nối buồng bốc – nắp: thép CT3. Bích nối buồng bốc – buồng đốt: thép X18H10T. Bích nối buồng đốt – đáy nón cụt: thép CT3. Hình 4: Bích liền kiểu 1 Bảng 17: Thông số của bích (bảng XIII.27 P417 [5]) Bích nối nắp với buồng bốc Bích nối buồng đốt với đáy Bích nối buồng đốt với buồng bốc Đường kính trong của thân Dt (mm) 2800 2400 Đường kính vành ngoài bích D (mm) 3000 2570 Đường kính cho đến tâm bu lông Db (mm) 2920 2500 Đường kính đến vành ngoài đệm D1 (mm) 2870 2460 Đường kính đến vành trong đệm Do (mm) 2819 2415 Bề dày bích h (mm) 60 56 Đường kính bu lông db (mm) M36 M30 Số lượng bu lông Z (cái) 60 56 V.3.2 Đệm: Chọn đệm paronit có bề dày S = 3 mm. V.3.3 Bulông ghép bích: a. Bulông ghép bích buồng bốc và nắp: db = 36 mm. Vật liệu làm bulông là thép CT3. Lực nén chiều trục sinh ra do siết bulông: 7-10/155 [6] Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu: 7-11/155 [6] Lực tác dụng lên 1 bulông: trang 157 [6] Ứng suất tác dụng lên bulông: trang 157 [6] Trong đó: Dt : Đường kính trong của thiết bị, mm => Dt = 2800 mm. P : Áp suất môi trường trong thiết bị, N/mm2 ð P = 1,3 at = 0,0127 N/mm2. Dtb : Đường kính trung bình của vòng đệm, mm. (Bảng XIII.31 p433 [5]) 2844,5 2 819 2 870 2 2 0 1 = + = + = D D D tb mm b : Bề rộng thực của đệm, mm => b = (2870-2819)/2 = 25,5 mm. bo : Bề rộng tính toán của đệm, mm à Chọn bo = 0,7b = 0,7.25,5 = 17,85 mm m : Hệ số áp suất riêng à Tra m = 2 qo : Áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm Tra qo = 10 N/mm2 bảng 7-5/156 [6] Z : Số lượng bulông. Z = 60 cái dt: Đường kính chân ren bulông, mm dt = 25,706 mm. bảng PL-2/141 [7] Q : lực nén chiều trục, N è lấy giá trị lớn nhất giữa Q1 và Q2 (t.157 [6]) 2 / 85 ] [ mm N = s của thép CT3 ở nhiệt độ 1230C. : ứng suất cho phép của vật liệu làm bulông ở nhiệt độ buồng bốc (bảng 7-7/158 [6]) ï ï î ï ï í ì = = = = Þ ) (N/mm . 51,23 (N) . 26585,4 q . 1595122,46 . 108660 2 b 2 1 s Q Q thoả ) (N/mm 85 ] [ 2 = < s 2 2 / 23 , 51 706 , 25 4 3 , 26585 mm N = ´ = p s Bulông ghép bích buồng đốt và đáy: Tính tương tự như trên ta được: Dt= 2400 mm P = 0,19953 N/mm2 Dtb = 2437,5 mm B = 22,5 mm b0 = 15,75 mm z = 56 cái dt = 20,319 mm (bảng PL-2/141 [7]) Tra các thông sô m = 2, q0 = 10 N/mm2 ï ï î ï ï í ì = = = =996478 Þ ) (N/mm 419 , 66 (N) 09 , 21537 q (N) . 1206077,05 N 9 , 2 b 2 1 s Q Q Tra [s] = 85,3 N/mm2 > (thoả) V.3.4 Vĩ ống: - Dùng để giữ chặt các đầu ống truyền nhiệt. - Chọn vỉ ống hình tròn phẳng và vật liệu làm vỉ ống là thép không gỉ X18H10T. - - Bố trí theo hình tam giác đều. - Bề dày vỉ ống: mm 8-51/182 [6] d h n 12,12 5 8 57 5 8 ' = + = + = Với dn là đường kình ngoài của ống (mm) Bề dày thực vĩ ống: S = h’ + C = 12,12 +22,88= 35 mm 2 * / 1 38 ] [ mm N = s Với C là hệ số qui tròn kích thước Ứng suất cho phép tiêu chuẩn theo thép X18H10T ở nhiệt độ sôi của dung dịch 132,950C. (hình 1-2/16 [6]) Hệ số an toàn nB=2,6 bảng 1-6/14 [6] Giới hạn bền uốn 2 * / 359 6 , 2 138 ] [ ] [ mm N n B u = ´ = ´ = s s Kiểm tra ứng suất uốn của vỉ ống: 8-53/183 [6] ] [ ' ' 7 , 0 1 6 , 3 2 u n tt t S t d P s s £ ÷ ø ö ç è æ ÷ ø ö ç è æ - = (thoả) 364 1,01 1 , 69 35 1 , 69 57 7 , 0 1 6 , 3 3924 , 0 2 £ = ÷ ø ö ç è æ ÷ ø ö ç è æ - = Þ tt s Trong đó: P : Áp suất tính toán lớn nhất trong ống hoặc ở không gian ngoài ống, N/ mm2. P = (5 – 1) at = 4 at = 0,3924 N/ mm2. 