GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC
Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách loại bỏ một phần dung môi dưới dạng hơi Mục đích của quá trình này là tăng cường nồng độ của các thành phần cần thiết trong dung dịch.
- Làm tăng nồng độ chất tan
- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)
- Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước)
Cô đặc được thực hiện ở nhiệt độ sôi và có thể áp dụng ở mọi loại áp suất, bao gồm áp suất chân không, áp suất thường và áp suất dư Quá trình này có thể diễn ra trong một thiết bị cô đặc duy nhất hoặc trong nhiều thiết bị Cô đặc có thể được thực hiện theo cách gián đoạn hoặc liên tục Hơi nước bay ra trong quá trình cô đặc, được gọi là hơi “hơi thứ”, thường có nhiệt độ cao và ẩn nhiệt hóa hơi lớn, do đó nó được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc.
“hơi thứ” đƣợc lấy ra làm hơi đốt cho thiết bị ngoài hệ thống cô đặc, gọi là “hơi phụ”.
Cô đặc chân không là phương pháp hiệu quả cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dễ bị phân hủy nhiệt, giúp giảm bề mặt truyền nhiệt Phương pháp này làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình, tạo ra hiệu số nhiệt độ hữu ích Nhờ vào việc hạ thấp nhiệt độ sôi của dung dịch, cô đặc chân không còn cho phép tận dụng nhiệt thừa từ các quá trình sản xuất khác hoặc sử dụng hơi thứ, tối ưu hóa hiệu suất năng lượng trong quá trình cô đặc.
Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển được áp dụng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao, như dung dịch muối vô cơ, nhằm sử dụng hơi nước trong quá trình cô đặc và các quá trình đun nóng khác.
Cô đặc ở áp suất khí quyển là một phương pháp đơn giản, nhưng hơi thải ra không khí không được sử dụng và không mang lại hiệu quả kinh tế.
1.1.2 Các phương pháp cô đặc
1.1.2.1 Phương pháp nhiệt độ (đun nóng)
Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi khi nhiệt độ tăng, đạt đến điểm mà áp suất riêng phần của nó bằng với áp suất tác động lên bề mặt chất lỏng.
1.1.2.2 Phương pháp nhiệt lạnh (kết tinh)
Khi giảm nhiệt độ đến một mức nhất định, các cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi, nhằm tăng nồng độ chất tan Quá trình kết tinh này phụ thuộc vào tính chất của cấu tử và áp suất bên ngoài, có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hoặc thấp, và đôi khi cần sử dụng máy lạnh.
1.1.3 Phân loại thiết bị cô đặc
Thiết bị cô đặc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, nhưng phân loại dựa trên đặc điểm cấu tạo là phương pháp dễ hiểu và tiêu biểu nhất.
6 loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây:
Dung dịch được đối lưu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên) đối với nhóm này thường có hai loại như sau:
Loại 1: Có buồng đốt trong (đồng trục với buồng bốc hơi); có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài.
Loại 2: Có buồng đốt ngoài (không đồng trục với buồng bốc hơi).
Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tức tuần hoàn cưỡng bức) đối với nhóm này thường có hai loại như sau:
Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài.
Loại 4: Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Dung dịch chảy thành màng mỏng, loại này thường cũng có hai loại:
Loại 5: Màng dung dịch chảy ngƣợc lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay ngoài [3].
1.1.4 Thiết bị cô đặc một nồi, buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm
1 – phòng đốt, 2 - ống truyền nhiệt, 3 - ống tuần hoàn, 4 – phòng bốc hơi
Hình 1.1 Thiết bị cô đặc một nồi có phòng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm
Phần dưới của thiết bị là phòng đốt 1, nơi chứa các ống truyền nhiệt 2 và ống tuần hoàn lớn Dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi, tạo ra hỗn hợp hơi - lỏng có khối lượng riêng giảm, được đẩy lên trên Trong ống tuần hoàn, thể tích dung dịch lớn hơn, dẫn đến khối lượng riêng của hỗn hợp ở đây lớn hơn, nên sẽ bị đẩy xuống dưới Kết quả là có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn Vận tốc tuần hoàn càng lớn, hệ số cấp nhiệt càng tăng và quá trình đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt giảm Vận tốc tuần hoàn thường không quá 1,5 m/s và khi năng suất thiết bị lớn, có thể thay ống tuần hoàn bằng nhiều ống nhỏ hơn Phía trên phòng đốt là phòng bốc 4 Thiết bị cô đặc với ống tuần hoàn ở trung tâm có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làm sạch, nhưng nhược điểm là vận tốc tuần hoàn bị giảm do ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.
THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAM
1.2.1.1 Nguồn gốc xuất xứ của cam
Cam và các loại trái cây họ cam quýt có nguồn gốc từ chân núi Đông Nam Himalaya, bao gồm khu vực phía đông Assam (Ấn Độ), phía bắc Myanmar và phía tây Vân Nam (Trung Quốc) Một mẫu hóa thạch từ kỷ Miocen muộn (11,6 - 5,3 triệu năm trước) tại Lincang, Vân Nam, cho thấy các đặc điểm của các nhóm cam quýt hiện nay, chứng minh sự tồn tại của tổ tiên họ Cam quýt ở tỉnh Vân Nam khoảng 8 triệu năm trước Tuy nhiên, thông tin về quả cam trong bối cảnh con người chỉ xuất hiện từ năm 314, khi bằng chứng văn bản đầu tiên về loại quả này được ghi nhận ở Trung Quốc.
(Nguồn: https://vi.pngtree.com/free-png-vectors/qu%E1%BA%A3-cam)
Cam ngọt được đưa đến châu Âu qua các tuyến thương mại đường bộ và đường biển, với ghi chép đầu tiên về loại trái cây này xuất hiện trong kho lưu trữ của thành phố Savona, Ý vào năm 1471 Sự phân biệt giữa cam ngọt và cam chua lần đầu tiên được ghi nhận trong một bản thảo của Bartolomeo Platina vào năm 1475, viết cho Giáo hoàng Sixtus IV.
1.2.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cam
Năm 2019, diện tích thu hoạch cam toàn cầu đạt khoảng 4 triệu ha, giảm 2,43% so với năm 2014 Ấn Độ dẫn đầu về sản xuất cam với 656 nghìn ha, chiếm 16,15% tổng diện tích, tiếp theo là Brazil với 589,6 nghìn ha, Trung Quốc 566,8 nghìn ha, Mexico 329,5 nghìn ha, Mỹ 206,3 nghìn ha, và Tây Ban Nha 146,3 nghìn ha.
Năm 2019, năng suất cam đạt 19,38 tấn/ha, tăng 10,31% so với năm 2014, với sản lượng toàn cầu đạt 78,6 triệu tấn, tăng 8,36% so với năm 2014 Trong đó, Brazil dẫn đầu với 17 triệu tấn, chiếm 21,62% tổng sản lượng cam thế giới, tiếp theo là Trung Quốc với 10,5 triệu tấn, Ấn Độ 9,5 triệu tấn, Mỹ 4,8 triệu tấn, Mexico 4,7 triệu tấn và Tây Ban Nha 3,2 triệu tấn.
Năm 2019, diện tích đất trồng cam tại Việt Nam đạt khoảng 71,4 nghìn ha, tăng 35,2% so với năm 2014 Năng suất cam trung bình đạt 14,23 tấn/ha, tăng 10,4% so với năm trước Tổng sản lượng cam trong năm 2019 vượt mốc 1 triệu tấn, tăng 42,04% so với năm 2014.
1.2.1.3 Giá trị dinh dưỡng và thương mại của cam
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của cam tươi (tính trên 100 g), [11]
Thành phần Hàm lƣợng Đơn vị
Cam là loại trái cây giàu vitamin C, nhưng sau khi cắt hoặc ép, lượng vitamin C sẽ giảm nhanh chóng Chỉ sau tám giờ ở nhiệt độ phòng, hàm lượng vitamin C trong cam có thể bị tiêu biến đáng kể.
Sau 24 giờ trong tủ lạnh, lượng vitamin C mất đi 20% Đối với các sản phẩm cô đặc như đóng hộp, đóng chai hoặc đông lạnh, hàm lượng vitamin C giảm đáng kể Cam không chỉ là nguồn cung cấp vitamin C mà còn giàu folate, vitamin A, B1 và chất xơ.
Cam được trồng phổ biến ở những vùng có khí hậu ấm áp trên toàn cầu, với hương vị đa dạng từ ngọt đến chua Quả cam thường được gọt vỏ và ăn tươi hoặc ép lấy nước Lớp vỏ dày và đắng thường bị loại bỏ, nhưng có thể chế biến thành thức ăn gia súc bằng cách loại bỏ nước, sử dụng áp suất và nhiệt độ Ngoài ra, cam cũng được sử dụng trong các công thức nấu ăn như hương liệu hoặc trang trí Phần trắng của vỏ, gọi là pericarp hoặc albedo, cùng với phần thịt, là nguồn cung cấp pectin và chứa lượng vitamin C tương đương với phần thịt.
Các sản phẩm làm từ cam bao gồm:
Nước cam là mặt hàng được giao dịch trên Hội đồng Thương mại New York, với Brazil là quốc gia sản xuất nước cam lớn nhất thế giới, tiếp theo là Hoa Kỳ.
Dầu cam là tinh dầu được chiết xuất từ vỏ cam trong ngành công nghiệp nước trái cây, thường được sử dụng làm hương liệu trong thực phẩm, đồ uống, nước hoa và dầu thơm Với khoảng 90% d-Limonene, dầu cam là một dung môi hiệu quả cho các hóa chất gia dụng, như làm sạch đồ nội thất và loại bỏ dầu mỡ Sản phẩm này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn ít độc hại hơn so với các loại chất tẩy rửa từ dầu mỏ, đồng thời mang lại mùi hương dễ chịu hơn.
Trà: Ở Tây Ban Nha, hoa rụng đƣợc sấy khô và sau đó dùng để pha trà.
Mứt cam thường được chế biến từ cam đắng hoặc cam chua, sử dụng toàn bộ quả cam, bao gồm cả vỏ và ruột Phần vỏ và ruột được tách riêng và cho vào túi muslin, sau đó đun sôi trong nước trái cây cùng với vỏ cắt lát để chiết xuất pectin, giúp quá trình đông kết mứt.
Một số lợi ích từ cam mang lại
Cam là nguồn giàu chất xơ, hỗ trợ tiêu hóa và ngăn ngừa viêm loét dạ dày cũng như trào ngược acid Việc thêm một quả cam vào chế độ ăn hàng ngày rất có lợi, đặc biệt cho những ai gặp vấn đề về táo bón mãn tính Ngoài ra, các thành phần trong cam còn giúp bảo vệ sức khỏe dạ dày.
Uống nước cam pha chút muối sau khi tập luyện ra nhiều mồ hôi là phương pháp hiệu quả để phục hồi thể lực nhanh chóng Nước cam chứa fructose và 85% nước, giúp cơ thể hấp thụ nhanh, giải khát và bổ sung năng lượng cần thiết.
Sau khi ép lấy nước hoặc gọt vỏ, bạn nên tiêu thụ ngay để bảo toàn lượng vitamin C, tránh bị mất do phản ứng với oxy trong không khí Thời gian tối ưu để sử dụng sau chế biến không nên vượt quá 30 phút.
Trong cam chứa nhiều carotenoid và vitamin A, giúp cải thiện thị lực, đặc biệt hữu ích cho phụ nữ gặp vấn đề về thoái hóa điểm vàng.
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
DỮ KIỆN BAN ĐẦU
- Dung dịch nước cam sau gia nhiệt
- Nồng độ nhập liệu Xđ = 13% (khối lƣợng)
- Nồng độ sản phẩm cuối Xc = 55% (khối lƣợng)
- Năng suất nhập liệu Gđ = 1400 kg/h
- Nhiệt độ đầu của nguyên liệu tđ = 30 C
CÂN BẰNG VẬT CHẤT
- Nguồn nguyên liệu là hơi nước bão hòa
Gđ , Gc, W: Lần lƣợt là khối lƣợng dung dịch ban đầu, cuối và tổng lƣợng hơi thứ (kg/h).
Xđ, Xc: Là nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu và cuối (% khối lƣợng).
* Khối lƣợng dung dịch cuối (Gc)
Cân bằng vật chất theo cấu tử khô, ta có:
* Tổng lƣợng hơi thứ bốc lên (W)
Cân bằng vật chất cho hệ thống:
2.3.1 Xác định nhiệt độ và áp suất
- Do nguồn nhiệt là hơi nước bão hòa nên ta chọn áp suất buồng đốt (Pđốt) là 2,75 at.
- Tra bảng I.251, trang 314, [4], ta có nhiệt độ hơi đốt (tđốt) là 129,575 C.
- Gọi áp suất chân không tại thiết bị ngƣng tụ : Pck = 0,75 at.
- Áp suất tuyệt đối thiết bị ngƣng tụ :
Pc = Pa – Pck = 1 – 0,75 = 0,25 at Tra bảng I.251, trang 314, [4] ta có:
Nhiệt độ ( C) Áp suất (at)
Theo công thức nội suy, tại áp suất 0,25 at tnt
Với tnt là nhiệt độ hơi thứ vào trong thiết bị ngƣng tụ baromet ( C)
Chênh lệch áp suất chung của hệ thống:
Gọi ’’’ là tổn thất nhiệt độ hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng đốt đến thiết bị ngƣng tụ Theo trang 67, [5], chọn ’’’ = 1,5 C.
Nhiệt độ ra khỏi nồi (tsdm) bằng nhiệt độ trong thiết bị ngƣng tụ + ’’’ tsdm = tnt + ’’’ = 64,2 + 1,5 = 65,7 C Tra bảng I.250, trang 312, [4] ta có:
Nhiệt độ ( C) Áp suất (at)
Theo công thức nội suy, tại nhiệt độ 65,7 C
Bảng 2.1 Bảng số liệu tổng hợp của hơi đốt và hơi thứ
* Tổn thất nhiệt do nồng độ ( ’ )
Tra bảng VI.1, trang 59, [5] ta có:
Nhiệt độ ( C) Áp suất (at)
Dùng công thức nội suy tại tsdm = 65,7 C Ta đƣợc f = 0,794
Với nồng độ cuối của dung dịch đạt 55%, giá trị ’ được xác định là 2,2 theo đồ thị VI.2, trang 60, [5] Trong quá trình cô đặc có tuần hoàn, hiệu số nhiệt độ sẽ bị tổn thất, do đó giá trị ’ cần được tính toán dựa trên nồng độ cuối của dung dịch.
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ( ’ ) là 1,747 C.
* Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ( ’’ )
Theo công thức VI.13 trang 60, [5] ta có
Với: tsi là nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb ti là nhiệt độ sôi ứng với áp suất P0 (Pthứ)
Theo công thức VI.12, trang 60, [5], ta có áp suất thủy tĩnh ở giữa lớp khối chất lỏng cần cô đặc:
P0: là áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch (N/m 2 ). h1: chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch (m).
H: chiều cao ống truyền nhiệt (m). dds: khối lƣợng riêng dung dịch khi sôi (kg/m 3 ) g: gia tốc trọng trường (m/s 2 ), g = 9,81 m/s 2
Chọn h1 = 0,5m; H = 1,5m nên ta có: dds=
Do đây là quá trình cô đặc liên tục nên pdds tra theo nồng độ trung bình của dung dịch:
Tra bảng I.86, trang 59, [4] ta đƣợc: dd = 1148,370 (kg/m 3 ) dds== 574,185 (kg/m 3 )
Tra bảng I.251, trang 314, [4] ta có: Áp suất (at) Nhiệt độ ( C)
Theo công thức nội suy, tại áp suất 0,336 at, nhiệt độ sôi trung bình ứng với
Theo công thức ta có:
’’ = ttb – tsdd ttb: nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch ( C) tsdd: nhiệt độ sôi của dung dịch ( C)
Mà ’ = tsdd – tsdm tsdd = ’ + tsdm = 1,747 + 65,7 = 67,447 C ’’ = 71,112 – 67,447 = 3,665 C
Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh là 3,665 C.
* Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ( t hi )
Hệ số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt của nồi và nhiệt độ hơi thứ khi vào thiết bị ngưng tụ được tính bằng công thức: tch = tđốt – tnt, với tđốt là 129,575°C và tnt là 64,2°C, cho ra kết quả tch = 65,375°C Chênh lệch nhiệt độ hữu ích được xác định bằng cách trừ tổng tổn thất nhiệt ∑ từ hệ số nhiệt độ, cụ thể là thi = tch - ∑ = 65,375 – 6,912, dẫn đến thi = 58,463°C.
(Các công thức lấy từ trang 67, 68, [5].)
Bảng 2.2 Bảng tổng hợp số liệu tổn thất nhiệt độ ở nồi cô đặc
* Nhiệt lƣợng tiêu thụ do cô đặc (Q)
Theo công thức VI.3, trang 57, [5] ta có:
Qđ: nhiệt lƣợng cần đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi. o o
Qbh: nhiệt lượng làm bốc hơi nước.
Qtt: nhiệt lượng tổn thất qua môi trường.
* Nhiệt lƣợng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi (Q đ )
Theo công thức VI.3, trang 57, [5] ta có:
Qđ = Gđ.Ctb.(ts – tđ) Trong đó:
Ctb: nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) ts: nhiệt độ sôi của dung dịch ( C) tđ: nhiệt độ đầu của dung dịch khi vào thiết bị ( C)
Theo công thức I.50, trang 153, [4], nhiệt dung riêng của dung dịch đường:
Ctb = 4190 – (2514 – 7,542.t).x (J/kg.độ) Với t: nhiệt độ của dung dịch ( C); x: nồng độ của dung dịch, phần khối lƣợng.
Trong quá trình đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi, nồng độ của dung dịch vẫn giữ nguyên ở mức 13% vì chưa xảy ra hiện tượng bốc hơi Theo đồ thị VI.2, trang 60, [5], nồng độ này tương ứng với nồng độ của nguyên liệu.
’ = f ’ = 0,794.0,20 = 0,159 C Mà: ’ = tsdd – tsdm t sdd= ’ + tsdm = 0,159 + 65,7 = 65,859 C
Thay tất cả vào, ta đƣợc:
Qđ = Gđ.Ctb.(ts – tđ) = 1400.3910,173.(65,859 – 30) = 196300851 (J/h) (2.2)
* Nhiệt lƣợng làm bốc hơi dung dịch (Q bh )
Theo công thức VI.3, trang 57, [5] ta có:
W: lƣợng hơi thứ bốc lên W = 1069,09 (kg/h) r: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ ứng với áp suất 0,264 at, (J/kg).
Tra bảng I.251, trang 314, [4] ta có: Áp suất (at) r.10 3 (J/kg)
Dùng công thức nội suy, ta có: r.10 -3
* Nhiệt lƣợng tổn thất (Q tt )
Q = 2844379843 (J/h) = 790,106 kW = 790106 W Vậy nhiệt lƣợng tiêu thụ cho quá trình cô đặc là 790,106 kW
2.3.4 Lƣợng hơi đốt dùng cho cô đặc
Theo công thức VI.6a, trang 57, [5] ta có:
Lƣợng hơi đốt dùng cho cô đặc:
Q: nhiệt lƣợng tiêu thụ trong quá trình cô đặc (J/h); Q = 2844379843 (J/h). r: ẩn nhiệt ngƣng tụ của hơi đốt ở áp suất 2,75 at (J/kg); r = 2180,25.10 3 (J/kg).
2.3.5 Lƣợng hơi đốt tiêu tốn riêng
Theo công thức VI.7, trang 58, [5] ta có: d === 1,220 (kg hơi đốt/kg hơi thứ)
Vậy để tạo ra 1 kg hơi thứ thì cần 1,220 kg hơi đốt.
Bảng 2.3 Bảng số liệu tổng hợp cân bằng nhiệt
Cn, i: tra bảng I.249 và bảng I.250, trang 311, 312, [4].
TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA HƠI NGƢNG
: Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngƣng tụ (W/m 2 ) r: Ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ở áp suất hơi đốt là 2,75 at; r = 2180,250.10 3 (J/kg).
H: Chiều cao ống truyền nhiệt, với H = 1,5m
A: Phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm.
,: Nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ vách phía hơi ngƣng A:
NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA DUNG DỊCH
Dung dịch nhập liệu đã đạt đến nhiệt độ sôi sau khi qua thiết bị Tại điều kiện sôi, quá trình cô đặc diễn ra mạnh mẽ cùng với tuần hoàn tự nhiên, tạo ra các bọt khí liên tục thoát ra khỏi dung dịch.
Theo công thức VI 27 trang 71, [5]:
: Hệ số cấp nhiệt của nước (W/m 2 độ).
: Hiệu số nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt và của nước sôi ( C).
,: Nhiệt dung riêng của dung dịch và của nước (J/kg.độ).
,: Độ nhớt của dung dịch và của nước.
,: Khối lượng riêng của dung dịch và của nước (kg/m 3 ).
,: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch và của nước (W/m.K).
Bảng 3.1 Số liệu theo nồng độ dung dịch
Các thông số của dung dịch:
- Các thông số của nước tra bảng I.249 và bảng I.251, trang 310, 314, [4].
- ρ dd : Tra ở các nồng độ khác nhu, tra bảng I.86, trang 58 [4].
+ Ở nồng độ 13%, tđ = 30 C + Ở nồng độ 55%, tc = tsdd(Po) + 2 = 67,447 + 2.3,665 = 74,777 C + Tra bảng I.112, trang 114,[4].
+ Tại nồng độ trung bình 34%, độ nhớt bằng tổng độ nhớt của hai nồng độ trên chia 2.
- Cdd: Nhiệt dung riêng của dung dịch đường, (công thức I.50, trang 153, [4]).
C = 4190 – (2514 – 7,542t).x (J/kg.độ) (3.3) Trong đó t: Nhiệt độ của dung dịch x: nồng độ của dung dịch
Cđ = 4190 – (2514 – 7,542.30).0,13 = 3892,594 (J/kg.độ) + Ở tc = 74,777 C, xc = 55%
A: Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng, A = 3,58.10 -8
M: Khối lƣợng mol của dung dịch, M = 342 (g/mol).
Tính tương tự ta được: = 0,213 (W/m.độ)
= 0,217 (W/m.độ) Thế vào công thức (3.2) ta có:
NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA TƯỜNG (Qv)
= + + : Nhiệt trở của màng nước (m 2 độ/W), = 0,345.10 -3 (m 2 độ/W).
: Nhiệt trở của lớp cặn bẩn (m 2 độ/W), = 0,387.10 -3 (m 2 độ/W).
: Bề dày ống (mm), Chọn = 2 mm
: Hệ số dẫn nhiệt của ống (W/m.độ), Chọn ống thép không gỉ = 17,5 (W/m.độ)
TÍNH TẢI NHIỆT RIÊNG
Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn định thì: q1 = q2 = qv (3.6)
Nội suy theo bảng trang 29, [5] ta đƣợc A = 190,004
So sánh sai số giữa q1 và q2:
Vậy chọn tv1 = 123,785 C là thỏa mãn
Nhiệt tải trung bình là: q
HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K
Giá trị K đƣợc tính thông qua hệ số cấp nhiệt
DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT F
Theo công thức V.22b, tập 5, quyển 1, trang 279, [2], ta có:
K.F thi = (1 – ).Q : tỷ lệ tổn thất nhiệt, chọn = 4%
= 16,407 m 2 Tra theo dãy chuẩn chọn F = 25 m 2 , trang 276, [2].
TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
TÍNH BUỒNG ĐỐT
4.1.1 Thể tích dung dịch đầu trong thiết bị (V đ )
Gđ: Khối lƣợng dung dịch nhập liệu (kg/h), Gđ = 1400 kg/h. đ: Khối lƣợng riêng dung dịch nhập liệu (kg/m 3 ).
Xđ = 13% đ = 1052,520 kg/m 3 (tra bảng I.86, trang 58, [4]).
4.1.2 Thể tích dung dịch cuối (V c )
Gc: Khối lƣợng dung dịch cuối (kg/h), Gc = 330,910 kg/h. c: Khối lƣợng riêng dung dịch cuối (kg/m 3 ).
Xc = 55% c = 1259,760 kg/m 3 (tra bảng I.86, trang 58, [4]).
4.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt
Chọn ống có kích thước d = 21/25 mm (tra bảng VI.6, trang 80, [5]).
Theo công thức III.49 trang 134, [6]:
Với: n (ống) d: Đường kính ống truyền nhiệt (m); vì α1 > α2 lấy dn = 21 mm = 0,021m l: Chiều dài ống truyền nhiệt (m); l = 1,5 m.
F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m 2 ); F = 25 m 2
Số ống truyền nhiệt là n =
Theo quy chuẩn bảng V.11 trang 48, [5].
- Chọn tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân n = 271 ống, bố trí theo hình lục giác đều có ống tuần hoàn trung tâm.
- Tổng số ống của thiết bị là 301.
- Số lục giác đều là 9.
- Số ống trên đường xuyên tâm của hình lục giác đều là 19.
- Số ống trên 1 cạnh của hình lục giác lớn nhất là 10. n
* Đường kính ống tuần hoàn trung tâm Áp dụng công thức III.26, trang 121, [3]. dth = √ (m)
Tỷ lệ: = 0,25 – 0,35, chọn 0,3 ta đƣợc F = 0,3.F th n
Fth: Diện tích tiết diện ngang của ống tuần hoàn (m 2 ).
Fn: Diện tích tiết diện ngang của tất cả ống truyền nhiệt (m 2 ).
Dn: Đường kính ngoài ống truyền nhiệt (m); Dn = 25 mm = 0,025 m dn: Đường kính trong ống truyền nhiệt (m); dn = 21 mm = 0,021m.
Theo dãy chuẩn trang 274, [2] Chọn đường kính trong ống tuần hoàn trung tâm dth = 273 mm = 0,273 m. Đường kính ngoài ống tuần hoàn trung tâm Dth = 0,273 + 2.0,002 = 0,277 m.
Theo công thức 3.86, Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1, trang
D: Đường kính vỏ thiết bị. m: Số ống trên đường chéo; m = 19 ống. do = Dn: Đường kính ngoài ống truyền nhiệt; do = 25 mm β = 1,3 – 1,5, chọn β = 1,5
Vậy chọn đường kính trong buồng đốt dbđ = 1,000 m = 1000 mm (Theo tập 5 trang
Theo tập 5, trang 202, [2] Số ống trên đường chéo của lục giác đều bọc chùm ống lắp trong ruột rỗng là: dth = s.(m ’ – 1) + 4.do (mm) m = + 1 + 1 = 5,613 mm
Số ống trên đường chéo của lục giác đều là 7 ống, do có ống truyền nhiệt nằm ở tâm Đường tròn ngoại tiếp của bốn ống trên đường chéo được tính bằng công thức 6.s + Dn, với s = 37,5 mm và Dn = 25 mm, cho kết quả là 250 mm Đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm cần được xác định.
277 mm do đó số ống trên đường chéo của lục giác đều sẽ là 9 ống.
Với β = 1,5, bước ống s được tính là 37,5 mm Số ống trên đường chéo của lục giác đều bọc trùm ống lắp trong ruột rỗng là m’ Do đó, vùng ống truyền nhiệt cần thay thế có 9 ống trên đường xuyên tâm.
Số ống truyền nhiệt đã bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm là: n ’ = (m ’2 – 1) + 1 = (9 2 – 1) + 1 = 61 ống
Vậy số ống truyền nhiệt cần thiết là n – n ’ = 301 – 61 = 240 ống.
Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt:
F > Ftính toán (Ftính toán = 16,407 m 2 ; thỏa mãn điều kiện)
4.1.4 Tính kích thước đáy nón của buồng đốt
Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng đốt và đáy nón hgờ = 40 mm. Đường kính trong đáy nón chính là đường kính trong buồng đốt dbđ = 1000 mm.
Với hai thông số trên, tra bảng XIII.21, trang 394, [5] ta có:
Ft: Diện tích bề mặt trong (m 2 ); Ft = 1,808 m 2
Vđ: Thể tích đáy nón (m 3 ); Vđ = 306.10 -3 m 3
- Số ống truyền nhiệt là 240 ống.
- Ống truyền nhiệt có đường kính là d = 21/25 mm.
- Một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính trong dth = 273 mm; đường kính ngoài Dth = 277 mm.
- Đường kính trong buồng đốt dbđ = 1000 mm.
- Chiều cao buồng đôt Hbđ = 1,5 m = 1500 mm.
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt F = 25 m 2
- Chiều cao đáy nón Hnón = 906 mm.
- Vđ: Thể tích đáy nón (m 3 ); Vđ = 306.10 -3 m 3 ω √
TÍNH BUỒNG BỐC
4.2.1 Tính đường kính buồng bốc Db
Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc là:
V = = 1,786 (m 3 /s) Trong đó: hơi ρh: Khối lƣợng riêng của hơi ở áp suất Po = 0,264 at (kg/m 3 )
W: Lưu lượng hơi thứ (kg/h); W = 1069,09 kg/h.
- Vận tốc lắng: Theo công thức 5.14, trang 276, [2].
Khối lượng riêng của giọt lỏng được xác định là ρ’ = 979,179 kg/m³ tại nhiệt độ sôi của dung dịch trong buồng bốc là tsdd = 67,447°C Trong khi đó, khối lượng riêng của hơi là ρ” = ρh = 0,1663 kg/m³ Đường kính giọt lỏng được chọn là d = 0,0003 m, và gia tốc trọng trường là g = 9,81 m/s² Hệ số trở lực δ được tính theo số Reynolds (Re) với độ nhớt μ = 0,0114 x 10⁻³ N.s/m².
Theo trang 277, [2], chọn đường kính trong buồng bốc: dbb = 1,4 m = 1400 mm.
4.2.2 Tính chiều cao buồng bốc Hb
Theo công thức VI.34, trang 72, [5]:
Chiều cao của không gian hơi:
H kgh : Chiều cao của không gian hơi (m) dbb: Đường kính trong buồng bốc (m).
Vkgh: Thể tích không gian hơi (m 3 ).
Theo công thức VI.32, trang 71, [5] ta có:
W: Lƣợng hơi thứ (kg/h), W = 1069,09 kg/h. ρh: Khối lƣợng riêng của hơi thứ ở áp suất Po = 0,264 at (kg/h)
Tra bảng I.251, trang 314, [4] ta có ρh = 0,1663 kg/m 3
Cường độ bốc hơi thể tích (Utt) là lượng hơi nước bốc hơi trên một đơn vị thể tích của không gian hơi trong một đơn vị thời gian.
Utt = f.Utt (1 at) (m 3 /m 3 h) Tra hình VI.3 trang 72, [5] ta đƣợc f = 1,4
Utt (at) = 1600 1700 m 3 /m 3 h, chọn Utt (1at) = 1700 m 3 /m 3 h
Thế vào công thức trên ta đƣợc:
Chiều cao buồng bốc: Hbb = Hkgh + h1 = 1,755 + 0,5 = 2,255
Theo điều kiện cho quá trình sôi sủi bọt, ta chọn: Hbb = 2,400 m = 2400 mm.
4.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ của buồng bốc
Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng bốc và nắp elip hgờ = 25 mm. Đường kính trong nắp elip chính là đường kính trong buồng bốc dbb = 1400 mm.
Với hai thống số trên, tra bảng XIII.13, trang 388, [5] ta có:
- Ft: Bề mặt trong (m 2 ); Ft = 2,24 m 2
- Vn: Thể tích nón (m 3 ); Vn = 397,9.10 -3 m 3
TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU
Theo công thức VI-41, trang 74, [5] ta có:
Từ công thức trên suy ra được đường kính của các ống được tính theo công thức: d = √ = √ (m)
V = : Lưu lượng khí (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống (m 3 /s).
G: Lưu lượng lưu chất (kg/s). ρ: Khối lượng riêng của lưu chất (kg/m 3 ) tra bảng I.86, trang 58 [4]. ω: Tốc độ thích hợp của khí hoặc dung dịch đi trong ống (m/s). d: Đường kính của ống (m).
- Chọn ω = 2 m/s (chất lỏng ít nhớt).
- Chọn ω = 0,75 m/s (dung dịch sau cô đặc có độ nhớt tương đối).
- Pđốt = 2,75 at ρđốt = 1,490 kg/m 3 (tra bảng I.251, trang 314, [4]). dtl
- Po = 0,264 at ρhơi thứ = 0,1663 kg/m 3 dtl
- Chọn ω = 2 m/s (chất lỏng ít nhớt, trang 75, [5]).
- t = 129,575 C ρnước ngưng = 935,153 kg/m 3 (tra bảng I.249, trang 311, [4]). dtl
4.3.6 Ống xả khí không ngƣng
4.3.7 Tổng kết về đường kính ống
Căn cứ vào bảng XIII.26, trang 409, [5] ta có bảng sau:
Bảng 4.1 Số liệu đường kính các ống
Loại ống Đường kính tính
Chọn đường kính trong (mm)
Chọn đường kính ngoài (mm)
TÍNH CƠ KHÍ
TÍNH BUỒNG ĐỐT
- Buồng đốt có đường kính dbđ = 1000mm, chiều cao Hđ = 1500mm.
- Thân có 3 lỗ: 1 lỗ dẫn hơi đốt, 1 lỗ tháo nước ngưng và 1 lỗ xả khí không ngƣng.
- Vật liệu là thép không gỉ mã hiệu X18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
5.1.2 Tính bề dày buồng đốt
* Tính bề dày tối thiểu S’
- Hơi đốt là hơi nước bão hòa có áp suất 2,75 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là:
Pm = Pđ – Pa = 2,75 - 1 = 1,75 (at) = 0,172 (N/mm 2 )
- Lấy áp suất tính toán bằng với áp suất làm việc, do đó Pt = Pm = 0,172 N/mm 2
Nhiệt độ của hơi đốt vào được xác định là tđ = 129,575 °C tại áp suất 2,75 at Do đó, nhiệt độ tính toán của buồng đốt, với trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt, là ttt = tđ + 20 = 149,575 °C.
- Theo hình 1.2, trang 16, [7], ta có ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
[ ]* = 139 N/m 2 Ứng suất cho phép của vật liệu là:
: Hiệu số hiệu chỉnh, = 0,9 1,0, vì buồng đốt có bọc lớp cách nhiệt nên chọn = 0,95 ([7], trang 17).
Khi đó theo công thức 5-3, trang 96, [7]:
Bề dày tối thiểu của buồng đốt đƣợc tính bằng:
Trong đó: φ: Hệ số bền mối hàn.
: Áp suất tính toán của buồng đốt (N/mm 2 ); Pt = 0,172 N/mm 2
: Đường kính trong của buồng đốt (mm); = 1000mm.
= 1000 mm Smin = 3 mm > 0,686 mm chọn S’ = 3 mm (theo bảng
Theo công thức 1-10, trang 20, [7], hệ số bổ sung bề dày.
Ca là hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường (mm)
Cb là hệ số bổ sung do ăn mòn cơ học của môi trường (mm)
Cc là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp rắp (mm).
Co là hệ số bổ sung để quy tròn kích thước (mm).
- Chọn hệ số ăn mòn hóa học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm).
- Vật liệu đƣợc xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0
- Chọn hệ số bổ sung do sai của chiều dày Co = 0,22 mm (theo bảng XIII.9, trang 364, [5]).
C = Ca + Cb + Cc + Co = 1 + 0 + 0 + 0,22 = 1,22 mm Theo công thức trang 96, [7] bề dày thực là:
* Kiểm tra bề dày buồng đốt
- Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [7]:
- Theo công thức 6-11, trang 97, [7], áp suất tính toán cho phép của buồng đốt:
P = 1,000 N/mm 2 > Pt = 0,172 N/mm 2 (thỏa mãn điều kiện).
Vậy bề dày buồng đốt là 5 mm. Đường kính ngoài buồng đốt: Dbđ = dbđ + 2.S = 1000 + 2.5 = 1010 mm.
5.1.3Tính bền cho các lỗ Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162,
= 5,581 mm Trong đó: dbđ: Đường kính trong buồng đốt (m); dbđ = 1000 mm
S: Bề dày buồng đốt (mm); S = 5 mm. k: Hệ số bền của lỗ. k = ( )
Ống dẫn hơi đốt có đường kính danh nghĩa dbđ = 125 mm, lớn hơn dmax, do đó cần phải tăng cứng cho lỗ dẫn hơi đốt Đường kính ngoài của lỗ dẫn hơi đốt được tính là Dbđ = 133 mm, tương ứng với dbđ cộng thêm 2 lần kích thước lỗ.
Bề dày khâu tăng cứng Slỗ
TÍNH BUỒNG BỐC
- Buồng bốc có đường kính trong dbb = 1400 mm, chiều cao Hbb = 2400 mm.
- Thân có 3 lỗ gồm: ống nhập liệu, cửa sửa chữa và kính quan sát.
- Cuối buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ liên kết buồng bốc và buồng đốt.
- Vật liệu là thép không gỉ mã hiệu X18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
5.2.2 Tính thể tích phòng bốc hơi
- Theo công thức VI.32, trang 71, [5]:
W: Lƣợng hơi bốc lên trong thiết bị (kg/h). ρh: Khối lƣợng riêng của hơi thứ (kg/m 3 ); ρh = 0,1663 kg/m 3
Utt: Cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (m 3 /m 3 h).
Utt = f.Utt (1at) f = 1,4: Hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển (xác định theo đồ thị hình VI.3, trang 72, [5]).
Utt (1at): Cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi P = 1 at, (m 3 /m 3 h) Theo trang 72, [5].
5.2.3 Tính bề dày buồng bốc
* Tính bề dày tối thiểu S’
Buồng đốt hoạt động trong điều kiện chân không, do đó phải chịu áp lực từ bên ngoài Áp suất tuyệt đối thấp nhất bên trong buồng là 0,25 at, dẫn đến buồng bốc phải chịu áp suất bên ngoài tương ứng.
Pn = Pm = 2.Pa - 0,25 = 2.1 - 0,25 = 1,75 at = 0,172 N/mm 2
- Nhiệt độ hơi thứ ra là tsdm = 65,7 C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng bốc là: ttt = 65,7 + 20 = 85,7 C
(Trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)
- Chọn hệ số bền mối hàn = 0,95 (bảng 1.8 (hàn hai phía), trang 19, [7]). Theo hình 1.2, trang 16, [7] ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
- Chọn hệ số hiệu chỉnh = 0,95 (vì có bọc lớp cách nhiệt, trang 17, [7]). Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[ ] = [ ]*= 0,95.144 = 136.800 N/mm 2 Chọn hệ số an toàn khi xảy ra nc = 1,65 (bảng 1-6, trang 14, [7]). Ứng suất chảy của vật liệu là:
- Áp dụng công thức 5-14, trang 98, [7]:
Trong đó: dbb: Đường kính trong của buồng bốc (mm); dbb= 1400 mm.
Pn: Áp suất tính toán bên ngoài tác động vào buồng bốc (N/mm 2 ); Pn= 0,172 N/mm 2
Hbb: Chiều cao buồng bốc (mm); L = Hb = 2400 mm : Modun đàn hồi của vật liệu ở ttt (N/mm 2 ); tra bảng 2-12, trang 34, [7], = 2,05 (N/mm 2 )
* Bề dày thực S dbb = 1400 mm Smin = 4 mm < 7,606 mm chọn S’ = 7,606 mm ( theo bảng 5-1, trang 94, [7]).
Hệ số bổ sung bề dày : C = Ca + Cb + Cc + Co
- Chọn hệ số ăn mòn hóa học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm).
Vật liệu được coi là bền cơ học khi hệ số bổ sung do bào mòn cơ học (Cb) và hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo (Cc) đều bằng 0.
- Chọn hệ số bổ sung do dung sai chiều dày Co = 0,8 mm ( theo bảng XIII.9, trang 364, [5]).
C = Ca + Cb + Cc + Co = 1 + 0 + 0 + 0,8 = 1,8 mm
Bề dày thực là: S = S’ + C = 7,606 + 1,8 = 9,406 mmChọn S = 10mm.
* Kiểm tra bề dày buồng bốc
Bề dày buồng bốc phải thỏa mãn hai điều kiện sau:
Theo công thức 5-15 và 5-16, trang 99, [7]:
1,5 √ ( ) < √ (Thỏa mãn điều kiện thứ 1).
(Thỏa mãn điều kiện thứ 2).
* Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của áp suất ngoài
So sánh Pn với áp suất tính toán cho phép trong thiết bị [Pn] theo công thức 5-
P’n > Pn (Pn = 0,172 N/mm 2 , thỏa mãn điều kiện)
* Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục
Lực nén chiều trục lên buồng bốc:
- Theo công thức 5-33, 5-34 và bảng trang 103, [7]:
Trong đó: qc phụ thuộc vào
( ) ; Tra bảng trang 103, [7] suy ra qc = 0,077
Kiểm tra độ ổn định:
9 ≥ 2,329 (thỏa mãn điều kiện) Ứng suất nén:
Khi thân chịu tác dụng đồng thời áp lực ngoài và lực nén chiều trục:
Vậy bề dày buồng bốc là 10 mm. Đường kính ngoài buồng bốc: Ddd = dbb + 2.S = 1400 + 2.10 = 1420 mm.
5.2.4 Tính toán nắp thiết bị
- Chọn nắp elip theo tiêu chuẩn dbb = 1400 mm.
- Nắp có gờ và chiều cao gờ hgiờ = 25 mm.
- Nắp có một lỗ để thoát hơi thứ, lỗ có đường kính 300 mm.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
- Nắp có áp suất tuyệt đối bên trong giống nhƣ buồng bốc là Po = 0,25 at nên chịu áp suất ngoài là:
Pn = Pm = 2.Pa - 0,25 = 2.1 - 0,25 = 1,75 at = 0,172 N/mm 2
- Nhiệt độ hơi thứ ra là tsdm = 65,7 C, vậy nhiệt độ tính toán của nắp là: ttt = 65,7 + 20 = 85,7
- Đối với elip tiêu chuẩn:
Chọn sơ bộ bề dày nắp bằng bề dày thực thân buồng bốc: S = 10 mm
* Kiểm tra bề dày nắp
P’n > Pn (Pn = 0,172 N/mm 2 ) (thỏa mãn điều kiện)
- = 2,05.10 5 N/mm 2 : Hệ số modun đàn hồi của vật liệu làm nắp.
- = 237,6: Giới hạn chảy của vật liệu.
- = 136,800 N/mm 2 : Ứng suất nén cho phép của vật liệu.
( ) ( ) = 2,185 Vậy bề dày của nắp elip là 10 mm
* Tính bền cho các lỗ
Vì nắp chỉ có một lỗ để tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng đƣợc tính theo công thức 8–3, trang 162, [7]: dmax
S: Bề dày nắp thiết bị (mm).
S’: Bề dày tính toán tối thiểu của nắp (mm) Chọn theo cách tính buồng bốc. : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học (mm).
: Đường kính trong của nắp (mm).
Đường kính ống dẫn hơi DHT 300 mm lớn hơn dmax, do đó cần tăng cứng cho lỗ ống dẫn hơi Sử dụng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng tương đương với bề dày nắp.
TÍNH TOÁN ĐÁY THIẾT BỊ
- Chọn đáy nón tiêu chuẩn dbđ = 1000 mm.
- Đáy nón có phần gờ cao 40 mm và góc ở đáy là 2 = 60 C.
- Chiều cao của đáy nón (không kể phần gờ) là H = 906 mm.
- Đáy nón đƣợc khoan 1 lỗ để tháo liệu và 1 lỗ để gắn vòi thứ sản phẩm.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
* Chiều cao phần hình nón cụt nối buồng bốc và buồng đốt H c
- Tổng thể tích của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm:
Trong đó: Đường kính trong của ống truyền nhiệt (mm) Đường kính trong của ống tuần hoàn (mm)
L: Chiều dài (chiều cao) ống truyền nhiệt (m)
- Thể tích của phần đáy nón:
- Với đường kính trong của ống nhập liệu là 25 mm, tốc độ nhập liệu được tính lại: vnl=
- Tốc độ dung dịch đi trong ống tuần hoàn trung tâm: v’ = 6,315.10 -3 m/s
- Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị:
Tốc độ của dung dịch trong ống nhập liệu được ký hiệu là vnl (m/s), trong khi đường kính trong của ống nhập liệu là dnl (m) và đường kính trong của ống tuần hoàn trung tâm là dth (m) Khối lượng riêng của hỗn hợp nhập liệu được ký hiệu là ρd (kg/m²) Tốc độ dung dịch đi trong ống tuần hoàn trung tâm được ký hiệu là v’ (m/s) và chiều dài hình học và đáy được ký hiệu là l’ (m) Tổng thời gian là 884,713 giây.
- Thể tích dung dịch đi vào bên trong thiết bị:
=: Khối lƣợng riêng của dung dịch sôi bọt trong thiết bị (kg/m 3 ).
Khối lƣợng riêng trung bình của dung dịch ở nồng độ trung bình 34% (kg/m 3 ).
- Tổng thể tích của phần hình nón cụt và phần gờ với buồng đốt là:
V3 = V – V1 – V2 = 0,599 – 0,212 – 0,274 = 0,113 m 3 Chọn chiều cao phần gờ nối với buồng đốt là = 40 mm.
Thể tích phần gờ nối với buồng đốt là:
0,04 = 0,031 m 3 Thể tích của phần hình nón cụt:
= 0,113 – 0,031 = 0,082 m 3 Chiều cao của phần hình nón cụt:
- Chiều cao của cột chất lỏng trong thiết bị:
H ’ = Hc + Hgờ + Hbđ + Hđ = 99 + 40 + 1500 + (906 + 40) = 2585 mm = 2,585 m. Trong đó:
Hc: Chiều cao hình nón cụt (m)
Hgờ: Chiều cao của chất lỏng trong phần gờ nối với buồng đốt (m).
Hbđ: Chiều cao của chất lỏng trong buồng đốt (m)
Hđ: Chiều cao của chất lỏng trong đáy nón (có kể phần gờ) (m).
- Áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị:
Ptt = = 1148,370.9,81.2,585.10 -6 = 0,029 N/mm 2 Đáy có áp suất tuyệt đối bên trong là Po = 0,264 at nên chịu áp suất ngoài là:
Ngoài áp suất đáy còn chịu áp suất thủy tĩnh do cột chất gây ra trong thiết bị. Nhƣ vậy, áp suất tính toán là:
* Các thông số làm việc dbđ = 1000 mm
Po = 0,264 at = 0,026 N/mm 2 tc = tsdd + 2 = 67,447 + 2.3,665 = 74,777 C
* Các thông số tính toán l’ : Chiều cao tính toán của đáy (m) l’ = H = 906 mm dđáy: Đường kính của đáy nón (m)
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các thông số kỹ thuật của nón, bao gồm đường kính trong bé (dtl) và đường kính trong lớn (dbđ) Cụ thể, dtl có giá trị là 25 mm, đại diện cho đường kính của ống tháo liệu, trong khi dbđ là 1000 mm, tương ứng với đường kính của buồng đốt.
- ttt = tc + 20 = 74,777 + 20 = 94,777 C (đáy có bọc lớp cách nhiệt).
* Các thông số cần tra và chọn
-[ ]* = 142,5 N/mm 2 : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở (hình 1-
- = 0,95: Hệ số hiệu chỉnh (đáy có bọc lớp cách nhiệt).
[ ] [ ]* = 0,95.142,5 = 135,375 N/mm 2 : Ứng suất cho phép của vật liệu
[7]) = 2,05.10 5 N/mm 2 : Module đàn hồi của vật liệu ở (bảng 2.12, trang 34,
= 1,65: Hệ số an toàn khi chạy (bảng 1.6, trang 14, [7]).
[ ]* = 1,65.142,5 = 235,125 N/mm 2 : Giới hạn chảy của vật liệu ở
- Áp dụng công thức 5-14, trang 98, [7]: Bề dày tối thiểu của đáy thiết bị
Trong đó: dđáy: Đường kính trong của đáy (mm); = 1042,117 mm. Áp suất tính toán bên ngoài tác động vào đáy (N/mm 2 ); = 0,199 N/mm 2
Chiều cao đáy (mm); H = 906 mm.
* Bề dày thực S dđáy = 1042,117 mm Smin = 4 mm < 4,574 mm Chọn S ’ = 4,574 mm (theo bảng 5.1, trang 94, [7]).
Hệ số bổ sung bề dày: C = Ca + Cb + Cc + Co
- Chọn hệ số ăn mòn hóa học là = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm).
Vật liệu có độ bền cơ học cao, trong đó bao gồm hệ số bổ sung do bào mòn cơ học và hệ số bổ sung do sai lệch trong quá trình chế tạo.
- Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày = 0,5 mm (theo bảng XIII.9, Sổ tay tập 2 trang 364).
C = Ca + Cb + Cc + Co = 1 + 0 + 0 + 0,5 = 1,5 mm
Bề dày thực là: = 4,574 + 1,5 = 6,074 mm
* Kiểm tra bề dày đáy:
Kiểm tra lại công thức 5-15 và 5-16, trang 99 [7]:
* Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của áp suất ngoài
So sánh với áp suất tính toán cho phép trong thiết bị [ ] theo công thức 519, trang 99, [7]:
* Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục
- Lực tính toán P nén của đáy:
Dđáy = dđáy + 2.S: Đường kính ngoài của đáy nón (mm) Áp suất ngoài tác dụng lên đáy nón (N/mm 2 ).
Lực nén chiều trục cho phép:
Hệ số phụ thuộc vào tỷ số , tính theo công thức ở trang 103, [7]:
qc = 875 0,073 = 0,073 ≤ 0,155 Trong đó: q : Là thông số phụ thuộc vào , tra bảng 103, [7]; q = 0,073 c ( ) c
P’ = π.0,073.2,006.10 5 (8 – 1) 2 cos 2 30 = 1727762,077 N Điều kiện ổn định của đáy:
Vậy bề dày của đáy nón là 8 mm.
5.3.3 Tính bền cho các lỗ
Vì đáy chỉ có một lỗ nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng đƣợc tính theo công thức 8-3, trang 162, [7] dmax= 2.[( ) √ ( )]
S: Bề dày đáy thiết bị (mm).
S’: Bề dày tính toán tối thiểu của đáy (mm) (chọn theo cách tính của buồng bốc). lỗ.
Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học (mm). dđáy: Đường kính tính toán của đáy (mm).
Ta thấy đường kính ống tháo liệu dtl = 25 < dmax nên không cần tăng cứng cho
TÍNH MẶT BÍCH VÀ SỐ BU LÔNG CẦN THIẾT
- Bu lông và bích đƣợc làm từ thép CT3
- Mặt bích ở đây đƣợc dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt và buồng đốt với đáy thiết bị.
- Chọn bích liền bằng thép, kiểu 1 (bảng XIII.27, trang 417, [5]).
Các thông số cơ bản của mặt bích bao gồm: đường kính gọi (mm), đường kính ngoài của mặt bích (mm), đường kính vòng bu lông (mm), đường kính đến vành ngoài đệm (mm), đường kính đến vành trong đệm (mm), và đường kính bu lông (mm).
: Số lƣợng bu lông (mm).
Chiều dày mặt bích (mm).
* Mặt bích nối buồng bốc và buồng đốt
- Buồng bốc và buồng đốt được nối với nhau theo đường kính trong buồng đốt có dbđ = 1000 mm.
- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,172 N/mm 2
- Áp suất tính toán của buồng bốc là 0,172 N/mm 2
Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,3 N/mm 2 để bích kín thân Các thông số của bích đƣợc tra từ bảng XIII.27, trang 417, [5].
Bảng 5.1 Số liệu của bích nối buồng bốc và buồng đốt
Kích thước nối Kiểu bích
N/mm 2 mm mm mm cái mm
* Mặt bích nối buồng đốt và đáy:
- Buồng đốt và đáy được nối với nhau theo đường kính trong của buồng đốt có dbđ = 1000 mm.
- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,172 N/mm 2
- Áp suất tính toán của đáy là 0,199 N/mm 2
Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,3 N/mm 2 để bích kín thân Các thông số của bích đƣợc tra từ bảng XIII.27, trang 417, [5].
Bảng 5.2 Số liệu bích nối buồng đốt và đáy
Kích thước nối Kiểu bích
N/mm 2 mm mm mm cái mm
* Mặt bích nối buồng bốc và nắp
- Buồng bốc và nắp được nối với nhau theo đường kính buồng bốc dbb = 1400 mm Áp suất tính toán của buồng bốc và nắp cùng là 0,172 N/mm 2
Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,3 N/mm 2 để bích kín thân Tra bảng XIII.27, trang 422, [5].
Bảng 5.3 Số liệu của bích nối buồng bốc và nắp
Kích thước nối Kiểu bích
N/mm 2 mm mm mm cái mm
TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO CÂN ĐỠ
5.5.1 Sơ lƣợc cấu tạo tai treo chân đỡ Đƣợc làm bằng thép CT3
Chọn số tai đỡ là 2 cặp, có 2 gân trên 1 tai đỡ.
5.5.2 Thể tích các bộ phận thiết bị
* Thể tích thép làm ống truyền nhiệt (V vlo )
= [240.(0,025 2 – 0,021 2 ) + (0,277 2 – 0,273 2 )] = 0,055 m 3 Đường kính ngoài và trong của ống truyền nhiệt (m) Đường kính ngoài và trong của ống tuần hoàn (m)
H: Chiều cao ống truyền nhiệt (m) n: Số ống truyền nhiệt cần thiết (ống).
* Thể tích thép làm buồng đốt (V vlbđ )
H: Chiều cao buồng đốt (m). Đường kính ngoài và trong buồng đốt (m).
* Thể tích thép làm đáy nón ()
Thể tích bên trong đáy:
Trong đó: Đường kính ngoài của đáy (m) (đáy nón có đường kính trong bằng với đường kính trong của buồng đốt, bề dày S = 8 mm).
: Đường kính ngoài của ống tháo liệu (m).
Chiều cao gờ (m) Chọn = 40 mm.
* Thể tích thép làm buồng bốc ( )
Thể tích bên trong buồng bốc không có nắp:
(D bb 2 bđ 2 + Dbb.Dbđ) + hgờ
Trong đó: Đường kính bên ngoài và bên trong buồng bốc (m). Đường kính bên ngoài và bên trong buồng đốt (m).
Chiều cao phần trụ của buồng bốc, (m). htrụ = Hbb – Hc – 2.hgờ = 2400 – 99 – 2.40 = 2221 mm = 2,221 m Chiều cao phần hình nón cụt (m).
Chiều cao gờ giữa buồng bốc và buồng đốt (m).
* Thể tích thép làm nắp elip ( )
Nắp elip tiêu chuẩn có: dnắp = 1400 mm
Khối lƣợng thép cần là: 183 kg.
* Thể tích thép làm vỉ ống và bích
- Thể tích thép làm vỉ ống bao gồm cả 2 bích:
Tổng diện tích các lỗ:
Trong đó: n = 240: Ống truyền nhiệt.
Dn = 25 mm: Đường kính ngoài ống truyền nhiệt
Z = 24 cái: Số lƣợng bu lông. db = 20 mm: Đường kính bu lông.
- Diện tích ống tuần hoàn trung tâm:
Dth: Đường kính ngoài ống tuần hoàn (m); Dth = 277 mm = 0,277 m D: Đường kính vành ngoài của bích (m); D = 1140 mm = 1,140 m.
- Thể tích thép làm vỉ ống:
- Thể tích thép bích còn lại:
Trong đó: h: Bề dày bích nối buồng đốt và buồng bốc, buồng đốt và đáy (m); h = 22 mm
= 0,022 m. h’: Bề dày bích nối buồng bốc và nắp (m); h = 25 mm = 0,025 m.
Dbđ – bb – đ: Đường kính vành ngoài của bích nối buồng đốt và buồng bốc, buồng đốt và đáy (m); Dbđ – bb – đ = 1140 mm = 1,140 m.
Dbb – n: Đường kính vành ngoài của bích nối buồng bốc và nắp (m); Dbb – n 1540 mm = 1,540 m.
Dbđ: Đường kính ngoài của buồng đốt (m); Dbđ = 1010 mm = 1,010 m
Dbb: Đường kính ngoài của buồng bốc (m); Dbb = 1420 mm = 1,420 m.
5.5.3 Khối lƣợng của các bộ phận thiết bị
- Chọn vật liệu là thép không gỉ, mã hiệu X18H10T, ρ = 7900 kg/m 3 (bảng XII.7, trang 313 [5]).
Khối lƣợng ống: Gô = Vvlo.ρ = 0,055.7900 = 434,5 kg.
Khối lƣợng buồng đốt: Gbđ = Vvlbđ ρ = 0,024.7900 = 189,6 kg Khối lƣợng buồng bốc: Gbb = Vvlbb.ρ = 0,102.7900 5,8 kg Khối lƣợng nắp: Gnắp = 183 kg.
Khối lƣợng đáy: Gđáy = Vvlđáy.ρ = 0,011.7900 = 86,9 kg.
Khối lƣợng vỉ ống: Gvỉ = Vvlvỉ.ρ = 0,037.7900 = 292,3 kg.
- Vật liệu làm bích là thép mang mã hiệu CT5, = 7850 kg/m 3 (bảng XII.7, trang 313, [5]).
Khối lƣợng của bích: Gb = Vb = 0,012.7850 = 94,2 kg.
Khối lƣợng dung dịch nặng nhất có thể có trong nồi cô đặc là:
= 0,599.1148,370 = 687,874 kg Tổng khối lƣợng: G = GTB + Gdd = 2086,3 + 687,874 = 2774,174 kg
Tải trọng cho 1 tai đỡ: (P)
Chọn chân đỡ tai treo
Dự phòng chọn tải trọng là 2,46.10 4 N
Chọn vật liệu là thép CT3
Chọn thiết bị gồm 2 tai treo
Tải trọng ở mỗi tai treo là 0,5.10 -4 N
Tra bảng XIII.36, trang 438, [5], ta có các kích thước tai treo
Bảng 5.4 Bảng số liệu kích thước của tai treo
Tải trọng cho phép lên F q.10 -6 (N/m 2 )
L B B 1 H S l a d Khối lƣợng một tai treo (kg)
TÍNH VỈ ỐNG
Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị, vỉ ống phải giữ chặt các ống truyền nhiệt và bền dưới tác dụng của áp suất.
Dạng của vỉ ống được giữ nguyên trước và sau khi nóng.
Vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T.
+ Nhiệt độ tính toán của vỉ ống bằng với nhiệt độ của hơi đốt ttt = tđốt = 129,575 C + Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
Chọn hệ số hiệu chỉnh = 1 (trang 17, [7]) Ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở ttt là:
* Tính cho vỉ ống ở trên buồng đốt
Chiều dài tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống h’1 đƣợc xác định theo công thức 8-47, trang 181, [7]: h’ = d K.√ = 1000.0,2.√ = 7,010 mm trong đó:
K (0,028 0,36); chọn K = 0,2 dbđ = 1000 mm: Đường kính trong của buồng đốt
P0: Áp suất tính toán ở trong ống ( bằng với áp suất tính toán của buồng đốt)
Chiều dày tính tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống h’ đƣợc xác định theo công thức 8-48, trang 181, [7]:
: Hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ.
Đường kính vỉ ống được tính bằng dvỉ = dbđ 00 mm Tổng số đường kính các lỗ trong vỉ là d = dth + n.dn, với dth = 273 mm và dn = 10.21 mm, tổng cộng d = 483 mm Đường kính trong của ống tuần hoàn là 273 mm, trong khi đường kính trong của ống truyền nhiệt là 21 mm.
Số ống bố trí theo đường kính của vỉ (ống); n = 10 ống.
Chọn sơ bộ h’’ = 22 mm (bằng với bề dày bích).
* Kiểm tra bền vỉ ống Ứng suất uốn của vỉ đƣợc xác định theo công thức 8-53, trang 183, [7]:
= 0,226 N/mm 2 < [] 140 N/mm 2 (thỏa mãn điều kiện)
L: Các ống bố trí theo đỉnh tam giác đều (mm); L = 37,5.cos 30 mm, bước ống s = 37,5 mm. Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (mm); dn = 25 mm
Vậy vỉ ống phía trên dày 22 mm.
* Tính cho vỉ ống ở dưới buồng đốt
Chọn bề dày của vỉ ống phía dưới bằng bề dày của vỉ ống phía trên; h’’ = 22 mm (cũng bằng bề dày mặt bích).
KÍNH QUAN SÁT
- Vật liệu chế tạo là thép CT3 và thủy tinh.
- Đường kính của kính quan sát là D = 230 mm.
- Kính đƣợc bố trí sao cho mực chất lỏng có thể đƣợc nhìn thấy Do đó, kính giống nhau ở 2 bên buồng bốc, tạo thành góc 180
BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT
- Vật liệu chế tạo amiante carton.
Theo công thức VI.66, công thức VI.67, trang 92, [5]:
- Bề dày lớp cách nhiệt của buồng đốt:
- : Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí.
Nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp giáp với bề mặt thiết bị có thể được xác định bằng nhiệt độ hơi đốt, với giá trị là 129,575°C Điều này xảy ra do trở lực nhiệt của tường thiết bị rất nhỏ so với trở lực nhiệt của lớp cách nhiệt.
- Nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí vào khoảng 40-50 , chọn = 45 C.
- Nhiệt độ không khí ( C), tra bảng VII.1 trang 101, [5]: = 26,6 C.
- = 0,144 (W/m.K): Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt ở 100 C (tra theo bảng I.126, trang 128, [4]).
Vậy để thuận tiện trong chế tạo, chiều dày lớp cách nhiệt chọn cho buồng bốc và buồng đốt là 5 mm.
TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
CHỌN TÍNH THIẾT BỊ NGƢNG TỤ BAROMET
6.1.1 Tính lượng nước lạnh G n cần thiết để ngưng tụ
Theo công thức VI.51, trang 84, [5]:
Gn: Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ (kg/s).
W: Lƣợng hơi thứ đi vào thiết bị ngƣng tụ (kg/s).
W = 0,297 kg/s i: Nhiệt lƣợng riêng của hơi ngƣng, (kJ/kg).
Tra bảng I.250, trang 312, [4]; i = 2616,028 kJ/kg. t2đ, t2c: Nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh ( C) t2đ = 30 C, t2c = tnt – 5 = 64,2 – 5 = 59,2 C tnt: Nhiệt độ hơi bão hòa ngƣng tụ ( C) Với tnt = 64,2 C
Cn: Nhiệt dung riêng trung bình của nước, (kJ/kg.độ) Với Cn = 4,178 kJ/kg.độ
Đường kính trong d nt của thiết bị ngưng tụ
Theo VI.52, trang 84, [5], ta có đường trong của thiết bị ngưng tụ:
[5]). dnt: Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (mm)
W: Lƣợng hơi thứ ngƣng tụ (kg/s); W = 0,297 (kg/s).
: Tốc độ hơi trong thiết bị ngƣng tụ (m/s), chọn = 20 m/s (tra trang 85,
: Khối lƣợng riêng của hơi (tra bảng I.251, trang 314, [4], ở áp suất 0,25 at = 0,1580 kg/m 3 ).
= 0,424 mmChọn đường kính trong của thiết bị ngưng tụ dnt = 500 mm.
Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet Theo bảng VI.8, trang 88,
Bảng 6.1 Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet
Kích thước Ký hiệu Giá trị (mm) Đường kính trong của thiết bị d nt 500
Chiều dài của thiết bị S 5
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a 0 1300 Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến nắp thiết bị a n 1200
Bề rộng của tấm ngăn B
Khoảng cách giữa tâm tiết bị và thiết bị thu hồi K 1 675
Chiều cao của hệ thống thiết bị H 4300
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 h 1(h) 1440 Đường kính của thiết bị thu hồi D 2 Đường kính các cửa ra vào:
Hỗn hợp khí và hơi ra d 3 80
Hỗn hợp khí và hơi được thu hồi từ thiết bị với đường kính d 5 80, trong khi hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị có đường kính d 6 50 Đường ống nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet có đường kính d 7 50 và ống thông khí có đường kính d 8 -.
6.1.3 Tính kích thước tấm ngăn
Thường có dạng viên phân để làm việc tốt Theo VI.53, trang 85, [5]:
- Chiều cao tấm ngăn (b): b = + 50 = + 50 = 300 mm
- Bề dày tấm ngăn ( ): Chọn ( ) = 4 (Trang 85, [5]).
- Dùng nước bẩn từ ao, sông, hồ,… để ngưng tụ hơi thứ nên chọn đường kính lỗ d = 5 mm (Trang 85, [5]).
- Chọn chiều cao gờ tấm ngăn là 40 mm Chọn tốc độ tia nước là 0,62 m/s (Trang 85, [5]).
6.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngƣng tụ
Chiều cao thiết bị ngƣng tụ phụ thuộc vào mức độ đun nóng.
Mức độ đun nóng nước được xác định theo công thức VI-56, trang 85, [5].
- P: Trị số mức độ đun nóng.
- t2c, t2đ: Nhiệt độ đầu và cuối của nước tưới vào thiết bị ( ). t2đ = 30 C, t2c = 59,2 C
- tbh = nhiệt độ hơi bão hòa ngƣng tụ ( C); tbh = 64,2 C.
Tra bảng VI.7, trang 86, [5], với d = 2 mm, P = 0,774:
- Khoảng cách giữa các ngăn h = 400 mm.
- Thời gian rơi qua một bậc 0,41s.
Khi hơi đi lên trong thiết bị ngưng tụ, thể tích của nó sẽ giảm dần Do đó, khoảng cách hợp lý giữa các ngăn nên giảm dần theo chiều từ dưới lên, khoảng 50mm cho mỗi ngăn.
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là 1300 mm
Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến nắp thiết bị là 1200 mm
Chiều cao phần gờ nắp là 50 mm.
Chiều cao phần ellipase là 125mm.
Chiều cao phần đáy nón là 175mm.
Chiều cao của thiết bị ngƣng tụ là:
6.1.5 Tính kích thước ống Baromet
Theo công thức VI.57, trang 86, [5]:
Tính kích thước đường kính ống Baromet: d = √ ( )
- W: Lƣợng hơi thứ ngƣng tụ, W = 0,297 kg/s.
- G: Lượng hơi nước vào thiết bị ngưng tụ, Gn = 5,767 kg/s
- : Tốc độ hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống Baromet (m/s), thường lấy = 0,55 m/s. d = √ ( )
Theo công thức VI.58, trang 86, [5]:
- Xác định chiều cao ống Baromet: H = h1 + h2 + 0,5 (m) (1) Trong đó:
- h1: Chiều cao cột nước trong ống Baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngƣng tụ.
- h2: Chiều cao cột nước trong ống Baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lục khi nước chảy trong ống.
Pck: Áp suất chân không trong thiết bị (mmHg).
Theo VI.60, trang 87, [5], Ta lấy hệ số trở lực khi vào ống = 0,5 và khi ra khỏi ống = 1 thì công thức VI.60 sẽ có dạng: h .( )
- : Hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống (W/m.độ).
- H: Chiều cao tổng cộng trong ống Baromet (m).
- : Tốc độ nước chảy trong ống (m/s); = 0,55 m/s.
Theo công thức II.58, trang 377, [4]:
- Khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình, (kg/m 3 ).
- Độ nhớt động lực nước.
Chọn ống thép nên độ nhám = 0,2 mm (trang 19, [8]).
Như vậy, dòng nước trong ống Baromet ở chế độ chảy xoáy, hệ số ma sát đƣợc tính theo công thức II.65, trang 380, [4]:
Hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống:
Giải phương trình ta có: H = 8,306 m
6.1.6 Tính lƣợng hơi thứ và khí không ngƣng
Lƣợng khí cần rút ra khỏi thiết bị ngƣng tụ Baromet đƣợc tính theo công thức VI.47, trang 84, [5]:
Gn: Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ (kg/s).
W: Lƣợng hơi đi vào thiết bị ngƣng tụ (kg/s).
Thể tích khí không ngƣng cần rút ra khỏi thiết bị đƣợc tính theo công thức VI.49, trang 84, [5]:
Theo công thức VI.50, trang 84, [5], ta có:
- tkk: Nhiệt độ bão hòa của không khí tkk = t2đ + 4 + 0,1.(t2c – t2đ) = 30 + 4 + 0,1.(59,2 – 30) = 36,92 C
- Rkk: Hằng số khí đối với không khí, Rkk = 288 J/kg.độ
- Pnt = 0,25 at = 24516,625 N/m 2 : Áp suất làm việc của thiết bị ngƣng tụ.
- Ph: 0,064 at = 6276,256 N/m 2 : Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ tkk (tra bảng 56, trang 45, [8]).
TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHÔNG
Bơm chân không là thiết bị thủy lực chuyên dụng để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng Các thông số quan trọng của bơm bao gồm năng suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao và hệ số quay nhanh.
6.2.1 Công suất bơm chân không
Hệ số hiệu chỉnh; = 0,7 m: Chỉ số đa biến = 1,3.
P2: Áp suất khí quyển bằng áp suất lúc khí đẩy
- Áp suất không khí trong thiết bị ngƣng tụ:
Pnt: Áp suất làm việc của thiết bị ngƣng tụ.
Ph: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ không khí tkk
Vkk: Thể tích không khí cần hút khỏi thiết bị; Vkk = 0,015 m 3 /s.
Dùng bơm chân không không cần dầu bôi trơn, có thể hút không khí, hơi nước Chọn bơm chân không vòng nước 2 cấp HWVP Có các thông số sau:
- Công suất động cơ 1,5 ~ 75 KW.
- Truyền động cơ bằng khớp nối cứng, dây đai hoặc hộp số tùy ý theo tốc độ quay tiêu chuẩn của đầu bơm.
- Hoạt động êm ái, tuổi thọ vòng bi cao, ít bão dƣỡng.
- Lượng nước làm kín thấp.
- Vật liệu cánh, trục bơm phải làm từ thép không gỉ 304 hoặc 316 giảm đáng kể sự ăn mòn các chất acid lẫn trong nước và khí.
