Đề tài Thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi dung dịch muối ăn

C2Ts2 – G1C1Ts1 + W2i2 (b) - Nồi 3: W2( i2 – Cn3θ3 ) = G3C3Ts3 – G2C2Ts2 + W3i3 (c) Trong đó: D : khối lượng hơi đốt cho hệ thống trong 1 giờ, kg/h W1, W2 : khối lượng hơi thứ nồi 1, nồi 2 trong 1 giờ, kg/h Gđ, G1, G2, G3 : khối lượng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, ra kjỏi nồi 3 trong 1 giờ, kg/h Cđ, C1, C2, C3: nhiệt dung riêng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2 và ra khỏi nồi 3, J/kg.độ Tđ, Ts1, Ts2, Ts3: nhiệt độ dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2 và ra khỏi nồi 3, 0C iđ, i1, i2, i3: enthalpy hơi đốt vào nồi 1, hơi thứ nồi 1, hơi thứ nồi 2, hơi thứ nồi 3, J/kg Cn1, Cn2, Cn3: nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, nồi 2 và nồi 3, J/kg.độ θ1, θ2, θ3: nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (bằng nhiệt độ hơi đốt của nồi 1, 2 và 3; nhiệt độ hơi đốt nồi 3 là nhiệt độ hơi thứ nồi 2, nhiệt độ hơi đốt nồi 2 là nhiệt độ hơi thứ nồi 1), oC Ta có: W = W1 + W2 + W3 = 2700 kg/h (c) Bảng 6. Các thông số về năng lượng G, kg/h x (%) C, J/kg.độ Ts,dd , oC Thơi , oC i, J/kg θ, oC Cn, J/kg.độ Nhập liệu (đ) 3900 8 3786,6 105 110 2248000 Ra khỏi nồi 1 2957,14 10,55 3672,3 103,55 99,5 2281000 110 4230,89 Ra khỏi nồi 2 2057,14 15,17 3516 89,64 84,1 2370000 98,5 4216,92 Ra khỏi nồi 3 1200 26 3196,4 62 51 83,1 4201,59 Ghi chú: - Cn được tra từ ( dựa vào nhiệt độ hơi đốt. - i = r do hơi đốt là hơi nước bão hòa và tra từ [B – 39] - (II-7) theo nhiệt độ dung dịch tương ứng. - Ts,dd là nhiệt độ của dung dịch tương ứng, 0C. Thay các số liệu trong bảng 6 vào 2 phương trình cân bằng năng lượng (a), (b) và (c) ở trên. Giải hệ phương trình (a), (b) và (c) ta được: Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là: W1 = 912,84 kg/h Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2 là: W2 = 904,86 kg/h Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 3 là: W3 = 882,3 kg/h Lượng hơi thứ tiêu tốn chung là: D = 972,75 kg/h 2.2.6 Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi Công thức so sánh: < 5% thì chấp nhận Trong đó: WL: lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị lớn Wn: lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị nhỏ Nồi 1: = 3,18% < 5% Nồi 2: = 0,54% < 5% Nồi 2: = 2,85% < 5% Vậy giả thiết ban đầu được chấp nhận. Tính bề mặt truyền nhiệt 2.3.1 Lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp Q = D.r, W [B – 115] D : lượng hơi đốt cho mỗi nồi, kg/h r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt mỗi nồi, J/kg Bảng 7. Lượng nhiệt do hơi cung cấp Nồi D (kg/h) Thđ (0C) r, (J/kg) Q, (W) 1 972,75 110 2234000 603645,4 2 912,84 98,5 2263900 592928 3 904,86 83,1 2301940 575485 (Nhiệt độ hơi đốt nồi 3 là nhiệt độ hơi thứ nồi 2, nhiệt độ hơi đốt nồi 2 là nhiệt độ hơi thứ nồi 1 ) 2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi K = , W/m2.