Thiết kế thiết bị cô đặc một nồi gián đoạn Dung dịch NaCl

MUÏC LUÏC Lôøi noùi ñaàu 2 Chöông I: Giôùi thieäu toång quan I.Nhieäm vuï cuûa ñoà aùn 3 II.Tính chaát nguyeân lieäu vaø saûn phaåm 3 III.Coâ ñaëc 4 IV.Quy trình coâng ngheä 5 Chöông II : Thieát keá thieát bò chính A.Caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng 8 I. Caân baèng vaät chaát 8 II. Caân baèng naêng löôïng 9 B. Tính thieát keá thieát bò chính I.Heä soá truyeàn nhieät 14 II.Beà maët truyeàn nhieät vaø thôøi gian coâ ñaëc 21 III.Buoàng ñoát vaø ñaùy 23 IV. Buoàng boác vaø naép 24 C. Tính cô khí cho thieát bò chính 27 I.Buoàng ñoát 27 II.Buoàng boác 28 III.Ñaùy 30 IV.Naép 32 V. Tính caùch nhieät cho thaân 32 VI.Moái gheùp bích 33 VII.Væ oáng 34 VIII.Khoái löôïng vaø tai treo 35 IX.Caùc oáng daãn ,cöûa 37 Chöông III :Tính chi tieát thieát bò phuï I.Thieát bò ngöng tuï Baromet 39 II.Bôm 44 Chöông IV : Tính giaù thaønh thieát bò 49 Keát luaän 51 Taøi lieäu tham khaûo 52 Lôøi noùi ñaàu Ngaøy nay, coâng nghieäp saûn xuaát hoùa chaát laø moät ngaønh coâng nghieäp quan troïng aûnh höôûng ñeán nhieàu ngaønh khaùc. Moät trong nhöõng saûn phaåm ñöôïc quan taâm saûn xuaát khaù nhieàu laø Natri Clorua (NaCl) do khaû naêng söû duïng roäng raõi cuûa noù.NaCl tinh khieát ñöôïc söû duïng nhieàu trong thöïc phaåm döôùi daïng muoái aên ,hay söû duïng nhieàu trong ngaønh y teá döôùi daïng dòch truyeàn.đ Nhieäm vu cuï theå cuûa ñoà aùn moân hoïc laø thieát keá heä thoáng coâ ñaëc chaân khoâng giaùn ñoaïn NaCl töø 10% leân 27% ,naêng suaát 1200kg /meû ,söû duïng oáng chuøm. Ñoà aùn goàm 4 chöông : Chöông I:Giôùi thieäu toång quan Chöông II :Thieát keá thieát bò chính Chöông III :Thieát keá caùc chi tieát phuï Chöông IV: Tính toaùn giaù thaønh thieát bò Coù theå noùi thöïc hieän Ñoà aùn moân hoïc laø moät cô hoäi toát cho sinh vieân oân laïi toaøn boä caùc kieán thöùc ñaõ hoïc veà caùc quaù trình vaø coâng ngheä hoùa hoïc. Ngoaøi ra ñaây coøn laø dòp maø sinh vieân coù theå tieáp caän vôùi thöïc teá thoâng qua vieäc löïa choïn, tính toaùn vaø thieát keá caùc chi tieát cuûa moät thieát bò vôùi caùc soá lieäu raát cuï theå vaø raát thöïc teá. Ñoà aùn naøy ñöôïc thöïc hieän döôùi söï giuùp ñôõ vaø höôùng daãn tröïc tieáp cuûa thaày Traàn Vaên Ngheä , vaø caùc thaày coâ boä moân Maùy vaø Thieát Bò khoa Coâng ngheä Hoùa hoïc vaø Daàu khí tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa thaønh phoá Hoá Chí Minh. Em xin chaân thaønh caûm ôn thaày Traàn Vaên Ngheä vaø caùc thaày coâ khaùc cuõng nhö caùc baïn beø ñaõ giuùp ñôõ em trong quaù trình thöïc hieän ñoà aùn. CHÖÔNG I. GIÔÙI THIEÄU TOÅNG QUAN NHIEÄM VUÏ CUÛA ÑOÀ AÙN Nhieäm vuï cuï theå cuûa Ñoà aùn moân hoïc naøy laø thieát keá heä thoáng coâ ñaëc chaân khoâng giaùn ñoaïn dung dòch NaCl töø noàng ñoä 10% ñeán noàng ñoä 27%, naêng suaát 1200kg/meû, söû duïng oáng chuøm. TÍNH CHAÁT NGUYEÂN LIEÄU VAØ SAÛN PHAÅM: 1 .Nguyeân lieäu : NaCl laø moät khoái tinh theå maøu traéng, tan trong nöôùc phaân ly thaønh ion Laø thaønh phaàn chính cuûa muoái aên haèng ngaøy Khoái löôïng rieâng dd 10% laø 1073 (kg/m3) Ñoä nhôùt laø 1,07 *10-3 (Ns/m2) ôû 200C (dung dòch 10%). Ñoä hoøa tan ôû 60oC laø 27,1% ,ôû 20oC laø 26,3% Nguyeân lieäu ñem ñi coâ ñaëc laø dd NaCl 10% vôùi dung moâi laø nöôùc . 2. Saûn Phaåm: Khi keát thuùc quaù trình coâ ñaëc ,dung dòch ôû nhieät ñoä töø 75-80oC ,khi ñoù ñoä hoøa tan cuûa dung dòch khoaûng 27,5% .Nhöng ñoä hoøa tan cuaû dung dòch ôû nhieät ñoä thöôøng chöøng 26,3%.Vì vaäy ,quaù trình coâ ñaëc NaCl naøy laø ñeå taïo dung dòch baõo hoøa ,vaø khi laøm nguoäi thì seõ coù NaCl tinh theå keát tinh .Trong khi caùc muoái taïp chaát khaùc nhö MgCl2 hay CaCl2 laïi tan ôû nhieät ñoä thöôøng ,vì vaäy quaù trình naøy coù theå ñöôïc söû duïng vöøa thu dung dòch muoái baõo hoøa vöøa taùch taïp chaát ñeå saûn xuaát muoái tinh khieát khi haï nhieät ñoä. Muoái tinh khieát thöôøng ñöôïc söû duïng trong thöïc phaåm vaø y teá. 3.Nhöõng bieán ñoåi cuûa nguyeân lieäu vaø saûn phaåm trong quaù trình coâ ñaëc: Trong quaù trình coâ ñaëc, tính chaát cô baûn cuûa nguyeân lieäu vaø saûn phaåm bieán ñoåi khoâng ngöøng. Thôøi gian coâ ñaëc taêng laøm cho noàng ñoä dung dòch taêng daãn ñeán tính chaát dung dòch thay ñoåi: Caùc ñaïi löôïng giaûm: heä soá daãn nhieät, nhieät dung, heä soá caáp nhieät, heä soá truyeàn nhieät. Caùc ñaïi löôïng taêng: khoái löôïng rieâng dung dòch, ñoä nhôùt, toån thaát nhieät do noàng ñoä, nhieät ñoä soâi. Yeâu caàu chaát löôïng saûn phaåm : Ñaït noàng ñoä vaø ñoä tinh khieát yeâu caàu. Thaønh phaàn hoaù hoïc chuû yeáu khoâng thay ñoåi. COÂ ÑAËC: Ñònh nghóa Coâ ñaëc laø phöông phaùp thöôøng duøng ñeå laøm taêng noàng ñoä moät caáu töû naøo ñoù trong dung dòch hai hay nhieàu caáu töû. Tuøy theo tính chaát cuûa caáu töû khoù bay hôi (hay khoâng bay hôi trong quaù trình ñoù) ta coù theå taùch moät phaàn dung moâi (caáu töû deã bay hôi hôn) baèng phöông phaùp nhieät hay baèng phöông phaùp laøm laïnh keát tinh. Coâ ñaëc laø quaù trình laøm taêng noàng ñoä cuûa chaát raén hoøa tan trong dung dòch baèng caùch taùch bôùt moät phaàn dung moâi qua daïng hôi. Caùc phöông phaùp coâ ñaëc: Phöông phaùp nhieät (ñun noùng): dung moâi chuyeån töø traïng thaùi loûng sang traïng thaùi hôi döôùi taùc duïng cuûa nhieät khi aùp suaát rieâng phaàn cuûa noù baèng aùp suaát taùc duïng leân maët thoaùng chaát loûng. Phöông phaùp laïnh: khi haï thaáp nhieät ñoä ñeán moät möùc naøo ñoù thì moät caáu töû seõ taùch ra daïng tinh theå ñôn chaát tinh khieát, thöôøng laø keát tinh dung moâi ñeå taêng noàng ñoä chaát tan.Tuøy tính chaát caáu töû vaø aùp suaát beân ngoaøi taùc duïng leân maët thoaùng maø quaù trình keát tinh ñoù xaûy ra ôû nhieät ñoä cao hay thaáp vaø ñoâi khi phaûi duøng ñeán maùy laïnh. Phaân loaïi vaø öùng duïng a. Theo caáu taïo Nhoùm 1: dung dòch ñoái löu töï nhieân (tuaàn hoaøn töï nhieân) duøng coâ ñaëc dung dòch khaù loaõng, ñoä nhôùt thaáp, ñaûm baûo söï tuaàn hoaøn töï nhieân cuûa dung dòch deã daøng qua beà maët truyeàn nhieät. Goàm: Coù buoàng ñoát trong (ñoàng truïc buoàng boác), coù theå coù oáng tuaàn hoaøn trong hoaëc ngoaøi. Coù buoàng ñoát ngoaøi ( khoâng ñoàng truïc buoàng boác). Nhoùm 2: dung dòch ñoái löu cöôõng böùc, duøng bôm ñeå taïo vaän toác dung dòch töø 1,5 - 3,5 m/s taïi beà maët truyeàn nhieät. Coù öu ñieåm: taêng cöôøng heä soá truyeàn nhieät, duøng cho dung dòch ñaëc seät, ñoä nhôùt cao, giaûm baùm caën, keát tinh treân beà maët truyeàn nhieät. Goàm: Coù buoàng ñoát trong, oáng tuaàn hoaøn ngoaøi. Coù buoàng ñoát ngoaøi, oáng tuaàn hoaøn ngoaøi. Nhoùm 3: dung dòch chaûy thaønh maøng moûng, chaûy moät laàn traùnh tieáp xuùc nhieät laâu laøm bieán chaát saûn