Đồ án cô đặc NaOH trong chân không

Hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi theo yêu cầu.. Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ chảy vào

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hoá chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác Trong đó, ngành công nghiệp sản xuất NaOH là ngành sản xuất hoá chất cơ bản

NaOH là một tinh thể màu trắng, khối lượng riêng 2,13 g/ml NaOH là một base mạnh,

có khả năng ăn da và ăn mòn cao Nhiệt độ sôi 1388oC, nhiệt độ nóng chảy 318oC Có thể tác dụng với nước, methanol Etanol,…

Trước đây trong công nghiệp, NaOH được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 loãng và nóng Ngày nay, người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hoà Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ rất loãng, gây khó khăn trong việc vận chuyển đi xa Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu

Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử

Quá trình cô đặc thường được sử dụng phổ biến trong công nghiệp nhằm mục đích làm tăng nồng độ dung dịch loãng hoặc tách các chất rắn hoà tan

Quà trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hay nhiều nồi Thường người ta dùng hai hay ba nồi để có hiệu suất sử dụng hơi đốt cao, giảm tổn thất trong quá trình sản xuất

Trong đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc theo cách tách dung môi dưới dạng hơi Quá trình cô đặc được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa làm áp suất riêng phần của dung môi trên mặt thoáng bằng với áp suất làm việc của thiết bị

Bài đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không một nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH có nồng độ đầu 18%, nồng độ cuối 30% và năng suất là 4500 kg/h

CHƯƠNG I: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

I.1 Quy trình công nghệ:

I.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Nguyên liệu là dung dich NaOH có nồng độ đầu 15% Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị, rồi đi qua thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm để đạt nhiệt độ sôi phù hợp

Thiết bị gia nhiệt ống chùm có thân hình trụ được đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ, được bố trí theo đỉnh tam giác đều Các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân Nguồn nhiệt là hơi nước bão hòa có áp suất 4 at đi bên ngoài ống (phía vỏ) Dung dịch đi từ dưới lên ở bên trong ống Hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi theo yêu cầu Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi Hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng chảy ra ngoài

Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc: phần dưới của thiết bị là buồng đốt gồm có các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống, hơi đốt sẽ đi trong khoảng không gian phía ngoài ống Hơi đốt sẽ ngưng tụ bên ngoài ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống Dung dịch đi bên trong ống từ trên xuống và sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi, làm hoá hơi một phần dung môi Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài

Nguyên lý hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm: khi làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi – lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên Thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt nên lượng hơi trong ống truyền nhiệt lớn hơn Vì vậy khối lượng riêng của hỗn hợp hơi – lỏng lớn hơn và bị đẩy xuống dưới kết quả tạo thành một dòng chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị (từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn)

Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng hơi thành 2 dòng, dòng hơi thứ đi lên phía trê buồng bốc đến bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ Giọt lỏng chảy xuống phía dưới, hơi thứ tiếp tục đi lên, dung dịch còn lại được hoàn trở lại

Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ và khí không ngưng đi ra phía trên của thiết bị cô đặc vào thiệt bị ngưng tụ baromet Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu trực

tiếp Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng của thiết bị, dòng hơi thứ được dẫn vào ngăn cuối cùng của thiết bị Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt, nó sẽ ngưng

tụ thành dòng lỏng chảy ra ngoài bồn chứa., khí không ngưng tiếp tục đi lên trên và đi qua thiết bị tách bọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài Khi ngưng tụ chuyển từ hơi thành lỏng thì thể tích của hơi sẽ giảm, làm áp suất giảm, do đó tự bản thân thiết bị áp suất sẽ giảm Vì vậy thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không, nó duy trì áp suất chân không trong hệ thống Áp suất làm việc của thiết bị baromet là áp suất chân không, do đó cần lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần dùng máy bơm

Bình tách là một vách ngăn, có nhiệm vụ là tách giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa trở về bồn chứa nước ngưng, còn khí không ngưng sẽ được bơm chân không hút ra ngoài

Bơm chân không có nhiệm vụ là hút, khí không ngưng ra ngoài để tránh trường hợp khí không ngưng tồn tại trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm cho áp suất của thiết bị ngưng tụ tăng lên, có thể làm cho nước chảy ngược lại sang nồi cô đặc

CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

x

G ×

= 30

184500×

= 2700 kg/hLượng hơi thứ của hệ thống được tính theo công thức VI.1, Tr55, [2]

1800)

30

181(4500)

x

x G

W

kg/hII.2 Cân bằng năng lượng:

II.2.1 Nhiệt lượng và áp suất mỗi nồi:

Ta có áp suất tại thiết bị ngưng tụ Pc = 0,6 => nhiệt độ của hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Tc = 85,5 oC (I.251, Tr314, [1])

Nhiệt độ sôi của dung môi tại áp suất buồng bốc (Po):

tsdm(Po) = Tc + 1 = 85,5 + 1 = 86,5 oC => Po = 0,6275 at

Loại

Thiết bị cô đặc Thiết bị ngưng tụ

Áp suất (at) Nhiệt độ

(oC) Áp suất (at)

Nhiệt độ (oC)

Theo công thức VI.10, Tr59, [2]: ∆’ = ∆’o f

Theo công thức VI.11, Tr59, [2]: f

r

t')2

273(2,

=

xc(%) ∆’o(oC) t’(oC) r.10-3 ∆’(oC)

(∆’o tra theo bảng VI.2, Tr67, [2] và r.10-3 tra theo bảng I.251, Tr314, [1])

Ta có: tsdd(Po) = tsdm(Po) + ∆’ = 86,50 + 15,52 = 102,02 oC

b. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tỉnh: (∆”)

Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ∆p (N/m2), ta có:

∆P = 2

1

ρSgHop

Trong đó: ρs : khối lượng riêng cuả dung dịch khi sôi, kg/m3:ρs =0,5ρdd

ρdd : khối lượng riêng cuả dung dịch, kg/m3

Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng, m

Lấy sản phẩm ra tại đáy: tsdd(Po+2∆P) = 102,02 + 2×1,75 = 105,52 oC

c. Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống: (∆”’)

Chọn tổn thất nhiệt lên đoạn ống dẫn hơi thứ từ buồng bốc sang thiết bị ngưng tụ là

∆”’= 1oC (Tr296, [5])

d. Tổn thất chung trong toàn bộ hệ thống cô đặc:

Σ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’= 15,52 + 1,75 + 1,00 = 18,27 oC

II.2.3 Hiệu số hữu ích:

∆t=td–(tc+Σ∆)=142,90 – (85,5 + 18,27)= 39,13oC

II.2.4 Cân bằng nhiệt lượng:

a. Nhiệt dung riêng:

Nồng độ dung dịch xđ=18% < 20% nên ta áp dụng công thức (I.43, Tr152, [1]):

Cht

M

C n C n C

40

63,98,16

b. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng:

(id” - Cθ) = rd = 2141 kJ/kg tại 142,9oC (Tra I.251, Tr 314, [1])

c

r)-(1)1(

t)C

"

(G

c t G C t W i C

D

)10(2141)

05,0-(1)05,01(

)52,10543,332310

7,2655(3600

1800)

02,10252,343252

,10543,3323(3600

36006,0

=

W

kg hơi đốt/ kg hơi thứ

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH

III.1 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi:

Theo công thức của Nusselt: (V.101, Tr28, [2]): α1 =2,04A×4 H t1

103 J/kgH: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 2,0 m

A: trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước tm

102141

565 , 0 2

dd n

dd n

dd n

C

C

µ

µρ

ρλ

λαα

Trong đó: λdd, ρdd, Cdd, µdd : các hằng số vật lý của dung dịch

λn, ρn, Cn, µn: các hằng số vật lý của nước theo nhiệt độ sôi dung dịch

αn: hệ số cấp nhiệt của nước: αn=0,145×

p0,5×

∆t2,23 (V.91, Tr26, [2])Với p = 0,6275 at = 61557,75 N/m2

dd dd dd

ρρ

3,

3,0

−+

56,21

12731273

425,332310

58,

3

3 2

565 , 0

1079,1

1032,024,4245

425,332346

,966

127368

,0

59,06600,62

Ta có: qv =∑∆ v

v r t

mã hiệu 40XH: λ = 44 W/(m×độ) (Tra bảng XII.7, Tr313, [2])

=> Σrv

=

×+

+

×

387,03,16

002,03448

,0

0,8545×

10-3 (m2×

độ)/WVới quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định nên qv=q1=q2

,30772

79,3077284

,30797

= 0,08% < 5% (thoả điều kiện)

Vậy nhiệt tải trung bình là: qtb =

2

84,3079779

,30772

= 30785,31 W/m2

III.4 Hệ số truyền nhiệt cho quá trình cô đặc:

K =

=+

×+

=+

78,94971

11

1

1

3 2

791,21 W/m2KIII.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

t K

Q d

37,24 m2

Theo tiêu chuẩn diện tích bề mặt truyền nhiệt (bảng VI.6, Tr80, [2]) thì ta chọn

F = 40 m2

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH

IV.1 Kích thước buồng bốc:

IV.1.1 Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc: Vh = h

W

ρ

=

37,03600

1800

×

= 1,34 m3/sTrong đó: W: lượng hơi thứ bốc hơi (kg/h)

ρk : khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc Po = 0,52 at (Bảng I.251, Tr314, [1]) => ρk = 0,31396

IV.1.2 Vận tốc hơi thứ buồng bốc: whơi = 4

2

b

hoi D

V

×π

= 4

34,1

2

b D

×π

=2

7,1

b

D

m/sIV.1.3 Vận tốc lắng:

Dựa theo công thức 5.14, Tr276, [5]:

ρξ

,1.3

0003,0)37,061,967(81,94

2 ,

=

6 , 0

7,1

b

D

m/s Trong đó: ρ’=970,584 kg/m3: khối lượng riêng giọt lỏng (bảng I.249, Tr310, [1])

ρ” = 0,316 kg/m3: khối lượng riêng của hơi (Tra bảng I.250, Tr312, [1])d: đường kính giọt lỏng, chọn d = 0,0003m (Tr292, [5])

g = 9,81 m/s2

ξ: hệ số trở lực, theo Re = h

k d w

92,15

b D

Với µ là độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất 0,52 at Tra bảng I.121, Tr121, [1] => µ = 0,012×10-3 Ns/m2

Nếu 0,2 < Re < 500 thì ξ =

6 , 0

Re

5,18

b

D

< 0,7

6 , 0

7,1

b D

=> Db > 1,29 m

=> Chọn Db = 1400 mm (theo tiêu chuẩn Tr293, [5])

Kiểm tra lại Re: Re =

2

4,1

92,15

= 8,12 ( thoả 0,2 < Re < 500)Vậy đường kính buồng bốc Db = 1400 mm

IV.1.4 Chiều cao buồng bốc:

Theo công thức VI.33, Tr72, [2]: Utt= fUtt (1at), m

3

/m

3

hTrong đó: f: hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển

Utt (1at): cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi p = 1 atChọn: Utt (1at) = 1650 m

V

×π

= 4

4,1

65,2

2

×π

= 1,72 m

Để an toàn ta chọn Hb = 2m (theo điều kiện cho quá trình sôi sủi bọt)

IV.2 Kích thước buồng đốt:

IV.2.1 Xác định số ống truyền nhiệt:

Theo công thức III-49, Tr134, [4]: n = dl

2

l = H = 2m: Chiều dài ống truyền nhiệtd: đường kính ống truyền nhiệt

Do α1 > α2 nên lấy d = dt = 25mmTheo bảng V.11, Tr48, [2], chọn n = 301 ống

IV.2.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm:

Theo công thức III.26, Tr121, [6]: Dth = πt

f

4

06,0

4×

= 0,28mChọn ft = 0,3×

301029,

×π

= 0,19Chọn Dth = 0,325 m

Kiểm tra: t

th d D

= 0,025

325,0

= 13 > 10 (thoả)IV.2.3 Đường kính buồng đốt:

Đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức III-52, Tr135, [4]:

Dt =

l

F d

×

×+

ψ

αβ

2(

2 2

=

28,0

4060sin029,04,1325,0)029,04,12325,0(

2 2

×

×+

IV.2.3 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt:

Phân bố 613 ống truyền nhiệt được bố trí theo hình lục giác đều như sau:

Tổng số ống không kể các ống trong bình viên phân 271

Số ống trong các hình viên phân:

dn

=> b ≥ n

n tth

d

d D

×

×

−4,14

=

029,04,1

029,04325,0

×

×

−

= 6,15 => Chọn b = 7 ống (V.II, Tr 48, [2])

=> Số ống truyền nhiệt thay thế: n =

1)1(4

=

1)17(4

= 37 ống

=> Số ống truyền nhiệt còn lại: n’ = 301 – 37 = 264 ống

Diện tích bề mặt truyền nhiệt lúc này là:

Đường kính các ống được tính theo công thức VI.41, Tr74, [2]: d= πvρ

G

4

,mTrong đó: G: lưu lượng lưu chất, kg/s

v: vận tốc lưu chất, m/s (Tr74, [2])ρ: khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3

Chọn vật liệu làm buồng đốt, buống bốc, nắp và đáy là OX18H10T

IV.4.1 Tính cho buồng đốt:

Buồng đốt có đường kính trong 1000 mm, chiều cao 2000 mm

• Tính bề dày tối thiểu (S’):

Hơi đốt là hơi nước bão hoà có áp suất 4at nên buồng đốt chịu áp suất trong là: pm= pd - pa = 4 - 1 = 3at = 0,2943 N/mm2