độ [B – 116] – (III.17) qtb : nhiệt tải riêng trung bình, W/m2 Δthi : hiệu số nhiệt độ hữu ích tính theo lý thuyết, 0C 2.3.2.1 Nhiệt tải riêng trung bình qtb = , W/m2 [B – 116] q: nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành ống đốt, W/m2 q1: nhiệt tải riêng phía hơi ngưng tụ, W/m2 q2: nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi, W/m2 tbh: nhiệt độ hơi nước bão hòa dùng làm hơi đốt, oC Ts: nhiệt độ sôi dung dịch, oC tw1, tw2: nhiệt độ thành ống đốt phía hơi ngưng tụ, phía dung dịch sôi, oC Δt1 = tbh – tw1, oC Δt2 = tw2 – Ts, oC Σr: tổng nhiệt trở của thành ống đốt, m2.độ/W α1, α2: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, phía dung dịch sôi, W/m2.độ Ta có: q = (tw1 – tw2) q1 = α1.Δt1 q2 = α2.Δt2 Theo lý thuyết q = q1 = q2 Do chưa có các giá trị hiệu số nhiệt độ ta phải giả sử Δt1 để tính nhiệt tải riêng, sau đó kiểm tra lại bằng cách so sánh q1 và q2. Nếu kết quả so sánh nhỏ hơn 5% thì chấp nhận giả thiết. 2.3.2.2 Tổng nhiệt trở của thành ống đốt Σr Σr = r1 + + r2 , m2.độ/W [AII – 3] r1: nhiệt trở trung bình của hơi nước (có lẫn dầu nhờn) r1 = 0,232.10-3 m2.độ/W [AII – 4] r2: nhiệt trở trung bình lớp cặn bẩn r2 = 0,387.10-3 m2.độ/W δ: chiều dày thành ống đốt, m λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống đốt, W/m.độ Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt bằng thép 304, tra bảng [AII – 313] – (VII.7) ta được: λ = 50 W/m.độ Chọn : δ = 2,108 mm = 2,108.10-3 m Đường kính ngoài: dng = 101,6 mm = 101,6.10-3 m Đường kính trong: dtr = dng – 2.δ = 97,384.10-3 m ( Vậy: Σr = r1 + + r2 Σr = 0,232.10-3 + + 0,387.10-3 = 0,000661 m2.độ/W 2.3.2.3 Hệ số cấp nhiệt α1, α2 a. α1 : hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m2.độ Trường hợp ngưng hơi bão hòa tinh khiết (không chứa khí không ngưng) trong ống ngang, hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức: W/m2.K r : ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg ρ : khối lượng riêng nước ngưng, kg/m3 g = 9,81 m/s2 m: độ nhớt của nước ngưng, Pa.s λ : hệ số dẫn nhiệt nước ngưng, W/m.K d: đường kính ngoài của ống, m tđ, tT1: nhđộ hơi đốt, nhiệt độ thành ống phía hơi ngưng tụ (bằng tw1), oC Bảng 8. Nhiệt tải riêng q1 phía hơi ngưng Nồi thđ, 0C Δt1, 0C tw1, 0C d, m r, J/kg ρ, kg/m3 m, Pa.s λ, W/m.K α1, W/m2.độ q1, W/m2 1 110 0,128 109,872 0,1016 2234000 951 0,259 0,000684 26671,78 3413,99 2 98,5 0,248 98,252 0,1016 2263900 959,42 0,287 0,0006817 22149,13 5492,98 3 83,1 1,174 81,926 0,1016 2301940 969,82 0,34 0,0006769 14454,47 16969,54 Δt1 tự chọn, sau đó kiểm tra lại với thực tế, nếu tỉ lệ sai số < 5% thì chấp nhận. r= i, tra theo nhiệt đô hơi đốt từ [AII – 39] – (II - 7) b. α2 : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi, W/m2.độ α2 được tính theo công thức: [AII – 71] – (VI.27) Trong đó: Chỉ số dd biểu thị cho dung dịch, chỉ số n biểu thị cho nước. λ: hệ số dẫn nhiệt, W/m.độ ρ: khối lượng riêng, kg/m3 C: nhiệt dung riêng, J/kg.độ μ: độ nhớt động lực, m.Pa.s Hệ số cấp nhiệt của nước khi sôi sủi bọt, đối lưu tự nhiên, áp suất 0,2 ÷ 100 atm được tính theo công thức: , W/m2.độ [B – 44] Δt2 = tw2 – tdds , oC p: áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (bằng áp suất hơi thứ), atm Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch λdd được tính theo công thức: λdd = (326,775 + 1,0412T – 0,00331T2).(0,796 + 0,009346. %H2O).10-3 T: nhiệt độ sôi dung dịch, K Do qw = q1 Δtw = tw1 - tw2 = qw.