phaåm. Ñaëc bieät thích hôïp cho caùc dung dòch thöïc phaåm nhö dung dòch nöôùc traùi caây,hoa quaû eùp…Goàm: Maøng dung dòch chaûy ngöôïc, coù buoàng ñoát trong hay ngoaøi: dung dòch soâi taïo boït khoù vôõ. Maøng dung dòch chaûy xuoâi, coù buoàng ñoát trong hay ngoaøi: dung dòch soâi ít taïo boït vaø boït deã vôõ. b. Theo phöông phaùp thöïc hieän quaù trình Coâ ñaëc aùp suaát thöôøng (thieát bò hôû): coù nhieät ñoä soâi, aùp suaát khoâng ñoåi. Thöôøng duøng coâ ñaëc dung dòch lieân tuïc ñeå giöõ möùc dung dòch coá ñònh ñeå ñaït naêng suaát cöïc ñaïi vaø thôøi gian coâ ñaëc laø ngaén nhaát.Tuy nhieân, noàng ñoä dung dòch ñaït ñöôïc laø khoâng cao. Coâ ñaëc aùp suaát chaân khoâng: Dung dòch coù nhieät ñoä soâi döôùi 100oC, aùp suaát chaân khoâng. Dung dòch tuaàn hoaøn toát, ít taïo caën, söï bay hôi nöôùc lieân tuïc. Coâ ñaëc nhieàu noài: Muïc ñích chính laø tieát kieäm hôi ñoát. Soá noài khoâng neân lôùn quaù vì seõ laøm giaûm hieäu quaû tieát kieäm hôi. Coù theå coâ chaân khoâng, coâ aùp löïc hay phoái hôïp caû hai phöông phaùp. Ñaëc bieät coù theå söû duïng hôi thöù cho muïc ñích khaùc ñeå naâng cao hieäu quaû kinh teá. Coâ ñaëc lieân tuïc: Cho keát quaû toát hôn coâ ñaëc giaùn ñoaïn. Coù theå aùp duïng ñieàu khieån töï ñoäng, nhöng chöa coù caûm bieán tin caäy. Öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm cuûa coâ ñaëc chaân khoâng giaùn ñoaïn Öu ñieåm Giöõ ñöôïc chaát löôïng, tính chaát saûn phaåm, hay caùc caáu töû deã bay hôi. Nhaäp lieäu vaø thaùo saûn phaåm ñôn giaûn, khoâng caàn oån ñònh löu löôïng. Thao taùc deã daøng. Coù theå coâ ñaëc ñeán caùc noàng ñoä khaùc nhau. Khoâng caàn phaûi gia nhieät ban ñaàu cho dung dòch. Caáu taïo ñôn giaûn, giaù thaønh thaáp. Nhöôïc ñieåm Quaù trình khoâng oån ñònh, tính chaát hoùa lyù cuûa dung dòch thay ñoåi lieân tuïc theo noàng ñoä, thôøi gian. Nhieät ñoä hôi thöù thaáp, khoâng duøng ñöôïc cho muïc ñích khaùc. Khoù giöõ ñöôïc ñoä chaân khoâng trong thieát bò. QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ Thuyeát minh quy trình coâng ngheä Khôûi ñoäng bôm chaân khoâng ñeán aùp suaát Pck = 0,7 at. Sau ñoù bôm dung dòch ban ñaàu coù noàng ñoä 10% töø beå chöùa nguyeân lieäu vaøo noài coâ ñaëc baèng bôm ly taâm. Quaù trình nhaäp lieäu dieãn ra trong voøng 20 phuùt ñeán khi nhaäp ñuû 3240 kg thì ngöøng. Khi ñaõ nhaäp lieäu ñuû 3240 kg thì baét ñaàu caáp hôi ñoát (laø hôi nöôùc baõo hoøa ôû aùp suaát 3 at) vaøo buoàng ñoát ñeå gia nhieät dung dòch. Buoàng ñoát goàm nhieàu oáng nhoû truyeàn nhieät (oáng chuøm) vaø moät oáng tuaàn hoaøn trung taâm coù ñöôøng kính lôùn hôn. Dung dòch chaûy trong oáng ñöôïc gia nhieät bôûi hôi ñoát ñi ngoaøi oáng. Dung dòch trong oáng seõ soâi vaø tuaàn hoaøn qua oáng tuaàn hoaøn (do oáng tuaàn hoaøn coù ñöôøng kính lôùn hôn caùc oáng truyeàn nhieät neân dung dòch trong oáng tuaàn hoaøn seõ soâi ít hôn trong oáng truyeàn nhieät, khi ñoù khoái löôïng rieâng dung dòch trong oáng tuaàn hoaøn seõ lôùn hôn khoái löôïng rieâng dung dòch trong oáng truyeàn nhieät vì vaäy taïo aùp löïc ñaåy dung dòch töø oáng tuaàn hoaøn sang caùc oáng truyeàn nhieät). Dung moâi laø nöôùc boác hôi vaø thoaùt ra ngoaøi qua oáng daãn hôi thöù sau khi qua buoàng boác vaø thieát bò taùch gioït. Hôi thöù ñöôïc daãn qua thieát bò ngöng tuï baromet vaø ñöôïc ngöng tuï baèng nöôùc laïnh, sau khi ngöng tuï thaønh loûng seõ chaûy ra ngoaøi boàn chöùa. Phaàn khoâng ngöng seõ ñöôïc daãn qua thieát bò taùch gioït ñeå chæ coøn khí khoâng ngöng ñöôïc bôm chaân khoâng huùt ra ngoaøi. Hôi ñoát khi ngöng tuï chaûy ra ngoaøi qua cöûa thaùo nöôùc ngöng, qua baãy hôi roài ñöôïc xaû ra ngoaøi. Quaù trình cöù tieáp tuïc ñeán khi ñaït noàng ñoä 27% (sau thôøi gian coâ ñaëc ñaõ tính: 121,3 phuùt) thì ngöng caáp hôi. Môû van thoâng aùp, sau ñoù thaùo saûn phaåm ra baèng caùch môû van thaùo lieäu. Caùc thieát bò ñöôïc löïa choïn trong quy trình coâng ngheä Bôm Bôm ñöôïc söû duïng trong quy trình coâng ngheä goàm: bôm ly taâm vaø bôm chaân khoâng. Bôm ly taâm ñöôïc caáu taïo goàm voû bôm, baùnh guoàng treân ñoù coù caùc caùnh höôùng doøng. Baùnh guoàng ñöôïc gaén treân truïc truyeàn ñoäng. OÁng huùt vaø oáng ñaåy. Bôm ly taâm ñöôïc duøng ñeå bôm dung dòch NaCl töø beå chöùa nguyeân lieäu vaøo noài coâ ñaëc. Bôm chaân khoâng ñöôïc duøng ñeå taïo ñoä chaân khoâng khi heä thoáng baét ñaàu laøm vieäc. Thieát bò coâ ñaëc Ñaây laø thieát bò chính trong quy trình coâng ngheä. Thieát bò goàm ñaùy, naép, buoàng boác vaø buoàng ñoát. Beân trong buoàng ñoát goàm nhieàu oáng truyeàn nhieät nhoû vaø moät oáng tuaàn hoaøn trung taâm coù ñöôøng kính lôùn hôn. Taùc duïng cuûa buoàng ñoát laø ñeå gia nhieät dung dòch, buoàng boác laø ñeå taùch hoãn hôïp loûng hôi thaønh nhöõng gioït loûng rôi trôû laïi, hôi ñöôïc daãn qua oáng daãn hôi thöù. OÁng tuaàn hoaøn ñöôïc söû duïng ñeå taïo moät doøng chaûy tuaàn hoaøn trong thieát bò. Thieát bò ngöng tuï Thieát bò ngöng tuï ñöôïc söû duïng trong quy trình coâng ngheä laø loaïi thieát bò ngöng tuï tröïc tieáp (thieát bò ngöng tuï baromet). Chaát laøm laïnh laø nöôùc ñöôïc ñöa vaøo ngaên treân cuøng thieát bò. Thieát bò thöôøng laøm vieäc ôû aùp suaát chaân khoâng neân noù phaûi ñöôïc ñaët ôû moät ñoä cao caàn thieát ñeå nöôùc ngöng coù theå töï chaûy ra ngoaøi khí quyeån maø khoâng caàn maùy bôm. Thieát bò taùch loûng Thieát bò taùch loûng ñöôïc ñaët sau thieát bò ngöng tuï baromet nhaèm ñeå taùch caùc caáu töû bay hôi coøn soùt laïi, chöa kòp ngöng tuï, khoâng cho chuùng ñi vaøo bôm chaân khoâng. Caùc thieát bò phuï trôï khaùc Baãy hôi Caùc thieát bò ño aùp suaát, ño nhieät ñoä, caùc loaïi van. CHÖÔNG II. THIEÁT KEÁ THIEÁT BÒ CHÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT VAØ NAÊNG LÖÔÏNG CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT Caùc soá lieäu ban ñaàu: Dung dòch NaCl coù: Nhieät ñoä ñaàu 25oC, noàng ñoä ñaàu 10%. Noàng ñoä cuoái 27%. Choïn hôi ñoát laø hôi nöôùc baõo hoøa ôû aùp suaát 3at. Aùp suaát ngöng tuï: Pck = 0,7 at. Coâ ñaëc giaùn ñoaïn vôùi naêng suaát 1200 kg/meû Khoái löôïng rieâng cuûa dung dòch theo noàng ñoä Noàng ñoä, %  10  15  20  27   Khoái löôïng rieâng, kg/m3  1073  1110  1150  1205   Caân baèng vaät chaát cho caùc giai ñoaïn G ñ= Gc + W Gñ.xñ = Gc.xc Trong ñoù Gñ , Gc : löôïng dung dòch ñaàu vaø cuoái moãi giai ñoaïn (kg) W : löôïng hôi thöù boác leân trong moãi giai ñoaïn (kg) xñ , xc : noàng ñoä ñaàu vaø cuoái cuûa moãi giai ñoaïn Gñ.xñ, Gc.xc : khoái löôïng NaCl trong dung dòch (kg) Khoái löôïng dd ñaàu : Gñ = 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg) Giai ñoaïn 10% ñeán 15% Gñ = 3240 (kg) xñ = 0,1 ; xc = 0,15 Löôïng saûn phaåm ( laø dung dòch NaCl 15% ): Gc = Gñ .

