Cô đặc chân không NaNO3 3 nồi liên tục

û ù ê ë é - ´ ³ = Þ Kiểm tra áp suất ngoài cho phép: 5-19 [6] > 0,102 (thỏa) 2 2 5 / 2215 , 0 2400 1 12 2400 1 12 2000 2400 10 2 = 0,649 mm N = - ´ ÷ ø ö ç è æ - ´ ´ ´ ´ [ ] n t a t a t t n P D C S D C S L D E P > - ÷ ÷ ø ö ç ç è æ - = 2 649 , 0 Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu áp lực của lực nén chiều trục: Lực nén chiều trục: (trang 110 [6]) = 470712,01 (N) 102 , 0 . 4 ) 12 2 2400 .( . 4 ) 2 .( 2 2 ´ + = + = p p P S D P t ct Xác định hệ số kc theo tỷ số (trang 103 [6]) 50 100 150 200 250 500 1000 2000 2500 qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055 5-33/103 [6] è qc = 0,14 250 109 ) .( 2 25 £ = - £ a t C S D 155 , 0 1285 , 0 . . 875 < = = c t t c c q E K s (thỏa) 5-34/ 103 [6] 5-32/ 103 [6] . 1,144 . . = t c ct E K P p Điều kiện ổn định của thân: (S – Ca) = 11 ≥ (thỏa) Ứng suất nén chiều trục theo công thức 5-48/107 [6] 5,6524 N/mm2 Ứng suất nén chiều trục cho phép (5-31/103 [6]) 113,67 N/mm2 Kiểm tra độ ổn định của thân, thân chịu tác dụng đồng thời áp lực ngoài và lực nén chiều trục: (5-47/107 [6]) (thoả ) 1 51 , 0 2215 , 0 102 , 0 . 113.67 . 5,6524 ] [ ] [ < = + = + n n n n P P s s Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi III: S = 12 mm V.1.2 Thân buồng bốc: - Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng bốc là CT3 - Thân buồng bốc có 1 lỗ nhập liệu, và 1 lỗ thông áp. - Cuối thân buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ để nối buồng đốt và buồng bốc. a. Buồng bốc nồi I: Thông số làm việc: Dt = Db = 2800 mm Pt = 2,3 at ð Thân buồng bốc nồi I chịu áp suất trong. Nhiệt độ hơi thứ t = 123 oC Thông số tính toán: Ptt = Pdư = 2,3 – 1 = 1,3 at = 0,127 N/mm2 t = 123 + 20 = 143 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 131 N/mm2 (ở 143 oC) (hình 1.1 trang 16 [6]) h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0.95 (có bọc lớp cách nhiệt) 17[6] [s] = h[s]* [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 124,45 N/mm2 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 1800mm > 700mm à jh = 0,95 Xét: 985,22 > 25 trang 95 [6] [ ] = = 95 , 0 ,12 0 124,45 h P j s Bề dày tối thiểu của thân buồng bốc: 5-3/96 [6] 1,5 mm [ ] = ´ ´ ´ = = 95 , 0 125 2 127 , 0 2800 2 ' h t P D S j s Bề dày thực: S = S’ + C (mm) 5-9/96 [6] Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm. C = Ca + Cb + Cc + Co (mm) 1-10/20 [6] Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm àChọn Ca = 1 mm Cb : Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm à Chọn Cb = 0 Cc : Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm àChọn Cc = 0 Co : Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm. S = S’ + Ca = 1,5 + 1 = 2,5 mm Kiểm tra bảng 5-1 trang 94 [6] Với Dt = 2800mm ð Chọn S = 6 mm. 1 , 0 00107 , 0 2800 1 6 < = - = - t a D C S Kiểm tra điều kiện bền: 5-10, 5-11/97 [6] (thỏa) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) = - + - ´ ´ ´ = - + - = 1 6 2800 1 6 95 , 0 125 2 2 ] [ a t a h C S D C S P j s 0,253 > 0,1177 Vậy bề dày thân buồng boc nồi I thỏa điều kiện bền: S = 6 mm. (do nồi 1 có nồng độ lớn) b. Buồng bốc nồi II: Thông số làm việc: Dt = Db = 2800 mm Pt = 1 at ð Thân buồng bốc nồi II lam viec o dieu kien chan ko Nhiệt độ hơi thứ: t = 99 oC Thông số tính toán: Ptt = Pn = 1 at = 0,0981 N/mm2 t = 99 + 20 = 119 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 132 N/mm2 (ở 119 oC) (hình 1-1/16 [6]) jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2800mm > 700mm à jh = 0,95 ð [s] = h[s]* [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 125,4 N/mm2 1-9/17 [6] Xét: trang 95 [6] 1214,4 > 25 [ ] = = 95 , 0 0981 , 0 125,4 h P j s Bề dày tối thiểu của thân buồng bốc: 5-3/96 [6] 1,156 mm j [ ] = ´ ´ ´ = = 95 , 0 125 2 0981 , 0 2800 2 ' h t P D S s Bề dày thực: S = S’ + C (mm) 5-9/96 [6] Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm. C = Ca + Cb + Cc + Co (mm) 1-10/20 [6] Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm àChọn Ca = 1 mm Cb : Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, mm à Chọn Cb = 0 Cc : Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm àChọn Cc = 0 Co : Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm. S = S’ + Ca = 1,156+ 1 = 2,156 mm Kiểm tra bảng 5-1 trang 94 [6] Với Dt = 2800mm ð Chọn S = 4 mm. Kiểm tra điều kiện bền: 5-10, 5-11/97 [6] thỏa 1 . 0 00107 , 0 2800 1 4 < = - = - t a D C S 0,2553 > 0,0981 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) = - + - ´ ´ ´ = - + - = 1 4 2800 1 4 95 , 0 125 2 2 ] [ a t a h C S D C S P j s Vậy bề dày thân buồng bốc nồi II thỏa điều kiện bền: S = 4 mm. Buồng bốc nồi III: Thông số làm việc: Dt = Db = 2800 mm Pt = 0,36 at ð Thân buồng bốc nồi III chịu áp suất ngoài. Nhiệt độ hơi thứ t = 73,05 oC Thông số tính toán: Ptt = Pn = 1 + (1 – 0,36) = 1,64 at = 0,161 N/mm2 t = 73,05 + 20 = 93,05 oC (có bọc lớp cách nhiệt) L: chiều dài tính toán thân thiết bị, mm. L = Hb = 2500 mm Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 138 N/mm2 (ở 93,05 oC) hình 1-1/16 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2800mm > 700mm à jh = 0,95 Et : mođun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ làm việc, N/mm2 Tra bảng 2-12/34 [6] ð Et = 1.95 x105 N/mm2 nc : Hệ số an toàn à Tra nc = 1,65 bảng 1-6 trang 14 [6] 207,7 N/mm2 : Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán, N/mm2. = ´ = = 65 , 1 138 ] [ * c t c n s s Bề dày tối thiểu của thân chịu áp suất ngoài: 5-14/98 [6] 4 . 0 18 , 1 S' ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = t t n t D L E P D 11,64 mm = ÷ ø ö ç è æ ´ ´ 4 . 0 5 2800 2500 10 1,9. 161 , 0 2800 18 , =1 Bề dày thực của thân: S = S’ + Ca = 11,64 + 1 = 12,64 mm Tra bảng XIII.9 trang 364 [5] à Chọn S = 14 mm. Kiểm tra hai điều kiện: 5-15, 5-16/99 [6] (thoả) ( ) ( ) 10,3 1 14 2 2800 . 0.893 2800 2500 14 , 0 2800 1 - 14 2 1,5 = - < = < = Þ (thoả) ( ) 3 2 3 , 0 ú û ù ê ë é - ³ t a t c t t D C S E D L s ( ) 253 , 0 2800 1 14 2 207 10 1,9. 3 , 0 . 0,892 2800 2500 3 5 = ú û ù ê ë é - ³ = Þ Kiểm tra áp suất ngoài cho phép: 5-19 [6] > 0,161 (thỏa) [ ] n t a t a t t n P D C S D C S L D E P > - ÷ ÷ ø ö ç ç è æ - = 2 649 , 0 2 2 5 / 26 , 0 2800 1 14 2800 1 14 2500 2800 10 2 = 0,649 mm N = - ´ ÷ ø ö ç è æ - ´ ´ ´ ´ Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: Lực nén chiều trục: (trang 110 [6]) =1011287,3 (N) 161 , 0 . 4 ) 14 2 2800 .( . 4 ) 2 .( 2 2 ´ + = + = p p P S D P t ct Xác định hệ số kc theo tỷ số (trang 103 [6]) 50 100 150 200 250 500 1000 2000 2500 qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055 5-33/103 [6] è qc = 0,14 <250 107,3 ) .( 2 25 = - £ a t C S D (thỏa) 5-34/ 103 [6] 56 . 3 . . = t c ct E K P p 155 , 0 13 , 0 . . 875 < = = c t t c c q E K s Điều kiện ổn định của Thân: (S – Ca) = 11 ≥ , (thỏa) 5-32 /103 [6] Ứng suất nén chiều trục theo công thức: 5-48/107 [6] 8,2 N/mm2 Ứng suất nén chiều trục cho phép: 5-31/103 [6] 117,69 N/mm2 Kiểm tra độ ổn định của thân, thân chịu tác dụng đồng thời áp lực ngoài và lực nén chiều trục: 5-47/107 [6] (thoả) 1 688 , 0 26 , 0 161 , 0 . 117,69 8,2 ] [ ] [ < = + = + n n n n P P s s Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi III: S = 14 mm. V.2 Tính bền cho đáy và nắp thiết bị: V.2.1 Nắp thiết bị: Chọn nắp elip tiêu chuẩn (Rt = Dt = Db =2800 mm) và vật liệu làm nắp là thép CT3. Nắp có gờ, trong đó: Chiều cao phần nắp elip: h = 700 mm. Chiều cao phần gờ: hg = 60 mm. Nắp có 1 lỗ dẫn hơi thứ. Chọn đường kính lỗ d mm (theo đường kính ống dẫn hơi thứ ở sau) Hình 3: Nắp elip Nắp nồi I: Thông số làm việc: Rt = Dt = 2800 mm Pt = 2,3 at ð Nắp nồi I chịu áp suất trong. t = 123 oC Thông số tính toán: P = 2,3 – 1 = 1,3 at = 0,12753 N/mm2 t = 123 + 20 = 143 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 131 N/mm2 (ở 143oC) (hình 1-1 [6]) h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) 17[6] [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 124,45 N/mm2. 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2800mm > 700mm à jh = 0,95 Ta chọn bề dày của nắp nồi I theo bề dày của thân buồng bốc nồi I ð S = 6 mm. Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm Chọn Ca = 1 mm trang 20 [6] Kiểm tra độ bền: 6-10, 6-11 trang 126 [6] [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ï ï î ï ï í ì = > = - + - ´ ´ ´ = - + - = < = - = - (thoả) (thoả) 1275 , 0 254 , 0 1 6 2800 1 6 95 , 0 125 2 2 ] [ 125 , 0 00107 , 0 2800 1 6 P C S R C S P D C S a t a h t a j s Vậy chiều dày nắp nồi I: S = 6 mm. Nắp nồi II: Thông số làm việc: Rt = Dt = 2800 mm Pt = 1,0 at ð Nắp nồi II chịu áp suất trong t = 99 oC Thông số tính toán: Pn = 1+ 0 = 1,0 at = 0,0981 N/mm2 t = 99 + 20 = 119 oC (nắp có bọc cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à Tra [s]* = 132 N/mm2 (ở 119oC) hình 1-1 [6] h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) 17 [6] [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 125,4 N/mm2 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối 2 phía, với Dt = 2800mm > 700mm à jh = 0,95 Ta chọn bề dày của nắp nồi I theo bề dày của thân buồng bốc nồi II ð S = 4 mm. Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm Chọn Ca = 1 mm trang 20 [6] Kiểm tra độ bền: 6-10, 6-11 trang 126 [6] [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ï ï î ï ï í ì = > = - + - ´ ´ ´ = - + - = < = - = - (thoả) (thoả) 0981 , 0 254 . 0 1 4 2800 1 4 95 , 0 125 2 2 ] [ 125 , 0 00107 . 0 2800 1 4 P C S R C S P D C S a t a h t a j s Vậy chiều dày nắp nồi II: S = 4 mm c. Nắp nồi III: Thông số làm việc: Rt = Dt = 2800 mm Pt = 0,36 at ð Nắp nồi I chịu áp suất ngoài. t = 73,05 Thông số tính toán: Pn = 1 + (1 – 0,36) = 1,64 at = 0,161 N/mm2 t = 73,05 + 20 = 93,05 oC (nắp có bọc cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à Tra [s]* = 138 N/mm2 (ở 93.05oC) hình 1-1 [6] h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) 17 [6] [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 ð [s] = h[s]* = 131,1 N/mm2 1-9/17 [6] Et : môđun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ làm việc của nó, N/mm2. Tra bảng 2-12 trang 34 [6] ð Et = 1,96.105 N/mm2 nc : Hệ số an toàn à Tra nc = 1,65 bảng 1-6 trang 14 [6] 2277 (N/mm2) : Giới hạn chảy của vật liệu ở nhiệt độ tính toán, N/mm2. = ´ = = 65 , 1 138 ] [ * c t c n s s :Tỷ số giới hạn của vật liệu làm nắp với giới hạn chảy của nó ở nhiệt độ tính toán (đối với thép cacbon x = 0,9). trang 127 [6] Ta chọn bề dày nắp nồi III bằng bề dày thân buồng bốc nồi III ở chỗ hàn với nắp à S = 14 mm. Kiểm tra điều kiện ổn định của nắp theo công thức: . 143,4 . 227,7 9 , 0 10 2 15 , 0 15 , 0 200 14 2800 5 = ´ ´ ´ = < = = t c t t x E S R s Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị: 6-13/127 [6] 0,477 [ ] = ´ - ´ ´ = - = 2800 55 , 2 ) 1 14 ( 1 , 131 2 . ) ]( .[ 2 t a n n R C S P b s với 2,55 trang 127 [6] [Pn]=0,477> P=0,161 (thoả) Vậy chiều dày của nắp nồi III: S = 14 mm V.2.2 Đáy thiết bị: Chọn đáy nón để tháo liệu tốt và vật liệu làm đáy là thép không gỉ X18H10T. Chọn đáy có nửa góc ở đỉnh nón , Chọn đáy nón có gờ với: Dt = 2400mm bảng XIII.21 trang 394 [5] Chiều cao phần nón: H = 2175 mm. Chiều cao phần gờ: Hg = 50 mm. Ta chọn chiều cao của dung dịch dâng lên trong buồng bốc là 200mm Chiều cao cột thủy tĩnh H = Hdd + Hthân buồng đốt + Hđáy H = (1200 + 2500) + (2175 + 50) = 5925 mm Áp suất thủy tĩnh: = ´ ´ 5.925 81 . 9 1240 Ptt = rdd.g.H = , , 0,072 N/mm2 Đáy nồi I: Đáy nồi I chịu áp suất trong. Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 2,3at Pdư = 2.3 – 1 =1,3 at = 0,12753 N/mm2 tsdd = 132,95 oC Thông số tính toán: P = Pdư + Ptt = 0,12753 + 0,072 = 0,19953(N/mm2) t = 132,95 + 20 = 152,95 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 140 N/mm2 (ở 152,95oC) hình 1-2 [6] h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 [s]:Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 133 N/mm2. 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn à jh = 0,95 y: Hệ số hình dạng à Chọn y = 1,4 (bảng 6-3 [6], , R/D = 0,15) Chọn bề dày của đáy theo bề dày của buồng đốt : à Chọn S = 8 mm. Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong của đáy nón: 6-24, 6-25/132 [6] N/mm2 [ ] [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) 635 , 0 1 8 30 cos 2 2400 1 8 95 , 0 133 30 cos 2 cos 2 cos 2 = - ´ ´ + - ´ ´ ´ ´ = - + - = a t a h C S D C S a j s a P N/mm2 [ ] [ ] ( ) ( ) 1,053 4 , 1 2400 1 8 95 , 0 133 4 4 = ´ - ´ ´ ´ = - = y D C S P t a h j s Hay: Áp suất tính toán cho phép chọn theo trị số nhỏ của 1 trong 2 giá trị vừa tính được. trang 132[6] Như vậy: [P] = 0,635 N/mm2 > P = 0,19953 N/mm2. Vậy chiều dày đáy nồi I: S = 8 mm. b . Đáy nồi II: Đáy nồi II chịu áp suất trong Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 1 at Pdư = 1 = 0,0981 N/mm2 sdd = 101,96 oC Thông số tính toán: P = Pdư + Ptt = 0,0981 + 0,072 = 0,1701 (N/mm2) t = 101,96 + 20 = 121,96 oC (có bọc lớp cách nhiệt) Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à [s]* = 137 N/mm2 ở 121,96oC) (hình 1-2 [6] h : Hệ số hiệu chỉnh à h = 0,95 [s] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 [s] = h[s]* = 120,65 N/mm2. 1-9/17 [6] jh : Hệ số bền mối hàn à jh = 0,95 y : Hệ số hình dạng à Chọn y = 1,4 (bảng 6-3 [6] , R/D = 0,15) Chọn bề dày của đáy theo bề dày của buồng đốt : à Chọn S = 4 mm. Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong của đáy nón: 6-24, 6-25/132 [6] N/mm2 [ ] [ ] ( ) ( ) 41 , 0 4 , 1 2400 1 4 95 , 0 65 , 120 4 4 = ´ - ´ ´ ´ = - = y D C S P t a h j s N/mm2 Hay: [ ] [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) 25 , 0 1 4 30 cos 2 2400 1 4 95 , 0 65 , 120 30 cos 2 cos 2 cos 2 = - ´ ´ + - ´ ´ ´ ´ = - + - = a t a h C S D C S a s a P j Áp suất tính toán cho phép chọn theo trị số nhỏ của 1 trong 2 giá trị vừa tính được. trang 132[6] Như vậy: [P] = 0,25 N/mm2 > P = 0,1701 N/mm2. Vậy chiều dày đáy nồi II: S = 4 mm. c. Đáy nồi III: Đáy nồi II chịu áp suất ngoài. Thông số làm việc: Dt = 2400 mm Pt = 0,36 at Pdư = 1+ 1 – 0,36 = 1,64 at = 0,161 N/mm2 tsdd = 75,31 oC Thông số tính toán: P = Pdư + Ptt = 0,161 + 0,072 = 0,233 (N/mm2) t = 75,31 + 20 = 95,31 oC (có bọc lớp cách nhiệt) l’: Chiều dài tính toán của đáy, mm. l’ = 2175 mm. D’: Đường kính tính toán của đáy, mm. 6-29/133 [6] 2500 mm = ´ + ´ = + = 30 cos 50 1 , 0 2400 9 ,. 0 cos 1 . 0 0,9D ' 1 t a t D D Với Dt1: Đường kính trong bé của đáy nón, mm à Chọn Dt1 = 50 mm. Các thông số cần tra và chọn: [s]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2 à Tra [s]* = 143 N/mm2. (ở 95,31oC) (hình 1-2 [6]) Et : mođun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ làm việc của nó, N/mm2. à Tra Et = 2.105 N/mm2. nc : Hệ số an toàn à Tra nc = 1,65 N/mm2 : Giới hạn chảy của vật liệu ở nhiệt độ tính toán, N/mm2. . 235,95 65 , 1 143 ] [ * = ´ = = c t c n s s Chọn bề dày đáy bằng bề dày thân buồng bốc chịu áp suất ngoài à S = 14 mm. Kiểm tra điều kiện: 5-15, 5-16/99 [6] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ï ï ï ï ï ï î ï ï ï ï ï ï í ì = ú û ù ê ë é - ´ ³ = Þ ú û ù ê ë é - ³ = - £ = £ = Þ - £ £ - (thoả) (thoả) 27 , 0 2500 1 14 2 9 , 235 10 2 3 , 0 87 , 0 2500 2175 ' 2 3 , 0 ' ' 8 , 9 1 14 2 2500 87 , 0 . 2500 2175 153 , 0 2500 1 - 14 2 1,5 2 ' ' ' ' 2 5 , 1 3 5 3 D C S E D l C S D D l D C S a t c t a a s Kiểm tra áp suất ngoài tính toán cho phép: 5-19/99 [6] (thoả) [ ] ,233 0 291 , 0 2500 1 14 2175 2500 10 2 0,649 ' ' ' ' 649 , 0 2 / 5 5 2 > = ÷ ø ö ç è æ - ´ ´ ³ - ÷ ø ö ç è æ - = n a a t n P D C S D C S l D E P Þ Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: Lực nén chiều trục cho phép của đáy nón: CT trang 110 [6] ( ) ( ) 15 , 96 1 14 2 2500 ' = - = - a C S D 2 1169499,2 N ( ) ( ) = ´ + = + = 233 , 0 4 14 2 4 2 ' 2 2 p p n CT P S D P 2500 Tỷ số: 5-33/103 [6] 155 , 0 092 , 0 09 , 0 10 2 9 , 235 875 875 5 < = ´ = = C t t c C q E K s à tra qC = 0.09 trang 103 [6] Hệ số 5-34/103[6] Độ ổn định của thân: 5-32/103 [6] (thoả) . 4,498 10 2 092 . 0 1169499,2 13 1 14 5 = ´ ´ ´ ³ = - Þ ³ - p p t C CT a E K P C S Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực nén chiều trục: Ứng suất nén chiều trục: 5-48/107 [6] 11,39 N/mm2 ( ) ( ) ( ) ( ) = - + = - + = 1 14 14 2500 1169499,2 ' p p s a CT n C S S D P Ứng suất nén chiều trục cho phép: 5-31/103 [6] N/mm 95,68 2500 1 14 10 2 092 , 0 ' ] [ 2 5 = - ´ ´ ´ = - = D C S E K a t C n s Điều kiện: 5-47/107 [6] thỏa ] [ [ ] 1 593 , 0 491 , 0 233 , 0 . 95.688 . 11,39 < = + = + n n n n P P s s Vậy chiều dày đáy nồi III: S = 14 mm V.3 Tính bích, đệm, bu lông, vỉ ống và tay treo: V.3.1 Tính bích: Chọn bích liền kiểu 1, chịu được áp suất tối đa là 0.6 N/mm2. Chọn vật liệu: Bích nối buồng bốc – nắp: thép CT3. Bích nối buồng bốc – buồng đốt: thép X18H10T. Bích nối buồng đốt – đáy nón cụt: thép CT3. Hình 4: Bích liền kiểu 1 Bảng 17: Thông số của bích (bảng XIII.27 P417 [5]) Bích nối nắp với buồng bốc Bích nối buồng đốt với đáy Bích nối buồng đốt với buồng bốc Đường kính trong của thân Dt (mm) 2800 2400 Đường kính vành ngoài bích D (mm) 3000 2570 Đường kính cho đến tâm bu lông Db (mm) 2920 2500 Đường kính đến vành ngoài đệm D1 (mm) 2870 2460 Đường kính đến vành trong đệm Do (mm) 2819 2415 Bề dày bích h (mm) 60 56 Đường kính bu lông db (mm) M36 M30 Số lượng bu lông Z (cái) 60 56 V.3.2 Đệm: Chọn đệm paronit có bề dày S = 3 mm. V.3.3 Bulông ghép bích: a. Bulông ghép bích buồng bốc và nắp: db = 36 mm. Vật liệu làm bulông là thép CT3. Lực nén chiều trục sinh ra do siết bulông: 7-10/155 [6] Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu: 7-11/155 [6] Lực tác dụng lên 1 bulông: trang 157 [6] Ứng suất tác dụng lên bulông: trang 157 [6] Trong đó: Dt : Đường kính trong của thiết bị, mm => Dt = 2800 mm. P : Áp suất môi trường trong thiết bị, N/mm2 ð P = 1,3 at = 0,0127 N/mm2. Dtb : Đường kính trung bình của vòng đệm, mm. (Bảng XIII.31 p433 [5]) 2844,5 2 819 2 870 2 2 0 1 = + = + = D D D tb mm b : Bề rộng thực của đệm, mm => b = (2870-2819)/2 = 25,5 mm. bo : Bề rộng tính toán của đệm, mm à Chọn bo = 0,7b = 0,7.25,5 = 17,85 mm m : Hệ số áp suất riêng à Tra m = 2 qo : Áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm Tra qo = 10 N/mm2 bảng 7-5/156 [6] Z : Số lượng bulông. Z = 60 cái dt: Đường kính chân ren bulông, mm dt = 25,706 mm. bảng PL-2/141 [7] Q : lực nén chiều trục, N è lấy giá trị lớn nhất giữa Q1 và Q2 (t.157 [6]) 2 / 85 ] [ mm N = s của thép CT3 ở nhiệt độ 1230C. : ứng suất cho phép của vật liệu làm bulông ở nhiệt độ buồng bốc (bảng 7-7/158 [6]) ï ï î ï ï í ì = = = = Þ ) (N/mm . 51,23 (N) . 26585,4 q . 1595122,46 . 108660 2 b 2 1 s Q Q thoả ) (N/mm 85 ] [ 2 = < s 2 2 / 23 , 51 706 , 25 4 3 , 26585 mm N = ´ = p s Bulông ghép bích buồng đốt và đáy: Tính tương tự như trên ta được: Dt= 2400 mm P = 0,19953 N/mm2 Dtb = 2437,5 mm B = 22,5 mm b0 = 15,75 mm z = 56 cái dt = 20,319 mm (bảng PL-2/141 [7]) Tra các thông sô m = 2, q0 = 10 N/mm2 ï ï î ï ï í ì = = = =996478 Þ ) (N/mm 419 , 66 (N) 09 , 21537 q (N) . 1206077,05 N 9 , 2 b 2 1 s Q Q Tra [s] = 85,3 N/mm2 > (thoả) V.3.4 Vĩ ống: - Dùng để giữ chặt các đầu ống truyền nhiệt. - Chọn vỉ ống hình tròn phẳng và vật liệu làm vỉ ống là thép không gỉ X18H10T. - - Bố trí theo hình tam giác đều. - Bề dày vỉ ống: mm 8-51/182 [6] d h n 12,12 5 8 57 5 8 ' = + = + = Với dn là đường kình ngoài của ống (mm) Bề dày thực vĩ ống: S = h’ + C = 12,12 +22,88= 35 mm 2 * / 1 38 ] [ mm N = s Với C là hệ số qui tròn kích thước Ứng suất cho phép tiêu chuẩn theo thép X18H10T ở nhiệt độ sôi của dung dịch 132,950C. (hình 1-2/16 [6]) Hệ số an toàn nB=2,6 bảng 1-6/14 [6] Giới hạn bền uốn 2 * / 359 6 , 2 138 ] [ ] [ mm N n B u = ´ = ´ = s s Kiểm tra ứng suất uốn của vỉ ống: 8-53/183 [6] ] [ ' ' 7 , 0 1 6 , 3 2 u n tt t S t d P s s £ ÷ ø ö ç è æ ÷ ø ö ç è æ - = (thoả) 364 1,01 1 , 69 35 1 , 69 57 7 , 0 1 6 , 3 3924 , 0 2 £ = ÷ ø ö ç è æ ÷ ø ö ç è æ - = Þ tt s Trong đó: P : Áp suất tính toán lớn nhất trong ống hoặc ở không gian ngoài ống, N/ mm2. P = (5 – 1) at = 4 at = 0,3924 N/ mm2. 1 , 69 2 3 57 4 , 1 2 3 2 3 60 sin . ' = ´ ´ = = = = n o d t t t b dn = 57 mm Vậy chiều dày vỉ ống: S = 35 mm. V.2.5 Tai treo: Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3, số tai đỡ là 4, có 2 gân trên 1 tai đỡ. V.2.6 Khối lượng thiết bị: Khối lượng riêng của thép CT3: 7850 kg/m3 bảng XII.7/313 [5] Khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T: 7900 kg/m3 bảng XII.7/313 [5] Ta chọn nồi I để tính vì đây là nồi dung dịch có nồng độ lớn nhất (nặng nhất). Khối lượng dung dịch lớn nhất có thể có trong nồi cô đặc: Gdd = Với t: Thời gian lưu trung bình của dung dịch trong nồi, s Tính thời gian lưu trung bình: Vận tốc dung dịch chảy trong ống tuần hoàn trung tâm w : vận tốc dung dịch chảy vao nồi,m/s à w = 0,6 m/s d : đường kính ống nhập liệu, m à d = 0,05 m ( w và d được chọn theo đường kính ống dẫn ) = ´ = 2 2 8 , 0 05 , 0 6 , 0 ' n Dth : đường kính ống tuần hoàn à Dth = 0,8 m 0,0023 m/s Thời gian lưu trung bình của dung dịch trong thiết bị: 2054,34 s = + + = + = 0023 , 0 ) 05 , 0 175 , 2 ( 5 , 2 ' n đay ông H H t Khối lượng dung dịch: 3423,9 kg = = 2054,34 = . 3600 6000 . 3600 t đ dd G G Bảng 18: Khối lượng nồi I Vật liệu Thông số cần thiết Công thức Khối lượng (kg) Buồng bốc CT3 3 / 7850 ,5m 2 6 2 8 , 2 m kg H mm S S D D m D t n t = = = + = = r 1038 Buồng đốt CT3 3 / 7850 5 , 2 8 2 4 , 2 m kg m H mm S S D D m D t n t = = = + = = r 1187,7 Đáy nón X18H10T 3 2 / 7900 559 , 9 8 50 4 , 2 m kg m F S mm h m D g t = = = = = r 604,12 Nắp elip X18H10T 3 2 / 7900 . 12,3 6 60 8 , 2 m kg m F mm S mm h m D g t = = = = = r 583,02 Đáy nón cụt X18H10T 3 / 7900 2 , 0 6 4 , 2 8 , 2 m kg m H mm S m D m D nho lon = = = = = r 76,94 Ống truyền nhiệt và ống trung tâm X18H10T 3 , , / 7900 mm 800 mm 806 5 , 2 52 57 690 m kg D D m H mm d mm d n t th n th t n = = = = = = = r ống 5979,58 Vỉ ống X18H10T 3 , / 7900 35 m 806 , 0 57 690 4 , 2 m kg mm S D mm d n m D n th n t = = = = = = r 622,63 Mặt bích X18H10T& CT3 m m m î í ì = = î í ì = = î í ì = = D m D D m D D 3m D 2,415 2,570 2,415 2,570 2,819 0 0 0 X18H10T CT3 868,8 Chi tiết khác 75,000 Tổng khối lượng (kg) 11019,26 G tổng (cả dung dịch) kg 14443,16 V.2.7 Tải trọng tác dụng lên một tai treo: 35421,85 (N) 8-68/191 [6] = ´ = ´ = 4 ,81 9 14443,16 81 , 9 4 toång G Q Ta chọn tải trọng một bên tai là 4 (tấn). Bảng 17: Thông số của tai treo F (mm2) c (mm) a (mm) b (mm) H (mm) S (mm) d (mm) Trọng lượng (N) 29700 190 160 170 280 10 30 73,5 Hình 4: Tai treo V.4 Tính kích thước ống dẫn: Chọn vật liệu: Ống dẫn dung dịch: thép không gỉ X18H10T Ống dẫn hơi đốt và nước ngưng: thép CT3 Đường kính của các ống được tính theo công thức: (m) Trong đó: Gs : Lưu lượng lưu chất, kg/s. w : Tốc độ của lưu chất đi trong ống, m/s. trang 74 [5] r : Khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3. Bảng 19: Đường kính ống dẫn Loại ống dẫn Gs (kg/s) r (kg/m3) Chọn w (m/s) dt (m) chuẩn (mm) Ống nhập liệu nồi III 3,333 1048,1 0,6 0,082 100 Ống nhập liệu nồi II 2,61 1060 0,6 0,072 100 Ống nhập liệu nồi I 1,81 1287,5 0,6 0,055 100 Ống tháo liệu nồi I 0,833 1255,5 0,5 0,041 50 Ống dẫn hơi đốt nồi I 1,19 2,614 30 0,14 150 Ống dẫn hơi thứ nồi I 0,95 1,107 30 0,19 250 Ống dẫn hơi thứ nồi II 0,81 0,579 30 0,243 250 Ống dẫn hơi thứ nồi III 0,72 0,245 40 0,306 320 Ống dẫn nước ngưng nồi I 1,19 917,3 1,5 0,033 50 Ống dẫn nước ngưng nồi II 0,95 943,4 1,5 0,029 50 Ống dẫn nước ngưng nồi III 0,81 958,8 1,5 0,027 50 V.5 Kính quan sát: Ta dùng cửa quan sát để kiểm tra chất lỏng bên trong. Cửa quan sát hình tròn, có đường kính 100 mm được lắp vào thân buồng bốc. V.6 Tổng kết thiết bị chính: Bảng 20: Tổng kết thiết bị chính Phần thiết bị Vật liệu Thông số Nồi I Nồi II Nồi III Ghi chú Thân buồng đốt X18H10T Đường kính Dt (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 2400 2500 8 2400 2500 8 2400 2500 14 Thân buồng bốc X18H10T Đường kính Dt (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 2800 3000 8 2800 3000 8 2800 3000 14 Nắp X18H10T Đường kính Dt (mm) Chiều cao nắp ht (mm) Chiều cao gờ hg (mm) Đường kính lỗ d (mm) Bề dày S (mm) 2800 700 60 250 8 2800 700 60 250 8 2800 700 60 250 14 Nắp elip có gờ tiêu chuẩn Đáy X18H10T Đường kính Dt (mm) Chiều cao đáy Ht (mm) Chiều cao gờ Hg (mm) Đường kính lỗ d (mm) Bề dày S (mm) 2400 2175 50 50 8 2400 2175 50 50 8 2400 2175 50 50 14 Đáy nón loại II có gờ tiêu chuẩn Bộ phận nối buồng đốt với buồng bốc X18H10T Đường kính Dl (mm) Đường kính Dn (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 2800 2400 200 8 2800 2400 200 8 2800 2400 200 14 Đáy nón cụt Vỉ ống X18H10T Bề dày S (mm) 35 35 Tròn phẳng Ống truyền nhiệt X18H10T Đường kính trong (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 52 2500 2,5 52 2500 2,5 52 2500 2,5 Ống tuần hoàn trung tâm X18H10T Đường kính D (mm) Chiều cao H (mm) Bề dày S (mm) 800 2500 3 800 2500 3 Bích nối nắp với buồng bốc Bulông CT3 Đường kính D (mm) Chiều dày h (mm) Đường kính db (mm) 3000 60 36 3000 60 36 Bích liền kiểu 1. 60 cái. Bích nối buồng đốt và buồng bốc. Bulông X18H10T Đường kính D (mm) Chiều cao h (mm) Đường kính db (mm) 1550 35 30 1550 35 30 Bích liền kiểu 1. 56 cái. Bích nối buồng đốt và đáy. Bulông CT3 Đường kính D (mm) Chiều cao h (mm) Đường kính db (mm) 2570 56 30 2570 56 30 Bích liền kiểu 1. 56 cái. Đệm Paronit Bề dày S (mm) 3 3 Tai treo CT3 4 tai treo, 2 gân trên 1 tai treo CHƯƠNG VI TÍNH THIẾT BỊ PHỤ VI.1 Thiết bị ngưng tụ Baromet: VI.1.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ: III-35/123 [2] (kg/s) ( ) ( ) 3đ c n c n n t t C t C i W G 2 3 3 3 3 - - = Trong đó: W3 : Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s. => W3 = 0,325 kg/s. i2 : Hàm nhiệt của hơi ngưng tụ, J/kg. => i2 = 2263140 J/kg. t2đ, t2c : Nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, 0C. à Chọn: t2đ = 30 0C t2c = tng – 5 = 72,05 – 5 = 67,1 0C 53 , 48 2 05 . 67 30 2 2 2 = + = + c d t t Nhiệt độ trung bình của nước: ttb = 0C Cn : Nhiệt dung riêng trung bình của nước ứng với ttb, J/kgđộ ( ) ( ) 30 1 . 67, 4178 1 . 67 4178 2263140 0.325 - ´ ´ - ´ = n G à Cn = 4178 j/kg.độ (trang 310 [4]) = 4,16 kg/s Suy ra: , , VI.1.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet: Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: 3 2 6 10 ,82 7 325 , 0 10 ) 325 , 0 4,16 ( 10 25 - - - ´ = ´ + + ´ VI-47 [5] 3 2 3 6 10 ) ( 10 25 W W G G n kk - - + + ´ = = kg/s W2 : Lượng không khí đi vào tháp ngưng tụ do rò rỉ, kg/s. Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: VI-49 [5] (m3/s) Trong đó: Png : Áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ, N/m2 => Png = 0,35 at = 34335 N/m2 Ph: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp (tra ở tkk), N/m2 Nhiệt độ của không khí được tính theo công thức sau (đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô): VI-50 [5] tkk = t3đ + 4 + 0,1(t3c – t3đ) = 30 + 4 + 0,1(67,1 – 30) = 37,71 oC 3 3 10 . 25,5 ,81 6846 34335 ) 71 , 37 273 ( 10 82 , 7 288 - - ´ = - + ´ ´ = kk V Tra Ph = 0,0698 at = 6846,81 N/m2 Suy ra: m3/s VI.1.3 Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet : h h W w r 3 a. Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Baromet : Dba = 1,383 (m) III-36/123 [2] Trong đó: W3 : Lượng hơi ngưng tu, kg/s : Khối lượng riêng của hơi, kg/m3. à W3 = 0,2378 kg/m3 bảng I.250/312 [4] 323 , 0 25 2378 , 0 325 , 0 = ´ : Tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ, m/s. à Chọn = 25 m/s trang 85[5] è Dba= 1,383 m Chọn đường kính của thiết bị ngưng tụ Baromet: Dba = 0,6 m. b. Kích thước tấm ngăn: 2 600 Tấm ngăn có dạng hình viên phân với chiều rộng là: b = + 50 = + 50 = 350 mm III-37/123 [2] Chọn nươc làm nguôị là nươc sạch thì đường kính lỗ là: d = 2 mm t85 [5] Chọn chiều day của tấm ngăn ( ): chọn d = 4 mm. t85 [5] à Chọn chiều cao gờ tấm ngăn: ho = 40 mm. t85 [5] c. Chiều cao thiết bị ngưng tụ: Mức độ đun nóng nước được xác định theo công thức: VI-56/85 [5] ,861 0 30 1 , 73 30 1 . 67, 3 2 32 = - - = - - = d ng 3d c t t t t P Ta có số sau: (bảng VI.7/86 [5]) chọn giá trị lớn nhất ▪ Số bậc: 4 ▪ Số tấm ngăn: n = 8 ▪ Khoảng cách giữa các ngăn: htb = 400 mm ▪ Thời gian rơi qua 1 bậc: t = 0,41s 08 . 4 8 . 0 41 . 0 8 = + ´ Chiều cao của thiết bị ngưng tụ có thể tính theo công thức: III-36/124 [2] Hba = n.htb + 0,8 = , , , m Lấy theo tiêu chuẩn Hba = 4,3m với bảng tiêu chuẩn. Tra bảng VI.8/88 [5] Bảng 21: Theo tiêu chuẩn hoá quy cách TBNT ta có các kích thước Ký hiệu các kích thước Ký hiệu Kích thước (mm) Đường kính trong của thiết bị Chiều dày của thành thiết bị Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị Bề rộng của tấm ngăn KC giữa tâm của TB ngưng tụ và TB thu hồi Chiều cao của hệ thống thiết bị Chiều rộng của hệ thống thiết bị Đường kính của thiết bị thu hồi Chiều cao của thiết bị thu hồi Khoảng cách giữa các ngăn: Đường kính các cửa ra và vào: -Hơi vào -Nước vào -Hỗn hợp khí và hơi ra -Nối với ống Baromet -Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi -Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi -Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet -Ống thông khí Dtr S a P b K1 H T D1 h a1 a2 a3 a4 a5 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 600 5 1300 1200 300 725 4550 1400 400 1400 260 300 360 400 430 350 125 100 150 100 70 50 - d. Kích thước ống Baromet: - TBNT Baromet làm việc ở áp suất chân không 0.4812 at. Do đó, để đảm bảo thiết bị làm việc bình thường, cần phải tháo hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng tụ ra ngoài bằng ống Baromet. - Đường kính trong của ống Baromet được tính bằng công thức: III-40/124 [2] (m) Trong đó: Gn : Lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/s => G n= 4,16 (kg/s) W3 : Lượng hơi ngưng tụ, kg/s => W3 = 0,325(kg/s) ω : Tốc độ của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống Baromet. ( ) 157 0 55 , 0 325 . 0 4.16 004 , 0 = ´ + p à Chọn = 0,55 m/s (trang 86 [5]) Suy ra: dba = , m = 160 mm Chọn đường kính của ống Baromet: dba = 160 mm Chiều cao của ống Baromet được xác định theo công thức sau: hba = h1 + h2 + 0,5 (m) VI.58/86 [5] 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 ngưng tụ: (m) VI.59/86 [5] 760 33 , 10 1 b h = Với b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, mmHg. b = Pa – Png = 760 – 0,35.735 = 502,75 mmHg ð h1 = 6,83( m) h2: chiều cao cột nước trong ống Baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống: III-44/126 [2] (m) Với λ: Hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống : Tổng trở lực cục bộ Chọn hệ số trở lực cục bộ khi vào ống là = 0,5 và hệ số trở lực cục bộ khi ra khỏi ống là = 1 trang 87 [5] => = 1,5 Tính hệ số trở lực do ma sát : có: ttb = 48,53 0C à Tra: = 987,875 kg/m3 μ = 0,557.10-3 Ns/m2 Chuẩn số Re: 156073,6 10 557 , 0 875 , 987 16 , 0 55 , 0 = Re 3 = ´ ´ ´ = - m r w ba d Chọn vật liệu làm ống Baromet là thép CT3 – ( tính Hệ số nhám với ống dẫn nước trong điều kiện ít rò nên độ nhám e = 2 mm. Bảng II.15/381 [4] Độ nhám tương đối: 0125 , 0 160 2 = = = D ba d e Theo công thức Cônacốp (Re > 100000): ð l = 0,0170 Giả sử chiều cao của ống Baromet là: hba = 8 m. 052 , 0 5 , 1 16 , 0 8 0170 , 0 1 81 , 9 2 55 , 0 2 2 = ÷ ø ö ç è æ + + ´ = h (m) Vậy: Suy ra: hba = 6,83 + 0,052 + 0,5 = 7,38 (m) à Nhận. Vậy chiều cao của ống Baromet là: hba = 8 m Bảng 22: Thông số của thiết bị ngưng tụ Baromet Lượng nước lạnh cần tưới vào TBNT Gn = 4,16 kg/s Thể tích không khí cần hút ra khỏi TBNT Vkk = 0,0255m3/s Thiết bị Đường kính trong Dba = 0,6 m Chiều cao Hba = 4,3 m Số ngăn n = 8 Khoảng cách giữa các ngăn htb = 0,4 m Số bậc K = 4 Thời gian rơi qua 1 bậc t = 0,41 s Ống Đường kính trong dba = 0,16 m Chiều cao hba = 8 m Tổng chiều cao TBNT h = 8 + 4,3 = 12,3 m VI.2 Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu: VI.2.1 Yêu cầu: Năng suất nhập liệu: 6000 kg/h Nhiệt độ dung dịch vào: 30 °C Nhiệt độ dung dịch ra: 91 °C Áp suất hơi đốt (hơi nước bão hòa): 5 at Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống, để gia nhiệt nguyên liệu từ 30°C đến 91 °C VI.2.2 Tính lượng hơi đốt cần dùng: Dòng lạnh (nhập liệu): Nhiệt độ trung bình: Dòng nóng (hơi đốt): t = 151,1 oC Hiệu nhiệt độ đầu vào và đầu ra là: ï î ï í ì = - = D = - = D C t C t o ra o vao 1 , 60 91 1 , 151 1 , 121 30 1 , 151 Hiệu số nhiệt độ trung bình: 3.11/177 [1] C t t t t t o ra vao ra vao 1 , 87 1 , 60 1 , 121 ln 1 , 60 1 , 121 ln log = - = D D D - D = D Phương trình cân bằng năng lượng: D.rh. (1- =Gđ.( Cc.tc –Cđtđ) + Qtt j: độ ẩm hơi đốt j = 5% Giả sử: Qtt = 0,05Drh (1- ð 0,9 Drh = Gđ(Cc.tc –Cđtđ) Lượng hơi đốt cần dùng: (kg/s) Trong đó: C : Nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch,J/kgđộ à C = 4253.1 J/kgđộ. (I.43, I.44, I.41/152 [4]) rh : Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt, J/kg àTra r = 2117000 J/kg. (bảng I.251/314 [4] Suy ra: kg/h = 0,227 kg/s ( ) 817 2117000 9 , 0 30 91 1 , 4253 6000 = ´ - ´ ´ = D VI.2.3 Tính hệ số truyền nhiệt: a. Tính nhiệt tải riêng trung bình: Giả thiết quá trình là liên tục và ổn định. Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ: (W/m2độ) V.101/28 [5] Trong đó: H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m à Chọn H = 2 m. Δt1: Hiệu số nhiệt độ giữa thành và hơi ngưng tụ, oC 3 1 = D t Chọn oC => tw1 = t1 – Dt1 = 151,1 – 3=148,1 oC => tm = 0,5(tw1 + t1) = 0,5(148,1 + 151,1) = 149,6 oC Tra A = 193 r: Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt, j/kg à(1) Tra r = 2117000 J/kg. Suy ra: a1 = 9595,76 W/m2độ Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị: q1 = a1 ∆t1 = 28787,3 W/m2 Nhiệt tải riêng của thành thiết bị: Trong đó: rc1 : Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt => rc1 = 0,252.10-3 m2độ/W rc2 : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch => rc2 = 0,387.10-3 m2độ/W : Nhiệt trở thành thiết bị, m2độ/W. à Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉ X18H10T có hệ số dẫn nhiệt là: = 16,3 W/m.độ à Chọn bề dày thành ống là: = 2,5 mm. ) / ( . 0,154 ) ( 2 2 1 W độ m r r r c V c = + + = å l d à Xem mất mát nhiệt không đáng kể: q = q1 = q2 tw2 = tw1 – q1 = 143,23 oC ð Dt2 = tw2 – ttb = 83,13 oC Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch: Cấp nhiệt khi dòng chảy cưỡng bức theo chế độ chảy dòng: V.45/17[5] 25 . 0 t 1 . 0 43 . 0 33 . 0 1 Pr Pr Gr Pr Re 15 , 0 Nu ÷ ø ö ç è æ e = Mặt khác: Nu = (W/m2độ) d Pr Pr Gr Pr Re 15 , 0 25 . 0 t 1 . 0 43 . 0 33 . 0 1 2 l ÷ ø ö ç è æ e = a Þ Trong đó: d : Đường kính trong của ống truyền nhiệt (m) à Chọn d = 0,057 m : Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng (W/mđộ) à Tra = 0,5655(W/m.độ) Bảng I.130/135 [4] trang 17 [5] Với: v : Vận tốc dòng chảy, m/s à Chọn v = 0,01 m/s : Hệ số dãn nở thể tích, 1/độ à = 52.10-5 0C-1 bảng I.235/285 [4] 1 : Hệ số hiệu chỉnh à 1 = 1,0 bảng V.2 /15 [5] Các thông số vật lý tính theo nhiệt độ của mặt tường tiếp xúc với dòng tw2 cho Prt và nhiệt độ trung bình ttb của dòng cho các chuẩn số khác. Bảng 23: Các thông số tra và tính toán r (kg/m3) C (j/kgđộ) m ( Ns/m2) l (W/m2độ) Pr ttb = 60,5 0C 1142,50 3558,1 0,001265 0,5655 7,9593 tw2 = 143,23 0C 1006,47 3558,1 0,000886 0,5803 5,4324 î í ì ´ = = 10 10 . 5.354 Gr 514.68 Re Suy ra: Vậy: 2 = 359,21 W/m2độ Nhiệt tải riêng của phía dung dịch sôi: q2 = 2∆t2 = 29861,79 W/m2 Kiểm tra sai số: % 5 % . 3,6 79 , 29861 3 , 28787 79 , 29861 % 100 2 1 2 < = - = ´ - = D q q q q 5 , 29324 2 3 , 28787 79 , 29861 2 2 1 = + = + q q Nhiệt tải trung bình: qtb = W/m2 VI.2.4 Tính hệ số truyền nhiệt: CT28 [2] W/m2độ . 352,76 13 , 83 5 , 29324 log = = D = t q K tb VI.2.5 Tính diện tích truyền nhiệt: m2 ( ) ( ) ( ) ( ) 26,71 1 , 87 76 , 352 454 , 0 2117000 05 , 0 1 1 , 0 1 1 1 log log = ´ ´ - - = D - - = D = t K rD t K Q F j e Chọn F = 40 m2. VI.2.6 Số ống truyền nhiệt: III-25/121 2] 68 2 057 , 0 40 = ´ ´ = = p p dH F n 111, Chọn loại ống chùm và bố trí ống hình lục giác đều: Số hình lục giác đều : 6 hình Số ống trên đường chéo : 13 ống Tổng số ống truyền nhiệt là : 127 ống VI.2.7 Đường kính thiết bị gia nhiệt: Đường kính trong của thiết bị gia nhiệt được tính theo công thức sau: Dt = t(b – 1) + 4d (m) III-29/122 [2] Trong đó: d : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt 0,057m, t : Bước ống, m à Chọn t = 1,2d 13 ống b : Số ống trên đường chéo của hình lục giác đều, ống. Suy ra: Dt = 1,0488 (m) Chọn đường kính chuẩn cho thiết bị gia nhiệt là: Dt = 1,2 m VI.2.8 Kích thước của thiết bị gia nhiệt nhập liệu: mm ï ï ï î ï ï ï í ì = = = = = 127 n 52 57 d 1200 D mm 2000 H n t mm d mm t VI.3 Bồn cao vị: Bồn cao vị được đặt ở độ cao sao cho thắng được trở lực của các đường ống. Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1 – 1 (mặt thoáng bồn cao vị) và mặt cắt 2 – 2 (mặt thoáng chất lỏng trong buồng bốc). Trong đó: v1 = 0 v2 = v (m/s) P1 = 1 at P2 = 0,5 at r : Khối lượng riêng dung dịch nhập liệu ở 30°C, kg/m3 àTra r = 1075 kg/m3 m : Độ nhớt của dung dịch ở 30°C, Ns/m2 m = 0,94.10-3 Ns/m2 (bảng I.101/91 [4]) Z1 : Chiều cao từ bồn cao vị xuống đất, m. Z2 : Chiều cao từ mặt thoáng chất lỏng trong buồng bốc xuống đất, m. h1-2 : Tổng tổn thất áp suất, m. Xác định hệ số ma sát trong ống: Chọn đường kính ống dẫn: dhút = dđẩy = d = 52 mm. chảy trong ống: m/s 0,73 052 , 0 1075. 3600 6000 4 4 2 2 = ´ ´ ´ ´ = = p p t d Q v Chuẩn số Reynolds: 43411 = ´ ´ 0,73 ´ = = - 3 10 94 , 0 1075 052 , 0 Re m r t vd Chọn vật liệu làm ống là thép không gỉ X18H10T à Độ nhám e = 0,2 mm II.60/378 [4] 3 , 3452 2 . 0 52 6 6 Re 7 / 8 7 / 8 = ÷ ø ö ç è æ = ÷ ø ö ç è æ = e t gh d II.62/379[4] . 114621 2 . 0 52 220 220 Re 8 / 9 8 / 9 = ÷ ø ö ç è æ = ÷ ø ö ç è æ = e t n d Vì Regh < Re < Ren Nên hệ số ma sát: II.64/380 [4] 0,030 = ÷ ø ö ç è æ + = ÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = 25 . 0 25 . 0 43411 100 52 2 . 0 46 , 1 1 , 0 Re 100 46 , 1 1 , 0 t d e l + Chọn chiều dài ống: L = 10 m + Hệ số cục bộ tại miệng ống vào: zvào = 0,5 + Hệ số cục bộ tại miệng ống ra: zra = 1 + Hệ số cục bộ tại co 90o: zco = 0,9 + Hệ số cục bộ tại van: zvan = 0,2 Tổng hệ số tổn thất cục bộ: 4 , 4 1 2 , 0 9 , 0 3 5 , 0 3 90 = + + ´ + = + + + = å ra van co vao x x x x x Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến cửa nhập liệu nồi I: L = 10 m. Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn: m 084 , 1 4 , 4 052 , 0 10 030 , 0 81 , 9 2 46 . 1 2 2 2 2 1 = ÷ ø ö ç è æ + ´ = ÷ ø ö ç è æ å + = - x l d l g v h Chiều cao từ cửa nhập liệu nồi I đến mặt thoáng của bồn cao vị: ( ) ( ) m ,54 3 084 , 1 81 , 9 2 0 0,73 81 , 9 1075 10 81 . 9 1 5 , 0 2 4 - = + ´ - + ´ ´ - (m) ( ) ( ) 2 1 2 1 2 2 4 1 2 2 1 2 10 81 , 9 - + - + ´ - = - = h g v v g P P Z Z H r Suy ra: H = Vậy cần đặt bồn cao vị thấp hơn cửa nhập liệu nồi I khoảng 3 m. Tuy nhiên để ổn định dòng chảy ta đặt bồn cao vị cao hơn cửa nhập liệu nồi I khoảng 0,5 m VI.4 Lớp cách nhiệt: Vật liệu: bông thuỷ tinh. Ta tính cho nồi I, còn lớp cách nhiệt nồi sau lấy như nồi I. (m) VI.66/92 [5] tT1 : Nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc thành thiết bị (hơi đốt), °C => tT1 = 151,1 °C tT2 : Nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí, °C à Chọn tT2 = 45 °C tkk : Nhiệt độ không khí, °C à Chọn tkk = 30 °C lC : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mđộ à Tra lC = 0,12W/mđộ. Hình I.36/129 [4] an : Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí, W/m2độ. m 071 , 0 30 45 45 1 , 151 91 , 11 12 , 0 = - - ´ = C d an = 9,3 + 0,058tT2 = 9,3 + 0,05845 = 11,91 W/m2độ VI.67 [5] Suy ra: .Vậy bề dày lớp cách nhiệt là: dC = 7,5 cm. VI.5 Bơm: VI.5.1 Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ, bơm nhập liệu nồi III và nồi II, nồi I ,bơm tháo liệu nồi I: Công suất của bơm: 10.7/33 [7] (KW) Trong đó: H : Cột áp của bơm, m. η : Hiệu suất của bơm. : Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3. Qm : Lưu lượng khối lượng chất lỏng vào bơm, kg/s. Qv : Lưu lượng thể tích chất lỏng vào bơm, m3/s. (m3/s) Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1 – 1 và mặt cắt 2 – 2 (ở độ cao cao hơn). Xác định hệ số ma sát trong ống: Chọn đường kính ống dẫn: dhút = dđẩy = d Vận tốc dòng chảy trong ống: (m/s) Chuẩn số Reynolds: Chọn vật liệu l ống: Ta có: Regh = Ren = Nếu Regh < Re < Ren Thì hệ số ma sát: Tổng hệ số tổn thất cục bộ: Trong đó: xvào = 0,5 xra = 1,0 xco 90 = 0,9 xvan = 0,2 Chọn l: Chiều dài đường ống, m. Tổn thất áp suất: (m) Cột áp của bơm: H = (m) Suy ra công suất bơm: (KW) Bảng 24: Tính toán bơm Bơm nhập liệu nồi III Bơm nhập liệu nồi II Bơm nhập liệu nồi I Bơm tháo liệu nồi I Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ h 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 r (kg/m3) 1048,1 1060 1287,5 1255,5 987,875 Qm (kg/s) 3,333 2,62 1,81 0,833 9,85 Qv (m3/s) 0,0032 0,0025 0,007 0,0014 0,01 v1 (m/s) 0 0 0 0 0 v2 (m/s) 0 0 0 0 0 P1 (at) 1,0000 0,36 1 2,3 1 P2 (at) 0,36 1 2,3 1 0,3345 m (Ns/m2) 0,00094 0.00045 0,0003436 0,0002740 0,0008 Z1 (m) 0,5 5 5 5 0,5 Z2 (m) 5,2 5,2 5,2 0,5 14 d (mm) 50 50 50 50 100 v (m/s) 0,6 0,6 0,6 0,5 0,55 Re 33450 70666 112412 114552 67946 Vật liệu làm ống X18H10T X18H10T X18H10T X18H10T CT3 e (mm) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Regh 3301 3301 3301 3301 7289 Ren 109674 109674 109674 109674 239202 l 0,0336 0,0336 0,0313 0,0333 0,0257 3,5 3,7 3,5 4,4 3,5 l (m) 10 10 10 5 17 h1-2 (m) 0,1814 0,1910 0,1791 0,0985 0,1214 H (m) 0,577 2,57 6,676 -6,201 8,411 N (KW) 0,0687 0,0088 0,0701 0,056 0,5052 N chọn (Hp) 1,5 1,5 1,5 1 1 VI.5.2 Bơm chân không: * Công suất bơm tiêu hao: III.3/119 [7] (W) k = 1,2 – 1,62 Chỉ số đa biến. Chọn m = 1,4 Áp suất tính toán tại đầu hút của bơm. Chọn Pkk = P1 = Png - Ph = 0,35 at – 0,0698 at = 0,2802 at = 27487,62N/m2 P2 = 1 at = 98100 N/m2: Áp suất sau khi nén; lấy theo áp suất khí quyển . VKK = m3/s thể tích không khí cần hút. . Hiệu suất cơ khí của bơm chân không kiểu pittong. 325 , 862 1 2802 , 0 1 62 , 27487 1 3 , 1 3 , 1 8 , 0 10 9 , 25 3 . 1 1 3 . 1 3 = ï þ ï ý ü ï î ï í ì - ÷ ø ö ç è æ ´ ´ - ´ = - - N W * Chọn bơmchân không: Theo bảng 6.2 p176 [9] - Loại bơm chân không vòng nước hiệu KBH-4 - Tốc độ hút ở 0oC và 760 mmHg : 0,4 m3/ph - Áp suất giới hạn : 110 mmHg - Lưu lượng nước: 250-300 l/h - Công suất động cơ: 1,5 KW - Khối lượng bơm: 38 kg CHƯƠNG VII TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ Bảng 25: Tính giá thành thiết bị Tên thiết bị Vật liệu Số đơn vị tính Đơn giá Thành tiền (đồng) Thiết bị chính không tính ống X18H10T CT3 20418,068 kg 6677,7 kg 50.000 đ/kg 10.000 đ/kg 1.020.903.500 66.777.000 Ống truyền nhiệt và THTT X18H10T 2070 ống f 57 3 ống f 800 H = 2,5m 50.000 đ/m 100.000 đ/m 258.750.000 750.000 Các ống dẫn: Nhập liệu Ф50 Tháo liệu Ф50 Hơi thứ Ф250 Hơi đốt Ф125 Nước cấp thiết bị ng tụ Ф100 Xả khí và nước ngưng Ф25 X18H10T X18H10T CT3 CT3 CT3 CT3 20 m 5 m 20 m 5 m 17 m 8 m 50.000 đ/m 50.000 đ/m 100.000 đ/m 100.000 đ/m 100.000 đ/m 30.000 đ/m 1.000.000 250.000 2.000.000 500.000 1.700.000 240.000 Thiết bị phụ: Bơm nước Bơm chân không Bơm ly tâm Thiết bị Baromet, Thiết bị gia nhiệt Bộ phận tách lỏng Kính quan sát Vật liệu cách nhiệt Van Tai treo Áp kế Lưu lượng kế Nhiệt kế Thủy tinh Thép Inox CT3 1 hp 1,5 kW 3.0,5 hp 1 1 1 6 cái 3 m3 20 11 3,48 kg/cái x 12 5 cái 3 cái 3 cái 700.000 đ/hp 1.500.000đ/kW 2.000.000đ/kW 10.000.000 13.000.000 2.000.000 250.000 đ/cái 3.000.000 đ/m3 30.000 đ/cái 100.000 đ/cái 10.000 đ/kg 500.000đ/cái 1.000.000 đ/cái 200.000đ/cái 700.000 2.250.000 2.237.100 10.000.000 13.000.000 2.000.000 1.500.000 9.000.000 600.000 1.100.000 417.600 2.500.000 3.000.000 600.000 Tổng cộng 1.399.975.200 Gia công đơn giản nên tiền công chế tạo lấy bằng 100% tiền vật tư. Vậy tổng giá thành thiết bị là 2,8 tỉ đồng. KẾT LUẬN Trong quá trình thực hiện đồ án, ta rút ra được các nhận xét sau: Hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều khi vận hành sẽ tiết kiệm được hơi đốt do tận dụng được lượng hơi thứ của nồi trước cấp nhiệt cho nồi sau Hệ thống thích với việc cô đặc được các dung dịch vô cơ không biến tính vì nhiệt trong khoảng nhiệt độ làm việc, cô đặc được đến nồng độ cao hơn so với hệ xuôi chiều. Tuy nhiên do hệ thống cô đặc ngược chiều được nhập liệu từ nồi thứ III và hơi đốt được đưa vào nồi I, do áp suất nồi II nhỏ hơn nồi I, nồi III nhỏ hơn nồi II nên khi đưa sản phẩm từ nồi III sang nồi II, nồi II sang nồi I, ta cần phải dùng bơm để vận chuyển dung dịch. Khi thiết kế ta nên thiết kế sao cho có sự đồng bộ giữa 3 thiết bị cô đặc, nhằm tạo sự thuận tiện khi thay thế sửa chữa. Thiết bị có cấu tạo đơn giản, hoạt động ổn định, nên ta có thể thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống thiết bị. Bên cạnh đó, với thiết bị có ống tuần hoàn trung tâm, chiều cao buồng đốt quá lớn sẽ gây khó khăn cho việc đối lưu tự nhiên của dung dịch. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bôn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ, “ Quá trình & Thiết bị CNHH – Tập 5 – Quá trình và Thiết bị Truyền nhiệt”, NXB Đại Học Quốc gia TpHCM, 9/2004, 424 tr. [2] Phạm Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế hóa chất và thực phẩm”, Bộ Giáo dục và Đào tạo, 1992, 275 tr. [3] Phạm Văn Bôn, “Quá trình & Thiết bị CNHH – Bài tập Truyền nhiệt”, Trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 9/2004, 52 tr. [4] Nhiều tác giả, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập I”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 10/2005, 632 tr. [5] Nhiều tác giả, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập II”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 10/2005, 448 tr. [6] Hồ Lệ Viên, “Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bị hoá chất”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Quí III/2006, 240 tr. [7] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình & Thiết bị CNHH – Tập 1 – Quyển 2 – Phân riêng bằng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén”, NXB Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 242 tr. [8] Tập thể giảng viên bộ môn Cơ Lưu Chất, “Giáo trình cơ lưu chất”, Trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 2003, 239tr.