1 , 69 2 3 57 4 , 1 2 3 2 3 60 sin . ' = ´ ´ = = = = n o d t t t b dn = 57 mm Vậy chiều dày vỉ ống: S = 35 mm. V.2.5 Tai treo: Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3, số tai đỡ là 4, có 2 gân trên 1 tai đỡ. V.2.6 Khối lượng thiết bị: Khối lượng riêng của thép CT3: 7850 kg/m3 bảng XII.7/313 [5] Khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T: 7900 kg/m3 bảng XII.7/313 [5] Ta chọn nồi I để tính vì đây là nồi dung dịch có nồng độ lớn nhất (nặng nhất). Khối lượng dung dịch lớn nhất có thể có trong nồi cô đặc: Gdd = Với t: Thời gian lưu trung bình của dung dịch trong nồi, s Tính thời gian lưu trung bình: Vận tốc dung dịch chảy trong ống tuần hoàn trung tâm w : vận tốc dung dịch chảy vao nồi,m/s à w = 0,6 m/s d : đường kính ống nhập liệu, m à d = 0,05 m ( w và d được chọn theo đường kính ống dẫn ) = ´ = 2 2 8 , 0 05 , 0 6 , 0 ' n Dth : đường kính ống tuần hoàn à Dth = 0,8 m 0,0023 m/s Thời gian lưu trung bình của dung dịch trong thiết bị: 2054,34 s = + + = + = 0023 , 0 ) 05 , 0 175 , 2 ( 5 , 2 ' n đay ông H H t Khối lượng dung dịch: 3423,9 kg = = 2054,34 = . 3600 6000 . 3600 t đ dd G G Bảng 18: Khối lượng nồi I Vật liệu Thông số cần thiết Công thức Khối lượng (kg) Buồng bốc CT3 3 / 7850 ,5m 2 6 2 8 , 2 m kg H mm S S D D m D t n t = = = + = = r 1038 Buồng đốt CT3 3 / 7850 5 , 2 8 2 4 , 2 m kg m H mm S S D D m D t n t = = = + = = r 1187,7 Đáy nón X18H10T 3 2 / 7900 559 , 9 8 50 4 , 2 m kg m F S mm h m D g t = = = = = r 604,12 Nắp elip X18H10T 3 2 / 7900 . 12,3 6 60 8 , 2 m kg m F mm S mm h m D g t = = = = = r 583,02 Đáy nón cụt X18H10T 3 / 7900 2 , 0 6 4 , 2 8 , 2 m kg m H mm S m D m D nho lon = = = = = r 76,94 Ống truyền nhiệt và ống trung tâm X18H10T 3 , , / 7900 mm 800 mm 806 5 , 2 52 57 690 m kg D D m H mm d mm d n t th n th t n = = = = = = = r ống 5979,58 Vỉ ống X18H10T 3 , / 7900 35 m 806 , 0 57 690 4 , 2 m kg mm S D mm d n m D n th n t = = = = = = r 622,63 Mặt bích X18H10T& CT3 m m m î í ì = = î í ì = = î í ì = = D m D D m D D 3m D 2,415 2,570 2,415 2,570 2,819 0 0 0 X18H10T CT3 868,8 Chi tiết khác 75,000 Tổng khối lượng (kg) 11019,26 G tổng (cả dung dịch) kg 14443,16 V.2.7 Tải trọng tác dụng lên một tai treo: 35421,85 (N) 8-68/191 [6] = ´ = ´ = 4 ,81 9 14443,16 81 , 9 4 toång G Q Ta chọn tải trọng một bên tai là 4 (tấn). Bảng 17: Thông số của tai treo F (mm2) c (mm) a (mm) b (mm) H (mm) S (mm) d (mm) Trọng lượng (N) 29700 190 160 170 280 10 30 73,5 Hình 4: Tai treo V.4 Tính kích thước ống dẫn: Chọn vật liệu: Ống dẫn dung dịch: thép không gỉ X18H10T Ống dẫn hơi đốt và nước ngưng: thép CT3 Đường kính của các ống được tính theo công thức: (m) Trong đó: Gs : Lưu lượng lưu chất, kg/s. w : Tốc độ của lưu chất đi trong ống, m/s. trang 74 [5] r : Khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3. Bảng 19: Đường kính ống dẫn Loại ống dẫn Gs (kg/s) r (kg/m3) Chọn w (m/s) dt (m) chuẩn (mm) Ống nhập liệu nồi III 3,333 1048,1 0,6 0,082 100 Ống nhập liệu nồi II 2,61 1060 0,6 0,072 100 Ống nhập liệu nồi I 1,81 1287,5 0,6 0,055 100 Ống tháo liệu nồi I 0,833 1255,5 0,5 0,041 50 Ống dẫn hơi đốt nồi I 1,19 2,614 30 0,14 150 Ống dẫn hơi thứ nồi I 0,95 1,107 30 0,19 250 Ống dẫn hơi thứ nồi II 0,81 0,579 30 0,243 250 Ống dẫn hơi thứ nồi III 0,72 0,245 40 0,306 320 Ống dẫn nước ngưng nồi I 1,19 917,3 1,5 0,033 50 Ống dẫn nước ngưng nồi II 0,95 943,4 1,5 0,029 50 Ống dẫn nước ngưng nồi III 0,81 958,8 1,5 0,027 50 V.5 Kính quan sát: Ta dùng cửa quan sát để kiểm tra chất lỏng bên trong. Cửa quan sát hình tròn, có đường kính 100 mm được lắp vào thân buồng bốc. V.6 Tổng kết thiết bị chính: Bảng 20: Tổng kết thiết bị chính Phần thiết bị Vật liệu Thông số Nồi I Nồi II Nồi III Ghi chú Thân buồng đốt X18H10T Đường kính Dt (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 2400 2500 8 2400 2500 8 2400 2500 14 Thân buồng bốc X18H10T Đường kính Dt (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 2800 3000 8 2800 3000 8 2800 3000 14 Nắp X18H10T Đường kính Dt (mm) Chiều cao nắp ht (mm) Chiều