Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi cấu tử dễ bay hơi hơn; đó là các quá t
TỔNG QUAN
Nhiệm vụ đồ án
Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.
-Nồng độ nhập liệu: xđ = 15%
- Nồng độ sản phẩm: xc = 30%
-Áp suất ngưng tụ: Pck = 0,4 at → Pc = 1 – 0,4 = 0,6 at
- Áp suất hơi bão hòa: P = 4at
- Nhiệt độ đầu vào của nguyên liệu: t = 30oC
Giới thiệu về nguyên liệu
Natri hydroxid (NaOH) nguyên chất là chất rắn màu trắng, dạng tinh thể, có khối lượng riêng 2,13 g/ml, nóng chảy ở 318°C và sôi ở 1388°C dưới áp suất khí quyển NaOH tan tốt trong nước, với khả năng hòa tan khoảng 1110 g/l ở 20°C, và quá trình hòa tan tỏa nhiệt mạnh Tuy nhiên, NaOH ít tan hơn trong các dung môi hữu cơ như methanol và ethanol Cả dạng rắn và dung dịch NaOH đều dễ hấp thụ CO₂ từ không khí, do đó cần được chứa trong các thùng kín để tránh phản ứng không mong muốn.
NaOH là một dung dịch mạnh có tính ăn da và khả năng ăn mòn cao, do đó cần đặc biệt lưu ý về an toàn lao động và bảo vệ thiết bị trong quá trình sản xuất Ngành công nghiệp sản xuất NaOH đóng vai trò quan trọng trong nền công nghiệp hóa chất, góp phần phát triển các lĩnh vực như dệt may, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hóa dầu và sản xuất phèn.
Khái quát về cô đặc
Cô đặc là phương pháp tăng nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch, thường áp dụng cho các hệ chứa nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hoặc lỏng – lỏng có nhiệt độ sôi chênh lệch lớn thường được thực hiện bằng cách tách một phần dung môi dễ bay hơi hơn, thông qua các phương pháp vật lý – hoá lý Tùy thuộc vào tính chất của cấu tử khó bay hơi hoặc không bay hơi trong quá trình cô đặc, người ta có thể sử dụng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hoặc phương pháp làm lạnh để kết tinh và tách dung môi.
1.3.2 Các phương pháp cô đặc
1.3.2.1 Phương pháp nhiệt ( đun nóng)
Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi nhiệt độ tăng, dựa trên nguyên lý áp suất riêng phần bằng với áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng Đối với các dung dịch không chịu nhiệt độ cao, việc cô đặc ở nhiệt độ thấp là cần thiết để giữ nguyên tính chất sản phẩm, đặc biệt là khi nhiệt độ cao có thể gây biến đổi hóa học Phương pháp cô đặc chân không được sử dụng phổ biến nhằm duy trì nhiệt độ thấp phù hợp với đặc tính của dung dịch, giúp bảo vệ chất lượng sản phẩm trong quá trình cô đặc.
Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nhất định, một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Quá trình kết tinh này phụ thuộc vào tính chất của cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng, xảy ra ở nhiệt độ cao hoặc thấp Đôi khi, để thúc đẩy quá trình kết tinh, người ta phải sử dụng máy lạnh để duy trì nhiệt độ phù hợp.
1.3.2.3 Bản chất của sự cô đặc bằng phương pháp nhiệt Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), 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 phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do
Chênh lệch khối lượng riêng giữa các phần tử phía trên mặt và dưới đáy tạo thành quá trình tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc, giúp tăng hiệu quả quá trình tinh chế Việc tách không khí và lắng keo góp phần ngăn chặn sự hình thành bọt khí, đảm bảo quá trình cô đặc diễn ra liên tục và hiệu quả hơn Đây là hai yếu tố quan trọng trong quá trình cô đặc để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
1.3.3 Ứng dụng của quá trình cô đặc
Quá trình cô đặc được sử dụng phổ biến trong công nghiệp nhằm tăng nồng độ các dung dịch loãng hoặc để tách các chất hòa tan, thường đi kèm với quá trình kết tinh Trong sản xuất thực phẩm, cô đặc các dung dịch như đường, mì chính, nước trái cây là bước quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm Trong ngành hóa chất, việc cô đặc dung dịch như NaOH, NaCl, CaCl2 giúp tập trung các hợp chất vô cơ cần thiết cho quá trình sản xuất Hiện nay, phần lớn các nhà máy hóa chất và thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một phương pháp hiệu quả để đạt được nồng độ sản phẩm mong muốn Dù chỉ là hoạt động gián tiếp, quá trình cô đặc lại đóng vai trò thiết yếu và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy Với sự phát triển của công nghệ, việc nâng cao hiệu suất và đảm bảo an toàn cho thiết bị cô đặc là điều tất yếu, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.
Để đáp ứng yêu cầu đó, các kỹ sư cần trang bị kiến thức vững chắc và phong phú hơn về các nguyên lý của thiết bị cô đặc Họ cần chủ động khám phá và cập nhật những nguyên lý mới nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình cô đặc Việc liên tục mở rộng kiến thức giúp kỹ sư đối mặt với những thách thức mới trong ngành công nghiệp và tối ưu hóa hoạt động của thiết bị Chính vì vậy, đào tạo chuyên sâu và nghiên cứu liên tục là yếu tố quan trọng để đảm bảo kỹ năng và kiến thức của các kỹ sư phù hợp với yêu cầu phát triển công nghệ.
Thiết bị cô đặc dùng trong phương pháp nhiệt
Nhóm 1 gồm các dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) có khả năng cô đặc các dung dịch khá loãng, có độ nhớt thấp, giúp đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Các thiết bị thuộc nhóm này thích hợp để xử lý các dung dịch có tính chất loãng, nhằm tối ưu quá trình cô đặc và nâng cao hiệu suất truyền nhiệt.
+ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.
+ Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)
Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức) sử dụng thiết bị cô đặc có bơm tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt, giúp tăng cường hệ số truyền nhiệt k và phù hợp cho các dung dịch đặc sệt, có độ nhớt cao Ưu điểm chính của phương pháp này là giảm bám cặn và hình thành kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt, góp phần nâng cao hiệu quả quá trình làm lạnh hoặc sấy Hệ thống bao gồm có buồng đốt trong và ống tuần hoàn ngoài, đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định trong quá trình xử lý.
+ Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3 chuyên xử lý dung dịch chảy thành màng mỏng, sử dụng thiết bị cô đặc cho phép dung dịch trải qua quá trình truyền nhiệt qua bề mặt một lần, không quá trình lâu gây biến chất các thành phần Phương pháp này đặc biệt phù hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép, giúp bảo toàn hương vị và chất lượng sản phẩm.
+ Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.
+ Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.
Theo phương pháp thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở) hoạt động ở nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, giúp duy trì mức dung dịch ổn định trong quá trình cô đặc liên tục Phương pháp này được sử dụng để tối đa hóa năng suất và rút ngắn thời gian cô đặc, phù hợp với các quy trình đòi hỏi hiệu quả cao.
Cô đặc áp suất chân không giúp dung dịch có nhiệt độ sôi thấp hơn ở áp suất chân không, từ đó tăng hiệu quả quá trình cô đặc Quá trình này đảm bảo dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, đồng thời sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Cô đặc nhiều nồi nhằm mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt, tuy nhiên số nồi không nên quá lớn để duy trì hiệu quả tiết kiệm tối ưu Người ta có thể áp dụng các phương pháp cô đặc như cô chân không, cô áp lực hoặc kết hợp cả hai để nâng cao hiệu quả Ngoài ra, việc sử dụng hơi thứ cho các mục đích khác giúp tối đa hóa lợi ích kinh tế của quá trình cô đặc.
- Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể được điều khiển tự động nhưng hiện chưa có cảm biến đủ tin cậy.
1.4.2 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc
Trong hệ thống công nghệ, các thiết bị chính gồm ống nhập liệu, ống tháo liệu và ống tuần hoàn đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành Ống truyền nhiệt giúp chuyển đổi năng lượng hiệu quả, trong khi buồng đốt và buồng bốc đảm nhận nhiệm vụ xử lý quá trình cháy và bay hơi Các thành phần như đáy, nắp và các ống dẫn cung cấp hệ thống vận chuyển khí, hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng và khí không ngưng, đảm bảo hoạt động ổn định và tối ưu của toàn bộ thiết bị.