Σr = q1.Σr Từ Δtw ta suy ra được Δt2 và tính được αn: Bảng 9. Hệ số cấp nhiệt theo nhiệt độ sôi Nồi P, atm Δtw, 0C tw2, 0C Δt2, 0C αn, W/m2.độ 1 1,016 2,2566 107,62 4,0654 1198,79 2 0,5709 3,6309 94,62 4,9811 1442,63 3 0,1258 11,217 70,71 8,7091 2489,32 Từ αn ta tính được α2: Bảng 10. Nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch sôi λ, W/m.độ ρ, kg/m3 C, J/kg.độ m.Pas α2, W/m2.độ q2, W/m2 So sánh với q1 Nồi 1 dd 0,40721 1019,93 3672,3 0,3028 853,16 3468,4 1,57% Nước 0,6827 955,77 4224,62 0,2738 Nồi 2 dd 0,43911 1054,98 3516 0,3238 1107,66 5517,42 0,44% Nước 0,6799 965,54 4263,32 0,3162 Nồi 3 dd 0,49631 1117,98 3196,4 0,5457 1949,71 16980,28 0,06% Nước 0,6606 982,12 4183 0,4556 Q K. Δthi Ta tính được hệ số truyền nhiệt K và bề mặt truyền nhiệt F với: F = F: bề mặt truyền nhiệt, m2 Q: lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp, W K: hệ số truyền nhiệt , W/m2.độ Δthi: nhiệt độ hữu ích, oC Thực tế nhiệt lượng bị mất ra môi trường xung quanh một lượng đáng kể do: mất nhiệt trên đường ống dẫn, tỏa ra môi trường xung quanh ổ buồng bốc và buồng đốt, quá trình truyền nhiệt không đảm bảo như trong lý thuyết đã tính toán. Do vậy người ta thường tăng khoảng 10% diện tích bề mặt truyền nhiệt để bù vào lượng mất mát đó. Ftt = F + 10%.F Bảng 11. Bề mặt truyền nhiệt Nồi Q, W K, W/m2.độ Δthi tính, 0C F, m2 Ftt, m2 1 603645,42 427,37 6,45 218,99 240,89 2 592927,99 483,76 8,86 138.34 152,17 3 575485 592,57 21,1 46,03 50,63 Kích thước buồng đốt 2.4.1 Số ống truyền nhiệt , ống F: bề mặt truyền nhiệt thực tế, m2 d: đường kính ống truyền nhiệt, m, ở đây α1>α2 nên chọn đường kính trong (dtr = 97,384 mm = 97,384.10-3 m) l: chiều dài ống truyền nhiệt, m Tổng số ống truyền nhiệt: 542,78 ống Số ống truyền nhiệt của từng nồi: Nồi 1: 211 ống Nồi 2: 139 ống Nồi 3: 59 ống 2.4.2 Đường kính trong buồng đốt Chọn đường kính trong buồng đốt là 2 m. Kích thước buồng bốc Đường kính buồng bốc: Đường kính trong buồng bốc bằng đường kính trong buồng đốt. Vkgh: thể tích không gian hơi, m3 , m3 [AII – 71] – (VI.32) W: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích hơi nước bốc hơi trên 1 đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong 1 đơn vị thời gian), m3/m3.h Ở áp suất thường Utt = 1600÷1700 m3/m3.h , áp suất hơi thứ có ảnh hưởng đáng kể đến Utt. Tuy nhiên không có số liệu hiệu chỉnh ở áp suất nhỏ hơn 1 atm nên có thể chọn Utt = 1700 m3/m3.h. rh: khối lượng riêng của hơi thứ, kg/m3 Hkgh: chiều cao không gian hơi, m , m [AII – 72] – (VI.34) Bảng 12. Kích thước buồng bốc Nồi Nhiệt độ hơi thứ, 0C Áp suất hơi thứ, atm rh , kg/m3 Utt , m3/m3.h W, kg/h V, m3 Dbb, m Hkgh, m 1 99,5 1,016 0,588 1700 912,84 0,914 3 0,29 2 84,1 0,5709 0,342 1700 904,86 1,555 2,8 0,45 3 51 0,1258 0,087 1700 882,3 5,948 2 1,89 Do dung dịch chiếm h1 = 0,45 m chiều cao buồng bốc nên tổng chiều cao tối thiểu buồng bốc là: Hbb1 = Hkgh1 + h1 = 0,29 + 0,45 = 0,74 m Hbb2 = Hkgh2 + h1 = 0,45 + 0,45 = 0,9 m Hbb3 = Hkgh3 + h1 = 1,89 + 0,45 = 2,34 m Do đó chọn chiều cao buồng bốc nồi 1 và 2 là 1,8 m, chiều cao buồng bốc nồi 3 là 2,5 m. Đường kính các ống dẫn Đường kính trong các ống dẫn và cửa ra vào thiết bị được