Áp suất tính toán là:

pt = pm + ρgH = 0,2943 + 1273×9,81×

10-6×

2 = 0,319 N/mm2.Nhiệt độ của hơi đốt vào là td=142,9oC, vậy nhiệt độ tính toán của buồng đốt là: ttt = td + 20 = 142,9 + 20 = 162,9oC

Tra đồ thị h1-2, Tr16, [7] ta có ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu là [σ]* = 115 N/mm2

Chọn hệ số hiệu chỉnh η= 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt), ta được ứng suất cho phép của vật liệu là: [σ] = [σ]*×η = 115×0,95 = 109,25 N/mm2

E: modul đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ tính toán, E = 2,05×

95,025,

= 325,07 > 25

Theo công thức 5-3, Tr96, [7]: S’ = ×[ ]σ ×ϕ

×2

t

t p D

= 2 109,25 0,95

319,01000

Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0

Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày Co = 0,4 mm (theo bảng XIII.9 Tr364, [2])

=> Hệ số bổ sung bề dày là: C = Ca + Cb + Cc + Co = 1+0+0+0,4 = 1,4 mm => Bề dày thực: S = S’ + C = 4 + 1,4 = 5,4 mm

Chọn S = 6 mm

• Kiểm tra bề dày buồng đốt:

Áp dụng công thức 5-10, Tr97, [7]: t

o D

)(

][

2

a t

a C S D

C S

−+

)16(95,025,1092

−+

Vậy bề dày buồng đốt là 6 mm

=> Đường kính ngoài của buồng đốt: Dn =Dt+2×

,

= 57,37 mmTrong đó: Dđ= 1000 mm: đường kính trong của buồng đốt

S = 6 mm: bề dày buồng đốtk: hệ số bền của lỗ

k =

)(

)][3,2

đ t

C S p

D p

=

)16()319,025,1093,2(

1000319,0

Ống xã nước ngưng = 40 mm < dmax

Ống xã khí không ngưng = 20 mm < dmax

=> Cần tăng cứng cho lỗ hơi đốt vào, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng bằng bề dày thân (6 mm)

IV.4.2 Tính cho buồng bốc:

Buồng bốc có đường kính trong là 2200mm, chiều cao 6000 mm

• Tính bề dày tối thiểu (S’):

Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân không nên chịu áp lực từ bên ngoài

Áp suất chân không tuyệt đối bên trong thấp nhất là 0,52 at, nên thiết bị chịu

áp suất ngoài là: pn = 1+(1-0,63) = 1,37 at = 0,135 N/mm2

Nhiệt độ tính toán: ttt = 86,5 + 20 = 106,5oC

Hệ số bền mối hàn: φh = 0,95 (bảng 1-8, Tr19, [7])[σ]* = 122 N/mm2

Chọn hệ số hiệu chỉnh η= 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt)

=> Ứng suất cho phép của vật liệu: [σ]=[σ]*×η =122×0,95 = 115,9 N/mm2

E: modul đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ tính toán, E = 2,05×

105 /mm2

Chọn hệ số an toàn khi chảy: nc = 1,65 (bảng 1-6, Tr14, [7])

=> Ứng suất chảy của vật liệu: : σc’ = [σ]*×nc = 122×

.18,1

t

n t

D E

L p D

5 140010

05,2

2000135

,01400.18,1

= 6,41 mm

• Bề dày thực (S):

Dt = 1400 mm => Smin = 4mm < S’=> Chọn S’ = 6,41 mmChọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca = 1 mm

Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày Co = 0,8 mm (theo bảng XIII.9 Tr364, [2])

=> Hệ số bổ sung bề dày là: C = Ca + Cb + Cc + Co = 1+0 +0+0,8 = 1,8 mm

=> Bề dày thực: S = S’ + C = 6,41 + 1,8 = 8,21 mmChọn S = 9 mm

• Kiểm tra bề dày buồng bốc:

L

.

