đồ án cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn ngoài

đồ án quá trình thiết bị thiết kế hẹ thống cô dặc 2 nồi xuôi chiều phòng đốt ngoài đại học công nghiệp hà nội khoa công nghệ hóa đồ án quá trình thiết bịđồ án quá trình thiết bịđồ án quá trình thiết bị

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên : Nguyễn Đình Long

Lớp : ĐHCN Hóa 1 – K13

Khoa : Công Nghệ Hóa

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Mạnh

NỘI DUNG ĐỀ BÀI:

Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , phòng đốt ngoài thẳng đứng Cô đặc dung dịch HNO3 với năng suất 3250 kg/h

Các số liệu ban đầu :

-Chiếu cao ống gia nhiệt : H = 3m

-Nồng độ đầu của dung dịch là : 30,15%

-Nồng độ cuối là : 58,2 %

-Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4,0 at

-Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,29 at

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN



Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2010

Người nhận xét

MỤC LỤC

Phần 1 :

Mở đầu: I Sơ lược về quá trình cô đặc 7

II Giới thiệu chung về sản phẩm 8

Phần 2 : Sơ đồ mô tả dây chuyền sản xuất 9

I Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều: 10

II Nguyên lý làm việc của hệ thống 11

Phần 3 : Tính toán thiết bị 12

I Tính toán thiết bị chính: 12

1 Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: 12

2 Tính sơ bộ lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi: 12

3 Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi: 13

4 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống: 13

5 Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt trong mỗi nồi: 13

6 Nhiệt độ (t’i) và áp suất hơi thứ (p’ i) ra khỏi từng nồi: 14

7 Tổn thất nhiệt độ do từng nồi: 15

8 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống: 18

9 Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: 19

10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi: 22

11 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi: 27

12 Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi: 27

13 So sánh ∆T* i và ∆Ti: 28

14 Bề mặt truyền nhiệt: (F) 29

II Tính toán thiết bị phụ 29

1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: 29

2.Thùng cao vị: 34

3.Tính toán thiết bị ngưng tụ: 41

4.Tính toán bơm chân không: 48

III: Tính toán cơ khí: 50

A.Buồng đốt: 50

1 Số ống trong buồng đốt: 50

2 Đường kính trong buồng đốt: 51

3 Chiều dày phòng đốt: 51

4 Chiều dày lưới đỡ ống: 54

5 Chiều dày đáy nồi phòng đốt: 55

6 Tra bích để lắp đáy vào thân: 57

B Buồng bốc 58

1 Thể tích phòng bốc hơi: 58

2 Tính chiều cao phòng bay hơi: 58

3 Chiều dày phòng bốc: 59

4 Chiều dày nắp buồng bốc: 60

5 Tra bích để lắp nắp vào thân: 62

IV Một số chi tiết khác 62

1 Tính đường kính các ống nối dẫn hơi và dung dịch vào: 62

2 Tính và chọn tai treo: 66

3 Chọn kính quan sát: 71

4 Tính bề dày lớp cách nhiệt: 72

Phần 4 Kết luận 73

Tài liệu tham khảo: 74

LỜI NÓI ĐẦU

Là một sinh viên ngành công nghiệp hóa chất và là một kĩ sư hóa chất

trong tương lai Ngoài những kiến thức đã được học trên lớp, học qua sách vở, chúng ta cũng cần trau dồi những kiến thức chuyên môn trong thực tế Sau khi

đã được học xong môn quá trình và thiết bị, em đã được nhận đề tài đồ án về

“Thiết kế hệ thống cô dặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài kiểu đứng” Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên

trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng

kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá học”

Việc làm đồ án môn học này không những giúp em làm quen với thực tiễn mà còn tạo điều kiện để em phát huy năng lực của mình trong việc hoàn thiện các

kĩ năng tính toán, tư duy, thu thập thông tin trong thực tế và tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống

Để đồ án được hoàn thiện tốt hơn em rất mong nhận được sự chỉ bảo, giúp

đỡ tận tình của các thầy hướng dẫn trong quá trình thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày…tháng…năm…