(kg) Löôïng hôi thöù: W = Gñ - Gc = 3240 – 2160 = 1080 (kg) Giai ñoaïn 15% ñeán 20% Gñ = 2160(kg) ; xñ = 0,15 ; xc = 0,2
Gc =
(kg) W = Gñ – Gc = 2160 – 1620 = 540 (kg) Giai ñoaïn 20% ñeán 27% Gñ = 1620 (kg) ; xñ = 0,2 ; xc = 0,27
(kg) W = 1620 – 1200 = 420 (kg) Toång löôïng hôi thöù boác hôi Wt = 1080+540+420 = 2040 (kg) Ta coù baûng toùm taét keát quaû caân baèng vaät chaát Noàng ñoä dung dòch, %  10  15  20  27   Theå tích dung dòch trong noài, m3  3,02  1,946  1,4  1   Khoái löôïng dung dòch, kg  3240  2160  1620  1200   Löôïng hôi thöù ñaõ boác hôi, kg  0  1080  1620  2040   Khoái löôïng rieâng dung dòch, kg/m3  1073  1110  1150  1205   CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG Aùp suaát laøm vieäc trong buoàng boác thieát bò coâ ñaëc P1 = 0,3 at.
Nhieät ñoä hôi thöù ôû buoàng boác t1 = 68,7oC ( Baûng I.251 trang 314 Taøi lieäu [1] ). Ñaây cuõng laø nhieät ñoä soâi cuûa dung moâi (laø nöôùc) treân maët thoaùng dung dòch
= 68,7 oC Choïn toån thaát nhieät ñoä töø noài coâ ñaëc veà thieát bò ngöng tuï
.
Nhieät ñoä hôi thöù ôû thieát bò ngöng tuï : t0 = 68,7 - 1 = 67,7oC. Caùc toån thaát nhieät ñoä – Nhieät ñoä soâi dung dòch Xaùc ñònh toån thaát nhieät ñoä do noàng ñoä vaø nhieät ñoä soâi dung dòch NaCl theo noàng ñoä ôû aùp suaát P1 = 0,3 at (
) : Theo taøi lieäu [3] trang 149:
=
*f Vôùi f tra ôû taøi lieäu [3] trang 147 : Vôùi
= 68,7oC ,f = 0,81 Noàng ñoä dung dòch, %  10  15  20  27   Toån thaát
, oC  1,9  3,25  4,85  8   Toån thaát
,oC  1,54  2,63  3,9  6,48   Nhieät ñoä soâi dd , oC  70,2  71,3  72,6  75,2   Toån thaát nhieät ñoä do hieäu öùng thuûy tónh
. Nhieät ñoä soâi dung dòch ôû aùp suaát trung bình Tính theo ví duï 4.8 trang 207 Taøi lieäu [4]
Vôùi: Ptb = P1 + 0,5
.g.Hop = P1 +
P
P = 0,5
.g.Hop
Trong ñoù
: Khoái löôïng rieâng dung dòch tính theo noàng ñoä cuoái ôû nhieät ñoä
Hop : Chieàu cao lôùp chaát loûng soâi Trong thieát bò tuaàn hoaøn töï nhieân Hop =
Vôùi Ho : Chieàu cao oáng truyeàn nhieät
: Khoái löôïng rieâng dung moâi ôû tsdm Choïn chieàu cao oáng truyeàn nhieät Ho = 1,5m Tính cho tröôøng hôïp dung dòch NaCl 10 % Do trong khoaûng nhieät ñoä nhoû, hieäu soá
thay ñoåi khoâng ñaùng keå neân :


(m)


Nhieät ñoä soâi cuûa H2O ôû 0,315 at laø 69,7 oC ( Baûng I.251 trang 314 Taøi lieäu [1] ) Ñoä taêng nhieät ñoä soâi do coät thuûy tónh
oC
nhieät ñoä soâi dung dòch NaCl 10 % ôû aùp suaát P1+