Các thiết bị phụ trợ đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành như bể chứa nguyên liệu, bể chứa sản phẩm, bồn cao vị và lưu lượng kế giúp kiểm soát chính xác lưu lượng và lượng tồn kho Thiết bị gia nhiệt và thiết bị ngưng tụ baromet đảm bảo quá trình nhiệt hóa và làm lạnh diễn ra hiệu quả Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị, bơm tháo liệu, bơm nước vào thiết bị ngưng tụ và bơm chân không hỗ trợ vận chuyển, điều chỉnh lưu lượng và duy trì áp suất tối ưu trong hệ thống Các van và thiết bị đo nhiệt độ, áp suất giúp giám sát và kiểm soát các thông số kỹ thuật chính xác, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn của toàn bộ hệ thống.
Lựa chọn thiết bị cô đặc dung dịch NaOH
Thiết bị được chọn là thiết bị cô đặc một nồi liên tục hoạt động ở áp suất chân không, có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm nhờ vào những ưu điểm vượt trội như cấu tạo đơn giản, dễ dàng vệ sinh và sửa chữa Thiết bị phù hợp để xử lý các dung dịch có độ nhớt cao như NaOH Việc làm việc ở áp suất chân không giúp giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, từ đó giảm thiểu chi phí năng lượng và nâng cao hiệu quả quá trình cô đặc.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trình công nghệ
Nguyên liệu chính là dung dịch NaOH có nồng độ 15%, được bơm từ bể chứa lên bồn cao vị để chuẩn bị xử lý Từ bồn cao vị, dung dịch NaOH chảy qua lưu lượng kế nhằm kiểm soát lượng truyền đi chính xác trước khi tiếp tục qua thiết bị gia nhiệt Trong quá trình gia nhiệt, dung dịch NaOH được đun nóng đến nhiệt độ sôi một cách hiệu quả, đảm bảo quá trình phản ứng và xử lý diễn ra thuận lợi.
Thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm là thiết bị trao đổi nhiệt hình trụ đứng, gồm nhiều ống nhỏ bên trong, được giữ chắc chắn trên vỉ ống và hàn vào thân thiết bị Nguồn nhiệt cung cấp qua hơi nước bão hoà áp suất 4 at, nằm bên ngoài ống (vỏ) Dung dịch chảy từ dưới lên trong ống, trong khi hơi nước ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt để nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi Sau quá trình gia nhiệt, dung dịch chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi, còn hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và thoát ra ngoài qua hệ thống dẫn nước ngưng.
Nồi cô đặc hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt truyền từ buồng đốt phía dưới, bao gồm các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm Trong quá trình làm việc, dung dịch đi qua các ống này và được đốt để tạo ra nhiệt, giúp tăng cường quá trình cô đặc hiệu quả Thiết kế của nồi đảm bảo sự liên tục trong quá trình truyền nhiệt, tối ưu hóa năng lượng và nâng cao năng suất cô đặc.
Hơi nước bão hòa đi ngoài ống, phần hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động trong ống, giúp quá trình sôi và hoá hơi một phần dung môi Dung dịch di chuyển từ trên xuống trong ống, nhận nhiệt từ hơi đốt ngưng tụ và trở nên cô đặc đến nồng độ 30% khối lượng Hơi ngưng tụ trong ống dẫn nước ngưng chảy ra ngoài, trong khi phần hơi của thiết bị cô đặc được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet, nơi sử dụng nước để ngưng tụ hơi; phần hơi không ngưng tụ sẽ được chuyển qua thiết bị tách lỏng để ngưng tụ phần hơi còn lại, còn khí không ngưng tụ sẽ bị hút ra ngoài bằng bơm chân không để đảm bảo quá trình cô đặc hiệu quả.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
Thiết kế thiết bị chính
3.2.1 Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc
3.2.1.1 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi
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:
Trong đó: α 1 : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng
15 r - ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hoà ở áp suất 4 at (2141 kJ/kg)
H - chiều cao ống truyền nhiệt (H = h0 = 1,5 m)
A - hệ số, đối với nước thì phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm ρ2λ3 0,25
∆t1 = T – tvng: Hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và vách ngoài của thành thiết bị
Bảng Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm (℃) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Giá trị ∆t1 được giả thuyết và kiểm tra bên dưới.
Bảng Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị Δtt1 t vng H α1 q1
Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng tụ:
3.2.1.2 Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi
Giả sử chế độ sôi sủi bọt và quá trình là đối lưu tự nhiên.λ
Ta có: λ dd 0,565 ρ 2 C dd μ n 0,435 W α 2 = α n ( ) [( dd
Trong đó: α2, αn: Hệ số cấp nhiệt của dung dịch sôi và nước (W/m 2 độ) α = 0,145∆t 2,33 P 0,5 (
P: Áp suất tuyệt đối trên bề mặt thoáng (lấy bằng áp suất hơi thứ)
∆t 2 : Hiệu số nhiệt độ giữa vách trong của ống truyền nhiệt và dung dịch sôi (℃) ∆t 2 = t vtr − t sdd = 112,734 – 103,343 = 9,39 o C
+ cdd = 3323,425 J/(kg.K) - nhiệt dung riêng của dung dịch ở tsdd(Ptb)
+ cdm= 4239,686 J/(kg.K) - nhiệt dung riêng của nước ở tsdm(Ptb)
+ dd = 1,769 Cp= 1,769.10 -3 Pa.s - độ nhớt của dung dịch ở tsdd(Ptb)
+ dm = 0,332.10 -3 Pa.s - độ nhớt của nước ở tsdm(Ptb)
- khối lượng riêng của dung dịch ở tsdd(Ptb) + dm = 966,74 kg/m3 - khối lượng riêng của nước ở tsdm(Ptb)
+ λdd= 0,589 W/(m.K) - hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở tsdd(Ptb)
+ λdm = 0,679 W/(m.K) - hệ số dẫn nhiệt của nước ở tsdm(Ptb)
Với tsdd(Ptb) = 103,343 và t(P tb ) = 87,822 sdm c dm , dm , dm , λ dm : tra bảng I.249, tr 311, [2]
dd : tra bảng 4, tr 11, [1] λdd được tính theo công thức (I.32), tr 123, [2]:
+ A – hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng.
+ M – khối lượng mol của hỗn hợp lỏng, ở đây là hỗn hợp NaOH và H2O M
= a.MNaOH + (1 – a).MH2O = a.40 + (1 – a).18; kg/kmol a là phần mol của dung dịch NaOH
Xem nồng độ NaOH trong dung dịch là 30% (xc) x c a= x c 1-xc =0,1617
Nhiệt tải riêng của dung dịch: q 2 = α 2 Δt 2 = 3342,8 9,391 = 31393,3 (W/m 2 )
3.2.1.3 Nhiệt tải riêng phía thành thiết bị
Trong đó: Σr: tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt (m 2 độ/W) rc1: nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt chọn nước có chất lượng trung bình: rc1 1
Trong quá trình chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt, thép không gỉ X18H10T được lựa chọn do hệ số dẫn nhiệt λ = 16,3 W/m-độ, phù hợp với yêu cầu truyền nhiệt hiệu quả Nhiệt trở dung dịch sôi có lớp cặn bẩn dày 0,5mm, với giá trị rc2 = 0,387.10⁻³ m².K/W, được xác định dựa trên bảng VI.1/4 [3], giúp đánh giá khả năng truyền nhiệt của hệ thống Độ dày của ống truyền nhiệt δ được chọn là 2.10⁻³ m để đảm bảo độ bền và truyền nhiệt tối ưu Chênh lệch nhiệt độ Δt_v giữa hai vách được tính bằng hiệu số giữa nhiệt độ của vách ngoài và vách trong, giúp kiểm soát hiệu quả quá trình truyền nhiệt.
Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt: Σr = 0,3448.10 -3 +
Với quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định nên qv = q1 = q2= 32024,9 (W/m 2 )
3.2.1.4 Nhiệt tải riêng trung bình
Nhiệt tải riêng trung bình: q 1 +q 2 33024,92+31393,3 2 q tb = = = 31709.13 (W/m )
Kiểm tra lại giả thuyết Δt1 thỏa mãn khi:
Vậy sai số có thể chấp nhận được
3.2.1.5 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K
K được tính thông qua các hệ số cấp nhiệt:
3.2.1.6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Chọn F = 63 m 2 ( Theo bảng VI.6 Trang 82 [3] )
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Nhiệt độ tường phía hơi ngưng t v1 0 C 139,8
Nhiệt độ tường phía dung dịch sôi t v2 0 C 84,388
Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng α1 W/(m 2 K) 10330,62
Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi α2 W/(m 2 K) 3342,8
Bề dày ống truyền nhiệt δ m 0,002
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống λ W/(m.K) 16,3
Nhiệt trở phía hơi nước r1 (m 2 K)/W 0.3448.10 3
Nhiệt trở phía dung dịch r2 (m 2 K)/W 0,387.10 -3
Hệ số truyền nhiệt tổng quát K W/(m 2 K) 799,69
Nhiệt tải riêng trung bình q tb W/m 2 31709.13
Diện tích bề mặt truyền nhiệt F m 2 63
Tính toán kích thước thiết bị cô đặc
3.3.1 Tính kích thước buồng đốt
Tính số ống truyền nhiệt theo công thức III-49/134 [4]: n F
– diện tích bề mặt truyền nhiệt d – đường kính của ống truyền nhiệt chọn d = dt = 25 mm bảng VI.6 Trang 82 [3]
Số ống truyền nhiệt là : n = 3,14 0,025 1,5 63 = 534 ống
Theo bảng V.11, trang 48, Sổ tay QTTB tập 2, chọn số ống là : 613 ống, trong đó số ống trên đường xuyên tâm là 27 ống
3.3.1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm Để xày ra tuần hoàn tự nhiên liên tục trong buồng đốt, đường kính ống tuần hoàn được xác định sao cho tiết diện ngang của ống bằng 25% đến 35% tổng tiết diện của các ống truyền nhiệt ( Chọn 30%) Áp dụng công thức (III.26), trang 121, [6]:
3.3.1.3 Đường kính buồng đốt Đối với thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm và ống đốt được bố trí theo hình lục giác đều, đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức (5.10), trang 192 [5]
Với: t: bước ống, t= .dn = 1,4.0,029 = 0,0406 m α = 60 o – góc ở đỉnh của tam giác đều ϕ : hệ số sử dụng vỉ ống, thường có giá trị từ 0,7 đến 0,9 Chọn ϕ = 0,8.
Dựa theo đường kính tiêu chuẩn cho vỏ buồng đốt, Chọn Dt = 1,4m
3.3.1.4 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt
Phân bố 613 ống truyền nhiệt được phân bố hình lục giác đều như sau:
Số ống trên đường trung tâm 27
Tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân 547
Số ống trong các hình viên phân 66
Tổng số ống của thiết bị 613
Bạn cần thay thế các ống truyền nhiệt nằm giữa hình lục giác đều bằng ống tuần hoàn trung tâm để đảm bảo hiệu quả làm mát tối ưu Việc này dựa trên điều kiện thay thế được xác định từ công thức (V.140), trang 49 trong tài liệu tham khảo [3], giúp nâng cao hiệu suất truyền nhiệt của hệ thống.
Chọn b = 9 ống, được thay thế có ống theo bảng V.11, trang 48, [3] Như vậy, vùng ống truyền nhiệt cần 9 ống trên đường xuyên tâm
Số ống truyền nhiệt cần được thay thế: n = 4 ( b –1)+1= 4 (9 – 1) + 1= 61 ống
Số ống truyền nhiệt còn lại: n’ = 613 – 61 = 552 ống
Diện tích bề mặt truyền nhiệt lúc này là:
3.3.2 Tính kích thước buồng bốc
Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc:
W – Suất lượng hơi thứ ( kg/h)
w = 0,3743 – Khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc p 0 = 0,6275 at ( tra bảng I.251, trang 314, [2])
Tốc độ hơi thứ trong buồng bốc:
Db: Đường kính buồng bốc, m
Tốc độ lắng Được tính theo công thức 5.14, trang 326 [5]
= 967,61 kg/m 3 : Khối lượng riêng của giọt lỏng ở tsdm(p0) = 86,5 o C
= 0,3743 – Khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc p0 = 0,6275 at d: đường kính giọt lỏng, chọn d = 0,0003 m ( trang 292, [5])
: Hệ số trở lực, tính theo Re:
Với: w : = 0,012.10-3 Pa.s – độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất 0,6275 at
Vận tốc của hơi thứ trong buồng bốc không được quá 70 – 80% vận tốc lắng do đó:
Chọn D b = 1800 mm, theo tiêu chuẩn trang 19, [5]
1, 8 2 Vậy đường kính buồng bốc là Db = 1800 mm
Cường độ bốc hơi thể tích cho phép được tính theo công thức VI.33, trang 72, [3]
Utt(1at) – cường độ bốc hơi thể tích cho phép ở áp suất xác định P = 1 at
Utt(1at) = 1600 ~ 1700 m 3 /(m 3 h) f – hệ số hiệu chỉnh, suy ra từ hình VI.3, trang 72, Sổ tay QTTB tập 2 ta có f = 1,1
.U tt 0,3743.1815 Chiều cao buồng bốc được tính theo công thức VI.33, trang 72, [3]
Nhằm mục đích an toàn, chọn Hb = 2m
3.3.3 Tính kích thước các ống dẫn Đường kính trong tính toán của các ống dẫn của thiết bị cô đặc dung dịch NaOH được tính theo công thức VI.41, trang 74, [3]: d 4.G
G– lưu lượng khối lượng của lưu chất; kg/s ω – vận tốc dòng chảy của lưu chất, m/s ρ – khối lượng riêng của lưu chất, kg/m 3
Vật liệu làm ống dẫn là thép X18H10T Kích thước thực tế của các ống dẫn được chọn theo kích thước chuẩn (bảng XIII.26, trang 409, [3])
Nhập liệu chất lỏng ít nhớt (dung dịch NaOH 15% ở 102 o C), Chọn
Tháo liệu chất lỏng ít nhớt ( dung dịch NaOH 30% ở 105,52 oC) , chọn =1m/s
Dẫn hơi nước bão hòa với áp suất 4at, chọn = 20m/s (trang 74, [3]) ρ = 0,4718 kg/m 3 (tra bảng I.251, trang 315, [2]).
Dẫn hơi nước bão hoà ở áp suất 0,6275 at Chọn v = 20 m/s(trang 74, [3]) ρ = 0,3473 kg/m 3 (tra bảng I.251, trang 314, [2]).
Dẫn nước lỏng cân bằng với hơi nước bão hoà ở 4 at Chọn v = 0,75 m/s(trang 74, [3])
3.3.3.6 Ống dẫn khí không ngưng
3.3.4 Bảng kết quả Đường kính Chiều cao
TÍNH BỀN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH
Tính bền cho thân thiết bị
4.1.1 Tính bền cho thân buồng đốt
Sơ lược về cấu tạo:
- Buồng đốt có đường kính trong: Dt = 1,4m, chiều cao H = 1,5 m
- Vật liệu chế tạo là thép X18H10T, có bọc lớp cách nhiệt
Chọn kiểu hàn hồ quang một phía có tấm lót với hệ số bền mối hàn φDcth = 0,9.
4.1.1.1 Tính bề dày của thân buồng đốt
Hơi đốt đi vào trong thiết bị ở trạng thái bão hòa tại pD = 4 at, gây áp suất trong buồng đốt chịu áp suất cao Áp suất làm việc của buồng đốt được xác định là pm = pD – pa = 4 – 1 = 3 at, tương đương với 0,294 N/mm², đảm bảo khả năng vận hành an toàn và hiệu quả của thiết bị chịu áp suất trong quá trình đốt cháy.
Thiết bị chứa dung dịch NaOH đòi hỏi phải chú ý đến áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành Áp suất này được tính toán dựa trên công thức cụ thể, giúp kiểm soát tốt hơn các yếu tố liên quan đến độ cao của cột chất lỏng và khả năng chịu lực của thiết bị Việc hiểu rõ và áp dụng đúng công thức tính áp suất thủy tĩnh là bước quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống chứa NaOH một cách an toàn và hiệu quả.