xác định theo công thức: , m [AII – 74] – (VI.42) VS: lưu lượng khí (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống, m3/s w: tốc độ thích hợp của (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống, m/s 2.6.1 Đối với dung dịch và nước ngưng VS = , m3/s G: khối luợng dung dịch, nước ngưng đi trong ống, kg/s r: khối lượng riêng dung dịch, nước ngưng ở nhiệt độ tương ứng, kg/m3 w trong khoảng 0,5÷1 m/s 2.6.2 Đối với hơi bão hòa VS = G.v”, m3/s G: khối lượng hơi đi trong ống, kg/s v”: thể tích riêng của hơi ở nhiệt độ tương ứng, m3/kg w trong khoảng 20÷40 m/s Bảng 13. Kích thước các ống dẫn G, kg/h rdd, kg/m3 v"hơi, m3/kg VS, m3/s w, m/s d, m d chuẩn, mm Bề dày, mm Ống nhập liệu 1,083 1013,4 0,001069 0,5 0,0522 73 3,05 Ống tháo sản phẩm Nồi 1 0,821 1029,356 0,000798 0,5 0,0451 60,3 3,92 Nồi 2 0,571 1072,019 0,000533 0,5 0,0369 42,2 3,56 Nồi 3 0,333 1185,59 0,000281 20 0,0268 33,4 3,38 Ống dẫn hơi đốt 0,27 1,212 0,327493 20 0,1444 168,3 3,41 Ống dẫn hơi thứ Nồi 1 0,262 1,706 0,44681 20 0,1687 219,1 3,76 Nồi 2 0.25 2,937 0,73419 20 0,2162 273,1 4,2 Nồi 3 0,238 11,561 2,75261 0,5 0,4187 457,2 9,53 Ống nước Ngưng Nồi 1 0,27 951 0,000284 0,5 0,0269 60,3 3,92 Nồi 2 0,261 959,42 0,000273 0,5 0,0264 33,4 3,38 Nồi 3 0,25 969,82 0,000258 0,5 0,0256 33,4 3,38 dchuẩn tra từ: ( Tổng kết thiết bị chính Bảng 14. Bảng tóm tắt thiết bị chính THÔNG SỐ NỒI 1 NỒI 2 NỒI 3 Nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất làm việc (oC) 103,55 89,64 62 Nhiệt độ hơi đốt (oC) 110 98,5 83,1 Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình Q (W) 603645,42 592927,99 575485 Lượng hơi đốt cần thiết (kg/h) 972,75 912,83 904,86 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ a1 (W/m2.độ) 26671,78 22149,13 14454,47 Hệ số cấp nhiệt a2 (W/m2.độ) 853,16 1107,66 1949,71 Hệ số truyền nhiệt K 533,52 621,35 804,5 Bề mặt truyền nhiệt F (m2) 193 118,47 37,29 Số ống truyền nhiệt (ống) 211 139 59 Chiều dài ống truyền nhiệt (m) 3,1 2,9 2,1 Chiều dày thành ống truyền nhiệt (mm) 2,108 2,108 2,108 Đường kính buồng đốt (mm) 3000 2900 2000 Đường kính buồng bốc (mm) 3000 2900 2000 Chiều cao buồng bốc (mm) 1800 1800 2500 CHƯƠNG 3. THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ , kg/s [AII – 84] – (VI.51) Gn: lượng nước lạnh cần thiềt để ngưng tụ, kg/s W: lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s i: hàm nhiệt của hơi ngưng, J/kg t2đ, t2c: nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, oC Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ Ở đây W = W3 = 882,3 kg/h = 0,245 kg/s Chọn t2đ = 30 oC, t2c = 40 oC , nhiệt độ trung bình = (30+40)/2= 35 oC Cn(35 oC) = 4180 J/kg.độ Þ i (50 oC) = 2380000 J/kg Þ 12,97 kg/s Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ Baromet Vk = , m3/s , Với = 1,25 kg/m3 [B – 122] Mà: Gk = 25.10-6(W + Gn) + 0,01W Gk = 25.10-6.