oC Tính töông töï ta ñöôïc Noàng ñoä dung dòch, %  10  15  20  27  
, oC  1  1,14  1,34  1,7  
 72,2  73,6  75,3  78,6   Caân baèng naêng löôïng cho caùc giai ñoaïn Tính theo coâng thöùc 2.4 trang 104 Taøi lieäu [4]: Phöông trình caân baèng nhieät
Vôùi D : löôïng hôi ñoát söû duïng (kg)
: tæ leä nöôùc ngöng bò cuoán theo
: nhieät ñoä nöôùc ngöng (oC) C : nhieät dung rieâng nöôùc ngöng ôû
(J/kg ñoä) cñ, cc : nhieät dung rieâng dung dòch ñaàu vaø cuoái moãi giai ñoaïn (J/kg ñoä) tñ, tc : nhieät ñoä dung dòch ñaàu vaø cuoái moãi giai ñoaïn (oC)
: entanpi cuûa hôi ñoát (J/kg)
: entanpi cuûa hôi thöù (J/kg) Qt : nhieät löôïng toån thaát (J) Qcñ : nhieät löôïng coâ ñaëc (J) Nhieät löôïng do hôi ñoát cung caáp ( do coù 5% hôi nöôùc ngöng cuoán theo ) QD = D.(1-
).(
) = D.(1-
).r =Gñ(cctc - c ñ t ñ ) +W (iw’’- cctc)
Qcd r =
: nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû aùp PÑ Nhieät dung rieâng cuûa dung dòch Tính theo coâng thöùc 2.11 trang 106 Taøi lieäu [4] cdd = 4190.(1-x) + c1.x Trong ñoù x: noàng ñoä dung dòch c1: nhieät dung rieâng NaCl khan (J/kg ñoä) Theo coâng thöùc 2.12 trang 183 Taøi lieäu [4] c1 =
(J/kg ñoä) Vaäy nhieät dung rieâng dung dòch theo noàng ñoä Noàng ñoä dung dòch. %  10  15  20  27   Nhieät dung rieâng dung dòch, J/kg ñoä  3771  3652  3370  3082,7   Choïn hôi ñoát coù aùp suaát PD =3 at
tD =132,9oC Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû aùp suaát 3 at r = 2171*103 J/kg ñoä (Baûng I.251 trang 314 Taøi lieäu [1] ) Entanpi cuûa hôi thöù ôû 73,05oC
=2620*103 J/kg ( Baûng I.250 trang 312 Taøi lieäu [1] ) Toån thaát nhieät Qt = 0,05*QD Xem nhieät coâ ñaëc laø khoâng ñaùng keå Giai ñoaïn ñöa dung dòch 10% töø 25oC ñeán 72,2oC Gñ = Gc = 3240 (kg) cñ = cc =3771 (J/kg ñoä) tñ = 25oC ; tc =72,2oC ; W = 0 kg Nhieät löôïng tieâu toán cho quaù trình: Q1 =3240*3771*(72,2-25) =5,77*108 (J) Nhieät löôïng caàn cung caáp ( keå caû toån thaát ): QD1 =
(J) Löôïng hôi ñoát söû duïng: D1 =
(kg) Giai ñoaïn ñöa dung dòch töø 10% ñeán 15%: Gñ = 3240 (kg) ; cñ =3771 (J/kg ñoä ); tñ =72,2 (oC) Gc = 2160 (kg) ; cc = 3562 (J/kg ñoä) ; tc = 73,6 (oC) W = 1080 (kg) Nhieät löôïng tieâu toán cho quaù trình: Q2 = 2160*3562*73,6 – 3240*3771*72,2 + 1080*2620*103 Q2 =25,14*108 (J) Nhieät löôïng caàn cung caáp ( keå caû toån thaát ) QD2 =
(J) Löôïng hôi ñoát söû duïng D2 =
(kg) Giai ñoaïn ñöa dung dòch töø 15% ñeán 20%: Gñ = 2160 (kg) ; cñ = 3562 (J/kg ñoä) ; tñ = 72,2(oC) Gc = 1620 (kg) ; cc = 3370 (J/kg ñoä ); tc = 75,3(oC) W = 540 (kg) Nhieät löôïng tieâu toán cho quaù trình Q3 = 1620*3370*75,3 – 2160*3370*72,2 + 540*2620*103 Q3 = 12,6*108 (J) Nhieät löôïng caàn cung caáp ( keå caû toån thaát nhieät ): QD3 =
(J) Löôïng hôi ñoát söû duïng D3 =
(kg) Giai ñoaïn ñöa dung dòch töø 20% ñeán 27%: Gñ = 1620 (kg) ; cñ = 3370 (J/kg ñoä ); tñ = 75,3(oC) Gc = 1200 (kg) ; cc = 3082,7 (J/kg ñoä ); tc = 78,6 (oC) W = 420 (kg) Nhieät löôïng tieâu toán cho quaù trình Q4 = 1200*3082,7*78,6 – 1620*3370*75,3 + 420*2620*103 Q4 = 9,8*108 (J) Nhieät löôïng caàn cung caáp ( keå caû toån thaát nhieät ): QD4 =
(J) Löôïng hôi ñoát söû duïng: D4 =
(kg) Toång nhieät löôïng: QD = 6,07*108 + 26,46*108 + 13,26*108 + 9,8*108 =56,11*108 (J) Toång löôïng hôi ñoát: D = 294,3 + 1283 + 643 + 500 =2720,3 (kg) Löôïng hôi ñoát rieâng: Drieâng =
(kg/kg hôi thöù) Toùm taét caân baèng naêng löôïng: Noàng ñoä dung dòch. %  10(25oC)  10(72,2oC)  15  20  27   Nhieät löôïng höõu ích, J*10-8  0  5,77  30,9  43,5  53,3   Toång nhieät löôïng cung caáp, J*10-8   6,07  32,53  45,79  56,11   Löôïng hôi ñoát söû duïng, kg   294,3  1577,3  2220,0  2720,3   TÍNH THIEÁT KEÁ THIEÁT BÒ CHÍNH HEÄ SOÁ TRUYEÀN NHIEÄT Heä soá truyeàn nhieät trong quaù trình soâi Caùc kí hieäu vaø coâng thöùc
: heä soá caáp nhieät khi ngöng tuï hôi (W/m2K)
: heä soá caáp nhieät phía dung dòch soâi( W/m2K) q1 : nhieät taûi rieâng phía hôi ngöng (W/m2) q2 : nhieät taûi rieâng phía dung dòch soâi(W/m2) qv : nheät taûi rieâng phía vaùch oáng truyeàn nhieät (W/m2)
: nhieät ñoä trung bình vaùch ngoaøi oáng (oC)
: nhieät ñoä trung bình vaùch trong oáng (oC) tD : nhieät ñoä hôi ngöng, tD = 132,9(oC) tdd : nhieät ñoä dung dòch soâi (oC)



: nhieät ñoä maøng nöôùc ngöng (oC) Phía hôi ngöng:
(1) Theo coâng thöùc V.101 trang 28 Taøi lieäu [2]
(2) Vôùi A=
phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä maøng tm tm , oC  40  60  80  100  120  140  160  180  200   A  139  155  169  179  188  194  197  199  199  
: khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä tm (kg/m3)
: heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä tm (W/mK)
:ñoä nhôùt cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä tm (Pas) r : aån nhieät ngöng tuï cuûa hôi ôû nhieät ñoä tD r = 2171*103 (J/kg) H = 1,5 m: chieàu cao oáng truyeàn nhieät Phía dung dòch q2 =
(3) Theo coâng thöùc VI.27 trang 71 Taøi lieäu [2]
(4) Trong ñoù
: heä soá daãn nhieät (W/mK), khoái löôïng rieâng (kg/m3), nhieät dung rieâng (J/kg ñoä), ñoä nhôùt (Pas) cuûa nöôùc
: caùc thoâng soá cuûa dung dòch theo noàng ñoä
: heä soá caáp nhieät töông öùng cuûa nöôùc (W/m2K)
(5), (coâng thöùc V.90 trang 26 Taøi lieäu [2]) Vôùi q : nhieät taûi rieâng (W/m2) p : aùp suaát tuyeät ñoái treân maët thoaùng (N/m2) p = p1 = 0,3 at = 29430 (N/m2) Caùc thoâng soá cuûa nöôùc ( Baûng I.249 trang 311 Taøi lieäu [2] ): tsdm = 68,7 (oC)
978,5 (kg/m3) cn = 4186 (J/kg ñoä)
= 0,4*10-3 (Ns/m2)
= 66,7*10-2 (W/mK) Caùc thoâng soá cuûa dung dòch:
tra ôû baûng I.107 trang 101 Taøi lieäu [1] ( ôû 40oC )
tính theo coâng thöùc I.32 trang 123 Taøi lieäu [1]
, W/mK Mdd =
Vôùi x : noàng ñoä dung dòch cdd vaø
xaùc ñònh theo noàng ño Noàng ñoä dung dòch, %  10  15  20  27   tsdd, oC  72,2  73,6  75,3  78,6  
, kg/m3  1073  1110  1150  1205   cdd , J/kg ñoä  3771  3562  3370  3082,7  
, Ns/m2  0,71*10-3  0,78*10-3  0,89*10-3  1,08*10-3   Mdd  19,34  20,09  20,9  22,14  
, W/mK  0,55  0,54  0,528  0,504   Phía vaùch oáng truyeàn nhieät Theo thí duï 19 trang 148 Taøi lieäu [4]
(6)

=
Trong ñoù:
Laáy
, (W/mK)-1: nhieät trôû cuûa nöôùc thöôøng
(W/mK )-1: nhieät trôû cuaû caùu baån
mm: beà daøy oáng truyeàn nhieät
17,5 W/mK: heä soá daãn nhieät qua vaùch
=9,653*10-4, (W/mK)-1 Heä soá truyeàn nhieät K
, W/m2K Do khoâng bieát chính xaùc nhieät ñoä vaùch oáng truyeàn nhieät neân phaûi thöïc hieän tính laëp nhö sau Choïn
(< tD )
Tính
theo coâng thöùc (2) Tính q1 theo coâng thöùc (1) Tính
theo coâng thöùc (6) vôùi qv = q1
Tính
theo coâng thöùc (5) vôùi q = q1 Tính
theo coâng thöùc (4) Tính q2 theo coâng thöùc (3) Tính qtb =
Xaùc ñònh sai soá ss =
Neáu ss > 5% thì choïn laïi
vaø laëp laïi quaù trình tính ñeán khi ñaït sai soá nhoû Tính K theo coâng thöùc (7) Tính K cho caùc giai ñoaïn Tímh ôû noàng ñoä 10% : Choïn
Tính
:

(W/m2K)




(W/m2K)


(W/m2)


(thoûa) Vaäy
K =
Tính ôû noàng ñoä 15%: Tính töông töï
K =
Tính ôû noàng ñoä 20%: Tímh töông töï
(oC) K =
Tính ôû noàng ñoä 27%: Tính töông töï
K =
Baûng toùm taét Noàng ñoä dung dòch,%  10  15  20  27   tsdd, oC  72,2  73,6  75,3  78,6   q1, W/m2  44509,5  42449,63  41057,72  37506,29   q2,W/m2  43552,76  43115,41  39083,09  34434,39   qtb, W/m2  44031,13  42782,52  40070,4  35970,34  
,W/m2K  9083,57  9228,18  9331,3  9616,99  
, W/m2K  3402,56  3141,75  2880,75  2425,78   K, W/m2K  730  718  704  675   ss, %  1  0,78  2,4  4   Heä soá truyeàn nhieät trong quaù trình gia nhieät dung dòch ban ñaàu töø 25oC ñeán 72,2oC: Caùc kí hieäu vaø coâng thöùc Caùc kí hieäu
,
, q1, q2, qv,
,
, tD, tdd,
, tm nhö muïc 1.1 Phía hôi ngöng:

A xaùc ñònh theo tm r = 2171*103 J/kg H = 1,5 m Phía vaùch:

Phía dung dòch:

Trong ñoù


C vaø n phuï thuoäc vaøo Pr vaø Gr nhö sau Gr*Pr
thì Nu = 0.5 Gr*Pr
thì

thì
Gr*Pr
thì
l : chieàu cao oáng truyeàn nhieät, l = 1,5 m
: khoái löôïng rieâng ( kg/m3 ), heä soá daõn nôû theå tích ( K-1 ), heä soá daãn nhieät ( W/mK ), ñoä nhôùt ( Pa.s ), nhieät dung rieâng ( J/kg ñoä ) cuûa dung dòch NaCl laáy ôû nhieät ñoä maøng
Vôùi

cdd = 3771 (J/kg ñoä)
(Ns/m2)

cuûa dung dòch NaCl 25% To ,oC  0  20  40  60  80  100  120  
 0,425  0,455  0,48  0,505  0,535  0,57  0,605   Heä soá truyeàn nhieät :
, W/m2K Trình töï tính laëp Choïn
Tính
Tính q1 Tính
Tính Nu2
Tính q2 Tính qtb =
Tính ss =
, tính cho ñeán sai soá nhoû (vaø phaûi nhoû hôn 5% ) Thöïc hieän tính laëp Choïn

(oC) tm=




(oC)

(oC) Tính
:

(K-1)
ta thaáy Gr*Pr > 2.107

(W/m2K)
qtb = 64197,25(W/m2) ss=0.035=3,5% (thoaû) Vaäy heä soá truyeàn nhieät giai ñoaïn naøy
BEÀ MAËT TRUYEÀN NHIEÄT VAØ THÔØI GIAN COÂ ÑAËC Phöông trình truyeàn nhieät cho khoaûng thôøi gian nhoû dT dQ= K*F(T-t)*dT Giaû söû ñeán cuoái quaù trình dung dòch vaãn ngaäp heát beà maët truyeàn nhieät
khoâng ñoåi, T khoâng ñoåi
T=
Laáy tích phaân ta ñöôïc F.T2 =
(1) T2 : thôøi gian coâ ñaëc ( khoâng keå thôøi gian gia nhieät cho dung dòch ñaàu ñeán 83.48oC ), s Q : nhieät löôïng tieâu toán cho quaù trình naøy, J Ta tính tích phaân (1) baèng ñoà thò. Caàn xaùc ñònh Q,
ôû töøng thôøi ñieåm. Noàng ñoä dung dòch, %  10  15  20  27   Q*10-8, J  0  26,46  39,72  50,04   t(tsdd), oC  72,2  73,6  75,3  78,6   K, W/m2K  730  718  704  675   T-t  60,7  59,3  57,6  54,3  
 2,257  2,349  2,466  2,728   Veõ ñoà thò coù : truïc hoaønh : Q*10-8 (x) : truïc tung :
*105 (y)
Töø vieäc tính tích phaân ñoà thò ta coù Giai ñoaïn 1 ( 10%
15% ) : S1 = F. T1 = 60937 (m2s) Giai ñoaïn 2 ( 15%
20% ) : S2 = F. T2 = 31923(m2s) Giai ñoaïn 3 ( 20%
27% ) : S3 = F. T3 = 26801 (m2s) Toång quaù trình coâ ñaëc töø 10% ñeán 27% S = F. T = 119661 (m2s) Choïn thôøi gian coâ ñaëc laø 80 phuùt
Beà maët trao ñoåi nhieät laø F = 119661 / 4800 = 24,9 (m2) . Choïn F=25 (m2)
Thôøi gian cuûa caùc giai ñoaïn Giai ñoaïn 1 : T1 = 60937 / 25 = 2438 s Giai ñoaïn 2 : T2 = 31923/ 25 = 1277 s Giai ñoaïn 3 : T3 = 26801 / 25 = 1072 s Thôøi gian gia nhieät ban ñaàu
T T =
Vôùi Q : nhieät löôïng duøng cho gia nhieät, J K : heä soá truyeàn nhieät cho quaù trình gia nhieät, W/m2K
: cheânh leäch nhieät ñoä, K

T =
(phuùt) Choïn thôøi gian nhaäp lieäu 20 phuùt Thôøi gian thaùo saûn phaåm 15 phuùt Toàng thôøi gian coâ ñaëc 1 meû laø Tt = 20 + 6,3 + 80 + 15 = 121,3( phuùt) BUOÀNG ÑOÁT VAØ ÑAÙY: Dieän tích beà maët truyeàn nhieät : F = 32 (m2) (laáy dö 20% ñeå an toaøn ) Chieàu cao oáng truyeàn nhieät : H = 1,5m Choïn oáng truyeàn nhieät coù ñöôøng kính : dng = 38mm : dtr = 34 mm
Soá oáng caàn :

(oáng) Choïn böôùc oáng t = (1.2
).dng Choïn t = 56 mm Choïn oáng tuaàn hoaøn Ñöôøng kính oáng tuaàn hoaøn Choïn dtr (th) = 315 mm dng(th) = 325 mm Soá oáng truyeàn nhieät bò chieám choã Goïi m : laø soá oáng naèm treân ñöôøng cheùo oáng tuaàn hoaøn

m=( dng(th)- dng)/t +1 =
Choïn m=7
coù 5 oáng treân ñöôøng cheùo oáng tuaàn hoaøn
a=(m +1)/2 = 4 ( coâng thöùc V.139 Taøi lieäu [2] trang 48 ) Toång soá oáng bò chieám choã
(coâng thöùc V.139 Taøi lieäu [2] trang 48) Xeáp oáng theo hình luïc giaùc ñeàu ( theo Taøi lieäu [2] trang 48 ) Soá hình luïc giaùc ñeàu : 9 hình Soá oáng treân ñöôøng cheùo : 19 oáng
Toång soá oáng : 271 oáng Soá oáng truyeàn nhieät coøn laïi
(oáng) Nhö vaäy ta coù theå choïn soá oáng an toaøn laø 234 oáng . Ñöôøng kính trong buoàng ñoát Dt = t.(b-1) + 4.dng= 56*(19-1) + 4*38 =1160 (mm) Vôùi b = 19 , soá oáng treân ñuôøng cheùo luïc giaùc Choïn ñöôøng kính buoàng ñoát Dt (bñ) = 1200 (mm) Ñaùy : Choïn ñaùy noùn tieâu chuaån coù gôø, goùc ñaùy 60o Tra baûng XIII.21 trang 394 Taøi lieäu [2] Chieàu cao gôø hgôø = 50 mm Chieàu cao phaàn noùn hn = 1087 (mm) Beà maët trong :Ft= 2,608( m2) Theå tích ñaùy noùn Vñaùy = 0,532 (m3) Theå tích truyeàn nhieät vaø oáng tuaàn hoaøn Voâ =
(m3) Cuoái quaù trình coâ ñaëc Vdd = 1 > 0,532 +0,436
dung dòch vaãn ngaäp heát beà maët truyeàn nhieät BUOÀNG BOÁC VAØ NAÉP Ñöôøng kính Löu löôïng hôi thöù Ta tính löu löôïng hôi thöù trong giai ñoaïn ñaàu ( do löôïng hôi thöù trong giai ñoaïn naøy laø lôùn nhaát )
/(
* T1) ( m3/s) Trong ñoù W1 : löôïng hôi thöù trong giai ñaàu (kg) W1 = 1080 (kg)
: khoái löôïng rieâng hôi thöù ôû aùp suaát P1 = 0,3 at
= 0,1876 (kg/m3 ) ( Baûng I.251 trang 314 Taøi lieäu [1] ) T1 : thôøi gian gia nhieät giai ñoaïn ñaàu ( töø 10% ñeán 15% ) T1 = 2438 s
(m3/s) Vaän toác hôi:
Vaän toác laéng: Xaùc ñònh theo coâng thöùc 5.14 trang 157 Taøi lieäu [3]
Trong ñoù
: khoái löôïng rieâng gioït loûng (kg/m3)
: khoái löôïng rieâng hôi thöù,
= 0,1876 (kg/m3) dl : ñöôøng kính gioït loûng, dl = 0,3 mm = 3*10-4 m
: heä soá trôû löïc Ta coù
= 978,5 (kg/m3), tra ôû nhieät ñoä 68,7oC (Baûng I.249 trang 310 Taøi lieäu [1])
tính theo Re
Vôùi
=0,0106*10-3 Pa.s : ñoä nhôùt ñoäng löïc hoïc cuûa hôi thöù
Giaû söû 0,2< Re < 500
Vaän toác laéng
Maø


(m) Ta choïn ñöôøng kính buoàng boác Dtr(bb) =1,6 m = 1600 (mm) Kieåm tra Re
(thoûa) Chieàu cao Tính theo trang 71,72 Taøi lieäu [2] Theå tích khoâng gian hôi
( m3) Vôùi W : löôïng hôi thöù boác leân trong thieát bò (kg/h) Utt : cöôøng ñoä boác hôi theå tích cho pheùp cuûa khoaûng khoâng gian hôi (m3/m2h)
: khoái löôïng rieâng hôi thöù,
(kg/m3) Ta coù W =
(kg/h) Utt = f.(Utt (1at) ) Vôùi Utt (1at) : cöôøng ñoä boác hôi theå tích cho pheùp khi aùp suaát baèng 1 at f : heä soá hieäu chænh Choïn Utt (1at) = 1650 (m3/m3h) (laáy trung bình giöõa 1600 vaø 1700)
f = 1,5 ( Ñoà thò VI.3 trang 72 Taøi lieäu [2] )
Utt = 1,5*1650 =2475 (m3/m3h)
Theå tích khoâng gian hôi:
(m3)
Chieàu cao phaàn khoâng gian hôi trong truï boác
(m)
Theå tích dung dòch trong buoàng boác tröôùc khi coâ ñaëc Vdd (bb) = Vdd – Voâ - Vñaùy = 3,02 – 0,436 – 0,532 = 2,052 (m3) Maët khaùc : Vdd(bb) = Vdd phaàn gôø + Vdd phaàn noùn + Vdd phaàn truï =