cao gờ hg (mm) Đường kính lỗ d (mm) Bề dày S (mm) 2800 700 60 250 8 2800 700 60 250 8 2800 700 60 250 14 Nắp elip có gờ tiêu chuẩn Đáy X18H10T Đường kính Dt (mm) Chiều cao đáy Ht (mm) Chiều cao gờ Hg (mm) Đường kính lỗ d (mm) Bề dày S (mm) 2400 2175 50 50 8 2400 2175 50 50 8 2400 2175 50 50 14 Đáy nón loại II có gờ tiêu chuẩn Bộ phận nối buồng đốt với buồng bốc X18H10T Đường kính Dl (mm) Đường kính Dn (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 2800 2400 200 8 2800 2400 200 8 2800 2400 200 14 Đáy nón cụt Vỉ ống X18H10T Bề dày S (mm) 35 35 Tròn phẳng Ống truyền nhiệt X18H10T Đường kính trong (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 52 2500 2,5 52 2500 2,5 52 2500 2,5 Ống tuần hoàn trung tâm X18H10T Đường kính D (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 800 2500 3 800 2500 3 Bích nối nắp với buồng bốc Bulông CT3 Đường kính D (mm) Chiều dày h (mm) Đường kính db (mm) 3000 60 36 3000 60 36 Bích liền kiểu 1. 60 cái. Bích nối buồng đốt và buồng bốc. Bulông X18H10T Đường kính D (mm) Chiều cao h (mm) Đường kính db (mm) 1550 35 30 1550 35 30 Bích liền kiểu 1. 56 cái. Bích nối buồng đốt và đáy. Bulông CT3 Đường kính D (mm) Chiều cao h (mm) Đường kính db (mm) 2570 56 30 2570 56 30 Bích liền kiểu 1. 56 cái. Đệm Paronit Bề dày S (mm) 3 3 Tai treo CT3 4 tai treo, 2 gân trên 1 tai treo CHƯƠNG VI TÍNH THIẾT BỊ PHỤ VI.1 Thiết bị ngưng tụ Baromet: VI.1.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ: III-35/123 [2] (kg/s) ( ) ( ) 3đ c n c n n t t C t C i W G 2 3 3 3 3 - - = Trong đó: W3 : Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s. => W3 = 0,325 kg/s. i2 : Hàm nhiệt của hơi ngưng tụ, J/kg. => i2 = 2263140 J/kg. t2đ, t2c : Nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, 0C. à Chọn: t2đ = 30 0C t2c = tng – 5 = 72,05 – 5 = 67,1 0C 53 , 48 2 05 . 67 30 2 2 2 = + = + c d t t Nhiệt độ trung bình của nước: ttb = 0C Cn : Nhiệt dung riêng trung bình của nước ứng với ttb, J/kgđộ ( ) ( ) 30 1 . 67, 4178 1 . 67 4178 2263140 0.325 - ´ ´ - ´ = n G à Cn = 4178 j/kg.độ (trang 310 [4]) = 4,16 kg/s Suy ra: , , VI.1.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet: Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: 3 2 6 10 ,82 7 325 , 0 10 ) 325 , 0 4,16 ( 10 25 - - - ´ = ´ + + ´ VI-47 [5] 3 2 3 6 10 ) ( 10 25 W W G G n kk - - + + ´ = = kg/s W2 : Lượng không khí đi vào tháp ngưng tụ do rò rỉ, kg/s. Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: VI-49 [5] (m3/s) Trong đó: Png : Áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ, N/m2 => Png = 0,35 at = 34335 N/m2 Ph: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp (tra ở tkk), N/m2 Nhiệt độ của không khí được tính theo công thức sau (đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô): VI-50 [5] tkk = t3đ + 4 + 0,1(t3c – t3đ) = 30 + 4 + 0,1(67,1 – 30) = 37,71 oC 3 3 10 . 25,5 ,81 6846 34335 ) 71 , 37 273 ( 10 82 , 7 288 - - ´ = - + ´ ´ = kk V Tra Ph = 0,0698 at = 6846,81 N/m2 Suy ra: m3/s VI.1.3 Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet : h h W w r 3 a. Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Baromet : Dba = 1,383 (m) III-36/123 [2] Trong đó: W3 : Lượng hơi ngưng tu, kg/s : Khối lượng riêng của hơi, kg/m3. à W3 = 0,2378 kg/m3 bảng I.250/312 [4] 323 , 0 25 2378 , 0 325 , 0 = ´ : Tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ, m/s. à Chọn = 25 m/s trang 85[5] è Dba= 1,383 m Chọn đường kính của thiết bị ngưng tụ Baromet: Dba = 0,6 m. b. Kích thước tấm ngăn: 2 600 Tấm ngăn có dạng hình viên phân với chiều rộng là: b = + 50 = + 50 = 350 mm III-37/123 [2] Chọn nươc làm nguôị là nươc sạch thì đường kính lỗ là: d = 2 mm t85 [5] Chọn chiều day của tấm ngăn ( ): chọn d = 4 mm. t85 [5] à Chọn chiều cao gờ tấm ngăn: ho = 40 mm. t85 [5] c. Chiều cao thiết bị ngưng tụ: Mức độ đun nóng nước được xác định theo công thức: VI-56/85 [5] ,861 0 30 1 , 73 30 1 . 