(0,245 + 12,97) + 0,01.0,245 = 2,78.10-3 kg/s Þ Vk = = = 0,037 m3/s 3.2.1 Đường kính trong , m [AII – 84] – (VI.52) W: lượng hơi ngưng tụ, W = 0,245 kg/s rh: khối lượng riêng của hơi ngưng tụ ở 53,34 oC: rh = 0,083 kg/m3 wh: tốc độ của hơi đi trong thiết bị ngưng tụ, m/s . Nếu thiết bị ngưng tụ làm việc với áp suất khoảng 0,1 ÷ 0,2 at chọn wh trong khoảng 55 ÷ 35 m/s, nếu từ 0,2 ÷ 0,4 chọn 35 ÷ 15 m/s. Ở đây áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ là 0,1258 atm nên ta chọn wh = 35 m/s. Þ 0,4 m Dựa vào dãy đường kính chuẩn của thiết bị ngưng tụ [AII – 88] – (VI.8) Chọn: Dba = 0,5 m = 500 mm. 3.2.2 Kích thước tấm ngăn - Tấm ngăn có dạng hình viên phân, để đảm bảo làm việc tốt, chiều rộng tấm ngăn b có thể được xác định như sau: , mm [AII – 85] – (VI.53) Dba: đường kính trong thiết bị ngưng tụ, Dba = 500 mm Þ 300 mm - Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ: Nếu nước làm nguội là nước sạch nên lấy đường kính các lỗ bằng 2 mm, nếu nước bẩn là 5mm. Chọn đường kính lỗ 2 mm - Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ, nghĩa là trên 1 cặp tấm ngăn là: , m2 [AII – 85] – (VI.54) Với: Gn: lưu lượng nước, m3/s Ở nhiệt độ trung bình 35 0C, khối lượng riêng của nước là 994 kg/m3 Gn = 12,97 kg/s = m3/s wc: tốc độ của tia nước, m/s . Tốc độ tia nước khi chiều cao gờ của tấm ngăn là 40 mm thì wc = 0,62 m/s [AII – 85] Ở đây ta chọn wc = 0,62 m/s Þ 0,021 m2 - Chọn chiều dày tấm ngăn d = 4 mm [AII – 85] - Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, bước của các lỗ được xác định theo công thức: , mm [AII – 85] – (VI.55) d: đường kính của lỗ, d = 3 mm (đã chọn ở trên) : tỉ số giữa tổng diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết bị ngưng tụ, thường lấy 0,025 ÷ 0,1. Ở đây ta chọn = 0,03 Þ 0,45 mm 3.2.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ Mức độ đun nóng được xác định theo công thức: [AII –85] – (VI.56) Dựa vào mức độ đun nóng với đường kính lỗ 2 mm, tra bảng [AII –86] - (VI.7) ta có: - Số ngăn: 6 - Số bậc: 3 - Khoảng cách trung bình giữa các ngăn: 400 mm Tra bảng [AII –88] – (VI.8) với đường kính trong Dba = 500 mm ta có những kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet như sau: Bảng 15. Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet Các thành phần của thiết bị ngưng tụ Kích thước Chiều dày thành thiết bị S = 5 mm Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a = 1300 mm Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy P = 1200 mm Bề rộng của tấm ngăn b = 300 mm Khoảng cách giữa tâm thiết bị ngưng tụ với thiết bị thu hồi K1 = 675 mm Chiều cao của hệ thống thiết bị H = 4300 mm Chiều rộng của hệ thống thiết bị T = 1300 mm Đường kính thiết bị thu hồi D1 = 400 mm Chiều cao thiết bị hu hồi h = 1440 mm Đường kính các cửa ra và vào: Hơi vào d1 = 300 mm Nước vào d2 = 100 mm Hỗn hợp khí và hơi ra d3 = 80 mm Nối với ống Baromet d4 = 125 mm Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d5 = 80 mm Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d6 = 50 mm Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet d7 = 50 mm 3.2.4 Kích thước ống Baromet 3.2.4.1 Đường kính trong , m [AII – 86] – (VI.57) W: lượng hơi ngưng, W = 0,245 kg/s (đã tính ở trên) Gn: lượng nước lạnh tưới vào tháp, Gn = 12,97 kg/s (đã tính ở trên) w: tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, m/s; thường lấy w 0,5 ÷ 0,6 m/s. Ta chọn w = 0,5 m/s Þ 0,183 m = 183mm Chọn đường kính chuẩn của ống baromet là 219,1 mm và chiều dày là 8,18 