(m) Chieàu cao phaàn truï buoàng boác Hb = Hkgh + h3 = 1,64 + 0,68 = 2,32 (m) Choïn chieàu cao phaàn truï buoàng boác 2,4 (m) Chieàu cao buoàng boác 2,4+ 0,4 + 0,05 = 2,85 (m) Khi keát thuùc coâ ñaëc Vdd = 1 (m3)
Theå tích dung dòch trong buoàng boác Vdd(bb) = 1 – 0,436 -0,532= 0,032 (m3) Töông töï nhö treân ta ñöôïc chieàu cao dung dòch ngaäp phaàn buoàng boác laø h’1 = 0,028 m = 28 (mm) Naép Choïn naép elip tieâu chuaån coù gôø, ñöôøng kính trong 1600 mm Tra baûng XIII.10 trang 382 Taøi lieäu [2] Chieàu cao gôø : hg = 50 (mm) Chieàu cao phaàn Elip : ht = 400 (mm) Dieän tích beà maët trong : Ft = 3,03 (m2) Theå tích naép :Vn= 0,637 (m3) Chieàu cao cuaû thieát bò: 0,45+2,85+1,5+1,087+0,05= 5,937 (m) TÍNH CÔ KHÍ THIEÁT BÒ CHÍNH BUOÀNG ÑOÁT Ñöôøng kính trong : Dt = 1200 (mm) Chieàu cao : Hñ = 1500 (mm) Caùc thoâng soá tra vaø choïn Aùp suaát tính toaùn Buoàng ñoát chòu aùp suaát trong PBÑ = Phôi ñoát –Pa = 3 – 1 = 2 at = 0,2 (N/mm2) Nhieät ñoä tính toaùn Nhieät ñoä hôi ñoát tD = 132.9oC Buoàng ñoát ñöôïc boïc caùch nhieät neân nhieät ñoä tính toaùn tBÑ = 132.9 + 20
Choïn vaät lieäu Vaät lieäu ñöôïc choïn laø theùp khoâng gæ X18H10T doNaCl coù tính aên moøn
ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån ôû 153oC
(N/mm2 ) ( hình 1.2 trang 22 Taøi lieäu [7] ) ÖÙng suaát cho pheùp:
(N/mm2) Vôùi
laø heä soá hieäu chænh Heä soá beàn moái haøn
(baûng 1-7 trang 24 Taøi lieäu [7] ) Tính vaø choïn beà daøy – tính beàn cho buoàng ñoát Ta coù

Beà daøy toái thieåu thaân buoàng ñoát tính theo coâng thöùc
(mm) Beà daøy naøy quaù nhoû. Tra baûng 5-1 trang 128 Taøi lieäu [7] ñöôïc Smin = 3-4 mm Dung dòch aên moøn (NaCl ) neân Ca = 1 Vaäy choïn beà daøy buoàng SBÑ = 4 mm Kieåm tra aùp suaát tính toaùn
Cho neân aùp suaát tính toaùn cho pheùp xaùc ñònh theo coâng thöùc
(N/mm2)
PBÑ = 0,2 N/mm2 < [P]BÑ = 0,518 N/mm2 (thoaû) Vaäy beà daøy buoàng ñoát SBÑ = 4 mm BUOÀNG BOÁC Ñöôøng kính trong buoàng boác Dtr(bB) = 1600 mm Chieàu cao Hb = 2850 m Caùc thoâng soá tra vaø choïn Aùp suaát tính toaùn Thaân buoàng boác chòu aùp suaát ngoaøi PBB = Pa + ( 1- 0,3 ) = 1,7 at =0,17 (N/mm2) Nhieät ñoä tính toaùn Nhieät ñoä hôi thöù : tD = 68,7 (oC) Suy ra nhieät ñoä tính toaùn : tBB = 68,7 + 20 = 88,7oC ( do boïc caùch nhieät ) Choïn vaät lieäu Choïn vaät lieäu laøm buoàng boác laø theùp khoâng gæ X18H10T∕ŽČ∕∕∕∙
ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån ôû 88,7oC
N/mm2 ( hình 1.2 trang 22 Taøi lieäu [7] ) Moñun ñaøn hoài ôû 88,7 oC tra ôû baûng 2-12 trang 45 Taøi lieäu [7] EBB = 20*106 (N/cm2) = 2*105 (N/mm2) Giôùi haïn chaûy ôû 88,7oC
(N.mm2) Vôùi nc =1,65 tra ôû baûng 1-6 trang 20 Taøi lieäu [7] Tính beà daøy – Tính oån ñònh cho buoàng boác Beà daøy toái thieåu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc 5.14 trang 133 Taøi lieäu [7]

(mm) : chieàu daøi tính toaùn buoàng boác
(mm) Beà daøy thöïc buoàng boác SBB =
(mm) Kieåm tra ñieàu kieän :

Theá soá ta ñöôïc
(thoûa) Kieåm tra aùp suaát cho pheùp
=
(N.mm2) PBB = 0,17 (N/mm2) <
(N/mm2) ( thoûa Kieåm tra löïc neùn chieàu truïc Löïc neùn chieàu truïc ( trang 149 Taøi lieäu [7] )

(N) Tæ soá

(baûng trang 140 Taøi lieäu [7] )
=0,077 Ñieàu kieän SBB – Ca
9
(thoûa ) Vaäy beà daøy buoàng boác thoûa löïc neùn chieàu truïc Kieåm tra ñoàng thôøi aùp suaát ngoaøi vaø löïc neùn chieàu truïc ÖÙng suaát cho pheùp khi neùn ( coâng thöùc 3.51 trang 140 Taøi lieäu [7] )
(N/mm2) ÖÙng suaát khi neùn ( coâng thöùc 5.48 trang 145 Taøi lieäu [7] )
(N/mm2) Kieåm tra ñieàu kieän ( coâng thöùc 5.47 trang 145 Taøi lieäu [7] )
(thoûa ) Vaäy thaân buoàng boác thoûa ñoàng thôøi ñieàu kieän aùp suaát ngoaøi vaø löïc neùn chieàu truïc Keát luaän : Beà daøy buoàng boác laø SBB = 10 mm ÑAÙY Tính theo coâng thöùc trang 178-179 Taøi lieäu [7] Ñaùy noùn chòu cuøng aùp suaát ngoaøi vôùi buoàng boác PÑ = 0,17 (N/mm2) Choïn sô boä beà daøy ñaùy SÑ = 10 mm D’ : ñöôøng kính tính toaùn cuûa ñaùy noùn
(mm) Vôùi dt = 32 mm laø ñöôøng kính loã thaùo saûn phaåm Xeùt



0,89 > 0,53 Xeùt :

0,18
0,89
8,22 (thoûa) Vaäy aùp suaát cho pheùp tính theo coâng thöùc 5.19 trang 135 Taøi lieäu [7]
= 0,649*
(N/mm2) > 0,17 (N/mm2) (thoûa) Kieåm tra ñieàu kieän oån ñònh: Löïc neùn chieàu truïc ( coâng thöùc 6.26 trang 178 Taøi lieäu [7] )
Vôùi DngÑ = DtrÑ + 2SÑ = 1200 + 2*10 = 1220 mm
(N) Löïc neùn chieàu truïc cho pheùp ( coâng thöùc 6.27 trang 178 Taøi lieäu [7] )
Xaùc ñònh Kc

tra ôû baûng trang 140 Taøi lieäu [7]

( N) Ñieàu kieän oån ñònh ( coâng thöùc 6.30 trang 178 Taøi lieäu [7] )
(thoaû ) Vaäy beà daøy ñaùy laø 10 (mm) NAÉP ELIP Naép elip tieâu chuaån coù gôø Ñöôøng kính trong 1600 mm Chieàu cao gôø : hg = 50 mm Chieàu cao phaàn Elip : ht = 400 mm Rt = Dt = 1600 mm Naép chòu aùp suaát ngoaøi nhö buoàng boác PN = 0,17 (N/mm2 ) Vaät lieäu laø theùp khoâng gæ X18H10T EN = 2*105 (N/mm2)
(N/mm2) Choïn beà daøy naép SN = SBB = 10 mm Kieåm tra

( vôùi
ñoái vôùi theùp khoâng gæ ) Ta thaáy
neân tính aùp suaát cho pheùp theo coâng thöùc 6.7 trang 166 Taøi lieäu [7]
( kieåm tra ñieàu kieän 0,2 <
thoaû )

