Đồ án Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học - Mai Kiện Khang

ng [1- 377] theo áp suất và nồng độ ở trên ta có : *) Nồi 1 ttb1 = 120,4 0C *) Nồi 2 ttb2 = 71,7 0C Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh dâng cao được xác định theo công thức : [2-60] , Di” = ttbi – t0i = ttbi – t’i , 0C (6) Thay số vào công thứ (6) ta có : *) Nồi 1 D1” = 120,4 – 119,2 = 1,2 0C *) Nồi 2 D2” = 71,7 – 60,9 = 10,8 0C *) Cho cả hệ thống = D1” + D 2” = 1,2 + 10,8 = 12 0C 2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ Di’. Do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất [2- 59] , D’i = f i. D0i’ , 0C (7) Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất khí quyển Tra bảng (VI- 2) , [2-66] ta có : Với dung dịch NaCl thì *) Nồi 1 x1 = 14,29% thì D01’ = 3 oC *) Nồi 2 x2 = 25 % thì D02’ = 7 oC b) Hệ số hiệu chỉnh f f là hệ số hiệu chỉnh tra bảng (VI –1) trong [2- 59] theo nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất Theo bảng (I-197) trong [1- 272] thì : Tại p1’ = 1,98 at thì ts1= 142,9 0C Tại p2’ = 0,212 at thì ts2= 99,2 0C Vậy ta có : *) Nồi 1 f1= 1,3 *) Nồi 2 f2 = 1 c) Tổn thất nhiệt độ D’ trong mỗi nồi Thay số vào công thức (7) ta có : *) Nồi 1 D 1’ = 1,3. 3 = 3,9 0C *) Nồi 2 D 2’ = 1. 7 = 7 0C *) Cho cả hệ thống =D1’+ D 2’ = 3,9 + 7 = 10,9 0C 3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực đưòng ống Ở trên ta đã giả thiết D ”’ trong mỗi nồi bằng nhau và bằng 1,2 do đó cả hệ thống thì : ’’’ = 1,2 + 1,2 = 2,4 oC 4. Tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống là = + + ’’’ = 10,9 + 12 + 2,4 = 25,3 oC VIII. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống 1. Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi Nhiệt độ sôi của dung dịch trong mỗi nồi [3-283] tsi = t’i + D i’ + Di” , oC (8) Thay số vào (8) ta có : *) Nồi 1 ts1 = 119,2 + 3,9 + 1,2 = 124,3 oC *) Nồi 2 ts2 = 60,9 + 7 + 10,8 = 78,7 oC b)Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi [3-282] D Ti = Ti – tsi , 0C (9) Thay số vào (9) ta có : *) Nồi 1 D T1 = 158,1 – 124,3 = 33,8 oC *) Nồi 2 D T2 = 118 – 78,7 = 39,3 oC 2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho cả hệ thống Dtht = 33,8 + 39,3 = 73,1 oC 3. Bảng tổng hợp số liệu 2 Nồi D’ 0C D” 0C D”’ 0C DT 0C ts 0C 1 3,9 1,2 1,2 33,8 124,3 2 7 10,8 1,2 39,3 78,7 IX. Tính nhiệt lượng hơi đốt D [kg/h], hơi thứ Wi [kg/h] 1. Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng 1 2 Di1 Qm1 Qm2 DCncq1 W1Cncq2 (Gđ –W1) C1ts1 W1i1’ W1t1i2 W2i2’ (Gđ –W1-W2) C2ts2 Hình 3.1 :Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống. Gđ C0ts0 2. Phương trình cân bằng nhiệt lượng Nồi 1: Di1+Gđ C0tso = W1i1’ + (Gđ –W1) C1ts1 +DCncq1 +Qm1 (*) Nồi 2: W1i2 +(Gđ –W1) C1ts1 = W2i2’ +(Gđ –W1-W2) C2ts2+W1Cncq2+Qm2 W1 + W2 = W Trong đó: *) Chọn : Qm1 =0,05W1i1’ Qm2 =0,05W2i2’ *) D:Lượng hơi đốt ở nồi 1, kg/h *) Gđ : Lượng dung dịch đầu bằng 16000 kg/h *) C0,C1,C2: Nhiệt dung riêng của dung dịch vào nồi 1 nồi 2 và ra khỏi nồi 2 Tra bảng (I-163) , [1-207] ta có : Với x = 10% và t = 158,1oC thì C0 = 3986 J/kg.