đồ án cô đặc xút NaOH

Dung dòch NaOH 12% ôû 30oC töø boàn chöùa nguyeân lieäu ñöôïc bôm qua löu löôïng keá leân boàn cao vò caùch maët ñaát 25m, löu löôïng luoân oån ñònh laø 3500 kgh. Sau ñoù dung dòch qua thieát bò gia nhieät, taïi ñaây dung dòch ñöôïc ñun noùng ñeán 103.8 oC baèng hôi nöôùc baõo hoøa coù nhieät ñoä 147oC töø loø hôi. Thieát bò gia nhieät laø loaïi oáng chuøm thaúng ñöùng, dung dòch ñi trong oáng, hôi ñoát ñi ngoaøi oáng, thieát bò coù ñöôøng kính laø 0.8m, chieàu daøi oáng truyeàn nhieät 2m, ñöôøng kính ngoaøi oáng truyeàn nhieät laø 57mm vaø coù 37 oáng. Sau ñoù dung dòch töï chaûy vaøo noài I, ñaây laø loaïi thieát bò coâ ñaëc coù oáng tuaàn hoaøn trung taâm, ñöôøng kính buoàng ñoát 1.6m, chieàu daøi oáng truyeàn nhieät laø 4m, ñöôøng kính ngoaøi oáng 57mm, buoàng boác coù ñöôøng kính 1.8m, chieàu cao 1.5m. Taïi ñaây dung dòch ñöôïc coâ ñaëc ñeán 18.101% nhôø hôi ñoát baõo hoøa coù aùp suaát 4.5 at cuõng töø loø hôi, löôïng hôi ñoát caàn söû duïng laø 1176.384 kgh. hôi thöù boác leân coù aùp suaát 2.865 at. Nhôø cheânh leäch nhieät ñoä maø dung dòch ra khoûi noài I coù theå töï chaûy qua noài II. Hôi thöù cuûa noài I ñöôïc duøng laøm hôi ñoát cho noài II ñeå tieát kieäm nhieân lieäu. ÔÛ noài II, dung dòch seõ ñöôïc coâ ñaëc ñeán 25.4%, hôi thöù boác leân ôû aùp suaát 1.435 at. Töông töï nhö theá, dung dòch ñi qua noài III, cuoái cuøng ñöôïc coâ ñaëc ñeán 42% nhôø hôi thöù cuûa noài II. Saûn phaåm ñöôïc laáy ra ôû noài III nhôø bôm vì moâi tröôøng trong noài III laø chaân khoâng neân dung dòch khoâng töï chaûy ra ñöôïc. Hôi thöù boác leân ôû noài III coù aùp suaát 0.3 at, nhieät ñoä 69.7 oC cho qua thieát bò ngöng tuï Baromet, ñöôøng kính thieát bò laø 0.6m, soá ngaên 8, chieàu cao 8m, aùp suaát trong thieát bò ngöng tuï laø 0.3 at. Phaàn khí khoâng ngöng trong thieát bò Baromet ñöôïc ñöa qua boä phaän taùch loûng roài huùt ra ngoaøi baèng bôm chaân khoâng. Nöôùc cung caáp cho thieát bò Baromet ñöôïc bôm töø beå nöôùc saïch, nhieät ñoä cuûa nöôùc laø 30C. Phaàn khí khoâng ngöng cuûa caùc noài ñöôïc thaûi boû. Coøn nöôùc ngöng ñöôïc daãn qua caùc baãy hôi ñöa ñeán beå chöùa nöôùc.

Trang 1

Phần I MỞ ĐẦU 3

1.1.1 Tính chất lý hóa của dung dịch NaOH

3

31.2 Khái quát về cô đặc và nhiệm vụ của đồ án 3

3

5

3.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi 7

3.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi từng nồi 8

4.1 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt 124.1.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp

124.1.2 Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi 124.1.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi 154.1.4 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi 154.2 Tính kích thước của buồng đốt và buồng bốc 16

Trang 2

6.1.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ

366.1.2 Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ

366.1.3 Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

37

39

49

Trang 3

Phần I : MỞ ĐẦU

1.1. GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU

1.1.1 Tính chất lý hóa của dung dịch NaOH

Natrihydroxyt là chất rắn có màu trắng, hút ẩm mạnh, tan dễdàng trong nước và rượu (như rượu etylic, metylic, …)

Dung dịch NaOH có tính base mạnh, có tác dụng phá hủy nhiềunhiều vật liệu như giấy, vải, da, … nên còn được gọi là xút ănda

NaOH sôi ở 1390 °C Ở trạng thái nóng chảy, nó ăn mòn thủytinh, sứ và cả platin (khi có mặt không khí)

1.1.2 Ứng dụng

NaOH được ứng dụng nhiều trong công nghiệp nên được sảnxuất với quy mô lớn như:

▪ Sản xuất cellulose từ gỗ

▪ Sản xuất xà phòng, giấy, tơ nhân tạo

▪ Tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất từ dầumỏ, chế phẩm nhuộm và dược phẩm

▪ Là thuốc thử được sử dụng thông dụng trong phòng thínghiệm

1.2. KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN

1.2.1 Khái quát về cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tantrong dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở dạng hơi.Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trongquá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bayhơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay bằng phươngpháp làm lạnh kết tinh

Cô đặc thường được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hóahọc và thực phẩm với mục đích:

▪ Làm tăng nồng độ chất hoà tan trong dung dịch (làm đậmđặc)

▪ Tách các chất hoà tan ở dạng rắn (kết tinh)

▪ Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất)

Trang 4

▪ Lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái củatác nhân làm lạnh.

Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở trạng thái sôi,nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề mặt dungdịch bằng áp suất làm việc của thiết bị

Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau.Khi làm việc ở áp suất thường thì dùng thiết bị hở, khi làm việc

ở áp suất khác thì dùng thiết bị kín

Quá trình cô đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, cóthể tiến hành ở hệ 1 nồi hay nhiều nồi

Thường phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:

▪ Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng,nghiêng…

▪ Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi bão hòa, hơiquá nhiệt), khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu,nước ở áp suất cao…), bằng dòng điện…

▪ Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàncưỡng bức…

▪ Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn,ống chùm…

1.2.2 Nhiệm vụ của đồ án

Ở phạm vi đồ án này, ta sử dụng thiết bị cô đặc chân không

3 nồi liên tục xuôi chiều loại ống chùm có ống tuần hoàn trungtâm để cô đặc xút

Trang 5

Phần II : THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG

NGHỆ

Dung dịch NaOH 12% ở 30oC từ bồn chứa nguyên liệu được bơmqua lưu lượng kế lên bồn cao vị cách mặt đất 25m, lưu lượng luônổn định là 3500 kg/h Sau đó dung dịch qua thiết bị gia nhiệt, tạiđây dung dịch được đun nóng đến 103.8 oC bằng hơi nước bão hòacó nhiệt độ 147oC từ lò hơi Thiết bị gia nhiệt là loại ống chùmthẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống, thiết bịcó đường kính là 0.8m, chiều dài ống truyền nhiệt 2m, đường kínhngoài ống truyền nhiệt là 57mm và có 37 ống

Sau đó dung dịch tự chảy vào nồi I, đây là loại thiết bị cô đặccó ống tuần hoàn trung tâm, đường kính buồng đốt 1.6m, chiềudài ống truyền nhiệt là 4m, đường kính ngoài ống 57mm, buồngbốc có đường kính 1.8m, chiều cao 1.5m Tại đây dung dịch được côđặc đến 18.101% nhờ hơi đốt bão hòa có áp suất 4.5 at cũng từlò hơi, lượng hơi đốt cần sử dụng là 1176.384 kg/h hơi thứ bốc lêncó áp suất 2.865 at

Nhờ chênh lệch nhiệt độ mà dung dịch ra khỏi nồi I có thể tựchảy qua nồi II Hơi thứ của nồi I được dùng làm hơi đốt cho nồi IIđể tiết kiệm nhiên liệu Ở nồi II, dung dịch sẽ được cô đặc đến25.4%, hơi thứ bốc lên ở áp suất 1.435 at

Tương tự như thế, dung dịch đi qua nồi III, cuối cùng được cô đặcđến 42% nhờ hơi thứ của nồi II Sản phẩm được lấy ra ở nồi IIInhờ bơm vì môi trường trong nồi III là chân không nên dung dịchkhông tự chảy ra được

Hơi thứ bốc lên ở nồi III có áp suất 0.3 at, nhiệt độ 69.7 oC choqua thiết bị ngưng tụ Baromet, đường kính thiết bị là 0.6m, số ngăn

8, chiều cao 8m, áp suất trong thiết bị ngưng tụ là 0.3 at Phần khíkhông ngưng trong thiết bị Baromet được đưa qua bộ phận tách lỏngrồi hút ra ngoài bằng bơm chân không Nước cung cấp cho thiết bịBaromet được bơm từ bể nước sạch, nhiệt độ của nước là 30°C.Phần khí không ngưng của các nồi được thải bỏ Còn nướcngưng được dẫn qua các bẫy hơi đưa đến bể chứa nước

Trang 6

Phần III : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ

NĂNG LƯỢNG

Cô đặc dung dịch xút 3 nồi xuôi chiều liên tục với:

Năng suất: 3500 kg/h (theo nhập liệu)

Nồng độ nhập liệu: 14% (khối lượng)

Nồng độ sản phẩm: 42% (khối lượng)

Aùp suất hơi đốt: 4.5 at

Aùp suất trong thiết bị ngưng tụ: 0.3 at

3.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT [2]

Lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống:

333.23333

700042

1413500X

X1GW

W : Lượng hơi thứ của hệ thống cô đặc, kg/h

Gđ : Lượng dung dịch ban đầu, kg/h

Xđ, Xc : Nồng độ đầu và cuối của dung dịch, %khối lượng.Giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi:

(kg/h)777.778 W

(kg/h)793.028 W

3 2 1

Cân bằng vật chất:

GđXđ = GcXc = (Gđ – W)Xc

Nồng độ cuối của dung dịch khi ra khỏi nồi I:

Trang 7

143500W

G

XGX

1 đ

đ đ I

( ) 3500 (793.028 777.778) 25.4(%kl)

143500W

WG

XGX

2 1 đ

đ đ II

−

=Nồng độ cuối của dung dịch khi ra khỏi nồi III:

( ) 3500 2333.333 42(%kl)

143500W

WWG

XGX

3 2 1 đ

đ đ III

−

×

=++

−

=

3.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

3.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi [2]

Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:

∆Pt = P1 – Png = 4.5 – 0.3 = 4.2 (at)Trong đó:

P1 : áp suất hơi đốt nồi I, at

Png : áp suất ở thiết bị ngưng tụ, at

Giả thiết phân phối hiệu số áp suất ở các nồi:

∆P1: ∆P2: ∆P3 = 1.44: 1.26: 1Mà: ∆P1 + ∆P2 + ∆P3 = ∆Pt = 3.7

(at)43.1P

(at)634.1P

3 2 1

 Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trướctrừ đi 1°C (1oC chính là tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ họctrên ống dẫn), còn nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng thìbằng nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1oC

Bảng 1: Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt và hơi thứ mỗi nồi

Áp

suất

P i (at)

Nhiệt độ

t i ( o C)

Áp suất

P i (at)

Nhiệt độ

t i ( o C)

Áp suất

P i (at)

Nhiệt độ

t i ( o C)

Áp suất

P ng (at)

Nhiệt độ

t ng ( o C)

0.3 68.7

3.2.2 Xác định tổn thất nhiệt độ

3.2.2.1 Tổn thất nhiệt độ ∆ ’ do nồng độ tăng cao [2]

Trang 8

Theo Tisencô: ∆’ = ∆o’f (oC)

Mà:

r

T

f =162 m2

r

't

' ' o

22732

∆o’ : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường, °C (1)

f : hệ số hiệu chỉnh

Tm : nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làmviệc, về giá trị bằng nhiệt độ hơi thứ, °K

r : ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc,j/kg

t’ : nhiệt độ hơi thứ, °C

Bảng 2: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao

Hop = [0.26 + 0.0014(ρdd – ρdm)]H (m)Áp suất ở lớp chất lỏng trung bình:

Ptb = Po + 0.5ρhhgHop (at)Trong đó:

ρdd : Khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ cuối, kg/m3

ρdm : Khối lượng riêng dung môi , kg/m3

H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m

Po : Áp suất trên mặt thoáng dung dịch lấy bằng ápsuất hơi thứ, at

P o

(at)

t sdm

(P o ) (°C)

∆” (°C)

Nồi I 1167.89

79 972 2.137 2.928 42131.9 2.865 05131.1 0.837

Nồi II 1242.74

2 972 2.556 1.515 111 1.435 109.4 1.6

Trang 9

Hoặc: ∆ti = T – ts

Mà: ts = t’ + ∆’ + ∆’’

Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:

 Nồi I: ∆tiI = T1 – tsI = T1 – (t1’ + ∆I’ + ∆I’’)

 Nồi II: ∆tiII = T2– tsII = T2 – (t2’ + ∆II’ + ∆II’’)

 Nồi III: ∆tiIII = T3 – tsIII = T3 – (t3’ + ∆III’ + ∆III’’)

Trong đó:

∆tiI, ∆tiII, ∆tiIII : Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi I, nồi II và nồiIII, độ

T1, T2, T3 : Nhiệt độ hơi đốt nồi I, nồi II và nồi III, độ

t1’, t2’, t3’ : Nhiệt độ hơi thứ nồi I, nồi II và nồi III, độ

tsI, tsII, tsIII : Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi I, nồi II vànồi III, độ

∆I’, ∆II’, ∆III’ : Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao ở nồi I,nồi II và nồi III, độ

∆I’’, ∆II’’, ∆III’’ : Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ở nồi I,nồi II và nồi III, độ

Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn hệ thống:

∑∆ti = ∆tiI + ∆tiII + ∆tiIII

Bảng 4: Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi

Trang 10

3.2.4 Cân bằng nhiệt lượng

3.2.4.1 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi [2]

Nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu:

(1 X ) 4186(1 0.14) 3599.964186

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi I:

(1 X ) 4186(1 0.18101) 3428.292144186

II c

3

ht= × + × + × = (j/kgđộ)Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi III:

4186

c ht

III c

(j/kgđộ)

3.2.4.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng [2]

Hình 1: Sơ đồ nhiệt đơn giản

Giải thích các đại lượng trên sơ đồ:

D : Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h

ϕ : Độ ẩm của hơi đốt

i, i1, i2 : Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi I, nồi II vànồi III, j/kg

Trang 11

tđ, t1, t2, t3 : Nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II,nồi III của dung dịch, oC.

Cđ, C1, C2, C3 : Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II vànồi III của dung dịch, j/kgđộ

θ1, θ2, θ3 : Nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I, nồi II và nồiIII, oC

Cng1, Cng2, Cng3 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ở nồi I,nồiII và nồi III, j/kgđộ

Qxq1, Qxq2, Qxq3 : Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh, j

Gđ : Lượng dung dịch ban đầu, kg/h

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

tCtCC

i9.0

tCiWtCtCGW

2 2 1 1 2 2 ng í

2 2 2 2 1 1 2 2 đ

−+

i9.0

itCWtCGtCWGWi

W

2 2 3 3 3 ng 2

3 2 2 1 2 2 đ 3 3 đ

3

−+

−

−+

=

W3 = W – (W1 + W2) (kg/h)Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hòa Các thông sốtra được:

 Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ nồi I, nồi IIvà nồi III: (3)

i = 2749.4 kj/kgi1 = 2727.547 kj/kgi2 = 2694.92 kj/kgi3 = 2625.772 kj/kg

 Nhiệt độ sôi của dung dịch:

tđ = 100 oC t1 = 140.434 oC t2 = 124.334 oC t3 = 101.445 oC

 Nhiệt dung riêng của dung dịch:

Cđ = 3.59996 kj/kgđộC1 = 3.42829214 kj/kgđộC2 = 3.455496 kj/kgđộC3 = 2.97808 kj/kgđộ

Trang 12

 Nhiệt độ nước ngưng tụ (xem như bằng nhiệtđộ hơi đốt):

(kg/h)959.759W

(kg/h)16

.809W

3 2 1

 Kiểm tra lại giả thiết phân phối hơi thứ ở các nồi:

%5

%05.0214

.764

527.762214.764W

%5

%16.2778

.777

959.759778.777W

%5

%03.216

.809

028.79316.809W

3 2 1

tCGtCWGiWD

1 1 ng

đ đ đ 1 1 1 đ í

Phần IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

4.1. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT

Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công

thức tổng quát như sau: [2]

itK

QF

∆

= (m2)Trong đó:

Q : nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp, W

Q = Dr (nếu chất tải nhiệt là hơi nước bão hoà)

D : lượng hơi đốt, kg/s

r : ẩn nhiệt ngưng tụ, j/kg

K : hệ số truyền nhiệt, W/m2độ

∆ti : hiệu số nhiệt độ hữu ích, °C

4.1.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp [2]

 Nồi I: QI = Dr (W)

Trang 13

)kg/j(2123000r

)s/kg(0.32677333D

:Với

)kg/j(2178706r

)s/kg(0.22476667W

:VớiII 1 1

)kg/j(2238480r

)s/kg(0.2110997W

:VớiIII 2 2

4.1.2 Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi

4.1.2.1 Tính nhiệt tải riêng trung bình [2]

Giả thiết quá trình là liên tục và ổn định

Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị:

q1 = α1(t1 – tw1) = α1∆t1Nhiệt tải riêng của thành thiết bị:

)tt)(

r

1r

1()ttr

1

2 cáu cáu1

2 w 1

δ

λ+

=

−

∑

=Nhiệt tải riêng của phía dung dịch sôi:

q2 = α2(tw2 – t2) = α2∆t2Trong đó:

t1 : Nhiệt độ hơi đốt, °C

t2 : Nhiệt độ của dung dịch trong nồi, °C

tw1, tw2 : Nhiệt độ 2 bên thành ống, °C

α1 : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m2độ

α2 : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch, W/m2độ

rcáu1 : Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt => rcáu1 = 0.348×10-3(m2độ/W) (5)

rcáu2 : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch => rcáu2 = 0.387×10-3(m2độ/W) (6)

λ

δV

: Nhiệt trở thành thiết bị, m2độ/W

 Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉX18H10T có: λ = 16.3 (W/mđộ) (7)

 Chọn bề dày thành ống là: δV = 2 mm

 r r r ) 8.577 104(m2độ/W)

2 cáu

V 1

λ

δ+

=

∑

Trang 14

 Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ α 1 : [5]

Khi tốc độ của hơi nhỏ (ω ≤ 10 m/s , chính

xác hơn khi ρ’ω’2 ≤ 30) 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:

4 1 1

Ht

rA04.2

∆

=

α (W/m2độ) (8)

25 0 3 2A







µ

λρ

= , đối với nước giá trị

A phụ thuộc vào nhiệt độ màng (9)

Công thức tính nhiệt độ màng tm:

tm = 0.5(tw1 + t1) Trong đó:

∆t1 : Hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng

tụ và thành thiết bị, °C

r : Ẩn nhiệt ngưng tụ hơi bão hòa,

j/kg

H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m

 Chọn H = 4 m

q1 = α1∆t1Xem như sự mất mát nhiệt không đáng kể

q = q1 = q2tw2 = tw1 – q1∑r

Giả sử chế độ sôi sủi bọt và quá trình là đối lưu tự nhiên, tacó:

435 0

dd

n n dd 2

n dd 565 0

n

dd n 2

λα

P : Áp suất hơi thứ, at

∆t2 : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi, °C

∆t = tw2 – tsdd

Nồi I Nồi II Nồi III

Trang 15

∆

=

 Nồi I: K = 485.907 (W/m2độ)

 Nồi II: K = 385.672 (W/m2độ)

 Nồi III: K = 299.575 (W/m2độ)

4.1.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi [2]

m m

i m

m im

KQ

tK

Qt

II I

I m

m

K

QK

∑

Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích:

Trang 16

tt)t(

i

i i

Nếu ∆(∆ti) < 5% thì thỏa

Bảng 6: Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực mỗi nồi

∆t i

(°C)

∆(∆t i ) (°C)

Q

F (m2)

 Nồi I: FI = 221.59

443.6907.485

787

693739 =

 Nồi II: FII = 221.59

771.5672.385

485

506

472542 =

4.2. TÍNH KÍCH THƯỚC CỦA BUỒNG ĐỐT VÀ BUỒNG BỐC

4.2.1 Kích thước buồng đốt

4.2.1.1 Xác định số ống truyền nhiệt [2]

7.3324

053.0

6.221dl

F

×

×π

=π

Trong đó:

F : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2

l : chiều dài ống truyền nhiệt, m

d : đường kính ống truyền nhiệt, m  Chọn d = 0.053 m (17)

Do α1 > α2 nên d là đường kính trong của ống truyền nhiệt.

 Chọn theo chuẩn n = 367 ống (tính luôn 36 ống trong hình viênphân) (18)

4.2.1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm [2]

Diện tích mặt cắt của tất cả ống truyền nhiệt:

81.04

367053.04

ndF

2 2

D = π = π× × = (m2)Diện tích mặt cắt ống tuần hoàn trong:

Trang 17

Fth = 0.25FD = 0.202 (m2)Đường kính ống tuần hoàn trong:

507.0202.04F

 Chọn theo chuẩn Dth = 0.5 m (19)

4.2.1.3 Số ống truyền nhiệt bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm [1]

057.03.1

5.01

b

Db1bt

×

=+

≥

⇒

−

≤Trong đó:

b: Số ống trên đường chéo của lục giác nhỏ nhất bao bênngoài ống tuần hoàn trung tâm, ống  Chọn b = 9

Suy ra số ống bị thay thế:

( ) (9 1) 1 61(ống)

4

311b4

3

n= 2− + = 2− + =Vậy số ống truyền nhiệt cần thiết: 367 – 61 = 306 (ống)

Ta bố trí 36 ống trong hình viên phân, có 6 ống nằm trên 1 dãy

4.2.1.4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết

)(m8.2034

053.0306dln

Chọn bề mặt truyền nhiệt chuẩn cho cả 3 nồi là F = 225 m2 (16)

4.2.1.5 Đường kính buồng đốt [2]

2 n th

n o 2

l

Fd60sin4.0

t

=

β , t : bước ống  chọn β = 1.3

Ψ : hệ số sử dụng lưới đỡ ống  chọn Ψ = 0.9

l : Chiều dài ống truyền nhiệt => l = 4 m

49.0

057.022560

sin3.14.0

 Chọn theo chuẩn Dt = 1.6 m (20)

4.2.2 Kích thước buồng bốc

4.2.2.1 Đường kính buồng bốc [1]

 Chọn đường kính buồng bốc cho cả 3 nồi là: Db = 1.8m

Ta cần kiểm tra điều kiện: max o

d)(

g4ξρ

ρ

−ρ

(m/s) (21)Trong đó:

Trang 18

ρl, ρh : Khối lượng riêng của giọt lỏng và của hơi thứ, kg/m3.

d : Đường kính giọt lỏng, m  Chọn d = 0.0003 m

ξ : Hệ số trở lực

Giả sử 0.2 < Re < 500 => 0.6

Re

5.18

=ξ

h

hdRe

µ

ρω

=

µh : Độ nhớt động lực học của hơi thứ, Ns/m2

Vận tốc hơi thứ:

2 b h 2

b

h b

h h

D

W4D

4

WF

V

πρ

=π

(kg/m 3 ) µh

(Ns/m 2 ) ωh

(m/s) Ghi chú Nồi I 934.48

4.2.2.2 Thể tích buồng bốc [2]

p h bU

WV

ρ

= (m3)Trong đó:

W : Lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h

ρh : Khối lượng riêng hơi thứ, kg/m3

Up : Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khác 1 at, m3/m3h

Up = fpUt

Ut : Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất bằng 1 at, m3/m3h

 Chọn Ut = 1600 m3/m3h (22)

fb : Hệ số hiệu chỉnh ở áp suất hơi thứ (23)

Công thức tính chiều cao buồng bốc:

2 b

b b

D

V4Hπ

V b (m 3 )

H b (m) Nồi I 2.809 1.4204 0.82 1312 809.16 0.369

Nồi II 1.391 0.7487 0.9 1440 759.95

Trang 19

Nồi III 0.3 0.1676 0.95 1520 764.21

Chọn chiều cao buồng bốc cho cả 3 nồi là 1.5 m

* * Kích thước của cả 3 nồi:

ống306n

m6.1D

m4H

m5.1Hb

* * Bộ phận nối buồng đốt và buồng bốc:

Chọn đáy nón cụt và vật liệu là thép không gỉX18H10T

Góc nghiêng 45° ( ) 0.1(m)

2

6.18.1

⇒Kích thước của đáy nón cụt:

m8.1D

m6.1Dlớn nhỏ

Phần V : TÍNH CƠ KHÍ

5.1. THÂN THIẾT BỊ [5] [6]

5.1.1 Thân buồng đốt

Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng đốt là thépCT3

t = 147 + 20 = 167 °C (buồng đốt có bọc cáchnhiệt)

Các thông số cần tra và chọn:

[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  [σ]* = 131N/mm2 (24)

Trang 20

η : Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95 (25)

[σ] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2

0

45.124

σBề dày tối thiểu của thân buồng đốt:

34335

016002

PDS

Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm

Co: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm

Để đơn giản, ta tính S = S’ + Ca, sau đó chọn S theo tiêu chuẩn

−ϕσ

.0P4425.01

41600

1495.045.1242C

SD

CS2

]P[

(thỏa)1

.0001875

01600

14D

CS

a t

a h

t a

Vậy chiều dày thân buồng đốt nồi I: S = 4 mm

5.1.1.2 Nồi II

Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên ngoàithiết bị => Thân buồng đốt nồi II chịu áp suất trong Ta tính bềntương tự như nồi I

Thông số làm việc: Dt = 1600 mm

Pt = 2.865 at

t = 130.105 °CThông số tính toán: P = 2.865 – 1 = 1.865 at = 0.18296 N/mm2

t = 130.105 + 20 = 150.105 °C (buồng đốt cóbọc cách nhiệt)

[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  [σ]* = 132N/mm2

Trang 21

η : Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95

0

4.125

18296

016002

PDS

−ϕσ

.0P29745

01

31600

1395.04.1252C

SD

CS2

]P[

(thỏa)1

.000125

01600

13D

CS

a t

a h

t a

Vậy chiều dày thân buồng đốt nồi II: S = 3 mm

Để dễ gia công, ta chọn S = 4 mm

5.1.1.3 Nồi III

Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên ngoàithiết bị => Thân buồng đốt nồi III chịu áp suất trong Ta tính bềntương tự như nồi I

Pt = 1.435 at

t = 108.4 + 20 = 128.4 °C (buồng đốt có bọccách nhiệt)

[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  [σ]* = 133.5N/mm2

0

825.126

042674

016002

PDS

Trang 22

.0P45097

01

41600

1495.0825.1262C

SD

CS2

]P[

(thỏa)1

.0001875

01600

14D

CS

a t

a h

t a

Vậy chiều dày thân buồng đốt nồi III: S = 4 mm

5.1.2 Thân buồng bốc

Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng bốc là thépkhông gỉ X18H10T

5.1.2.1 Nồi I

Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên ngoàithiết bị => Thân buồng bốc nồi I chịu áp suất trong Ta tính bềntương tự như thân buồng đốt nồi I

Pt = 2.865 at

t = 131.105 + 20 = 151.105 °C (buồng bốc cóbọc cách nhiệt)

0

925.124

18296

018002

PDS

Trang 23

.0P2634.01

31800

1395.0925.1242C

SD

CS2

]P[

(thỏa)1

.000111

01800

13D

CS

a t

a h

t a

Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi I: S = 3 mm

5.1.2.2 Nồi II

Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên ngoàithiết bị => Thân buồng bốc nồi II chịu áp suất trong Ta tính bềntương tự như thân buồng đốt nồi I

Pt = 1.435 at

t = 109.4 + 20 = 129.4 °C (buồng bốc có bọccách nhiệt)

0

35.126

042674

018002

PDS

−ϕσ

0P39944

01

41800

1495.035.1262C

SD

CS2

]P[

1.000167

01800

14D

CS

a t

a h

t a

Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi II: S = 4 mm

5.1.2.3 Nồi III

Áp suất của môi trường làm việc bên trong là áp suất chânkhông nhỏ hơn bên ngoài thiết bị => Thân buồng bốc nồi III chịuáp suất ngoài

Trang 24

Pt = 0.3 at

t = 69.7 °CThông số tính toán: Pn = 1 + (1 – 0.3) = 1.7 at = 0.16677 N/mm2

t = 69.7 + 20 = 89.7 °C (buồng bốc có bọc cáchnhiệt)

l’: chiều dài tính toán thân thiết bị, mm

l’= 1500 mmCác thông số cần tra và chọn:

[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  Tra [σ]* = 136.5N/mm2

ϕh : Hệ số bền mối hàn  Tra ϕh = 0.95

Et : mođun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làmviệc của nó, N/mm2

][ * c

t t

n

'lE

PD18.1S'

5.20

16677

0180018

.1

4 0

.01800

15001

.01800

1-1021.5

CS2

DD

'lD

CS25.1

a

t t

t a

105.203.0833.01800

1500

D

CS2E3.0D'l

3 4

3

t

a t

c

t t

≥

Kiểm tra áp suất ngoài tiùnh toán:

Trang 25

[ ]

(thỏa)16677

.0282.01800

1101500

180010

5.200.649

PD

CSD

CS'l

DE649.0P

2 4

n t

a 2

t

a t

Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi III: S = 10 mm

5.2. NẮP VÀ ĐÁY THIẾT BỊ [5] [6]

5.2.1 Nắp

Chọn nắp elip tiêu chuẩn (Dt = Rt) và vật liệu

làm nắp là thép không gỉ X18H10T

Nắp có gờ, trong đó: (32)

▪ Chiều cao phần nắp: ht = 450 mm

▪ Chiều cao phần gờ: hg = 50 mm

Chọn đường kính lỗ d = 200 mm. Hình 3: Nắp

elip

5.2.1.1 Nồi I

Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên ngoàithiết bị => Nắp nồi I chịu áp suất trong Ta tính bền tương tự nhưthân buồng đốt nồi I

Pt = 2.865 at

t = 131.105 + 20 = 151.105 °C (nắp có bọc cáchnhiệt)

[σ] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 => [σ] = η[σ]* =124.925 N/mm2

ϕh : Hệ số bền mối hàn  ϕh = 0.95

Xét tỉ số:

18296

0

925.124

180018296

02

PRS

Trang 26

.0P2634.01

31800

1395.0925.1242C

SR

CS2

]P[

(thỏa)1

.000111

01800

13D

CS

a t

a h

t a

Vậy chiều dày nắp nồi I: S = 3 mm

t = 109.4 + 20 = 129.4 °C (Nắp có bọc cáchnhiệt)

η :Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95

[σ] : Ứng suất cho phép khi kéo

0

35.126

1800042674

02

PRS

−ϕσ

0P39944

01

41800

1495.035.1262C

SR

CS2

]P[

1.000167

01800

14D

CS

a t

a h

t a

Vậy chiều dày nắp nồi II: S = 4 mm

Trang 27

t = 69.7 °CThông số tính toán: Pn = 1 + (1 – 0.3) = 1.7 at = 0.16677 N/mm2

t = 69.7 + 20 = 89.7 °C (nắp có bọc cách nhiệt)Các thông số cần tra và chọn:

[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  Tra [σ]* = 136.5N/mm2

][ * c

t

t c

t yx

σ

= : Tỷ số giới hạn của vật liệu làm nắp với giới hạnchảy của nó ở nhiệt độ tính toán (đối với thép không gỉ x =0.7)

Trước hết ta chọn bề dày nắp bằng bề dày thân ở chỗ hànvới nắp  S = 10 mm

Kiểm tra điều kiện ổn định của nắp theo công thức:

(thỏa)04

.195225

.2257.0

105.2015.0x

E15.018010

1800S

t c

<

=

=Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị:

180056075

2

110675.1292R

CS][2P

−σ

t

t c a

t

t c a

t

=

−σ

−

σ+

−

=βVậy chiều dày của nắp nồi III: S = 10 mm

t =Chọn đáy nón có gờ với: (33)

▪ Chiều cao phần nón: Ht = 1450 mm

▪ Chiều cao phần gờ: Hg = 50 mm

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	1,79 MB