=  

1400.2000

= 1,43Kiểm tra công thức 5-15, Tr99, [7]:

a D

t C S

,

≤

43,1

≤

)19(2

23

,0

t

a

C S E

1400

)19(23

,201

10.05,23,0

a t

D

C S D

C S L

192000

140010

05,2649

π

=

135,04

)921400

×

×+

×π

= 212629,59 NTheo điều kiện 5-33, Tr103, [7]:

25 ≤

)(

t C S

=

086,01005,2

3,201

×

×

= 0,074Điều kiện thoả mãn độ ổn định của thân (5-32, Tr103, [7]):

S – Ca ≥

E K

P c

59,212629

)

nct

C S S D

P

−

×+

×

π

=

)19()91400(

59,212629

−

×+

D

C S E

K × × −

191005,2074,

≤ 1

=> 0,66 ≤ 1 (thoả)

Vậy bề dày buồng bốc là 16 mm

=> Đường kính ngoài của buồng bốc: Dn = Dt+2S = 1400+2×

,mmTrong đó: Dt = 2200 mm: đường kính trong của buồng bốc

S = 16: bề dày buồng đốtk: hệ số buồng của lỗ

k =

)(

)][3,2

t n

C S p

D p

=

)19()135,09,1153,2(

1400135,0

Vậy tăng cứng cho cửa sửa chữa và kính quan sát, dùng bạc tăng cứng với

bề dày khâu tăng cứng là 15 mm

IV.4.3 Tính cho đáy thiết bị :

Chọn đáy nón tiêu chuẩn: Dđ = 1000 mm

Tra bảng XIII.21, Tr394, [2], ta có: H (chiều cao phần nón) = 906 mm

h (chiều cao phần gờ) = 40 mm

Vđ = 0,306 m3

• Chiều cao phần hình nón cụt nối buồng bốc và buồng đốt (Hc):

Tổng thể tích của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm:

)'

th

t D d n

H× × +π

)325,0025,0264(2

=

65,11914

032,03600

th

nl nl D

032 , 0 30 ,

th

d

×

+π

= 0,013

4

325,0

306,0

×

+π

= 449,89 sTrong đó: l: chiều dài ống truyền nhiệt, m

l’: bán kính hình lọc đáy, m

Vd: thể tích đáy, m3

Dth: đường kính ống tuần hoàn, mThể tích dung dịch đi vào trong thiết bị:

2

π

=

04,04

12

×

×π

b D D D D

V

+

×+

×π

)114,14,1(

21,0

2

2+ × +

×π

= 0,186 mChọn Hc = 0,2 m = 200 mm

• Bề dày thực (S):

Chiều cao cột chất lỏng:H’=Hc+Hg+Hbđ+Hđ=200+40+2000+946=3186 mmTrong đó: Hc : Chiều cao của phần hình nón cụt, m

Hg : Chiều cao phần gờ nối với buồng đốt, m

Hbđ : Chiều cao của buồng đốt, m

Hđ : Chiều cao của đáy, m

Áp suất thuỹ tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị:

=

o

30cos

321,010009,

= 1042,93 mmTrong đó: dt: đường kính lỗ tháo sản phẩm, mm

- Các thông số cần tra và chọn:

[σ]* = 120 N/mm2: ứng suất cho phép tiêu chuẩn (hình 1-2, Tr16, [7])η= 0,95: hệ số hiệu chỉnh

Ứng suất cho phép của vật liệu: [σ]=[σ]*×η= 120×0,95 = 114 N/mm2

E = 2,05.105 /mm2: modul đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ tính toán

nc = 1,65: hệ số an toàn (1-6, Tr14, [7])

Ứng suất (1-3, Tr13, [7]): σc’ = [σ]*×nc = 120×

1,65 = 198 N/mm2

• Kiểm tra bề dày đáy:

Chọn bề dày tính toán đáy S = 6 mm

'

)(

2

'

a C S

)16(25

93,1042

23

,0

D

C S

93,1042

)16(2198

1005,23,0

=> 0,87 ≥ 0,29 (thoả)

• Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của áp suất ngoài:

'649

C S l

1693

,1042

16906

93,104210

05,2649

2×

×+

×π

= 140,3042×

103 NLực nén chiều trục cho phép: [P]= π×Kc

×

E×(S-Ca)2×

cos2α

Trong đó: Kc: hệ số phụ thuộc vào tỷ số

)(

t C S

t C S

=

098,01005,2

cos230o = 1000,12×

103 > P

• Điều kiện đáy ổn định:

][]

n P

P P

P

+

≤ 1 =>

24,0

174,01012,1000

103042,140

)(

'8

,0'2

= 62,99 mmTrong đó: S: bề dày đáy thiết bị, mm

S’: bề dày tính toán tối thiểu của đáy (buồng đốt), mm

Ca: hệ số bổ sung do ăn mòn, mmD’: đường kính tính toán của đáy, mmỐng tháo liệu: dt = 32 mm < dmax

=> không cần tăng cứng cho lỗ

IV.4.4 Tính nắp thiết bị:

Chọn nắp ellipse tiêu chuẩn Dt = 1400 mm

=> ht = 4

t D

= 4

1400

= 350 mm và Rt = Dt = 1400 mmNắp có gờ và chiều cao gờ là hg = 40 mm