độ Với x = 14,29% và t = 124,3 oC thì C1 = 3852,3 J/kg.độ Với x = 25% và t = 78,7 oC thì C2 = 3567 J/kg.độ *) i1, i2: Nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1 và nồi 2 , J/kg Theo bảng số liệu 1 thì : i1 = 2768.103 J/kg i2 = 2709,5.103 J/kg *) i1’, i2’ : Nhiệt dung riêng của hơi thứ nồi 1 và nồi 2 , J/kg Theo bảng số liệu 1 thì i’1 = 2710,2.103 J/kg i’2 = 2610,14.103 J/kg *) q1, q2 : Nhiệt độ nước ngưng nồi 1 và nồi 2 lấy bằng nhiệt độ hơi đốt q1 = 158,1 oC q2 = 118 oC *) Cnc1, Cnc2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1 và nồi 2 , J/kg.độ Tra bảng (I-148) , [1-195] ta có : q1 = 158,1 oC thì Cnc1 = 4320,8 J/kg.độ q2 = 118 oC thì Cnc2 = 4244 J/kg.độ *) ts0, ts1,ts2 : Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, ra nồi 1 và ra nồi 2 ts0 tra bảng (I-202) trong [1- 279] ta có ts0 = 101,78 0C Thay số liệu vào hệ phương trình (*), giải ra ta được : W1 = 4690 kg/h W2 = 4910 kg/h D = 5765 kg/h 3. Xác định lại tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa các nồi Sai số so với giả thiết ban đầu e1 = .100% = 2,3% e2 = .100% = 2,3% Vì sai số nhỏ hơn 5% nên giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi ban đầu là có thể chấp nhận được b) Tỉ lệ phân phối hơi thứ trong các nồi : W1/W2 = 4690/4910 = 1/1,05 4. Bảng tổng hợp số liệu 3: Nồi C J/kg.độ Cnc J/kg.độ q 0C W, kg/h Sai số e % Giả thiết Tính 1 3852,3 4320,8 158,1 4800 4690 2,3 2 3567 4244 118 4800 4910 2,3 X. Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi 1. Hệ số hiệu chỉnh ở các nồi. [3-324] y = (10) Tra bảng (I – 57), [1-52] ta có : rdd= 1.0475.103 kg/m3 rdd= 1.1573.103 kg/m3 Tra bảng (I – 5) , Khối lượng riêng và thể tích riêng của nước ta có: ts1 = 124,3 —> rnc1 = 939,9 kg/m3 ts2 = 78,7 —> rnc2= 974,9 kg/m3 Tra bảng (I – 148) , [1-49] ta có: Cnc1 = 4251,7 J/kg độ Cnc2 = 4199,7 J/kg độ Theo bảng kết quả 3: Cdd1 = 3852,3 J/kg độ Cdd2 = 3567 J/kg độ Tra bảng hệ số dẫn nhiệt của nước và hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất [1-155] lnc1 = 68,6.10-2 W/m độ lnc2 = 67,28.10-2 W/m độ Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được tính theo công thức [1-143] l = A.Cp.r W/m độ (11) Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng Cp1 = 3852,3 J/kg độ Cp2 = 3567 J/kg độ r: Khối lượng riêng chất lỏng (dung dịch NaCl từng nồi) rdd= 1.0475.103 kg/m3 rdd= 1.1573.103 kg/m3 A: Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng A = 3,58.10-8 M: Khối lượng mol từng nồi. *) Nồi 1 NNaCl = = 0,0487 M1 = NNaCl. MNaCl + N. M = 0.0487. 58,5 + 0,9513.18 = 19,37 *) Nồi 2 NNaCl = = 0,093 M2 = NNaCl. MNaCl + N. M = 0.093. 58,5 + 0,907.18 = 21,77 Thay vào công thức (11) l1 = 3,58.10-8. 