67, 3 2 32 = - - = - - = d ng 3d c t t t t P Ta có số sau: (bảng VI.7/86 [5]) chọn giá trị lớn nhất ▪ Số bậc: 4 ▪ Số tấm ngăn: n = 8 ▪ Khoảng cách giữa các ngăn: htb = 400 mm ▪ Thời gian rơi qua 1 bậc: t = 0,41s 08 . 4 8 . 0 41 . 0 8 = + ´ Chiều cao của thiết bị ngưng tụ có thể tính theo công thức: III-36/124 [2] Hba = n.htb + 0,8 = , , , m Lấy theo tiêu chuẩn Hba = 4,3m với bảng tiêu chuẩn. Tra bảng VI.8/88 [5] Bảng 21: Theo tiêu chuẩn hoá quy cách TBNT ta có các kích thước Ký hiệu các kích thước Ký hiệu Kích thước (mm) Đường kính trong của thiết bị Chiều dày của thành thiết bị Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị Bề rộng của tấm ngăn KC giữa tâm của TB ngưng tụ và TB thu hồi Chiều cao của hệ thống thiết bị Chiều rộng của hệ thống thiết bị Đường kính của thiết bị thu hồi Chiều cao của thiết bị thu hồi Khoảng cách giữa các ngăn: Đường kính các cửa ra và vào: -Hơi vào -Nước vào -Hỗn hợp khí và hơi ra -Nối với ống Baromet -Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi -Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi -Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet -Ống thông khí Dtr S a P b K1 H T D1 h a1 a2 a3 a4 a5 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 600 5 1300 1200 300 725 4550 1400 400 1400 260 300 360 400 430 350 125 100 150 100 70 50 - d. Kích thước ống Baromet: - TBNT Baromet làm việc ở áp suất chân không 0.4812 at. Do đó, để đảm bảo thiết bị làm việc bình thường, cần phải tháo hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng tụ ra ngoài bằng ống Baromet. - Đường kính trong của ống Baromet được tính bằng công thức: III-40/124 [2] (m) Trong đó: Gn : Lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/s => G n= 4,16 (kg/s) W3 : Lượng hơi ngưng tụ, kg/s => W3 = 0,325(kg/s) ω : Tốc độ của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống Baromet. ( ) 157 0 55 , 0 325 . 0 4.16 004 , 0 = ´ + p à Chọn = 0,55 m/s (trang 86 [5]) Suy ra: dba = , m = 160 mm Chọn đường kính của ống Baromet: dba = 160 mm Chiều cao của ống Baromet được xác định theo công thức sau: hba = h1 + h2 + 0,5 (m) VI.58/86 [5] Trong đó: h1: Chiều cao cột nước trong ống Baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ: (m) VI.59/86 [5] 760 33 , 10 1 b h = Với b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, mmHg. b = Pa – Png = 760 – 0,35.735 = 502,75 mmHg ð h1 = 6,83( m) h2: chiều cao cột nước trong ống Baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống: III-44/126 [2] (m) Với λ: Hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống : Tổng trở lực cục bộ Chọn hệ số trở lực cục bộ khi vào ống là = 0,5 và hệ số trở lực cục bộ khi ra khỏi ống là = 1 trang 87 [5] => = 1,5 Tính hệ số trở lực do ma sát : có: ttb = 48,53 0C à Tra: = 987,875 kg/m3 μ = 0,557.10-3 Ns/m2 Chuẩn số Re: 156073,6 10 557 , 0 875 , 987 16 , 0 55 , 0 = Re 3 = ´ ´ ´ = - m r w ba d Chọn vật liệu làm ống Baromet là thép CT3 – ( tính Hệ số nhám với ống dẫn nước trong điều kiện ít rò nên độ nhám e = 2 mm. Bảng II.15/381 [4] Độ nhám tương đối: 0125 , 0 160 2 = = = D ba d e Theo công thức Cônacốp (Re > 100000): ð l = 0,0170 Giả sử chiều cao của ống Baromet là: hba = 8 m. 052 , 0 5 , 1 16 , 0 8 0170 , 0 1 81 , 9 2 55 , 0 2 2 = ÷ ø ö ç è æ + + ´ = h (m) Vậy: Suy ra: hba = 6,83 + 0,052 + 0,5 = 7,38 (m) à Nhận. Vậy chiều cao của ống Baromet là: hba = 8 m Bảng 22: Thông số của thiết bị ngưng tụ Baromet Lượng nước