=

(N/mm2.) Ta thaáy PN = 0,17 < [PN] =0,447 cho neân naép thoûa ñieàu kieän ngoaøi aùp suaát Vaäy beà daøy naép SN =10 (mm) TÍNH CAÙCH NHIEÄT CHO THAÂN Choïn vaät lieäu caùch nhieät laø amiang carton Beà daøy lôùp caùch nhieät
, m (coâng thöùc VI.66 trang 92 taøi lieäu [2] ) Trong ñoù
: heä soá daãn nhieät cuûa vaät lieäu caùch nhieät,
tT1 : nhieät ñoä lôùp caùch nhieät tieáp giaùp beà maët thieát bò tT2 : nhieät ñoä beà maët lôùp caùch nhieät veà phía khoâng khí vaøo khoaûng 40oC ( 50oC tKK : nhieät ñoä khoâng khí
: heä soá caáp nhieät töø beà maët ngoaøi cuûa lôùp caùch nhieät ñeán khoâng khí
(coâng thöùc VI.67 trang 92 taøi lieäu [2] )

(m) Vaäy choïn beà daøy lôùp caùc nhieät
MOÁI GHEÙP BÍCH Bích noái buoàng boác vôùi naép Aùp suaát trong thieát bò P = 0,17 N/mm2 Ñöôøng kính trong bích Dt = 1600 mm Choïn bích lieàn baèng theùp ñeå noái thieát bò Tra baûng XIII.27 trang 420 Taøi lieäu [2], bích kieåu 1, ta ñöôïc caùc thoâng soá
Do moâi tröôøng aên moøn ta choïn ñeäm amiang-carton Beà daøy 3 mm Aùp suaát lôùn nhaát chòu ñöôïc 0,6 N/mm2 Nhieät ñoä lôùn nhaát chòu ñöôïc 500oC Bích noái buoàng ñoát vaø ñaùy Choïn theo baûng XIII.27 trang 420 Taøi lieäu [2]. Bích lieàn baèng theùp, kieåu 1 Dt = 1200 mm D = 1340 mm Dn = 1208 mm h = 25 mm D1 = 1260 mm Soá bulong 32 caùi Db = 1290 mm db = 20 mm ( M20) Bích noái buoàng ñoát vaø buoàng boác Choïn nhö bích buoàng ñoát vaø ñaùy VÆ OÁNG Choïn væ troøn phaúng Vaät lieäu X18H10T ( nhieät ñoä tính toaùn Ttt = 132,9(oC) ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån [
]* = 120 (N/mm2) Heä soá an toaøn nB = 2,6 (baûng 1-6 trang 20 Taøi lieäu [7]) Giôùi haïn beàn uoán [
]u = 120*2.6 = 312 N/mm2 Aùp suaát laøm vieäc Po : Po = PÑ + PCK = 3+(1-0.3) = 3,7 at = 0,37 (N/mm2) Chieàu daøy tính toaùn toái thieåu cuûa væ oáng : h’=
(coâng thöùc 8.19 trang 212 Taøi lieäu [7]) K : heä soá, K = 0,28( 0,36. Choïn K= 0,3 Dt : ñöôøng kính trong thaân buoàng ñoát, mm
mm Choïn h’ = 13 (mm) Tính sô boä chieàu daøy væ:
(mm) (dn ñöôøng kính ngoaøi oáng truyeàn nhieät) Kieåm tra öùng suaát uoán ÖÙng suaát uoán trong væ cuûa thieát bò trao ñoåi nhieät laép cöùng trong phaïm vi dieän tích hình chöõ nhaät ABCD



thoûa Choïn beà daøy væ baèng beà daøy bích, hvæ =25 mm KHOÁI LÖÔÏNG VAØ TAI TREO Khoái löôïng theùp laøm thieát bò
Khoái löôïng rieâng theùp khoâng gæ
(kg/m3) Theå tích theùp buoàng ñoát VTÑ =
/4 * ( D2ngbÑ - D2ngbÑ)
(m3) Vôùi DngbÑ = 1,208 m : ñöôøng kính ngoaøi buoàng ñoát DtrbÑ = 1,2 m : ñöôøng kính trong buoàng ñoát HÑ = 1,5 m : chieàu cao buoàng ñoát Theå tích theùp buoàng boác