3852,3.1,0475.103. = 0,658 W/m độ l2 = 3,58.10-8.3567.1,1573.103. = 0,637 W/m độ Tra bảng (I-104), [1-106] Độ nhớt của nước cao hơn 100 oC. mnc1 = 0,2234.10-3 Cp mnc2 = 0,37.10-3 Cp Độ nhớt của dung dịch tại nhiệt độ sôi : mdd1 = 0,45.10-3 Cp mdd2 = 1,86.10-3 Cp Bảng tổng hợp số liệu 4 Nồi rdd.10-3 Kg/m3 rnc.10-3 Kg/m3 M ldd W/mđộ lnc W/mđộ mdd.103 N.s/m2 mnc103 N.s/m2 1 1,0475 0,9399 19,37 0,658 0,686 0,45 0,2234 2 1,1573 0,9749 21,77 0,637 0,6728 1,86 0,37 Thay vào công thức (10) y1 = y1 = 0,758 y2 = y2 = 0,741 2. Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt [2-3] å r = r1 + r2 + (12) r1, r2 : Nhiệt trở cặn bẩn 2 bên thành ống Tra bảng (V-1), [2-4] r1= 0,193.10-3 m2 độ/W (cặn NaCl) r2= 0,31.10-3 m2.độ/W Ống dẫn nhiệt làm bằng làm bằng thép CT3 có chiều dày 2 mm nên l = 46,5 (W/m độ) Vậy å r = (0,193 + 0,31 +).10-3 = 0,5033.10-3(m2 độ/ W) 3. Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình ở nồi 1 T2 DT2 DT1 T1 tT1 Dt0 tT2 Giả thiết rằng chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt ở nồi1là Dt11= 6,25oC và Dt12 = 7,15oC a) Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi được tính theo công thức : [2-28] a1i = 2,04. Ai. W/m2 độ (13) *) H là chiều cao ống truyền nhiệt, H = 5 m *) r là ẩn nhiệt ngưng tra theo nhiệt độ hơi đốt r1 = 2095.103 J/kg r2 = 2212,5.103 J/kg *) Nhiệt độ màng nước ngưng [2- 29] tmi = Ti = , oC (13) do đó: tm1 = 158,1 - = 155 o C tm2 = 118 - = 114,4 o C *) Hệ số A tra theo nhiệt độ màng nước ngưng Tra bảng [2-28] —> A1=196,3 A2=185,2 *) Nồi 1: a11= 2,04. 196,3.= 6444 W/ m2. độ b) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ. [3-234] q1i = a1i.Dt1i , W/m2 (14) thay số : q11 = a11.Dt11 = 6444.6,25 = 40275 W/m2 c) Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi [3-234] a2i = 45,3..Dt2i2,33.Yi , W/m2.độ (15) *) Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch [3-210] Dt2i = DTi - Dt1i - DtTi = DTi - Dt1i - q1i. år , oC (16) Thay số vào (16) ta có: Dt21= 33,8 – 6,25 – 40275.0,5033.10-3 = 7,55 oC *) p: áp suất làm việc bằng áp suất hơi thứ. *) Thay số vào công thức (15) ta có: a21 = 45,3.. 7,552,33. 0,758 = 5257,3 W/m2. độ d) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch q21=a21.Dt21 , W/m2 Thay số: q21= 5257,3. 7,55 = 39692 W/m2 e) So sánh q11 và q21 ta thấy : = .100% = 1,46% < 5% nên chấp nhận được 4. Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình của nồi 2 a) Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi Theo công thức (13) ta có: a12 = 2,04. 185,2.= 5959 W/ m2. độ b) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ Theo công thức (14) ta có : q12 = a12.Dt12 = 5959.7,15 = 42607 W/m2 c) Hệ số cấp nhiệt a22 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi. Theo công thức (16) ta có: Dt22 = 39,3 – 7,15 – 42607.0,5033.10-3 = 10,95 oC Theo công thức (15) ta có: a22 = 45,3.. 10,952,33. 0,741 = 3990,7 W/m2. độ d) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch Theo công thức (14) q22 = 3990,7.10,95 = 43698 W/m2 e) So sánh q12 và q22 = .100% = 2,5% < 5% nên chấp nhận được 4) Bảng tổng hợp số liệu 5 Nồi Dt1i oC tm oC A a1 W/m2độ q1 W/m2 1 6,25 155 196,3 6444 40275 2 7,15 114,4 185,2 5959 42607 5) Bảng tổng hợp số liệu 6 Nồi Dt2 oC Y a2 W/m2độ q2 W/m2 1 7,55 0,758 5257,3 39692 2 10,95 0,741 3990,7 43689 XI. Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi. 1. Hệ số truyền nhiệt Ki Theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau. [2-4] Ki= qtbi/DTi W/m2 độ (17) a) Nhiệt tải riêng trung bình *) Nồi 1 qtb1 = = 39983,5 W/m2 *) Nồi 2 qtb2 = = 43148 W/m2 b) Hệ số truyền nhiệt Thay số vào công thức (17) ta có: K1= = 1183 W/m2.độ K2= = 1098 W/m2.độ 2. Lượng nhiệt tiêu tốn. Nồi1: Q1 = = = 2729319,4 W Nồi2: Q2 = = = 3017604,2 W XII. Nhiệt độ hữu ích từng nồi 1. Lập tỉ số: Li = Nồi 1: L1 = = = 2307 Nồi 2: L2 = = = 2748,3 2. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi Theo công thức trong [3-331] ta có: DTi= (18) Thay số vào công thức (18) ta có: *) Nồi 1 DT = (33,8+39,3). = 33,4 *) Nồi 2 DT= (33,8+39,3). = 39,7 XIII. So sánh DTi* và DTi 1. Nồi 1 Sai số: T1== 1,2% 2. Nồi 2 Sai số : T2== 1% Do sai số nhỏ hơn 5% nên ta chấp nhận giả thiết phân bố áp suất ban đầu 3. Bảng số liệu 7. Nồi 1 Ki W/m2độ Qi W/m2 DTi oC DT*i oC Sai số % 1 1183 2729319,4 33,8 33,4 1,2 2 1098 3017604,2 39,3 39,7 1 XIV. Tính bề mặt truyền nhiệt F Theo phương pháp bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau. [3-89] Fi= , m2 (19) Thay số vào công thức (19) ta có F1 = = = 69 m2 F2 = = = 69 m2 Vậy F1 = F2 PHẦN 4. TÍNH THIẾT BỊ PHỤ (Thiết bị ngưng tụ Baromet) * * * I.Hệ thống thiết bị Chọn thiết bị ngưng tụ Barômet (thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao) Chú thích: Thân Thiết bị thu hồi bọt Ống baromet Tấm ngăn hình bán nguyệt Ống dẫn khí không ngưng Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet) II. Tính toán Các số liệu cần biết : Hơi thứ ở nồi cuối trong hệ thống cô đặc W = W2 = 4910 kg/h Áp suất ở thiết bị ngưng tụ Png = 0,2 at Các thông số vật lí của hơi thứ ra khỏi hệ thống p’2 = 0,212 at t2’ = 60,9 oC x2 = 25% i2’ = 2610,14.103 J/kg r2’ = 2354,56.103 J/kg r2’ = 0,131 kg/m3 1. Tính lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ [2-84] Gn = kg/h (20) Nhiệt lượng riêng của hơi ngưng i = 2609.103 kg/h Nhiệt độ đầu, nhiệt độ cuối của nước lạnh Chọn td = 25 oC và tc = 50oC Nhiệt dung riêng trung bình của nước, chọn ở 35oC Cn = 4,1809.103 J/kg.độ Theo công thức (20) thì : Gn = = 112739 kg/h 2. Đường kính trong của thiết bị [2-78] D = m (21) Tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ. Do là hơi bão hoà nên wh = 35 m/s b. Khối lượng riêng của hơi rh = 0,129 kg/m3 Thay vào (21) ta có D = = 0,62 m = 620 mm Chọn theo quy chuẩn D = 800 mm 3. Kích thước tấm ngăn Tấm ngăn có dạng hình viên phân Chiều rộng tấm ngăn [2-79] b = Dtr/2 +50 = 800/2 +50 = 450 mm Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ. Đường kính lỗ trên tấm ngăn dlỗ = 5 mm c. Chiều dày tấm ngăn chọn d = 4 mm d. Tổng diện tích bề mặt các lỗ trong toàn mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ [2-79] f = m2 (22) *) Khi chiều cao gờ tấm ngăn bằng 40mm thì tốc độ tia nước wc = 0,62 m/s *) Thay số vào (22) ta được : f = 0,05 m2 Bước lỗ t Lỗ xếp theo hình lục giác đều t = mm (23) Chọn f/ftb =1 (đối với nước làm lạnh bẩn) Thay vào (23) ta có : t = 6,37 mm 4. Chiều cao thiết bị ngưng tụ Xác định mức độ đun nóng nước [ 2- 80 ] b = tbh ứng với png ® tbh = 59,7 oC Vậy b = = 0,72 oC Quy chuẩn b = 0,774 Từ mức độ đun nóng nước vừa quy chuẩn ta tra số bậc, số ngăn và khoảng cách giữa các ngăn. Bảng số liệu Số bậc Số ngăn Khoảng cách giữa các ngăn mm Thời gian rơi qua một bậc s Mức độ đun nóng Đường kính của tia nước mm 4 8 400 0,41 0,774 2 Chiều cao thực tế của thiết bị ngưng tụ H = 8.400 = 3200 mm Trong thực tế, khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó sẽ giảm dần, do đó khoảng cách hợp lý giữa các ngăn cũng nên giảm dần từ dưới lên, khoảng 50mm cho mỗi ngăn. Khi đó chiều cao thực tế của thiết bị ngưng tụ là H’. Khoảng cách trung bình giữa các ngăn là 400mm. Ta chọn khoảng cách giữa 2 ngăn cuối cuối cùng là 450 mm, do đó : H’= 450+400+350+300+250+200+150+100 = 2200 mm 5. Kích thước ống Baromet a. Đường kính trong của ống Baromet Theo công thức [2-80], ta có : d = m (24) : Tốc độ hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống Baromet, chọn = 0,5 m/s Thay số vào công thức (24) ta có : d = = 0,29 m b. Xác định chiều cao ống Baromet Theo công thức [2-81] ta có : H = h1+h2+0,5 m (25) Trong đó : h1: là chiều cao cột nước trong ống Baromet, được tính h1 = 10,33. m (26) pck: là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ pck = 760 - 735,6.png = 760-735,6.0,2 = 612,88 mmHg Thay số vào công thức (26) ta có h1 = 8,33 m h2 : là chiều cao cột nước trong ống Baromet để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống h2 = (2,5+) , m (27) : là hệ số ma sát khi nước chảy trong ống, theo Braziut = (28) Với Re= (29) Ta có : = 0,5 m/s d = 0,29 m : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình,= 1000 kg/m3 : Độ nhớt của nước ở nhệt độ nhiệt độ trung bình = 0,6947.10-3 N.s/m2 Thay số vào công thức (29) Re= = 208,7.103 Do đó: = = 0,0148 Vậy ta có : h2 = (2,5+) Theo (25) ta có : H = 8,33 + (2,5 + 0.0148) + 0,5 m Hay H = 8,87 m Chọn theo quy chuẩn H = 10,5 m h1 = 8,33 m ; h2 = 2,17 m Trong đó 0,5m là chiều cao dự trữ để ngăn ngừa nước dâng lên trong ống và chảy tràn vào đường ống dẫn hơi khi áp suất khí quyển tăng 6. Lượng hơi và khí không ngưng Lượng không khí cần hút [2-77] Gkk = 0,000025(W2+Gn)+ 0,01.W2 kg/h (30) = 0,000025.(4910+112739) +0,01.4910 Gkk = 52,04 kg/h Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ [2-77] Vkk= m3/s (31) Nhiệt độ không khí : tkk = td + 4 + 0,1.(tc-td) 0C (32) = 25 + 4 + 0,1.(50-25) = 31,5 0C ph là áp suất riêng phần của hơi trong hỗn hợp Tra ph theo tkk ở bảng (I-250), ta có : ph = 0,0472 at Thay số vào công thức (31) ta có : Vkk = = 0,085 m3/s 7. Tính toán bơm chân không Theo công thức [1-465] thì công suất của bơm được tính : Nb= kW (33) m : Chỉ số đa biến. Thường chọn m = 1,25 pk = png - ph = 1,403.104 N/m2 p1 = png = 1,962.104 N/m2 p2 là áp suất khí quyển bằng 9,81.104 N/m2 : Hiệu suất bơm, lấy bằng 0,65 Thay số vào công thức (33) ta ncó : Nb = = 3,48 kW Chọn bơm theo qui chuẩn.Chọn bơm chân không vòng nước PMK Nhãn Năng suất,m3/phút ở độ chân không tính theo% so với áp suất khí quyển Số vòng quay Công suất yêu cầu trên trục bơm KW Công suất động cơ điện kW Lưu lượng nước m3/h Kích thước Khối lượng dài rộng cao 0 40 60 80 90 PMK2 4,2 2,4 1,55 0,6 0,1 1450 6,84 10 0,02 705 416 390 109 PHẦN 5. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ * * * A.Buồng đốt I. Xác định số ống trong buồng đốt n = ống (34) Trong đó : F : Tổng diện tích bề mặt đốt F = 69 m2 d : Đường kính của ống truyền nhiệt , m Vì 1>2 nên d = dtr = (38 - 2.2).10-3 = 34.10-3 m l : chiều dài ống tham gia vào quá trình truyền nhiệt l = 5 m Thay số vào công thức (34) ta có : n = = 129 ống Qui chuẩn n = 187 ống .Theo bảng (V-11) trong [2-48] ta có bảng số liệu sau: Số hình 6 cạnh Sắp xếp ống theo hình 6 cạnh Số ống trên đường xuyên tâm 6 cạnh Tổng số ống không kề cac ống trong cac hình viên phân Số ống trong các hình viên phân Tổng ống trong tất cả các hình viên phân Tổng ống thiết bị Dãy 1 Dãy2 Dãy 3 7 15 169 3 - - 18 187 II. Xác định đường kính trong buồng đốt Đối với thiết bị phòng đốt ngoài [2 – 45 ] Dtr = t(b-1) + 4.d m (35) b : số ống trên đường chéo của hình 6 cạnh, b = 15 ống d : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn = 38.10-3 m t : Bước ống t = 1,5d = 0,057 m Thay số vào công thức (35) Ta có : Dtr = 0,06(15-1) + 4.0,038 = 0,992 m Qui chuẩn ta có : Dtr = 1m = 1000 mm III. Chiều dày phòng đốt Đối với thiết bị vỏ mỏng [2 –350] S = +C , m (36) 1. Kiểu buồng đốt Thiết bị làm việc ở điều kiện áp suất thấp. Chọn nhiệt độ thành thiết bị theo nhiẹt độ môi trường đối với thiết bị đốt nóng có cách nhiệt bên ngoài. Thân hình trụ hàn, làm việc chịu áp suất trong, kiếu hàm giáp mối hai bên, hàn tay bằng hồ quang điện.Vật liệu chế tạo thép CT3 (thép các bon 0,03 %) 2. Tính chất cơ học của vật liệu Bảng XII-4 trong [2-309] Giới hạn bền chảy c = 240.106 N/m2 Giới hạn bền kéo k = 380.106 N/m2 *. Ứng suất cho phép của thép CT3 Theo công thức trong [2-356] Ta có: Giới hạn kéo : [k] = . N/m2 (37) Giới hạn chảy: [k] = . N/m2 (38) Trong đó: nk, nc : là hệ số an toàn theo giới hạn kéo và giới hạn chảy của thépCT3. Tra bảng (XII-3) trong [2-356] ta có : nk = 2,6 ; nc = 1,5 : là hệ số điều chỉnh. Tra bảng (XIII-2) trong [2-356] ta có =1 (ta chọn nhóm thiết bị 2 trong điều kiện sản xuất các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng hay được cánh ly với nguồn trực tiếp) Thay số vào công thức (37) & (38) ta có : [k] =.1,0 = 146.106 N/m2 [] =.1,0 = 160.106 N/m2 Ứng suất cho phép của vật liệu là: b = min{[],[]} = 146.106 N/m2 3. Các số liệu Dtr : đường kính trong của buồng đốt , Dt r= 1 m pb : là áp suất làm việc trong môi trường khí pb = p1 = 6 at = 6.9,81.104 N/m2 = 58,86.104 N/m2 : hệ số bền hàn của thành trụ theo phương dọc. Nếu hàn bằng tay với Dtr>700 mm, thép cacbon CT3 thì = 0,95 C : hệ số bổ sung ăn mòn C1, bào mòn C2, dung sai âm về chiều dày C3 (để chống ăn mòn và để gia công) , mm C = C1+C2+C3 Thường chọn C = 3 mm Xét . = .0,95 = 235,6 > 50 nên ta có thể bỏ qua pb trong công thức tính S 4. Chiều dày phòng đốt Thay số vào (36) ta được : S = 5,1.103 m = 5,1 mm Qui chuẩn S = 6 mm 5. Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử. Theo bảng (XIII – 5) . Định mức áp suất thuỷ lực khi thử thiết bị làm việc ở áp suất p p0 = 1,5 pb = 1,5.58,86.104 = 88,29.104 N/m2 Theo công thức trong [2-365] ta có : =< (39) Vậy ta chọn chiều dày phòng đốt S = 6 mm là phù hợp IV. Tính chiều dày lưới đỡ ống Chiều dày lưới đỡ ống phải thoả mãn những điều kiện sau : .Giữ chặt ống sau khi nung, bền. .Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan khi nung cũng như sau khi nung ống .Bền dưới tác dụng của cac loại ứng suất .Chịu ăn mòn 1. Để đáp ứng yêu cầu 1 Chiều dày S’ tối thiểu của mạng ống là: S’ = Chọn S’ = 10 mm 2.Để đáp ứng yêu cầu 4 S = S’+ C = 10 + 3 = 13 mm 3. Để đáp ứng yêu cầu 2 Cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống là : f = S. (t-dn) ³ fmin = 4,4.dn +12 do: f = 13(60 – 38) = 286 mm2 fmin = 4,4. 38 + 12 = 179,2 mm2 Vậy f > fmin 4. Để đáp ứng yêu cầu 3 Ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giới hạn bền uốn Điều kiện : 300 A B D E C t su’ = £ 1,4.sb = su (40) Nhìn vào hình ta có AB = t.cos(300) = 60.cos(300) = 51,96 mm AD = t +Ed = t(1 + sin(300)) = 90 mm l = = = 70,98 mm pb : áp suất làm việc, pb = 6 at dn : đường kính ngoài ống truyền nhiệt bằng 38 mm Vậy thay số vào công thức (40) ta có : su’ = = 7,8.106 N/m2 su = 1,4.sb = 1,4.146.106 = 204,4.106 N/m2 Vậy s’u < su thảo mãn điều kiện nên ta chọn chiều dày mạng ống là 13 mm V. Chiều dày đáy lồi phòng đốt Chọn đáy elip có gờ, làm bằng vật liệu thép CT3. Chiều dày đáy lồi phòng đốt được tính theo công thức trong [2-372] S=.+C,m (41) Điều kiện k/0,6 £ Dtr/2hb £ 2,5 Trong đó : *) hb : chiều cao phần lồi của đáy hb³ = 200 mm . Chọn hb = 250 mm *) k là hằng số bền của đáy được tính theo công thức trong [2-372] k = 1- Đáy có một của cho dung dịch ra hình tròn có đường kính d Theo công thức [2-69] d = , m (42) V là lưu lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 (m3/h) V = w: Vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống. Với dung dịch ít nhớt (NaCl) thì chọn w = 2 (m/s) Thay số vào công thức (42) ta có : d = = 0,044 m Qui chuẩn d = 100 mm *) Vậy k = 1- = 0,9 *) C: Là hệ số bổ sung C = 3 mm *) Hệ số hình học = = 2 *) P : Áp suất hơi ra khỏi phòng đốt. P = 1,98 at = 19,4.104 N/m2 *) Ta có : k/0,6 = 0,9/0,6 = 1,5 Vậy k/0,6 £ Dtr/2hb £2,5 *) Xét [ sk].k.jh/p = 146.1060,9.0,95 /19,4.104 = 643,5 > 30 Vậy biểu thức (41) trở thành S = S = 8,2.10-4 + C, m Vì S-C <10 mm nên thêm 2 mm cho đại lượng bổ sung C C = 3+2 = 5 mm. Do đó S = 8,2.10-4 + 5.10-3 = 5,82.10-3 m Qui chuẩn S = 6.10-3 m = 6 mm *) Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử lực.Theo công thức trong [2-386] ta có : s = (43). Thay số ta có: s = 179,2.106 (N/m2) < 200.103 Vậy chiều dày đáy lồi phòng đốt là S = 6 mm