lạnh cần tưới vào TBNT Gn = 4,16 kg/s Thể tích không khí cần hút ra khỏi TBNT Vkk = 0,0255m3/s Thiết bị Đường kính trong Dba = 0,6 m Chiều cao Hba = 4,3 m Số ngăn n = 8 Khoảng cách giữa các ngăn htb = 0,4 m Số bậc K = 4 Thời gian rơi qua 1 bậc t = 0,41 s Ống Đường kính trong dba = 0,16 m Chiều cao hba = 8 m Tổng chiều cao TBNT h = 8 + 4,3 = 12,3 m VI.2 Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu: VI.2.1 Yêu cầu: Năng suất nhập liệu: 6000 kg/h Nhiệt độ dung dịch vào: 30 °C Nhiệt độ dung dịch ra: 91 °C Áp suất hơi đốt (hơi nước bão hòa): 5 at Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống, để gia nhiệt nguyên liệu từ 30°C đến 91 °C VI.2.2 Tính lượng hơi đốt cần dùng: Dòng lạnh (nhập liệu): Nhiệt độ trung bình: Dòng nóng (hơi đốt): t = 151,1 oC Hiệu nhiệt độ đầu vào và đầu ra là: ï î ï í ì = - = D = - = D C t C t o ra o vao 1 , 60 91 1 , 151 1 , 121 30 1 , 151 Hiệu số nhiệt độ trung bình: 3.11/177 [1] C t t t t t o ra vao ra vao 1 , 87 1 , 60 1 , 121 ln 1 , 60 1 , 121 ln log = - = D D D - D = D Phương trình cân bằng năng lượng: D.rh. (1- =Gđ.( Cc.tc –Cđtđ) + Qtt j: độ ẩm hơi đốt j = 5% Giả sử: Qtt = 0,05Drh (1- ð 0,9 Drh = Gđ(Cc.tc –Cđtđ) Lượng hơi đốt cần dùng: (kg/s) Trong đó: C : Nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch,J/kgđộ à C = 4253.1 J/kgđộ. (I.43, I.44, I.41/152 [4]) rh : Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt, J/kg àTra r = 2117000 J/kg. (bảng I.251/314 [4] Suy ra: kg/h = 0,227 kg/s ( ) 817 2117000 9 , 0 30 91 1 , 4253 6000 = ´ - ´ ´ = D VI.2.3 Tính hệ số truyền nhiệt: a. Tính nhiệt tải riêng trung bình: Giả thiết quá trình là liên tục và ổn định. Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ: (W/m2độ) V.101/28 [5] Trong đó: H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m à Chọn H = 2 m. Δt1: Hiệu số nhiệt độ giữa thành và hơi ngưng tụ, oC 3 1 = D t Chọn oC => tw1 = t1 – Dt1 = 151,1 – 3=148,1 oC => tm = 0,5(tw1 + t1) = 0,5(148,1 + 151,1) = 149,6 oC Tra A = 193 r: Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt, j/kg à(1) Tra r = 2117000 J/kg. Suy ra: a1 = 9595,76 W/m2độ Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị: q1 = a1 ∆t1 = 28787,3 W/m2 Nhiệt tải riêng của thành thiết bị: Trong đó: rc1 : Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt => rc1 = 0,252.10-3 m2độ/W rc2 : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch => rc2 = 0,387.10-3 m2độ/W : Nhiệt trở thành thiết bị, m2độ/W. à Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉ X18H10T có hệ số dẫn nhiệt là: = 16,3 W/m.độ à Chọn bề dày thành ống là: = 2,5 mm. ) / ( . 0,154 ) ( 2 2 1 W độ m r r r c V c = + + = å l d à Xem mất mát nhiệt không đáng kể: q = q1 = q2 tw2 = tw1 – q1 = 143,23 oC ð Dt2 = tw2 – ttb = 83,13 oC Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch: Cấp nhiệt khi dòng chảy cưỡng bức theo chế độ chảy dòng: V.45/17[5] 25 . 0 t 1 . 0 43 . 0 33 . 0 1 Pr Pr Gr Pr Re 15 , 0 Nu ÷ ø ö ç è æ e = Mặt khác: Nu = (W/m2độ) d Pr Pr Gr Pr Re 15 , 0 25 . 0 t 1 . 0 43 . 0 33 . 0 1 2 l ÷ ø ö ç è æ e = a Þ Trong đó: d : Đường kính trong của ống truyền nhiệt (m) à Chọn d = 0,057 m : Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng (W/mđộ) à Tra = 0,5655(W/m.độ) Bảng I.130/135 [4] trang 17 [5] Với: v : Vận tốc dòng chảy, m/s à Chọn v = 0,01 m/s : Hệ số dãn nở thể tích, 1/độ à = 52.10-5 0C-1 bảng I.235/285 [4] 1 : Hệ số hiệu chỉnh à 1 = 1,0 bảng V.2 /15 [5] Các thông số vật lý tính theo nhiệt độ của mặt tường tiếp xúc với dòng tw2 cho Prt và nhiệt độ trung bình ttb của dòng cho các chuẩn số khác. Bảng 23: Các thông số tra và tính toán r (kg/m3) C (j/kgđộ) m ( Ns/m2) l (W/m2độ) Pr ttb = 60,5 0C 1142,50 3558,1 0,001265 0,5655 7,9593 tw2 = 143,23 0C 1006,47 3558,1 0,000886 0,5803 5,4324 î í ì ´ = = 10 10 . 