mm ( 3.2.4.2 Chiều cao ống Baromet H = h1 + h2 + 0,5 (1) Trong đó: h1: chiều cao cột nước trong ống Baromet cân bằng với hiệu số áp suất trong thiết bị ngưng tụ và khí quyển. h2: chiều cao cột nước trong ống Baromet cần thiết để khắc phục trở lực khi nước chảy trong ống (m) h1 =10,33,(m) [AII – 86] – (VI.59) Với: P0: độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, mmHg; P0 =(1- Png).760, (mmHg) Þ P0 =(1 – 0,1258 ).760 = 664,392 (mmHg) Þ h1 =10,33 = 10,33 = 9,03 (m) h2 = , (m) (2) [AII – 87] – (VI.60) Với: l : hệ số ma sát ( l = 0,02 ÷ 0,035) (chọn l = 0,025) Σx = x 1 + x2 : tổng trở lực cục bộ x 1 : hệ số trở lực khi vào ống ( chọn x 1 = 0,5) x2 : hệ số trở lực khi ra ống (chọn x2 = 1) w : tốc độ của nước lạnh và nước ngưng chảy trong thiết bị (w 0,5 ÷ 0,6 m/s) ( chọn w = 0,5) Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được: H = 9,562 (m) Vậy để ngăn ngừa nước dâng lên trong ống và chảy vào ống dẫn hơi thứ khi độ chân không tăng cao ngay cả trong trường hợp mực nước là 10,33 m chọn: Hba =11 m Chọn vật liệu làm ống là thép 304. CHƯƠNG 4. TÍNH CƠ KHÍ Chiều dày thiết bị 4.1.1 Nồi 1 4.1.1.1 Buồng đốt Chiều dày của thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong Chiều dày của thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong được xác định theo công thức: , m [AII – 360] – (XIII.8) Khi 50 có thể bỏ qua p ở mẫu số. Dt: đường kính trong buồng đốt, Dt = 2 m. j: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc, tra từ [AII – 362] - (XIII.8) ta được j = jh = 0,95 C: số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m C = C1 + C2 + C3 C1: số bổ sung do ăn mòn, đối với vật liệu bền (0,05÷0,1 mm/năm) lấy C1 = 1 mm C2: số bổ sung do hao mòn, khi tính toán thiết bị hóa chất có thể bỏ qua C2 C3: số bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu, chọn C3 = 0,6 mm [AII – 364] - (XIII.9) Þ C = C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + 0,6 = 1,6 mm p: áp suất trong thiết bị, N/m2 - Môi trường làm việc là hỗn hợp hơi – lỏng, áp suất được tính như sau: p = pmt + p1, N/m2 [AII – 360] – (XIII.10) pmt: áp suất của hơi trong thiết bị, N/m2 Þ pmt = 1,461 atm = 148035,83 N/m2 p1: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, được tính theo công thức: p1 = g.r1.H1, N/m2 r1: khối lượng riêng chất lỏng (ở 110 oC), r1 = 951 ( kg/m3 ) H1: chiều cao lớn nhất của cột nước ngưng, chọn H1 = 1,2 m g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Þ p1 = g.r1.H1 = 9,81. 951.1,2 = 11195,172 N/m2 Þ p = pmt + p1 = 209345,4 + 13993,965 = 195230,997 N/m2 * Tính ứng suất cho phép [s] : Chọn vật liệu thiết kế là thép CT3 thì ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền. Lấy giá trị nhỏ nhất từ các công thức sau: , N/m2 [AII – 355] – (XIII.1) , N/m2 Trong đó: [sk], [sc]: ứng suất cho phép khi kéo, khi chảy, N/m2 h: hệ số điều chỉnh nk, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền khi kéo và theo giới hạn chảy sk, sc: giới hạn bền khi kéo, giới hạn chảy, N/m2 Tra từ [AII – 356] – (XIII.2) ta được h= 0,9 Tra từ [AII – 356] – (XIII.3) ta được nk = 3,5; nc = 2,0 Tra từ [AII – 356] – (XIII.4) ta được: sk = 380.106 N/m2 ; sc = 240.106 N/m2 97,71.106 N/m2 108.106 N/m2 Chọn số nhỏ thế vào = 582,95 > 50 nên bỏ qua p ở mẫu. Þ 4,17.10-3 m = 4,17 mm Chọn S = 5 mm * Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: [AII – 365] – (XIII.26) , N/m2 Áp suất thử tính toán p0 được xác định theo công thức: p0 = pth + p1, N/m2 pth: áp suất thử thủy lực, N/m2 Tra từ [AII – 365] – (XIII.5) ta có: pth = 1,5.pmt = 1,5. 