Sinh viên thực hiện

Phần 1: MỞ ĐẦU

I Sơ lược về quá trình cô đặc

Quá trình cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan (không hoặc khó bay hơi) trong dung môi bay hơi Đặc điểm của quá trình cô đặ là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn chất hoà tan trong dung dịch không bay hơi do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên.Khi bay hơi nhiệt độ của dung dịch sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất hơi của dung môi trên mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống trên bề mặt thoáng dung dịch nhưng nhỏ hơn áp suất chung Trạng thái bay hơi có thể xảy

ra ở các nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càng tăng thì tốc độ bay hơi càng lớn, còn sự bốc hơi diễn ra ( ở trạng thái sôi) ngay cả trong lòng dung dịch( tạo thành bọt ) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thoáng, trạng thái sôi chỉ có ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và nồng độ của dung dịch đã cho

Trong quá trình cô đặc nồng độ của dung dịch tăng lên, do đó mà một số tính chất của dung dịch sẽ thay đổi Điều này có ảnh hưởng tới quá trình tính

toán, cấu tạo và vận hành của thiết bị cô đặc Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt

, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt  của dung dịch sẽ giảm Ngược lại khối

lượng riêng  , độ nhớt ν, tổn thất do nồng độ ∆’ sẽ tăng Đồng thời khi tăng nồng độ sẽ tăng điều kiện tạo thành cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt, những tính chất đó sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị

Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng 1 thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ

để đun nóng cho 1 thiết bị ngoài hệ thống thì ta gọi đó là hơi phụ

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc 1 nồi hoặc nhiều nồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn Qúa trình cô đặc có thể tiến hành ở các

áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kĩ thuật, khi làm việc ở áp suất thường thì

có thể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín cô đặc trong 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 dần đến hiệu số nhiệt độ giữa

hơi đốt và dung dịch)

Cô đặc nhiều nồi

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó có ý nghĩa cao về mặt sử dụng nhiệt Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi : Nồi đầu dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ bốc lên ở nồi này được đưa vào làm hơi đốt của nồi thứ hai, hơi thứ của nồi thứ hai sẽ được đưa vào làm hơi đốt của nồi thứ ba, hơi thứ ở nồi cuối trong hệ thống được đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi trước đến nồi sau, qua mỗi nồi nồng

độ của dung dịch tăng dần lên do dung môi bốc hơi một phần.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 các 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

Hệ thống cô đặc nhiều nồi được sử dụng khá phổ biến trong thực tế sản xuất

Ưu điểm nổi bật của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước ra nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nhiệt

độ sôi của nồi sau, do đó dung dịch đi vào mỗi nồi ( trừ nồi đầu ) đều có nhiệt

độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch được làm lạnh đi, lượng nhiệt này

sẽ là bốc hơi thêm 1 phần nước là quá trình tự bốc hơi

Nhược điểm của nó là nhiệt độ của nồi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn so với nồi trước nên đọ nhớt của dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số

truyền nhiệt của hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối Hơn nữa khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi nên cần tốn thêm 1 lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch

Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, cô đặc là quá trình làm bay hơi 1 phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi ở nhiệt độ sôi với mục đích:

+ Làm tăng nồng độ của các chất hòa tan trong dung dịch

+ Tách các chất hòa tan ở dạng rắn (kết tinh)

+ Tách dung môi ở dạng nguyên chất vv…

Axit Nitric ( HNO3) là một trong những hợp chất vô cơ quan trọng được

sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp hóa chất phân bón Phân bón chứa amoni sunfat có tác dụng làm giảm pH cho đất Ngoài ra còn được sử dung là thành phần trong thuốc diệt cỏ,thuốc sát trùng, thuốc trừ sâu…Trong hóa sinh

sự kết tủa axit nitric là một phương pháp chung để làm sạch protein

Axit Nitric được tạo thành từ phản ứng của amoniac và Axit Nitric Có thể tồn tại ở dạng bột khô hoặc dung dịch ở dạng khô được hình thành từ việc phun axit sunfuric vào phòng kín chứa đầy khí amoniac Amoni sunfat cũng được sản xuất từ thạch cao Ở nhiệt độ trên 2500C Axit Nitric sẽ bị phân hủy

SƠ ĐỒ MÔ TẢ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

I.Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc xuôi chiều làm việc liên tục :

II.Nguyên lý làm việc:

Dung dịch đầu HNO3 được bơm( 6) đưa vào thùng cao vị (số 5) từ thùng chứa,

sau đó chảy vào thiết bị trao đổi nhiệt (3) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được

đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi 1 Ở nồi 1, 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 Nước ngưng được

đưa ra khỏi phòng đốt bằng cửa tháo nước ngưng Dung môi bốc hơi lên trong phòng

bốc gọi là hơi thứ, hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được đưa qua bộ phận tách

bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua bọt Hơi thứ ra khỏi nồi

1 được làm hơi đốt cho nồi 2 Dung dịch từ nồi 1 tự di chuyển sang nồi thứ 2 do có

sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau nhỏ hơn áp suất nồi

trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn nhiệt độ của nồi sau, do đó dung dịch đi vào

nồi 2 có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch được làm lạnh, lượng

nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng dung môi gọi là quá trình tự bốc hơi Nhưng

khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch do đó

cần phải tiêu tốn thêm 1 lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi

chiều dung dịch trước khi đưa vào nồi đầu được đun nóng sơ bộ

Dung dịch sản phẩm ở nồi 2 được đưa vào thùng chứa sản phẩm Hơi thứ bốc ra

khỏi nồi thứ 2 được đưa vào thiết bị ngưng tụ barômet Trong thiết bị ngưng tụ nước

làm lạnh từ trên đi xuống hơi cần ngưng đi từ dưới đi lên, ở đây hơi được ngưng tụ

lại thành lỏng chảy qua ống baromet (10) ra ngoài, còn khí không ngưng đi qua thiết

bị thu hồi bọt rồi vào bơm hút chân không

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

1 Số liệu ban đầu :

Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 3,25 tấn/h = 3250kg/h

Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 30,15%

Nồng độ cuối của dung dịch: 58,2%

Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,29 at

2.Tính cân bằng vật liệu :

2.1 Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng

2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi :

W1 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1

W2 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2

Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:

1

2

1 

W W

Mà ta có: W1 + W2 = 1566.366

886,3043

2

1  

W W 783,183 (kg/h)

2.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi

x1:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1

x2:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 2

x G

d

d d

1

x 1 = 39,722%

x2 = 58,2%

3.Tính cân bằng nhiệt lượng :

3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi:

3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi

- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là:

P P

* Xác định nhiệt độ hơi đốt ở 2 nồi:

Tra bảng (I.251/ST1-T316):

P1 = 4 (at)  t 1 =142,9°C

P2 = 1,39 (at)  t 2 =108,475°C

Pnt = 0,29 (at)  t nt =67,8 °C

3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi

NX: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết bị ngưng tụ

thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là ,  1  1 , 5,và khi đó nó sẽ trở thành hơi đốt cho nồi

2: chọn  ,  1 C

Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là:

, 2

, 1

, 2

,

1, t , P , P t

Ta có:

C t

t

C t

45 , 107 1

45 , 106 1

đốt P1= 4 t1=142,9 P2=1,408 t2=108,475

Png=0.29 tng=67,8 Hơi

thứ P’1=1,4568 t’1=109,45 P’2=0.302652 t’2 =68,8

3.2.Xác định tổn thất nhiệt độ:

C f

o

2

, ,

.2,16

 ’ 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 K

r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc J/kg

- Áp dụng công thức VI.13

at g h

h P P

t t

dds o

tb

o tb

4

2 1 ,,

10 81 , 9

).

2 (  

, ,

=10,41 + 13,55 + 2 = 25,96 ℃

3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi

3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định :

, 2

, 2

, 2 2

, 1

, 1

, 1 1

t t

s s

 : Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2

Cd, C1,Cn1,Cn2,C2: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ,cuối và nước ngưng

Qm1,Qm2 : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2

Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị

W1 , W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2

3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có:

- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D.i

Nhiệt do dung dịch mang vào : G

- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào : W1.i2

Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (Gd – W1)C1ts1

3.4.2 Nhiệt lượng mang ra:

3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt:

Được thành lập dựa trên nguyên tắc :

Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

- Nồi 1 :

)(

05,0

.)(

)(

1 1 1

1 1

1 1 1

1 0 1

1 1

1 1

1 1 1

1 0 1







Cn i D Cn

D t

C W G

i W t

D t

C W G

i W t

s d d

s d

s d d

2 1 2 2 2 1 3

2 1 1 1 2

1

2 2

2 1 2 2 2 1 3

2 1 1 1 2

1

) (

05 , 0 )

( )

(

) (

) (

W t C W W G i W t C W G

i

W

Qm Cn

W t C W W G i W t C W G

i

s d

s d

s d

s d

2 2

1 1 2

2 2

2 3

1

) (

95 , 0

) (

) (

s

s s

d s

t C i

Cn i

t C t

C G t

C i W W

95 , 0

) (

) (

1 1

0 1

1 1

1 1

1



Cn i

t C t

C G t

C i

9,1422

2 = 108,475 oC  Cn2 = 4231,32 (J/kg độ)

- Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1 ,nồi 2, ra khỏi nồi 2 :

- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 30,15 %

Áp dụng công thức I.41 /ST1 – T152 ta có:

Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,3015) = 2923,921 (J/kg độ)

- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 39,722 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:

3 16800 26000

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W1 : W2 = 0,98

Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân bằng

vật chất < 5% ,vậy thoả mãn

4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi:

4.1.Tính hệ số cấp nhiệt  khi ngưng tụ hơi

- Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H = 2m ,hơi ngưng bên

ngoài ống ,máng nước ngưng chảy dòng như vậy hệ số cấp nhiệt được tính theo công

thức ( V.101/ST2 – T28 )

25 , 0

1

) (

.04,2

H t

r A

Ti i i

t t t

t t t

t  0,51Với: t1 = 142,9 oC tm1 = 142,9 – 0,5.2 = 140,9 oC

4.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:

( CT 4.14/QTTB1 – T1 )

i i

4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 2i W/m 2 độ:

Ta xác định hệ số này theo công thức:

(CT /QTTB1 – T332)

i i

Ti i i ddi

002,010.232,010.387,0

435 , 0 2

565 , 0

dd nc

 :khối lượng riêng , kg/m3

C: nhiệt dung riêng , J/kg độ

4.3.1 Khối lượng riêng :

- Khối lượng riêng của nước: tra bảng (I.249/ST1 – T310)

4.3.2 Nhiệt dung riêng :

- Nhiệt dung riêng của nước :tra bảng ( I.249 /ST1 – T 310 )

A ddi ddi ddi

ddi





 

A:hệ số tỉ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng :ta chọn A = 3,58.10-8

M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng (hỗn hợp của chúng ta là

HNO3 và H2O )

nên : M = 63.a +(1- a)18

nồi 1 :x = 39,72 % khối lượng

𝑎1 = (39,72/63)/((39,72/63) + (100 − 39,72)/18)) =0,1584

 𝑀1 = 63 +0,1584 +(1-0,1584) = 25,13 kj/kmol

nồi 2 : x = 58,2 % khối lượng

1 33 , 2 21

5 , 0 , 1

= 18570,53 (W/m2)

22 22

22 t

q   

= 16648,68 (W/m2)

Vậy giả thiết 11,21 được chấp nhận

5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi



 N/m2 độ Trong đó:

qtbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi (W/m2 )

,290292

21 11

37,2655377

,275392

22 12

- Dung dịch vào nồi 1 ở nhiệt độ sôi nên lượng nhiệt tiêu tốn ở nồi 1 được tính theo

công thức

)(6,17607793600

2110500462

,30031

- Nồi 2 có hiện tượng quá nhiệt của dung dịch gọi là hiện tượng tự bay hơi

nên lượng nhiệt cần thiết ở nồi 2 là:

)(2

,

1706975

3600

81,7398,1109

,3486)

462,30038878

(8,2237236309

,

3084

3600

)(

2 1

1 1 1 2

2

2

w

T T C G

K Q K

Q T

vậy:

8 Tính bề mặt truyền nhiệt (F)

Tính bề mặt truyền nhiệt theo phương thức bề mặt truyền nhiệt giữa các nồi

bằng nhau:

, I

I

I I

T K

Q F

1 Buồng đốt

Thiết bị làm việc ở điều kiện áp suất thấp ( <1,6.106N/m2 ) , chọn nhiệt độ

thành thiết bị là nhiệt độ môi trường , đối với thiết bị đốt nóng có cách nhiệt bên

ngoài nên chọn thân hình trụ hàn, làm việc chịu áp suất trong , kiểu hàn giáp mối hai

bên, hàn tay bằng hồ quang điện, vật liệu chế tạo là thép X18H10T Khi chế tạo cần

1.1 Xác định số ống trong buồng đốt:

- Số ống trong buồng đốt được các định theo công thức là:

F

n  ống

- F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt , m2

- f   dtr H : diện tích của một ống truyền nhiệt , m2

- dtr : đường kính trong của ống truyền nhiệt, m

Chọn dtr = 0.029 − 0,002.2=0,025 m

Vậy số ống truyền nhiệt là:

𝑛 = 25/0,025.3,14.3 =106,157 ( ống)

Quy chuẩn n= 517 ống và cách bố trí theo hình lục giác đều Dựa và cách

bố trí theo bảng ( V.II/ST2 – T48 ) ta có bảng bảng số liệu ống trong thiết bị truyền

nhiệt loại ống trùm như sau:

6 cạnh

Tổng số ống không

kể các ống trong các hình viên phân

Số ống trong các Hình viên phân

Tổng số ống trong tất cả các hình viên phân

Tổng ống thiết

bị Dãy1 Dãy

2 Dãy3

1.2 Đường kính của buồng đốt :

Đường kính trong của buồng đốt khi sắp xếp theo hình lục giác đều được tính theo

công thức sau: (CT V.140/ST2 – T49)

Dtr = t.(b – 1) + 4.dn (m)

- b: số ống trên đường chéo của hình 6 cạnh b = 13 (ống)

- dn : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn = 29 mm

- t : bước ống , thường lấy t = 1,2 : 1,5 dn , ta chọn t = 1,5.dn

Dtr = 1,5.0,029.(13 – 1) + 4.0,029 = 0,638 (m) Quy chuẩn theo bảng XIII.6 /ST2 – 359 : Dtr = 700 mm

1.3 Chiều dày buồng đốt :

Chiều dày buồng đốt chịu áp suất trong được xác đị nh theo công thức :

(XIII.8/ST2 – 360)

P

P D S

.

m

Trong đó:   : ứng suất cho phép giới hạn bền của thép X18H10T ( N/m2 ) được

xác định dựa theo giới hạn bền kéo   k và giới hạn bền chảy   c

Và ứng suất kéo và ứng suất chảy được xác định như sau:

c

c c

k

k k

n

n





- : hệ số hiệu chỉnh , theo bảng XIII.2 /ST2 – 356    1

- Dựa vào bảng XII.4/ST2 – 309 ta có:

10.220

)/(10.2081

.6,2

10.540

2 6

6

2 6

6

m N

m N

;min k c  N m



- C: hệ số bổ xung ăn mòn C1 , bào mòn C2 và dung sai âm về chiều dày C3 ( để chống

ăn mòn và để gia công ) , m Theo công thức XIII.17 /ST 2 – T 363

C = C1 +C2 + C3+ C1 : chống ăn mòn ở môi trường 1 ( xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu

của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị ) với vật liệu rất bền X18H10T thì

C1 =1

+ C2 : chống ăn mòn ở môi trường 2 Đại lượng bổ xung bào mòn thường

thấy ở thực nghiệm ( tuy nhiên khi tính toán thiết bị hóa chất thường bỏ qua )

+ C3 : Lượng bù gia công Đại lượng bổ xung do dung sai âm của chiều dày

phụ thuộc và chiều dày tấm vật liệu Tuy nhiên đơn giản thường chọn C3 = 0.8

Vậy C = 1 + 0 +0,8 =1,8 (mm)

-  : hệ số bền hàn của thanh hình trụ theo phương dọc Theo bảng XIII.8/ST2 – T

362 ,nếu hàn bằng tay với Dtr ≥ 700 (mm) ,thép X18H10T thì: 0,95

- Pb : áp suất làm việc bên trong thiết bị

Pb = Pmt + Ptt

Pmt = Phd = 4at = 4.9,81.104 = 0,3924.106 (N/m2)

-Ptt : áp suất thủy tĩnh

H g

,0.10.4133,0

10.147

10.4133,0.1

.2

6

6

m C

P D



Quy chuẩn S = 5 mm

 

2 , 1 ).

.(

2

)

tr

C S

P C S

Pth = 1,5.Pb = 1,5.0,4133.106 = 0,6199.106 (N/m2) + P1 : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng xác định theo công thức

, 1

10 220 2

, 1 ) / ( 10 43 , 158 95

, 0 10 ).

8 , 1 5

.(

2

640800

10 ).

8 , 1 5

6 3

3

m N m

1.4.Chiều dày lưới đỡ ống :

Phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Giữ chặt ống sau khi nung , bền Để thỏa mãn yêu cầu này , ta chọn chiều dày

tối thiếu:

8

25 5

- Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan , nung cũng như sau khi nung ống Để

thỏa mãn cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống:

6,13912

29.4,4

)(174)

2929.5,1.(

12

12

4,4)

.(

2 min

2 min

mm f

mm f

d f

d t S

- Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất Để thỏa mãn yêu cầu này cần kiểm tra

mạng ống theo giới hạn bền uốn:

b u

n

b u

l

S l d

.7,01.(

6,3

l  

)(3,65)5,01.(

29.5,1)30sin1.(

)(67,372

3.29.5,130cos

mm t

ED

t

AD

mm t