5.354 Gr 514.68 Re Suy ra: Vậy: 2 = 359,21 W/m2độ Nhiệt tải riêng của phía dung dịch sôi: q2 = 2∆t2 = 29861,79 W/m2 Kiểm tra sai số: % 5 % . 3,6 79 , 29861 3 , 28787 79 , 29861 % 100 2 1 2 < = - = ´ - = D q q q q 5 , 29324 2 3 , 28787 79 , 29861 2 2 1 = + = + q q Nhiệt tải trung bình: qtb = W/m2 VI.2.4 Tính hệ số truyền nhiệt: CT28 [2] W/m2độ . 352,76 13 , 83 5 , 29324 log = = D = t q K tb VI.2.5 Tính diện tích truyền nhiệt: m2 ( ) ( ) ( ) ( ) 26,71 1 , 87 76 , 352 454 , 0 2117000 05 , 0 1 1 , 0 1 1 1 log log = ´ ´ - - = D - - = D = t K rD t K Q F j e Chọn F = 40 m2. VI.2.6 Số ống truyền nhiệt: III-25/121 2] 68 2 057 , 0 40 = ´ ´ = = p p dH F n 111, Chọn loại ống chùm và bố trí ống hình lục giác đều: Số hình lục giác đều : 6 hình Số ống trên đường chéo : 13 ống Tổng số ống truyền nhiệt là : 127 ống VI.2.7 Đường kính thiết bị gia nhiệt: Đường kính trong của thiết bị gia nhiệt được tính theo công thức sau: Dt = t(b – 1) + 4d (m) III-29/122 [2] Trong đó: d : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt 0,057m, t : Bước ống, m à Chọn t = 1,2d 13 ống b : Số ống trên đường chéo của hình lục giác đều, ống. Suy ra: Dt = 1,0488 (m) Chọn đường kính chuẩn cho thiết bị gia nhiệt là: Dt = 1,2 m VI.2.8 Kích thước của thiết bị gia nhiệt nhập liệu: mm ï ï ï î ï ï ï í ì = = = = = 127 n 52 57 d 1200 D mm 2000 H n t mm d mm t VI.3 Bồn cao vị: Bồn cao vị được đặt ở độ cao sao cho thắng được trở lực của các đường ống. Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1 – 1 (mặt thoáng bồn cao vị) và mặt cắt 2 – 2 (mặt thoáng chất lỏng trong buồng bốc). Trong đó: v1 = 0 v2 = v (m/s) P1 = 1 at P2 = 0,5 at r : Khối lượng riêng dung dịch nhập liệu ở 30°C, kg/m3 àTra r = 1075 kg/m3 m : Độ nhớt của dung dịch ở 30°C, Ns/m2 m = 0,94.10-3 Ns/m2 (bảng I.101/91 [4]) Z1 : Chiều cao từ bồn cao vị xuống đất, m. Z2 : Chiều cao từ mặt thoáng chất lỏng trong buồng bốc xuống đất, m. h1-2 : Tổng tổn thất áp suất, m. Xác định hệ số ma sát trong ống: Chọn đường kính ống dẫn: dhút = dđẩy = d = 52 mm. chảy trong ống: m/s 0,73 052 , 0 1075. 3600 6000 4 4 2 2 = ´ ´ ´ ´ = = p p t d Q v Chuẩn số Reynolds: 43411 = ´ ´ 0,73 ´ = = - 3 10 94 , 0 1075 052 , 0 Re m r t vd Chọn vật liệu làm ống là thép không gỉ X18H10T à Độ nhám e = 0,2 mm II.60/378 [4] 3 , 3452 2 . 0 52 6 6 Re 7 / 8 7 / 8 = ÷ ø ö ç è æ = ÷ ø ö ç è æ = e t gh d II.62/379[4] . 114621 2 . 0 52 220 220 Re 8 / 9 8 / 9 = ÷ ø ö ç è æ = ÷ ø ö ç è æ = e t n d Vì Regh < Re < Ren Nên hệ số ma sát: II.64/380 [4] 0,030 = ÷ ø ö ç è æ + = ÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = 25 . 0 25 . 0 43411 100 52 2 . 0 46 , 1 1 , 0 Re 100 46 , 1 1 , 0 t d e l + Chọn chiều dài ống: L = 10 m + Hệ số cục bộ tại miệng ống vào: zvào = 0,5 + Hệ số cục bộ tại miệng ống ra: zra = 1 + Hệ số cục bộ tại co 90o: zco = 0,9 + Hệ số cục bộ tại van: zvan = 0,2 Tổng hệ số tổn thất cục bộ: 4 , 4 1 2 , 0 9 , 0 3 5 , 0 3 90 = + + ´ + = + + + = å ra van co vao x x x x x Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến cửa nhập liệu nồi I: L = 10 m. Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn: m 084 , 1 4 , 4 052 , 0 10 030 , 0 81 , 9 2 46 . 1 2 2 2 2 1 = ÷ ø ö ç è æ + ´ = ÷ ø ö ç è æ å + = - x l d l g v h Chiều cao từ cửa nhập liệu nồi I đến mặt thoáng của bồn cao vị: ( ) ( ) m ,54 3 084 , 1 81 , 9 2 0 0,73 81 , 9 1075 10 81 . 9 1 5 , 0 2 4 - = + ´ - + ´ ´ - (m) ( ) ( ) 2 1 2 1 2 2 4 1 2 2 1 2 10 81 , 9 - + - + ´ - = - = h g v v g P P Z Z H r Suy ra: H = Vậy cần đặt bồn cao vị thấp hơn cửa nhập liệu nồi I khoảng 3 m. Tuy nhiên để ổn định dòng chảy ta đặt bồn cao vị cao hơn cửa nhập liệu nồi I khoảng 0,5 m VI.4 Lớp cách nhiệt: Vật liệu: bông thuỷ tinh. Ta tính cho nồi I, còn lớp cách nhiệt nồi sau lấy như nồi I. (m) VI.66/92 [5] tT1 : Nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc thành thiết bị (hơi đốt), °C => tT1 = 151,1 °C tT2 : Nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí, °C à Chọn tT2 = 45 °C tkk : Nhiệt độ không khí, °C à Chọn tkk = 30 °C lC : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mđộ à Tra lC = 0,12W/mđộ. Hình I.36/129 [4] an : Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí, W/m2độ. m 071 , 0 30 45 45 1 , 151 91 , 11 12 , 0 = - - ´ = C d an = 9,3 + 0,058tT2 = 9,3 + 0,05845 = 11,91 W/m2độ VI.67 [5] Suy ra: .Vậy bề dày lớp cách nhiệt là: dC = 7,5 cm. VI.5 Bơm: VI.5.1 Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ, bơm nhập liệu nồi III và nồi II, nồi I ,bơm tháo liệu nồi I: Công suất của bơm: 10.7/33 [7] (KW) Trong đó: H : Cột áp của bơm, m. η : Hiệu suất của bơm. : Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3. Qm : Lưu lượng khối lượng chất lỏng vào bơm, kg/s. Qv : Lưu lượng thể tích chất lỏng vào bơm, m3/s. (m3/s) Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1 – 1 và mặt cắt 2 – 2 (ở độ cao cao hơn). Xác định hệ số ma sát trong ống: Chọn đường kính ống dẫn: dhút = dđẩy = d Vận tốc dòng chảy trong ống: (m/s) Chuẩn số Reynolds: Chọn vật liệu l ống: Ta có: Regh = Ren = Nếu Regh < Re < Ren Thì hệ số ma sát: Tổng hệ số tổn thất cục bộ: Trong đó: xvào = 0,5 xra = 1,0 xco 90 = 0,9 xvan = 0,2 Chọn l: Chiều dài đường ống, m. Tổn thất áp suất: (m) Cột áp của bơm: H = (m) Suy ra công suất bơm: (KW) Bảng 24: Tính toán bơm Bơm nhập liệu nồi III Bơm nhập liệu nồi II Bơm nhập liệu nồi I Bơm tháo liệu nồi I Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ h 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 r (kg/m3) 1048,1 1060 1287,5 1255,5 987,875 Qm (kg/s) 3,333 2,62 1,81 0,833 9,85 Qv (m3/s) 0,0032 0,0025 0,007 0,0014 0,01 v1 (m/s) 0 0 0 0 0 v2 (m/s) 0 0 0 0 0 P1 (at) 1,0000 0,36 1 2,3 1 P2 (at) 0,36 1 2,3 1 0,3345 m (Ns/m2) 0,00094 0.00045 0,0003436 0,0002740 0,0008 Z1 (m) 0,5 5 5 5 0,5 Z2 (m) 5,2 5,2 5,2 0,5 14 d (mm) 50 50 50 50 100 v (m/s) 0,6 0,6 0,6 0,5 0,55 Re 33450 70666 112412 114552 67946 Vật liệu làm ống X18H10T X18H10T X18H10T X18H10T CT3 e (mm) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Regh 3301 3301 3301 3301 7289 Ren 109674 109674 109674 109674 239202 l 0,0336 0,0336 0,0313 0,0333 0,0257 3,5 3,7 3,5 4,4 3,5 l (m) 10 10 10 5 17 h1-2 (m) 0,1814 0,1910 0,1791 0,0985 0,1214 H (m) 0,577 2,57 6,676 -6,201 8,411 N (KW) 0,0687 0,0088 0,0701 0,056 0,5052 N chọn (Hp) 1,5 1,5 1,5 1 1 VI.5.2 Bơm chân không: * Công suất bơm tiêu hao: III.3/119 [7] (W) k = 1,2 – 1,62 Chỉ số đa biến. Chọn m = 1,4 Áp suất tính toán tại đầu hút của bơm. Chọn Pkk = P1 = Png - Ph = 0,35 at – 0,0698 at = 0,2802 at = 27487,62N/m2 P2 = 1 at = 98100 N/m2: Áp suất sau khi nén; lấy theo áp suất khí quyển . VKK = m3/s thể tích không khí cần hút. . Hiệu suất cơ khí của bơm chân không kiểu pittong. 325 , 862 1 2802 , 0 1 62 , 27487 1 3 , 1 3 , 1 8 , 0 10 9 , 25 3 . 1 1 3 . 1 3 = ï þ ï ý ü ï î ï í ì - ÷ ø ö ç è æ ´ ´ - ´ = - - N W * Chọn bơmchân không: Theo bảng 6.2 p176 [9] - Loại bơm chân không vòng nước hiệu KBH-4 - Tốc độ hút ở 0oC và 760 mmHg : 0,4 m3/ph - Áp suất giới hạn : 110 mmHg - Lưu lượng nước: 250-300 l/h - Công suất động cơ: 1,5 KW - Khối lượng bơm: 38 kg CHƯƠNG VII TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ Bảng 25: Tính giá thành thiết bị Tên thiết bị Vật liệu Số đơn vị tính Đơn giá Thành tiền (đồng) Thiết bị chính không tính ống X18H10T CT3 20418,068 kg 6677,7 kg 50.000 đ/kg 10.000 đ/kg 1.020.903.500 66.777.000 Ống truyền nhiệt và THTT X18H10T 2070 ống f 57 3 ống f 800 H = 2,5m 50.000 đ/m 100.000 đ/m 258.750.000 750.000 Các ống dẫn: Nhập liệu Ф50 Tháo liệu Ф50 Hơi thứ Ф250 Hơi đốt Ф125 Nước cấp thiết bị ng tụ Ф100 Xả khí và nước ngưng Ф25 X18H10T X18H10T CT3 CT3 CT3 CT3 20 m 5 m 20 m 5 m 17 m 8 m 50.000 đ/m 50.000 đ/m 100.000 đ/m 100.000 đ/m 100.000 đ/m 30.000 đ/m 1.000.000 250.000 2.000.000 500.000 1.700.000 240.000 Thiết bị phụ: Bơm nước Bơm chân không Bơm ly tâm Thiết bị Baromet, Thiết bị gia nhiệt Bộ phận tách lỏng Kính quan sát Vật liệu cách nhiệt Van Tai treo Áp kế Lưu lượng kế Nhiệt kế Thủy tinh Thép Inox CT3 1 hp 1,5 kW 3.0,5 hp 1 1 1 6 cái 3 m3 20 11 3,48 kg/cái x 12 5 cái 3 cái 3 cái 700.000 đ/hp 1.500.000đ/kW 2.000.000đ/kW 10.000.000 13.000.000 2.000.000 250.000 đ/cái 3.000.000 đ/m3 30.000 đ/cái 100.000 đ/cái 10.000 đ/kg 500.000đ/cái 1.000.000 đ/cái 200.000đ/cái 700.000 2.250.000 2.237.100 10.000.000 13.000.000 2.000.000 1.500.000 9.000.000 600.000 1.100.000 417.600 2.500.000 3.000.000 600.000 Tổng cộng 1.399.975.200 Gia công đơn giản nên tiền công chế tạo lấy bằng 100% tiền vật tư. Vậy tổng giá thành thiết bị là 2,8 tỉ đồng. KẾT LUẬN Trong quá trình thực hiện đồ án, ta rút ra được các nhận xét sau: Hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều khi vận hành sẽ tiết kiệm được hơi đốt do tận dụng được lượng hơi thứ của nồi trước cấp nhiệt cho nồi sau Hệ thống thích với việc cô đặc được các dung dịch vô cơ không biến tính vì nhiệt trong khoảng nhiệt độ làm việc, cô đặc được đến nồng độ cao hơn so với hệ xuôi chiều. Tuy nhiên do hệ thống cô đặc ngược chiều được nhập liệu từ nồi thứ III và hơi đốt được đưa vào nồi I, do áp suất nồi II nhỏ hơn nồi I, nồi III nhỏ hơn nồi II nên khi đưa sản phẩm từ nồi III sang nồi II, nồi II sang nồi I, ta cần phải dùng bơm để vận chuyển dung dịch. Khi thiết kế ta nên thiết kế sao cho có sự đồng bộ giữa 3 thiết bị cô đặc, nhằm tạo sự thuận tiện khi thay thế sửa chữa. Thiết bị có cấu tạo đơn giản, hoạt động ổn định, nên ta có thể thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống thiết bị. Bên cạnh đó, với thiết bị có ống tuần hoàn trung tâm, chiều cao buồng đốt quá lớn sẽ gây khó khăn cho việc đối lưu tự nhiên của dung dịch. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bôn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ, “ Quá trình & Thiết bị CNHH – Tập 5 – Quá trình và Thiết bị Truyền nhiệt”, NXB Đại Học Quốc gia TpHCM, 9/2004, 424 tr. [2] Phạm Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế hóa chất và thực phẩm”, Bộ Giáo dục và Đào tạo, 1992, 275 tr. [3] Phạm Văn Bôn, “Quá trình & Thiết bị CNHH – Bài tập Truyền nhiệt”, Trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 9/2004, 52 tr. [4] Nhiều tác giả, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập I”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 10/2005, 632 tr. [5] Nhiều tác giả, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập II”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 10/2005, 448 tr. [6] Hồ Lệ Viên, “Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bị hoá chất”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Quí III/2006, 240 tr. [7] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình & Thiết bị CNHH – Tập 1 – Quyển 2 – Phân riêng bằng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén”, NXB Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 242 tr. [8] Tập thể giảng viên bộ môn Cơ Lưu Chất, “Giáo trình cơ lưu chất”, Trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 2003, 239tr.