+ Nhiệt độ tính toán tT= tD + 20 = 142,9 + 20 = 162,9 ( o C)
+ ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở
9,81 1,5 = 0,313 (N/mm 2 ) tT là [σ]* = 115 (N/mm]* = 115 (N/mm 2 )
Chọn hệ số hiệu chỉnh : η = 0,95 ( có bọc cách nhiệt), (trang 17, [6])
ứng suất cho phép được tính theo công thức I-9, trang 17, [5]
+ Tra bảng 2.12, trang 34, Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, modun đàn hồi của vật liệu ở tT = 162,9 oC là: E = 2,05.10 5 (N/mm 2 )
bề dày tối thiểu thân buồng đốt được tính theo (công thức 5-3, trang 96, [6])
Dựa theo bảng 5-1, trang 94, [6] với đường kính trong buồng đốt Dt = 1000 mm, chọn bề dày tối thiểu Smin = 4 mm Ta thấy S’ < Smin , do đó chọn S’ = Smin = 4mm
Chọn hệ số ăn mòn hóa học là Ca = 1
Vật liệu được xem là bền cơ học Cb = Cc =0
Chọn hệ số bổ sung C 0 = 0,4 mm (theo bảng XIII.9, trang 364, Sổ tay QTTB tập 2)
Hệ số bổ sung bề dày là: C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,4 = 1,4 (mm)
+ Kiểm tra lại bề dày buồng đốt: Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [6]
+ kiểm tra áp suất tính toán cho phép ở bên trong thân buồng đốt theo công thức 5-11, trang 97, [6]
Vậy bề dày của thân buồng đốt S = 6 mm. Đường kính ngoài của buồng đốt: Dn = Dt + 2.S = 1400 + 2.6 = 1412 mm
4.1.1.2 Tính bền cho các lỗ ở thân buồng đốt Đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng được tính theo công thức 8.2, trang 162, [6] : d max 3, 7 3 D t ( S C a ).(1 k )
Dt = 1400mm: Đường kính trong của buồng đốt
S = 6: Bề dày của buồng đốt
30 k: Hệ số bền của lỗ được tính theo công thức 8-2 trang 162 k P D t t
Trong hệ thống buồng đốt, ống dẫn hơi đốt có đường kính lớn hơn hoặc bằng 0 mm và vượt quá giới hạn tối đa của ống dẫn nước ngưng, đảm bảo hiệu quả vận chuyển hơi đốt Ngoài ra, ống dẫn nước ngưng có đường kính nhỏ hơn giới hạn tối đa, nhằm tối ưu quá trình thoát nước ngưng Trong khi đó, ống dẫn khí không ngưng có đường kính khoảng 40 mm, nhỏ hơn giới hạn tối đa, phù hợp để truyền khí không ngưng hiệu quả.
Cần tăng cứng cho lỗ của hơi đốt vào, dùng bạc tăng cững với bề dày khâu tăng cứng bằng bề dày của thân buồng đốt ( 6mm)
4.1.2 Tính bền cho thân buồng bốc
Sơ lược về cấu tạo:
- Buồng bốc có đường kính trong là 1800 mm, chiều cao H=2m = 2000 mm
- Vật liệu chế tạo là thép X18H10T, có bọc lớp cách nhiệt
Chọn kiểu hàn hồ quang một phía có tấm lót với hệ số bền mối hàn φDcth = 0,9
4.1.2.1 Tính bề dày thân buồng bốc
+ Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân không nên thiết bị chịu áp suất ngoài Do đó,áp suất làm việc của buồng bốc:
(N/mm 2 ) Với pa là áp suất khí quyển
+Nhiệt độ hơi thứ ra là tsdm (P0) = 86,5 oC.Thiết bị có bọc lớp cách nhiệt nên nhiệt độ tính toán của thân buồng bốc:
+ Theo hình 1.2, trang 16, [6]: ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tT = 106,5 oC là:
Chọn hệ số hiệu chỉnh : η = 0,95 ( có bọc cách nhiệt), (trang 17, [6])
ứng suất cho phép được tính theo công thức I-9, trang 17, [6])
+ Modul đàn hồi của vật liệu ở tT là: E = 2,05.10 5 (N/mm 2 )
Chọn hệ số an toàn khi chảy ηc = 1,65 Khi đó, giới hạn chảy của vật liệu làm thân được tính theo công thức 1-9, trang 17, [6])
+ Bề dày tối thiểu thân buồng bốc được tính theo công thức 5-14, trang 98 ,[6]
Dựa theo bảng 5-1, trang 94, [6], với đường kính trong buồng bốc Dđt = 14800 mm, chọn bề dày tối thiểu
Ta thấy: S’ > Smin , do đó chọn S’ = 7,45mm
Với S′ = 7,45 mm, tra bảng XIII.9, trang 364, [3], chọn C0 = 0,8 mm.
Hệ số bổ sung bề dày: C= Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,8 = 1,8 (mm)
+ Kiểm tra lại bề dày buồng bốc:
Kiểm tra lại với hai điều kiện theo công thức 5-15 và công thức 5-16, trang 97, [6]
+ kiểm tra áp suất ngoài cho phép của thânbuồng bốc theo công thức 5-19, trang 9, [6]
Vậy bề dày của thân buồng bốc Sb = 10 mm Đường kính ngoài của buồng bốc: D bn = D b + 2.S b = 1800 + 2.10 = 1820 mm
4.1.2.2 Tính bền cho các lỗ ở thân buồng bốc Đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng được tính theo công thức 8-2, trang 162, [6] d max
Hệ số bền lỗ được tính theo công thức 8-2, trang 162, [6] k P D b b
So sánh: Ống nhập liệu S@ mm < dmax
Kính quan sát d 0 mm > dmax
dùng bạc tăng cứng cho kính quan sát với bể dày khâu tăng cứng bằng bề dày của thân buồng bốc (10 mm)
4.1.2.3 Tính toán phần nón cụt nối giữa buồng đốt và buồng bốc
Chọn chiều cao của phần gờ nối với buồng đốt là Hg = 45mm
Chiều cao của phần nón cụt nối giữa buồng đốt và buồng bốc:
Tính bền cho nắp thiết bị
4.2.1 Sơ lược về cấu tạo
Lựa chọn sơ bộ kích thước của nắp thiết bị ellipse
- Đường kính trong: Dat = Dbt = 1800 mm
- Bán kính trong: Ra = 1800 mm
- Vật liệu chế tạo là thép X18H10T
- Chọn kiểu hàn hồ quang một phía có tấm lót với hệ số bền mối hàn φDcth = 0,9
- Nắp chịu áp suất ngoài: Pn = 1,3725 at = 0,1345 N/mm 2
-Nhiệt độ tính toán của nắp giống như buồng bốc là tt = 86,5 + 20 = 106,5 o C (nắp có bọc lớp cách nhiệt)
- Chọn bề dày tính toán nắp S = 10 mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc Kiểm tra :
= 218,22 x. t 0,7.201,3 c với:x – tỉ số giới hạn đàn hồi của vật liệu làm nắp với giới hạn chảy của nó ở nhiệt độ tính toán, đối với thép không gỉ, chon x = 0,7
Từ đó, áp suất ngoài cho phép được tính theo công thức 6-13, trang 127, [6]:
.R a với:[σ]* = 115 (N/mmn] – ứng suất nén cho phép của vật liệu, N/mm 2 β
Dựa theo bảng 1-6, trang 14, [6], chọn hệ số an toàn khi nén ηB = 2,6 Khi đó, ứng suất nén cho phép của vật liệu được tính theo công thức 1-9, trang 17,
Vậy bề dày của nắp ellip là Sa = 10mm
4.2.2.2 Tính bền cho các lỗ Ở nắp chỉ có ống dẫn hơi thứ nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng được tính theo công thức 8-3, trang 162, [6]:
- S mm – bề dày đáy thiết bị; mm
- S’ =7,45 mm – bề dày tính toán tối thiểu của đáy; mm (chọn theo cách tính của buồng bốc)
- Ca – hệ số bổ sung do ăn mòn; mm
- Dt – đường kính trong của nắp; mm
Trong hệ thống dẫn hơi, so sánh đường kính ống là d = 400 mm lớn hơn nhiều so với 101,87 mm, do đó, cần sử dụng bạc tăng cứng cho ống dẫn hơi thứ Bề dày của bạc tăng cứng được khuyên dùng là 10 mm để đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực của hệ thống ống dẫn khí Việc lựa chọn bạc tăng cứng phù hợp giúp nâng cao hiệu suất vận hành và kéo dài tuổi thọ của các ống dẫn trong hệ thống.