(m3)
= 0,6377-0,62 = 0,0177 (m3) VnoùnngoaøiB
(m3) VnoùntrongB
(m3) Vt.gôø
(m3) Vaäy theå tích theùp buoàng boác:
(m3) Theå tích theùp laøm ñaùy: Vt.ñaùy = dieän tích beà maët trong ñaùy * beà daøy ñaùy = 2,57*10*10-3 = 0,0257 (m3) Theå tích theùp laøm naép: Vt naép = dieän tích beà maët trong naép * beà daøy naép = 3,03*10*10-3 = 0,0303 (m3) Theå tích theùp laøm oáng truyeàn nhieät Vt.oáng = Vt.oángTN + Vt.oángtuaànhoaøn = 234*
(m3) Theå tích theùp laøm bích buoàng ñoát Theå tích theùp laøm 2 maët bích khoâng coù væ oáng:
(m3) Theå tích theùp 2 maët bích coù væ: V2 =
=
(m3) Theå tích theùp laøm bích noái buoàng boác vôùi naép V3 = 2*
(m3)
Toång theå tích theùp laøm thieát bò khoâng keå oáng truyeàn nhieät : Vtheùp.1 = 0.0227 + 0,141 + 0,0257 + 0,0303 + 0,0132 +0,056 +0,024 = 0,3129 (m3)
Khoái löôïng theùp laøm thieát bò khoâng tính oáng truyeàn nhieät: mtheùp.1 = 0,3129*7900
2472 (kg) Khoái löôïng theùp laøm thieát bò mtheùp = 2472 + 0,087*7900
3160 (kg) Khoái löôïng dung dòch lôùn nhaát laø 3240 (kg) Toång taûi troïng cuûa thieát bò : M = 3160 + 3240 = 6400 (kg) Tai treo Duøng 4 tai treo Taûi troïng treân moãi tai treo m =
(N) Tra baûng XIII.36 trang 438 Taøi lieäu [2] ta ñöôïc Taûi troïng cho pheùp 25000 (N) Beà maët ñôõ 173*10-4 (m2) Taûi troïng cho pheùp treân beà maët ñôõ q = 1,45*106 (N/m2) Caùc kích thöôùc L = 150 mm S = 8 mm B = 120 mm l = 60 mm B1 = 130 mm a = 20 H = 215 mm d = 30 mm Khoái löôïng 3,48 kg, vaät lieäu theùp CT3 CAÙC ÑÖÔØNG OÁNG DAÃN, CÖÛA OÁng vaø cöûa nhaäp lieäu Thôøi gian nhaäp lieäu : Tnl = 20 phuùt = 1200 s Löu löôïng nhaäp lieäu
(m3/s) Choïn vaän toác dung dòch ñi trong oáng
m/s (trang 74 Taøi lieäu [2]) Vaäy ñöôøng kính oáng nhaäp lieäu:
m =46 (mm) Choïn oáng theùp tieâu chuaån theo baûng XIII.33 Taøi lieäu [2] Ñöôøng kính trong 50 (mm) Beà daøy 3,5 (mm) Chieàu daøi oáng 100 (mm) OÁng vaø cöûa thaùo lieäu: Thôøi gian thaùo lieäu Ttl = 15 phuùt = 900 (s) Löu löôïng thaùo lieäu
( m3/s) Choïn vaän toác dung dòch ñi trong oáng
(m/s) (trang 74 Taøi lieäu [2])
Ñöôøng kính oáng thaùo lieäu
m = 31 (mm) Choïn oáng thaùo lieäu : Ñöôøng kính trong 32 (mm) Beà daøy 3 (mm) Chieàu daøi 90 (mm) OÁng daãn hôi thöù : Thôøi gian coâ ñaëc (laáy trong giai ñoaïn ñaàu) T1 = 2438 (s) Löôïng hôi thöù trong giai ñoaïn ñaàu 1080 (kg) Vaäy löu löôïng hôi thöù:
(m3/s) (
(kg/m3) Choïn vaän toác hôi ñi trong oáng vht = 20 (m/s)
ñöôøng kính oáng daãn hôi thöù:
m = 390 (mm) Choïn dht = 400 (mm) Beà daøy S = 13 (mm) Chieàu daøi 150 (mm) OÁng daãn hôi ñoát: Thôøi gian coâ ñaëc vaø gia nhieät T =86,3 phuùt = 5178 (s) Löôïng hôi ñoát D = 2720,3 (kg) Khoái löôïng rieâng hôi ñoát ôû 3 at
(kg/m3)
löu löôïng hôi ñoát:
D/(
. T ) =
(m3/s) Choïn vaän toác hôi ñoát vhñ = 20 m/s
ñöôøng kính oáng daãn hôi ñoát
m = 143 (mm) Choïn dhñ = 150 mm Beà daøy S = 4,5 mm Chieàu daøi 150 mm OÁng daãn nöôùc ngöng: Löôïng nöôùc ngöng mn = 2720,3 (kg) Thôøi gian ngöng T =86,3 phuùt = 5178 (s) Khoái löôïng rieâng nöôùc ngöng ôû 132,9oC
(kg/m3)
löu löôïng nöôùc ngöng:
(m3/s) Choïn vaän toác nöôùc ngöng chaûy trong oáng vnn = 1,5( m/s)
ñöôøng kính oáng daãn nöôùc ngöng:
m = 22 (mm) Choïn dnn = 25 mm Beà daøy S = 3,5 mm Chieàu daøi 90 mm Toùm taét caùc ñöôøng oáng daãn vaø cöûa OÁng  Ñöôøng kính trong, mm  Beà daøy, mm  Chieàu daøi, mm   Nhaäp lieâu  50  3,5  100   Thaùo lieäu  32  3  90   Hôi thöù  400  13  150   Hôi ñoát  150  4,5  150   Nöôùc ngöng  25  3,5  90   CHÖÔNG III. CAÙC CHI TIEÁT THIEÁT BÒ PHUÏ THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ BAROMET Chi phí nöôùc ñeå ngöng tuï Coâng thöùc 4.39 trang 188 Taøi lieäu [4]
Trong ñoù Gn : löôïng nöôùc caàn cung caáp (kg) W : löôïng hôi thöù caàn ngöng (kg) i : entanpi cuûa hôi thöù ôû aùp suaát ngöng tuï 0,3 at (J/ kg) i = 2620*103 J/kg (baûng I.251 trang 314 Taøi lieäu [1]) cn : nhieät dung rieâng trung bình cuûa nöôùc (J/kg ñoä) cn =4178 (J/kg ñoä) tn1, tn2: nhieät ñoä vaøo vaø ra cuûa nöôùc (oC ) tn1 = 25oC tn2 = 60oC
(kg) Löôïng khoâng khí do bôm huùt töø thieát bò ngöng tuï Theo coâng thöùc 4.40 trang 188 Taøi lieäu [4] Gkk = 0,01*W + 2,5*10-5*(W + Gn) Trong ñoù W : löôïng hôi thöù caàn ngöng (kg) Gn : löôïng nöôùc caàn cho ngöng tuï (kg) Gkk : löôïng khoâng khí caàn huùt (kg)
(kg) Theå tích khoâng khí caàn huùt (coâng thöùc VI.49 trang 84 Taøi lieäu [2])
Vôùi tkk : nhieät ñoä khoâng khí (oC) Thieát bò ngöng tuï tröïc tieáp loaïi khoâ (coâng thöùc VI.50 trang 84 Taøi lieäu [2]): tkk = tn1 + 4 + 0,1*(tn2 – tn1) = 25 + 4 + 0,1*(60 – 25) = 32,5 (oC) P : aùp suaát hoãn hôïp trong thieát bò ngöng tuï (N/m2) P = 0,3 at = 29430 (N/m2) Ph : aùp suaát rieâng phaàn cuûa hôi nöôùc trong hoãn hôïp, laáy baèng aùp suaát hôi baõo hoaø ô tkk Ph = 0,0448 (at) = 4394,88 (N/m2) Vaäy theå tích khoâng khí caàn huùt : Vkk =
(m3) Theå tích khoâng khí caàn huùt ôû 0oC vaø 760 mmHg Vkk1 = 0,001*(0,02*(W+Gn)+8W) =0,001*(0,02*(2040+36491)+8*2040) = 17 (m3) Ñöôøng kính thieát bò ngöng tu:ï Theo coâng thöùc VI.52 trang 84 Taøi lieäu [2]
Vôùi W : löu löôïng hôi ngöng, kg/s W =
(kg/s)
: khoái löôïng rieâng hôi ôû aùp suaát 0,3 (at)
(kg/m3) (trang 314 Taøi lieäu [1])
: toác ñoä hôi (m/s) Choïn
= 20 (m/s ) Dtr(NT) : ñöôøng kính trong thieát bò ngöng tuï
( m ) Choïn ñöôøng kính trong thieát bò ngöng tuï 500 mm Kích thöôùc taám ngaên Taám ngaên daïng hình vieân phaân Chieàu roäng taám ngaên b
(mm) Treân taám ngaên ñuïc nhieàu loã nhoû Nöôùc laøm nguoäi laø nöôùc saïch Laáy ñöôøng kính loã dloã = 2 (mm) Toång dieän tích loã treân moät caëp taám ngaên
, coâng thöùc VI.54 trang 85 Taøi lieäu [2] Gn : löu löôïng nöôùc (m/s) Gn =
(kg/s)
: toác ñoä tia nöôùc (m/s) Choïn chieàu cao gôø taám ngaên laø 40 mm neân
=0,62 (m/s)
(mm2) Vôùi
(kg/m3 ) ôû 68,7oC Soá loã n
(loã) Choïn chieàu daøy taám ngaên 4 mm Caùc loã xeáp theo hình luïc giaùc ñeàu Böôùc loã t = 0,866*
(mm)
tæ soá giöõa dieän toång dieän tích tieát dieän loã vôùi dieän tích tieát dieän thieát bò ngöng tuï
Vaäy böôùc loã :
(mm) Chieàu cao thieát bò ngöng tuï: Möùc ñoä ñun noùng nöôùc ( coâng thöùc VI.56 trang 85 Taøi lieäu [2])
Tra baûng VI.7 trang 86 Taøi lieäu [2] vôùi ñöôøng kính tia nöôùc 2 mm thì Soá baäc 4 Soá ngaên 8 Khoaûng caùch giöõa caùc ngaên 400 mm Thôøi gian rôi qua moät baäc 0,41 s Choïn khoaûng caùch giöõa caùc ngaên giaûm daàn töø döôùi leân nhö sau 400 mm, 350 mm, 300 mm, 250mm, 200 mm, 150mm, 100 mm Khoaûng caùch töø ngaên treân cuøng naép thieát bò 1300 (mm) Khoaûng caùch töø ngaên döôùi cuøng ñeán ñaùy thieát bò 1200 (mm) Naép elip tieâu chuaån coù gôø, ñuôøng kính trong 500 (mm) Chieàu cao gôø 50 (mm) Chieàu cao phaàn elip 125 (mm) Ñaùy noùn tieâu chuaån coù gôø , goùc ñaùy 60oC, ñuôøng kính trong 500 (mm) Chieàu cao gôø 50 (mm) Chieàu cao phaàn noùn 450 (mm ) Vaäy chieàu cao thieát bò ngöng tuï Hnt = 125 + 25 +1300 + 100 +150 +200 +250 +300 +350 +400 +1200 +50 +450 =4900 mm = 4,9 (m) Ñöôøng kính oáng baromet Theo coâng thöùc VI.57 trang 86 Taøi lieäu [2]
(m) Vôùi W : löu löôïng hôi ngöng (kg/s) Gn : löu löôïng nöôùc laïnh töôùi vaøo thaùp (kg/s)
: toác ñoä hoãn hôïp nöôùc vaø hôi ñaõ ngöng chaûy trong oáng, thöôøng laáy
=0,5
0,6 m/s. Vaäy choïn
= 0,55 (m/s) db : ñöôøng kính trong oáng baramet (m)
(m) Choïn ñöôøng kính oáng baromet db = 150 mm Chieàu cao oáng baromet H = h1 + h2 + 0,5 (m) (coâng thöùc VI.58 trang 86 Taøi lieäu [2]) h1 : chieàu cao coät nöôùc trong oáng baromet caân baèng vôùi hieäu soá giöõa aùp suaát khí quyeån vaø aùp suaát trong thieát bò ngöng tuï h2 : chieàu cao coät nöôùc trong oáng daãn caàn ñeå khaùc phuïc toaøn boä trôû löïc khi nöôùc chaûy trong oáng Tính h1 h1 =
, m (coâng thöùc Vi.59 trang 86 Taøi lieäu [2]) P’ ñoä chaân khoâng trong thieát bò ngöng tuï P’ = 0,7 at = 514,5 (mmHg) h1 =
(m) Tính h2:
, m (coâng thöùc VI.60 trang 87 Taøi lieäu [2]) Laáy

heä soá trôû löïc khi vaøo oáng
heä soá trôû löïc khi ra khoûi oáng H : chieàu cao oáng baromet (m) db : ñöôøng kính trong oáng baromet, db = 0,15 (m)
: heä soá trôû löïc do ma saùt khi nöôùc chaûy trong oáng Re =
Vôùi
= 0,5 (m/s) vaän toác nöôùc chaûy trong oáng d = 0,15 (m) ñöôøng kính trong oáng baromet
(kg/m3 ) khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 60oC
(Ns/m2) ñoä nhôùt ñoäng löïc cuûa nöôùc ôû 60oC
( cheá ñoä chaûy roái

Tính H H= 7 + 0,03185 + 1,51*10-3H
m Caùc kích thöôùc khaùc Chieàu daøy thaønh thieát bò 5 (mm) Loã hôi vaøo 300 (mm) Loã nöôùc vaøo 100 (mm) Hoãn hôïp khí vaø hôi ra noái vôùi thieát bò thu hoài 80 (mm) Ñöôøng kính oáng noái töø thieát bò thu hoài ñeán oáng baromet 50 (mm) Khoaûng caùch töø taâm thieát bò ngöng tuï ñeán taâm thieát bò thu hoài 675 (mm) Ñöôøng kính thieát bò thu hoài 400 (mm) Chieàu cao thieát bò thu hoài 1440 (mm) Hoãn hôïp khí vaø hôi ra khoûi thieát bò thu hoài 50 (mm) OÁng thoâng khí 50 (mm) BÔM