148035,83 = 222053,74 N/m2 p1: áp suất thử thủy tĩnh của cột chất lỏng, p1 = 11195,17 N/m2 Þ p0 = pth + p1 = 222053,74 + 11195,17 = 233248,91 N/m2 Þ Ta thấy: Vậy S = 5 mm là đạt yêu cầu Đáy buồng đốt Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất trong, bằng thép CT3. Chiều dày đáy được tính theo công thức: , m [AII – 385] – (XIII.47) Khi có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số Dt: đường kính trong buồng đốt, Dt = 3 m p: áp suất trong buồng đốt, p = 148305,83 N/m2 hb: chiều cao phần lồi của đáy, tra từ [AII – 382] –(XIII.10) ứng với Dt = 3 m có hb = 0,75 m (hay hb = 0,25.Dt = 0,75 m) k: hệ số không thứ nguyên, d: đường kính của lỗ lớn nhất trên đáy, cửa ra sản phẩm, chọn d = 0,15m Þ jh : hệ số bền, jh = 0,95 [sk]: ứng suất cho phép, tính tuơng tự như trường hợp thành buồng đốt Þ [sk] = 97,71.106 N/m2 C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10-3 m, có tăng thêm sau khi tính thử S Thêm 2 mm khi S – C £ 10 mm Thêm 1 mm khi 20 mm > S – C > 10 mm Þ = 595,69 > 30 nên bỏ qua p ở mẫu số. Þ Þ S = 5,09 mm Þ S – C = (5,09 – 1,6) = 0,45 mm < 10 mm Vậy thêm 2 mm vào C, khi đó S = 5,09 + 2 = 7,09 mm Chọn S = 8 mm * Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: , N/m2 [AII – 385] – (XIII.49) Với áp suất thử: p0 = 233248,91 N/m2 Þ Vậy S = 8 mm là đạt yêu cầu 4.1.1.2 Buồng bốc Chiều dày của thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong Chiều dày của thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong được xác định theo công thức: , m [AII – 360] – (XIII.8) Khi 50 có thể bỏ qua p ở mẫu số Dt: đường kính trong buồng bốc, Dt = 3 m j: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc, tra bảng [AII – 362] - (XIII.8) ta được j = jh = 0,95 C: số bổ sung tính tương tự như trên, ta có C = 1,6 mm p: áp suất trong thiết bị, N/m2 - Môi trường làm việc là hỗn hợp hơi – lỏng, áp suất được tính như sau: p = pmt + p1, N/m2 [AII – 360] – (XIII.10) pmt: áp suất của hơi trong thiết bị, N/m2 Þ pmt = 1.016 atm = 102946,2 N/m2 p1: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, được tính theo công thức: p1 = g.r1.H1, N/m2 r1: khối lượng riêng chất lỏng (ở 99,5 oC), r1 = 958,74 ( kg/m3 ) H1: chiều cao lớn nhất của cột nước ngưng, chọn H1 = 0,5 m g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Þ p1 = g.r1.H1 = 9,81.958,74.0,5 = 4702,62 N/m2 Þ p = pmt + p1 =102946,2 + 4702,62 = 107648,8 N/m2 * Tính ứng suất cho phép [s] : Chọn vật liệu thiết kế là thép CT3 thì ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền. Tính tương tự như trên. Chọn số nhỏ thế vào = 862,29 > 50 nên bỏ qua p ở mẫu. Þ 3,34.10-3 m = 3,34 mm Chọn S = 5 mm * Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: [AII – 365] – (XIII.26) , N/m2 Áp suất thử tính toán p0 được xác định theo công thức: p0 = pth + p1, N/m2 pth: áp suất thử thủy lực, N/m2 Tra từ [AII – 365] – (XIII.5) ta có: pth = 1,5.pmt = 1,5. 102946,2 = 154419,3 N/m2 p1: áp suất thử thủy tĩnh của cột chất lỏng, p1 = 4702,62 N/m2 Þ p0 = pth + p1 = 154419,3 + 4702,62 = 159121,92 N/m2 Þ Ta thấy: Vậy S = 5 mm là đạt yêu cầu Đáy buồng bốc Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất trong, bằng thép CT3. Chiều dày đáy được tính theo công thức: , m [AII – 385] – (XIII.47) Khi có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số Dt: đường kính trong buồng bốc, Dt = 3 m p: áp suất trong buồng đốt, p = 148035,825 N/m2 hb: chiều cao phần lồi của đáy, tra từ [AII – 382] –(XIII.10) ứng với Dt = 3 m có hb = 0,75 m (hay hb = 0,25.Dt = 0,75) k: hệ số không thứ nguyên, d: đường kính của lỗ lớn nhất trên đáy, cửa ra sản phẩm, chọn d = 0,1m Þ jh : hệ số bền, jh = 0,95 [sk]: ứng suất cho phép, tính tuơng tự như trường hợp thành buồng đốt Þ [sk] = 97,71.106 N/m2 C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10-3 m, có tăng thêm sau khi tính thử S Thêm 2 mm khi S – C £ 10 mm Thêm 1 mm khi 20 mm > S – C > 10 mm Þ = 606,14 > 30 nên bỏ qua p ở mẫu số. Þ S = 3,1 mm Þ S – C = (3,1 – 1,6) = 1,5 mm < 10 mm Vậy thêm 2 mm vào C, khi đó S = 3,1 + 2 = 5,1 mm Chọn S = 6 mm * Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: , N/m2 [AII – 385] – (XIII.49) Với áp suất thử: p0 = 148035,83 N/m2 Þ Vậy S = 6 mm là đạt yêu cầu 4.1.2 Nồi 2 4.1.2.1 Buồng đốt Chiều dày của thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong Chiều dày của thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong được xác định theo công thức: , m [AII – 360] – (XIII.8) Khi 50 có thể bỏ qua p ở mẫu số Dt: đường kính trong buồng đốt, Dt = 2,8 m j: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc, tra từ [AII – 362] - (XIII.8) ta được j = jh = 0,95 C: số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m C = C1 + C2 + C3 C1: số bổ sung do ăn mòn, đối với vật liệu bền (0,05÷0,1 mm/năm) lấy C1 = 1 mm C2: số bổ sung do hao mòn, khi tính toán thiết bị hóa chất có thể bỏ qua C2 C3: số bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu, chọn C3 = 0,6 mm [AII – 364] - (XIII.9) Þ C = C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + 0,6 = 1,6 mm p: áp suất trong thiết bị, N/m2 - Môi trường làm việc là hỗn hợp hơi – lỏng, áp suất được tính như sau: p = pmt + p1, N/m2 [AII – 360] – (XIII.10) pmt: áp suất của hơi trong thiết bị, N/m2 Þ pmt = 0,9817 atm = 99470,75 N/m2 p1: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, được tính theo công thức: p1 = g.r1.H1, N/m2 r1: khối lượng riêng chất lỏng (ở 110 oC), r1 = 951 ( kg/m3 ) H1: chiều cao lớn nhất của cột nước ngưng, chọn H1 = 1,2 m g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Þ p1 = g.r1.H1 = 9,81. 951.1,2 = 11294,25 N/m2 Þ p = pmt + p1 = 99470,75 + 11294,25 = 110765 N/m2 * Tính ứng suất cho phép [s] : Chọn vật liệu thiết kế là thép 304 thì ứng suất cho phép của thép 304 theo giới hạn bền. Lấy giá trị nhỏ nhất từ các công thức sau: , N/m2 [AII – 355] – (XIII.1) , N/m2 Trong đó: [sk], [sc]: ứng suất cho phép khi kéo, khi chảy, N/m2 h: hệ số điều chỉnh nk, nc: hệ số an toàn