Tính bền cho đáy thiết bị
4.3.1 Sơ lược về cấu tạo
Lựa chọn sơ bộ kích thước của đáy thiết bị hình nón( bảng XIII.21 trang 394, [3])
- Đường kính trong: Dđt = 1,4m = 1400 mm
- Chiều cao gờ hđ = 40 mm
- Bán kính gờ rđ = 210 mm
- Chọn kiểu hàn một phía có hệ số bền mối hàn là: φDct =0,9
4.3.2.1 Tính bề dày của đáy thiết bị Đáy có áp suất tuyệt đối bên trong P0 = 0,6275 at
→ Đáy nón chịu áp suất ngoài Áp suất làm việc của đáy: P m = 1 – 0,6275 = 0,3725 at = 0,3725.0,098 = 0,0365 (N/mm 2 ) Áp suất tính toán được tính theo công thức:
Pm: Áp suất làm việc của đáy thiết bị ρdd – khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ sôi, ρdd = 1273,25 kg/m 3
Với Hop là chiều cao mực chất lỏng tính theo kính quan sát mực chất lỏng, được tính theo công thức 2.20, trang 108, [7]
→Áp suất tính toán: Pbtt = Pm + ρhh.g.H = 0,0365 + 1273,25.9,81.2,303.10 -6
= 0,065 N/mm 2 Nhiệt độ tính toán: tđtt = tc + 20 = 105 + 20 = 125 oC
Chọn bề dày sơ bộ của đáy bằng với bề dày thực của thân buồng đốt Sđ = 6 mm
Lực tính toán P nén đáy được tính theo công thức 6-27, trang 133, [6]
Lực nén chiều trục cho phép được tính theo công thức 6-28, trang 133, [6]
Khi đó, nội suy từ bảng 6-4, trang 134, [6] ta có: Kc = 1,23
P = 0,065 N/mm 2 Hệ số an toàn khi chảy η c
Giới hạn chảy của vật liệu: c t = ηc [σ]* = 115 (N/mm]* = 1,65.120 = 198 N/mm 2
39 Đường kính tính toán ′ được tính theo công thức 6-29, trang 133, [6]:
0,17 ( thỏa) Áp suất ngoài cho phép được tính theo công thức 5-19, trang 99, [6]
=0,149 N/mm 2 Điều kiện ổn định của đáy nón được xác định theo công thức 6-31, trang 134, [6]:
Vậy bề dày đáy nón S = 6mm
4.3.2.2 Tính bền cho lỗ ở đáy thiết bị
40 Ở đáy chỉ có ống tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng được tính theo công thức 8-3, trang 162, [6]: d 2.
So sánh với đường kính ống tháo liệu: d@ mm < 73,3 mm
Vậy không cần tăng cứng cho các ống tháo liệu ở đáy thiết bị
Tính bu long và mặt bích
4.4.1 Sơ lược về cấu tạo
- Bu long chế tạo từ thép CT3, mặt bích được làm bằng thép X10H18T
- Mặt bích được dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt và buồng đốt với đáy của thiết bị.
4.4.2 Chọn mặt bích và bu lông
4.4.2.1 Mặt bích nối buồng bốc và buồng đốt
- Buồng đốt và buồng bốc được nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt = 1400 mm.
- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,313 N/mm 2
- Áp suất tính toán của buồng bốc là 0,1345 N/mm 2
→Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py=0,6 N/mm 2
Tra bảng XIII.27, trang 419, [3], ta được kết quả:
N/mm 2 mm mm mm cái
4.4.2.2 Mặt bích nối buồng bốc với nắp
- Buồng bốc và nắp được nối với nhau theo đường kính buồng bốc Dt = 1800 mm.
- Áp suất tính toán của buồng bốc và nắp cùng là 0,1345 N/mm 2
→Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py=0,3 N/mm 2
Tra bảng XIII.27, trang 419, [3], ta được kết quả:
Py Dt Mặt bích Bu lông
N/mm 2 mm mm mm cái
4.4.2.3 Mặt bích nối buồng đốt với đáy
- Buồng đốt và đáy được nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt = 1400 mm.
- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,313 N/mm 2
- Áp suất tính toán của đáy là 0,065 N/mm 2
→Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py=0,3 N/mm 2
Tra bảng XIII.27, trang 419, [3], ta được kết quả:
N/mm 2 mm mm mm cái
Tính vỉ ống
4.5.1 Sơ lược về cấu tạo
- Vỉ ống hình tròn phẳng được làm bằng thép X18H10T, lắp cứng với thân của buồng đốt.
- Áp suất tính toán được lấy như điều kiện của buông đốt với Pt=0,313 N/mm 2
- Nhiệt độ tính toán : Tv = tD = 142,9 o C
- ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tT là [σ]* = 115 (N/mm]* = 118 (N/mm 2 )
- Chọn hệ số an toàn khi uốn là ηB = 2,6 Bảng 1-6, trang 14 [6]
- Ứng suất nén cho phép của vật liệu được tính theo công thức 1-9, trang 17,
Bề dày tối thiểu phía ngoài vỉ ống được tính theo công thức 8-47, trang 181, [6] h ' D K P
Ddt: Đường kính trong của buống đốt
K: Hệ số trong khoảng 0,028 : 0,36 , chọn K=0,3
Pđ : Áp suất tính toán trong ống, N/mm 2
[σ]* = 115 (N/mm]u: Ứng suất uốn cho phép của vật liệu, N/mm 2
Bề dày tối thiểu ở giữa vỉ ống được tính theo công thức 8-48, trang 181, [6]: h ' D K.
K: Hệ số trong khoảng 0,45 : 6 , chọn K = 0,5
0: Hệ số làm yếu vỉ ống do khoang lỗ n
Dd: tổng đường kính các lỗ trên vỉ (ống truyền nhiệt ( 13 hình lục giác ) và ống tuần hoàn trung tâm)
Kiểm tra bền vỉ ống Ứng suất uốn trong vỉ ống được tính theo công thức 8-53, trang 183, [6]
Trong đó: dn = 29mm : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
L= √3 t = √3 0,0435 = 0,038 m Hình 8-14, trang 182, [6] với các ống được bố trí
2 2 theo đỉnh của tam giác đều với bước ống t = 0,0435m
Với h’= 36mm, ta bảng XIII.9 trang 364 [3]
Khi đó bề dày thực của vỉ ống: h = h’ + C = h’ + Ca + C0 = 36 + 1 + 1,1 = 38,1 mm
Tính toán tai treo
- Khối lượng tai treo cần chịu: m= mtb + mdd
- Tổng khối lượng thép làm thiết bị: m tb = m đ + m n + m bb + m bd + m c + m vỉ + m ống TN + m ống TH + m bích + m bu lông + m ốc
Trong đó: mđ : Khối lượng thép làm đáy mn: Khối lượng thép làm nắp
Khối lượng thép làm buồng bốc (45 MBb) là yếu tố quan trọng trong việc xác định độ bền và khả năng chịu lực của hệ thống Khối lượng thép cho buồng đốt (MBd) đảm bảo khả năng chịu nhiệt và áp lực cao trong quá trình vận hành Phần hình nón cụt nối giữa buồng bốc và buồng đốt (Mc) đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền nhiệt và đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống Móng TN, gồm khối lượng thép làm mống, giúp cố định và nâng đỡ các bộ phận liên quan, góp phần duy trì sự ổn định của toàn bộ cấu trúc Khối lượng thép làm ống truyền nhiệt (Mống TH) ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền nhiệt tối ưu, nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt Cuối cùng, khối lượng thép cho ống tuần hoàn trung tâm đảm bảo khả năng lưu thông và phân phối nhiệt đều khắp hệ thống, giúp duy trì hoạt động liên tục và ổn định.
Khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T là ρ1 = 7900 kg/m 3
Khối lượng riêng của thép CT3 là ρ2 = 7850 kg/m 3
Buồng đốt được làm bằng thép không gỉ X18H10T
Bề dày buồng đốt S = 6mm Đường kính ngoài buồng đốt Dn = 1412mm Đường kính trong của buồng đốt: Dt = 1400 mm Chiều cao buồng đốt: H= 1500 mm
Thể tích thép làm buồng đốt: V bđ =
Khối lượng thép làm buồng đốt: mbđ = ρ1.Vbđ = 7900 0,0397 = 313,895 kg
Buồng bốc được làm bằng thép không gỉ X18H10T
Bề dày buồng bốc: Smm Đường kính trong buồng bốc Dt = 1800 mm Đường kính ngoài buồng bốc Dn = 1820 mm
Chiều cao buồng bốc H 00 mm
Thể tích thép làm buồng bốc : V bb =
→ Khối lượng thép làm buồng bốc: mbb = ρ1.Vbb = 7900.0,114 = 897,97 kg 4.6.1.3
Phần nón cụt nối giữa buồng bốc và buồng đốt
Phần nón cụt được chế tạo từ thép không gỉ X10H8T, đảm bảo độ bền và chống ăn mòn cao Đường kính trong lớn của nón cụt bằng buồng kính buồng bốc, với Dtl = 1800mm và Dnl = 1820mm, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu chịu tải lớn Đường kính trong nhỏ của nón cụt là Dtn = 1400mm, tương đương với đường kính buồng đốt Dnn = 12mm, giúp tối ưu hóa hiệu suất quá trình đốt cháy Sản phẩm này phù hợp cho các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao và độ bền lâu dài trong ngành công nghiệp.
Bề dày của phần hình nón cụt (không có tính gờ) bằng bề dày buồng bốc là S mm.
Bề dày của phần gờ nón cụt bằng bề dày buồng đốt : Sg = 6mm
Chiều cao của gờ cón cụt: Hg= 45mm
Chiều cao của hình nón: Hn = 245 mm
Thể tích thép làm hình nón cụt ( có gờ):
12 nl nl nn nn tl tl tn tn 4 dn dt
→Khối lượng thép làm hình nón cụt: mc = ρ1.Vc = 7900 0,0136 = 107,26 kg
Nắp ellipse được làm bằng thép không gỉ X10H8T
Nắp ellipse có : Đường kính trong Dt = 1800mm
Chiều cao gờ : hg = 40mm
Tra bảng XIII.11, trang 384, [3], ta có
Khối lượng nắp ellipse đối với thép cacbon: 183 kg
→Khối lượng nắp ellipse làm bằng thép không ghỉ: mn = 1,01.183 = 184,83 (kg)
4.6.1.5 Đáy nón Đáy nón được làm bằng thép không ghỉ
X18H10T Đáy nón có: Đường kính trong Dt = 1400mm
Tra bảng XIII.11, trang 394, [3], ta có
Khối lượng đáy nón làm bằng thép không gỉ: mđ = 1,01.166 = 167,66(kg)
4.6.1.6 Ống tuần hoàn và ống truyền nhiệt Ống tuần hoàn và ống truyền nhiệt được làm bằng thép không gỉ X18H10T
Số ống tuần hoàn: nth = 61 ống
Số ống truyền nhiệt còn lại: ntn = 552 ống Đường kính trong ống tuần hoàn: Dth = 0,4m
48 Đường kính trong ống truyền nhiệt: Dtn = 0,025 m
V ống = V ống TN + V ống TH
Khối lượng ống: m= ρ1.Vống = 7900 0,144 = 1139 kg
Mặt bích được làm từ thép CT3
Thiết bị có 6 mặt bích:
- 2 Mặt bích nối nắp với buồng bốc
- 2 Mặt bích nối buồng đốt với buồng bốc
- 2 Mặt bích nối buồng đốt với đáy
Thể tích thép làm mặt bích nối nắp với buồng bốc:
Thể tích thép làm mặt bích nối buồng đốt với đáy:
Thể tích thép làm mặt bích nối buồng bốc với buồng đốt:
Tổng thể tích làm mặt bích:
Khối lượng thép làm mặt bích: mbích = ρ2 V = 7850 0,0726 = 570,19 kg
Vỉ ống được chế tạo từ thép không gỉ X18H10T
Vỉ ống có bề dày là Svỉ = 0,04 m, giúp đảm bảo tính khả thi và độ bền của hệ thống Đường kính trong của vỉ ống đạt Dt vỉ = 1,4 m, tối ưu cho quá trình truyền nhiệt hiệu quả Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt là dn = 0,029 m, phù hợp để đảm bảo khả năng truyền nhiệt tối đa Ngoài ra, đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm Dntt = 0,404 m, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống làm mát hoặc truyền nhiệt.
Thể tích thép làm vỉ ống:
Khối lượng thép làm vỉ ống: mvỉ = ρ1.Vvỉ = 7900 0,0837 = 661,11 kg
4.6.1.9 Bu lông và đai ốc
Bu lông được chế tạo từ thép CT3.
Tổng số bu lông ở 6 mặt bích: 128 cái, ốc M24 Đường kính bu lông : D =1,7.db = 1,7 0,024 =0,0408 m
Chiều cao phần bu lông không chứa lõi: H= 0,8.db = 0,8.0,024 = 0,0192 m
Chiều cao phần đai ốc: h’ = 0,8.db = 0,8.0,024 = 0,0192 m
Chiều cao phần lõi bu lông: h’’ = h+2 = 24 + 2= 26 mm = 0,026 m
Kích thước phần ren trống: h’’’ = 9mm
Khối lượng làm bu lông: mbu lông = V’ ρ2.128 = 4,96.10 -5 7850.128 = 49,83 kg
Đai ốc Đai ốc được chế tạo từ thép CT3
Chiều cao đai ốc: h’ =0,8.db = 0,8.0,024 = 0,0192 m Đường kính trong của đai ốc: dt =1,4.db = 1,4 0,024 =0,0408 m Đường kính ngoài của đai ốc: dn = 1,15.dt =1,15.0,0408 = 0,03864 m
Khối lượng đai ốc: mốc = V’’ ρ2.128 = 5,49.10 -6 7850.128 = 5,51 kg
Chi tiết Loại thép Khối lượng, kg
Nắp ellipse X18H10T 184,83 Đáy nón X18H10T 167,66 Ống truyền nhiệt và ống tuần X18H10T 1139 hoàn trung tâm
Bu lông CT3 49,83 Đai ốc CT3 5,51
Tổng khối lượng thiết bị: mtb = 3419,86 kg
Thể tích dung dịch trong thiết bị:
V dd = V đ nón cụt + V dd ống + V dd đáy
Vdd đáy = 0,622 m 3 Bảng XIII.21, trang 394, [3]
Thể tích dung dịch trong các ống:
4 0, 4 2 1, 5 = 0,594 m 3 Thể tích dung dịch trong phần nón cụt nối giữa buồng đốt với buồng bốc:
( D dt 2 D bt 2 D dt D bt ).H nc
Tổng thể tích dung dịch trong thiết bị: V =0,622 + 0,594 + 0,564 = 1,780 m 3
Khối lượng riêng lớn nhất có thể có của dung dịch là khối lượng riêng ở nồng độ
30 % và nhiệt độ tsdd(po): ρddmax = ρdd(30 %, 102 o C) = 1273,25 kg/m 3
→Khối lượng dung dịch lớn nhất: mdd max = Vdd ρddmax = 1,780 1273,25 = 2267,39 kg
Khối lượng tai treo cần chịu: m= mtb + mdd = 3419,86 + 2267,39 = 5687,25 kg
Chọn 4 tai treo thẳng đứng được chế tạo từ thép CT3 Khi đó, tải trọng trên 1 tai treo:
4 9, 81.5687, 25 = 13947,98 N → G = 2,5.10 4 (N) Các thông số của tai treo được chọn từ bảng XIII.36, trang 438, [3]:
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ
Tính toán thiết bị ngưng tụ baromet
5.2.1 Lựa chọn thiết bị ngưng tụ
- Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm
+ Dung môi dễ bay hơi
- Khí bổ sung này cần được giải phóng để tạo môi trường chân không cho thiết bị
Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet) để tối ưu hiệu suất làm việc Trong hệ thống này, nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy từ trên xuống giúp quá trình trao đổi nhiệt diễn ra hiệu quả hơn Khí không ngưng được sẽ được bơm chân không hút ra từ phần trên của thiết bị thông qua bộ phận tách lỏng, đảm bảo vận hành liên tục và ổn định của hệ thống.
- Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng áp suất trong thiết bị và cột áp thuỷ tĩnh bằng với áp suất khí quyển.
5.2.2 Tính toán thiết bị ngưng tụ
- Chọn nhiệt độ không khí bên ngoài là : t = 25 o C
- Độ ẩm tương đối φDct = 80% Theo giản đồ không khí ẩm , h s,3 KJ/kg kk ẩm
- Nhiệt độ đầu của nước lạnh được chọn là t2d = 25 o C
- Với pc = 0,6 at và tc = 85,5 o C
- Nhiệt độ cuối của nước lạnh được chọn là t2c = 85,5 – 10 = 75,5 o C
- Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp, lượng không khí cần hút được tính theo công thức VI.47, trang 84, [3]:
Gn: Lượng nước được tưới vào thiết bị ngưng tụ; kg/s , được tính theo công thức VI.51, trang 84, [3]
W = 2897,5 kg/h ; Lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ i= 2650 KJ/kg : Nhiệt lượng riêng của hơi nước (bảng I.251, trang 314, [2]) cn = 4180 J/Kg.K : Nhiệt dung riêng trung bình của nước
- Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, nhiệt độ không khí được tính theo công thức VI.50, trang 84, [3] tkk= t2d + 4+ 0,1.( t2c – t2d) = 25+4+0,1.(15,5 – 25 ) = 34,05 o C
→ ph = 0,055 at ( tra giản đồ h-x của không khí ẩm)
Thể tích không khí cần hút được tính theo công thức VI.49, trang 84, [3]:
Kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ:
- Đường kính trong của thiết bị được tính theo công thức VI.52, trang 84, [3]:
61 ρh = 0,359 kg/m 3 – khối lượng riêng của hơi thứ ở 0,6 at (tra bảng I.251, trang 314, [3]) ωh = 20 m/s – tốc độ của hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ (chọn)
Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet được chọn theo bảng VI.8, trang 88, [3]:
Kích thước Ký hiệu Giá trị ; mm Đường kính trong của thiết bị D tr 500
Chiều dày của thành thiết bị S 5
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a0 1300 Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến nắp thiết bị a n 1200
Bề rộng của tấm ngăn b -
Khoảng cách giữa tâm của thiết bị ngưng tụ và thiết bị thu hồi K1 675
Chiều rộng của hệ thống thiết bị T 1300 Đường kính của thiết bị thu hồi D 1 400
Chiều cao của thiết bị thu hồi h1(h) 1440 Đường kính của thiết bị thu hồi D 2 - Đường kính của các cửa ra và vào
Hỗn hợp khí và hơi ra d3 80
Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d 5 80
Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d6 50
Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 50 Ống thông khí d 8 -
Tấm ngăn có dạng hình viên phân để bảo đảm làm việc tốt Chiều rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức VI.53, trang 85, [3]: b 50
Có nhiều lỗ nhỏ được đục trên tấm ngăn, nước làm nguội là nước sạch nên đường kính lỗ được chọn là d = 2 mm.
- Lưu lượng thể tích của nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ:
Nhiệt độ trung bình của nước: t tb t
- Chọn chiều cao gờ tấm ngăn là h = 40 mm, chiều dày tấm ngăn là δ = 4 mm, tốc độ của tia nước là ωc = 0,62 m/s
- Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ, nghĩa là trên một cặp tấm ngăn là: f G n
Chọn chiều dày tấm ngăn 4 mm Các lỗ xếp theo hình lục giác đều
: tỉ số giữa tổng diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị ngưng tụ f f
- Chiều cao thiết bị ngưng tụ:
Mức độ đun nóng nước được tính theo công thức VI.56, trang 85, [3]:
Tra bảng VI.7, trang 86, [3] với d = 2 mm và P = 0,835:
+ Khoảng cách giữa các ngăn h = 400 mm
+ Thời gian rơi qua một bậc τ = 0,41 s
Trong thực tế, khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó giảm dần.
Do đó, khoảng cách hợp lý nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng 50 mm cho mỗi ngăn.
Chọn khoảng cách giữa các ngăn là 400 mm.
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là 1300 mm.
Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị là 1200 mm.
Chiều cao phần gờ của nắp là 50 mm.
Chiều cao phần nắp ellipse là 125 mm.
Chiều cao phần đáy nón là 175 mm.
→ Chiều cao thiết bị ngưng tụ: H = 125 + 50 + 1300 + 400.7 + 1200 + 175 = 5650 mm
Chọn đường kính trong của ống baromet là d = 100 mm = 0,1 m
Tốc độ của nước lạnh và nước ngưng tụ chảy trong ống baromet được tính theo công thức VI.57, trang 86, [3]:
Chiều cao ống baromet được tính theo công thức
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 H1 được xác định theo công thức VI.59, trang 86 trong tài liệu tham khảo số [3] Công thức này giúp xác định chính xác chiều cao cột nước dựa trên các giá trị áp suất khí quyển và áp suất trong hệ thống ngưng tụ, đảm bảo quá trình đo lường và điều chỉnh chính xác Việc áp dụng công thức này cần thiết để duy trì cân bằng trong hệ thống kỹ thuật liên quan đến đo lường áp suất khí quyển và nội môi.
Trong đó: b – độ chân không trong thiết bị ngưng tụ; mmHg
+ Chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống h2 được tính theo công thức VI.60, trang 87, [3]:
Chọn hệ số trở lực khi vào ống ξ1 = 0,5 và khi ra khỏi ống ξ2 = 1
Nước lạnh và nước ngưng tụ có:
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15/381 [Sổ tay QTTB tập 1]):
→ Độ nhám tuyệt đối: = 0,2 mm
Regh được tính theo công thức II.60/378 [2]: d
Ren được tính theo công thức II.62/379 [2]: d 9
→ Regh < Re < Ren (khu vực quá độ)
→ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64/380 [2]: ε 100 0,25 0,0002 100 0,25 λ = 0,1 (1,46 d + Re ) = 0,1 (1,46 0,1 + 252422 ) = 0,024
Chọn chiều cao dự trữ h3 = 0,5 m để đề ngăn ngừa nước dâng lên trong ống và chảy tràn vào đường ống dẫn hơi khi áp suất khí quyển tăng
Chọn chiều cao của đoạn ống baromet ngập trong bể nước là h4 = 0,5 m
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Nhiệt độ t c oC 85,5 Áp suất p c t 0,6
Nhiệt độ đầu vào t 2d oC 25
Nhiệt độ đầu ra t 2c oC 75,5
Nhiệt dung riêng cn j/kg.K 4180
Lưu lượng khối lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ Gn Kg/s 10,09 Áp suất hơi nước bão hòa ph at 0,056
Lưu lượng thể tích không khí được hút ra khỏi thiết bị m3/s 0,0138
Nhiệt độ oC 34,05 ĐƯỜNG KÍNH TRONG THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Khối lượng riêng của hơi thứ Kg/m3 0,359
Tốc độ của hơi thứ m/s 20 Đường kính trong mm 500
Chiều rộng tấm ngăn 300 Đường kính lỗ trên tấm ngăn 2
CHIỀU CAO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Mức độ đun nóng nước 0,835
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị 1300
Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị 1200
Tốc độ nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống 1,39 Đường kính trong của ống 100 Độ chân không 319
Hệ số trở lực vào 0,5
Hệ số trở lực ra 1
Khối lượng riêng của nước lạnh và nước ngưng 987,75 Độ nhớt động học 0,000543
Chiều cao của cả thiết bị là ΣH = H + H’ = 5,65 + 6 = 11,65 m
Bồn cao vị được sử dụng để ổn định lưu lượng của dung dịch nhập liệu, giúp duy trì hệ thống hoạt động hiệu quả Việc đặt bồn ở độ cao phù hợp giúp vượt qua trở lực của ống dẫn và đảm bảo dung dịch trong nồi cô đặc luôn duy trì mức độ ổn định Điều này góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao năng suất thiết bị.
- Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (mặt thoáng của bồn cao vị) và 2 – 2 (mặt thoáng của nồi cô đặc):
+ ρ = 1171,97 kg/m 3 – khối lượng riêng của dung dịch NaOH 15 % ở ttb = 66,1 o C
+ μ = 0,00165 Ns/m 2 – độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 15 % ở ttb (bảng I.107, trang 100, [2])
5.2.3.1 Tính toán hệ số ma sát và hệ số trở lực cục bộ
Tốc độ dung dịch ở trong ống được tính theo công thức VI.41 trang 74 , [2]:
Vật liệu là t hép CT3 có độ nhám tuyệt đối εQD = 0,05Q = 0,2 mm, ta được: Re gh = 7289,343, Re n = 239201,5
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64/380 [2]: ε 100 0,25 0,0002 100 0,25 λ = 0,1 (1,46 d + Re ) = 0,1 (1,46 0,1 + 49711,55 ) = 0,0265
Trên đường ống dẫn có 6 co 90°, 2 van, 1 đầu vào và 1 đầu ra, tổng hệ số trở lực được tính như sau:
∑ =6.ξ co + 2.ξ van + ξ vào + ξ ra = 6.1 + 2.1,5 + 0,5 + 1 = 10,5 5.2.3.2 Tính toán chiều cao của bồn cao vị
Chiều cao cột áp hao phí: h
Khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch ở bồn cao vị đến mặt đất:
Vậy khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch ở bồn cao vị đến mặt đất là 14m
Bơm
Công suất của bơm chân không: m−1
Chỉ số đa biến nằm trong khoảng từ 1,2 đến 1,62, và ta chọn m = 1,62 để phù hợp với các điều kiện của hệ thống Áp suất không khí trong thiết bị ngưng tụ được tính bằng p₁ = p_c – p_h = 0,6 – 0,056 = 0,544 atm, trong đó p_c là áp suất quy chuẩn và p_h là áp suất hơi nước trong hỗn hợp Áp suất hơi nước trong hỗn hợp được xác định là p₂ = p_a = 1 atm, tương đương với 9,81×10^4 N/m², phản ánh áp lực của khí quyển bao quanh hệ thống.
Vkk: lưu lượng thể tích không khí cần hút ηck = 0,8: hệ số hiệu chỉnh
Tốc độ hút ở 0℃ và 760 mmHg là S = 0,01.60 = 0,6 m 3 /phút
Ta chọn bơm có ký hiệu là BH-025-2 với các thông số:
Tốc độ bơm trong vùng áp suất 760 – 1 mmHg (L/s) 0,25
Công suất động cơ (kW) 0,18
Kích thước tổng thể dài x rộng x cao (mm) 330 x 243,5 x 229
5.3.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ
H: cột áp của bơm (m) η: hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75. ρ = 996,66 kg/m 3 – khối lượng riêng của nước ở 25℃
Q: lưu lượng thể tích của nước lạnh được tưới vào thiết bị ngưng tụ (m 3 /s)
= 0,01 m 3 /s Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 - 1 (mặt thoáng của bể nước) và 2 – 2 (mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ): p v 2 p v 2
2 2 v1 = v2 = 0 m/s p1 = 1 at p2 = 0,6 at μ = 0,000874 Ns/m 2 – độ nhớt động lực của nước ở 25℃ (bảng I.249/310
[2]) z1 = 2 m: khoảng cách từ mặt thoáng của bể nước đến mặt đất z2 = 12 m: khoảng cách từ mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ đến mặt đất
Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ là l = 13 m.
Tốc độ của dòng chảy trong ống: v =
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15/381 [2]) → độ nhám tuyệt đối là ε = 0,2 mm.
Regh được tính theo công thức II.60/378 [1]:
Ren được tính theo công thức II.62/379 [1]: d
→ Regh < Re < Ren (khu vực quá độ)
→ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64/380 [1]: ε 100 0,25 0,0002 100 0,25 λ = 0,1 (1,46 d + Re ) = 0,1 (1,46 0,1 + 145963 ) = 0,025
Các hệ số trở lực cục bộ:
Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξvào 0,5 1 Đầu ra ξra 1 1
Tổng tổn thất trên đường ống: h 1−2 = v 2
Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch hoặc hơi bẩn Ký hiệu bơm là K.
5.3.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị
H: cột áp của bơm (m) η: hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75. ρ = 1126,3 kg/m 3 – khối lượng riêng của dung dịch nhập liệu
1126,3 Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 - 1 (mặt thoáng của bể chứa nguyên liệu) và 2 – 2 (miệng ống nhập liệu):
Trong hệ thống dẫn dòng, vận tốc dung dịch tại hai mặt cắt được xác định là v1 và v2, với v1 = 0 và v2 = v, cho thấy dòng chảy qua ống có tốc độ theo chiều dài ống Áp suất tại hai mặt cắt là p1 và p2, đều bằng 1, cho thấy áp suất ổn định trong quá trình vận hành Độ nhớt động học của dung dịch NaOH 15% ở 30°C được xác định là μ = 0,002375 Ns/m², ảnh hưởng lớn đến khả năng chảy và tổn thất áp suất trong hệ thống Tổng tổn thất trong ống, h1-2, được tính là hàng mét, phản ánh sự giảm áp do ma sát và các yếu tố khác Khoảng cách từ mặt thoáng của bể chứa nguyên liệu đến mặt đất là z1 = 2 m, trong khi đó, z2 = 3,5 m là khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất, đảm bảo khoảng cách an toàn và thuận tiện cho việc vận hành Để điều chỉnh dòng chảy, ta sử dụng dhút = dđẩy = 50mm = 0,05 m, nhằm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và tối ưu quá trình dẫn hướng dung dịch trong hệ thống.
Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa lên bồn cao vị là l = 7m
Tốc độ của dòng chảy trong ống: v Q d 2
Chọn ống thép nhám tuyệt đối
CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ( bảng II.15, trang 381, [2]) , độ
= 0,2 mm theo công thức II.60, trang 378, [2]
Ren được tính theo công thức II Trang 379, [QTTB tập 1]:
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [2]
= 0,0328 ξ: tổng hệ số tổn thất cục bộ
Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 1 Đầu ra ξ ra 1 1
Van cửa ξ van 1,5 2 ξ = ξv + 3 ξkhúc quanh 90º + 2ξvan + ξra = 0,5 + 3.1 + 2.0,5 + 1 = 7.5 l, d: chiều dài, đường kính ống nối bơm (m)
Tổn thất trong đường ống
= 2 + 3,5 + 0,327 = 6 m Suy ra công suất của bơm:
H: cột áp của bơm (m) η: hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75. ρ = 1272,51 kg/m 3 – khối lượng riêng của dung dịch NaOH 30% ở 104,66℃ Q: Lưu lượng thể tích của dung dịch NaOH 30% được tháo khỏi nồi cô đặc; m 3 /s
1272,51 Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1-1 ( mặt thoáng của bể nước) và 2-2 ( mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ) z p
Với Hđ là chiều cao đáy nón μ = 0,00175 Ns/m2 : độ nhớt động học của dung dịch NaOH 30% ở
Nhiệt độ của hệ thống được xác định là 104,66 °C theo bảng I.101, trang 91 Khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đất là z1 = 1 m, trong khi đó, khoảng cách từ mặt thoáng của bể chứa sản phẩm đến mặt đất là z2 = 3,5 m Độ dày của thành ống được chọn là dhút = dđẩy = 50 mm (0,05 m), đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế hệ thống chứa và xử lý nhiệt.
Chọn chiều dài đường ống từ đáy nón đến bồn chứa sản phẩm là l = 5m
Tốc độ của dòng chảy trong ống: v Q
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381,[2]) ⇒ độ nhám tuyệt đối là εQD = 0,05Q = 0,2 mm
Regh được tính theo công thức II.60, trang 378, [2]
Ren được tính theo công thức II Trang 379, [QTTB tập 1]:
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [2]
Các hệ số trở lực cục bộ
Yếu tố gây trở lực Kí hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 1
Tổng tổn thất trên đường ống: