tính toán thiết bị cô đặc gián đoạn ống tuần hoàn trung tâm

cân bằng nhiệt lượng:nhiệt lượng dung để đun nóng đến nhiệt độ sôi: nhiệt lượng làm bốc hơi dung dịch: Thành lập phương trình cân bằng nhiệt: Gđcđtđ + D1 – φi”D + φcDθ = Wi”W + Dcθ + Gcc

_ áp suất chân không: Pck = 0,85

Đổi về áp suất tuyệt đối ta được áp suất ở thiết bị ngưng tụ là:

f - hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, được tính theo công thức:

Trong đó: + tht : nhiệt độ hơi thứ (tht = 58,63 0C )

+ r : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi ở nhiệt độ tht Tra bảng 57, VD và BT T10, trang

nhiệt độ sôi của dung dịch tai mặt thoáng:

tsdd(Pht) = tsdm(Pht) + ∆’ = 58,63 + 0,188 = 58,82

tsdd(Pht) = tsdm(Pht) + ∆’ = 58,63 + 5,2641 = 63,9

chọn hơi đốt 3 at => thđ = 132,9 0C

Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh (∆”):

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

cân bằng nhiệt lượng:

nhiệt lượng dung để đun nóng đến nhiệt độ sôi:

nhiệt lượng làm bốc hơi dung dịch:

Thành lập phương trình cân bằng nhiệt:

Gđcđtđ + D(1 – φ)i”D + φcDθ = Wi”W + Dcθ + Gccctc ± Qcđ + Qtt

nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:

nhiệt độ hơi thứ 58,83 => i” = 2605669.6

xem nhiệt độ cô đặc là không đáng kể

tổng lượng hơi đốt sử dụng 1315.253425 1674.476376 1843.389211

Tính toán truyền nhiệt

Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc:

Trình tự tính lặp:

Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q 1 ):

- Chọn nhiệt độ trung bình vách ngoài ống tv1 (tv1 < tD) => ∆t1 = ∆tv1 = tD – tv1

- Tính α 1 theo công thức (V.101), sổ tay tập 2, trang 28:

α 1 =

Trong đó:

+ r - ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ở áp suất hơi đốt

+ H - chiều cao ống truyền nhiệt

+A - phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm= (tD + tv1)/2 Với A tra ở sổ tay tập

2, trang 28 Trong đó tD, tv1: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng

- Tính nhiệt tải riêng phía hơi ngưng: q1 = α 1*∆t1

Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q 2 ):

- Tính theo công thức tv

- Theo VD và BT tập 10 ta có công thức;

Trong đó:

- : tổng trở vách

- rcáu 1: nhiệt truyền từ cáu đến hơi nước

- rcáu 2: nhiệt truyền từ cáu đến dung dịch đường sôi

(Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn định thì q1= q2 = qv)

- Tính hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch theo côngthức :

= 0.56.p0,15.q0.7 (W/m2.K) ( Theo Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2 trang 26 ) với

• : khối lượng riêng của dung dịch

• : khối lượng riêng của nước

 Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng:

q1 = α 1*∆t1 = 8394.21 * 6.7 = 56241.22 (W/m2 .độ)

Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q 2 )

( 1 at = 9,81.104 N/m2)

• Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.K)

Cdd = 4190 - (2514 – 7,542*t)*x

= 4190 – ((2514 – 7,542*60.34)*15= 3881.22 (J/kg.K)

( Theo công thức I.50 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 trang 153)

• Nhiệt dung riêng của nước Cn = 4181.63 (J/Kg.K)

• Độ nhớt dung dịch μdd = 0.000687 N.s/m2 (Tra bảng I.112 Sổ tay quá trình và thiết

bị tập 1 trang 114)

• Độ nhớt của nước = 0.00048 N.s/m2 (Tra bảng I.102 Sổ tay quá trình và thiết bịtập 1 trang 95)

• Khối lượng riêng của dung dịch = 1061.35(kg/cm3) (Tra bảng 39 Ví dụ và bàitập – tập 10 trang 427)

• Khối lượng riêng của nước = 983.86 (kg/cm3) (Tra bảng 39 Ví dụ và bài tập –tập 10 trang 427

535% 3472.34 4181.63 0.002861 0.00048 1153.31 983.86 0.5154

bề mặt truyền nhiệt và thời gian cô đặc.

phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT

dQ = K.F.(T – t).dT

giả sử đến cuối quá trình dd vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt => F không đổi, T khôngđổi

=> F.dT =

lấy tích phân ta được:

F.T =

T: thơi gian cô đặc

Q: nhiệt lượng sủ dụng cho quá trình

Ta tính tích phân trên bằng đồ thị cần xác định Q và tại từng thời điểm:

thời gian gia nhiet ban đầu:

Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q 1 ):

Theo công thức (V.101), sổ tay tập 2, trang 28:

α 1 =

Trong đó:

+ r - ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ở áp suất hơi đốt là 3 at Tra bảng 57, VD và BTtập 10, trang 447: r = 2237000 J/kg

+ H - chiều cao ống truyền nhiệt, H = 1,5 m

+A - phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm= (tD + tv1)/2 Với A tra ở sổ tay tập

2, trang 28 Trong đó tD, tv1: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng

( Theo công thức I.50 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 trang 153)

:độ nhớt dung dịch (tra bảng I.112 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 trang

Q: dung cho gia nhiệt

K: hệ số truyền nhiệt cho qt gia nhiệt

∆t: chênh lệch nhiệt độ

Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức : n=

Trong đó F= 16 m2 : bề mặt truyền nhiệt

l = 1,5 m : chiều dài của ống truyền nhiệt

d : đường kính ống truyền nhiệt Chọn d = dt = 36 mm

dng = 42 mm

Vậy số ống truyền nhiệt là :

ốngxếp ống theo hình lục giá đều (tập 2/48)

số hình lục giá đều: 6

số ống theo đường chéo: 13

=> tổng số ống: 127 ống

chọn bước ống S = (1,2 – 1,5) dng chọn S bằng 62 mm

đường kính ống tuần hoàn trung tâm:

Theo công thức trang 274 quá trình truyền nhiệt tập 5 ta có

Chọn Dth = 273 (mm) theo đường kính chuẩn ống tuần hoàn trung tâm trang 190quá trình truyền nhiệt tập 5

đường kính trong buồng đốt:

số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ

gọi m la số ống mằn trên đường chéo ống tuần hoàn

chọn đường kính trong buồng đốt Dt = 1000 mm

thể tích cuối quá trình cô đặc: Vdd = 0,2766

chiều cao dd sau cô đặc:

kiểm tra lại Re: (thoả 0,2 < Re < 500)

chiều cao buồng bốc:

theo sổ tay tạp 2/72:

Utt = f.Utt(1at)

Utt = 1600.1,5 = 2400 m3/m3.h

f hệ số hiệu chỉnh tra sổ tay tập 2/72 ta có f = 1,5

Utt cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khí quyển ta chon Utt = 1600

thể tích không giang hơi:

=> chiều cao phần trụ buồng bốc: Hkgh + h3 = 0,2 + 2 = 2,2 m

chiều cao buồng bốc: 2,2 + 0,05 + 0,25 = 2,5 m

nắp:

chon nắp elip có gờ, đường kính trong 1500 mm

chiều cao phần elip: 375 mm

thời gian cô đặc: T1 = 1958,69 s

lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu: 1091,67

lưu lượng hơi thứ:

m3/schọn vận tốc hơi đi trong ống 40 m/s (tập 2/74)

m = 380 mmchọn ống 400 mm

loại ống đường kính chọn đường

nhiệt độ trong buồng đốt: 132,9

vật liệu được chọn là thép không gỉ X18H10T vì dd chanh dây có tính ăn mòn.ứng suất cho phép ở tiêu chuẩn ở 132,9

[σ]*BĐ = 138 N/mm2 (hoá dầu/16)

ứng suất cho phép:

[σ]BĐ = [σ]*BĐ.η = 138.0,95 = 131,1

với η = 0,95 là hệ số hiệu chỉnh (hoá dầu/17)

hệ số bền mối hàn φh = 0,95 (hoá dầu/18)

tính bề dày cho buồng đốt:

xét điều kiện [σ]*BĐ.φh/PBĐ = 138.0,95/0,1962 = 668,2 >25 (hoá dầu/95)chọn hệ số ăn mòn Ca = 1

bề dày tối thiểu là: (5 – 3 hoá dầu/96)

mmTra bảng 5 – 1 sách hoá dầu/94 Smin = 3 – 4 mm

mm (CT 8 – 2 hoá dầu/162)

Như vậy ta cần tăng cưng cho lỗ dẫn hơi đốt

chọn bề dày khâu tăng cứng bằng bề dày thân

Tính cho buống bốc:

đường kình buồng bốc DBB = 1500 mm

chiều cao buồng bốc HBB = 2500 mm

thân buồng bốc chịu áp suất PBB = 1,033 +(1,033 – 0,1914) = 1,8746 at = 0,184 N/mm2vật liệu được chọn là thép không gỉ X18H10T vì dd chanh dây có tính ăn mòn

ứng suất cho phép ở tiêu chuẩn ở 58,63

[σ]*BB = 145 N/mm2 (hoá dầu/16)

Modun đàn hồi ở 58,63 là: EBB = 2.105 N/mm2

σcBB = [σ]*BB.nc = 145.1,65 = 239,25

với nc = 1,65 (bảng 1 – 6 hoá dầu/14)

bề day tối thiểu:

L’BB = 2500 mm

bề dày buồng bốc:

SBB = 8,36 + 1 + 0,64 = 10 mm

kiểm điều kiện: (hoá dầu/99)

thế số:

thoảkiểm tra áp suất cho phép:

(thoả)ứng suất cho phép khi nén: (5 – 31 hoá đâu/103

N/mm2ứng suất nén: (CT 5 – 48 hoá dầu/107)

N/mm2điều kiện: (hoá dầu 5 – 47 trang 107)

(thoả)vậy bề dày buồng bốc là 10 mm

Tính cho đáy thiết bị

Đáy chịu as ngoài như buồng bốc: 0,184 N/mm2

chọn sơ bộ bề dày đáy: 10 mm

đường kính tính toán của đáy nón: (hoá dầu/133)

với dtr đường kính lỗ thoá sản phẩm

kiểm điều kiện: (hoá dầu/99)

thế số:

thoảkiểm tra áp suất cho phép:

kiểm tra lực nén chiều trục:

N

=>

Nđiều kiện: (hoá dầu 6 – 31 trang 134)

vậy bề dày đáy là 10 mm

Tính cho nắp thiết bị

đường kính trong 1500 mm

chieeud cao gờ 50 mm

chiều cao phan elip 375 mm

nắp chịu as ngoài như buồng bốc 0,184

chọn bề dày nắp 10 mm

Rt = Dt = 1500 mm

Kiểm tra:

(α = 0,7 đối với thép ko gỉ) (hoá dầu/127)

Ta thấy ta dung CT ( 6 – 13 hoá dầu/127)

> Pn = 0,184 (thoả)vậy bề dày nắp 10 mm

TÍNH CÁCH NHIỆT CHO THÂN

chiều day lơp cách nhiệt buồng đốt:

CT vi66 tập 2/92Trong đó

λ hệ số dẫn nhiệt của vạt liệu cách nhiệt

tT1 nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt tiếp giáp với thiết bị

MỐI GHÉP BÍCH

Bích nối buồng bốc với nắp

Áp suất trong thiết bị: 0,184 N/mm2

bích nối giữa buồng đốt và buồng bốc

chọn bích giống giữa buồng đốt và đáy

VỈ ỐNG

chọn vỉ ống phẳng tròn

nhiệt độ tính toán: 132,9

ứng suất cho phép tiêu chuẩn: 138

hệ số an toàn nB = 2,6 (chọn bảng 1 – 6 hoá dầu/14)

giới hạn bền uốn: [σu] = 2,6.138 = 358,8

áp suất làm việc: P0 = PD – PCK = 3 – 0,85 = 2,15 at = 0,215 N/mm2

chieeud dày tính toán tối thiểu của vỉ ống:

mm (CT 8 – 47 hoá dầu/181)Trong đó:

K = (0,028 – 0,36) chọn 0,36

Dt đường kính trong cuat thiết bị

chọn sơ bộ chiều dày vỉ:

mm (CT 8 – 51 hoá dầu/182)chọn h’ = 11 mm

kiểm tra ứng suất uốn:

khối lượng riêng của thép: 7900

khối lượng thiết bị: 7900.0,25575 = 2020,425 kg

khối lượng dd khi nặng nhất: 1910,43 kg

trọng tải cho phép 10000 N

Bơm chân không

Công suất bơm:

KWTrong đó:

P1 = Pck – Ph = 0,183 – 0,06117 = 0,12123 at

m: hệ số đa biến 1,2 – 1,62 chọn 1,3

: hệ số hiệu chỉnh 0,8

chọn bơm PMK – 1 với các thông số sau (bảng 2.58 tập 1/513)

Năng suất ở độ chân không : 0,15 m3\h

Số vòng quay : n = 1450 v/ph

Công suất động cơ điện : 4,5 KW

Lưu lượng nước : 0,1 m3/h

Khối lượng : 93 kg

Kích thước ( dài x rộng x cao) : 575 x 410 x 390 (mm)

Bơm nước đưa vào thiết bị ngưng tụ:

Năng suất bơm:

CT 1.3 tập 10/6Lưu lượng nhập liệu:

m3/s

Áp dụng phương trình Becnouli với 2 mặt cắt 1-1 ( mặt thoáng của bể nước) và

2-2 ( mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ)

v1 = v2 do dhút = dđẩy

z1 = 2 m chiều cao mặt thoáng trong bể so với mặt đất

z2 = 12 m chiểu cao tb ngưng tụ = 11,55 m

P1 = 1at => mH2O

P2 = 0,185 at = > mH2O

: tổng tổn thất trong ống

chọn dhút = dđẩy = 100 mm

l = 13 m

vận tốc chảy trong ống:

m/sChuẩn số Re:

chọn độ nhám ống thép ε = 0,3

vậy Ren < Re

tổng tổn thất áp suất:

mchọn α1 = α2 = 1

=>

chọn bơm X90/19 (bảng 1.7 vd tap 10/35)

z1 = 2 m chiều cao mặt thoáng trong bể so với mặt đất

z2 = 10 m chonj chieu cao bể cao vi 10m

P1 = 1at => mH2O

P2 = 1 at = > mH2O

: tổng tổn thất trong ống

chọn dhút = dđẩy = 50 mm

l = 12 m

vận tốc chảy trong ống:

m/sChuẩn số Re:

chọn độ nhám ống thép ε = 0,3

vậy Re > Ren

tổng tổn thất áp suất:

mchọn α1 = α2 = 1

Bơm tháo liệu:

Năng suất bơm:

CT 1.3 tập 10/6Lưu lượng bơm:

z1 = 0.5 m chiều cao mieengj ống tháo liệu so với mặt đất

z2 = 2 m chiều cao mặt thoáng bể chứa sp so với mặt đất

P1 = 0,1914 at => mH2O

P2 = 1 at = > mH2O

chọn độ nhám ống thép ε = 0,3

vậy Regh < Re < Ren

tổng tổn thất áp suất:

mchọn α1 = α2 = 1

thiết bị lam nguội

phương trình cân bằng nhiệt lượng:

CT 3.1a truyền nhiệt ổn định tập 5G1 lưu lượng của sp

C1 nhiệt dung riêng của sp

ΔT1 biến thiên nhiệt độ của sp

G2 lưu lượng của nước

C2 nhiệt dung riêng của nước

Ttb của nước = => C2 = 4178

ΔT2 biến thiên nhiệt độ của nước

kg/mẻnhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:

J