VI.Tra bích để lắp đáy và thân, số bulông cần thiết để lắp ghép bích đáy Theo bảng (XIII-27) trong [2-417] Pb.10-6 N/m2 Dtr mm Kích thước nối Kiểu bích D mm Db mm D1 mm D0 mm Bulông 1 db mm Z cái H mm 0,6 1000 1140 1090 1060 1013 M20 28 30 B. Buồng bốc hơi I.Thể tích buồng bốc hơi Theo công thức [2-66] ta có V = (m3) (44) Trong đó : W: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, W = 4690 kg/h rh : Khối lượng riêng của hơi thứ rh = 0,8656 kg/m3 Utt:Cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi Utt = f.Utt(1 at) Chọn Utt ở 1 at = 1700(m3/m3.h). f : Hệ số hiệu chỉng xác định theo đồ thị . Tra đồ thị [VI-3] trong [2-72] ta có f = 0,9 Vậy Utt = 1700.0,9 = 1530 m3/m3.h Thay vào công thức (44) ta có V = = 3,54 m3 Thực tế để giảm sự giao động, áp suất làm việc trong thiết bị cần khống chế hợp lý sao cho trong buồng bốc và trong buồng đốt có thể tích chất lỏng là nhỏ nhất. II.Tính chiều cao phòng bay hơi. Theo công thức [2-67] H = , m (45) Dtrbb: Đường kính trong buồng bốc. Chọn theo đường kính trong của buồng đốt. Chọn Dtrbb = 1,2 m Thay số vào công thức (45) ta có : H = = 3,13 m III.Chiều dày phòng bốc *) Thiết bị làm việc ở áp suất thấp. *) Chọn nhiệt độ thành thiết bị theo nhiệt độ môi trường đối với thiết bị đốt nóng có cách nhiệt bên ngoài.Thân hình trụ hàn,hàn giáp mối 2 bên,hàn tay bằng hồ quang điện Vật liẹu chế tạo CT3. *) Đối với buồng bốc ở áp suất 1-2 at ta thiết kế vỏ mỏng.Chiều dày thiết bị được xác định theo công thức (38). Ở đây pb = 19,4.104 N/m2 *) Xét tỷ số = > 50 nên: S = = 3,84.10-3 mm *) Qui chuẩn S = 4 mm *) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử : Pt = 1,5pb = 1,5.19,4.104 = 29,1.104 N/m2 Theo công thức (41) ta có st = N/m2 . Phù hợp. Vậy S = 4 mm IV. Chiều dày nắp buồng bốc Chọn nắp elip có gờ, vật liệu chế tạo thép CT3. Theo công thức (41) chiều dày nắp buồng bốc được xác định. S = . + C *) Điều kiện : k/0,6 £ Dtr/2hb £ 2,5 Trong đó : *) hb: Chiều cao phần lồi của đáy, hb³ Dtrbb /2.2,5 = 0,24 m. Chọn hb = 0,3 m *) k = 1-d/Dtrbb d : Được xác định theo công thức (24) Trong đó : V : là lưu lượng hơi ra khỏi nồi, m3/h , V = W/rh. rh : là khối lượng riêng hơi nồi 1, rh = 0,8656 kg/m3 W : là lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1, kg/h w : Vận tốc thích hợp của hơi trong thiết bị. Đối với hơi bão hoà khô chọn w = 35 m/s V = 4690/0,8656 = 5418,2 m3/h Vậy d= = 0,253 m Qui chuẩn d = 300 mm Vậy k = 1- 300/1200 = 0,75 *) C : là hệ số bổ sung C = 0,3 mm *) Hệ số hình học Dtrbb/2hb = 1,2/2.0,3 = 2 *) p : Áp suất hơi ở phòng bốc chính là áp suất hơi thứ p = 19,4.106 N/m2 *) Kiểm tra điều kiện k/0,6 £ Dtrbb/2hb£ 2,5 thoả mãn điều kiện. *) Xét = = 536 > 30 nên ta có thể bỏ qua đại lượng p trong công thức tính S. Vậy S = . + C = + C S = 1,17 + C mm Vì S –C <10 mm nên thêm 2 mm cho đại lượng bổ sung C C = 3 + 2 = 5 mm Do đó S = 1,17 + 5 = 6,17 mm Qui chuẩn S = 8 mm *) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử thuỷ lực theo công thức (45) pt = 1,5.p = 29,1.104 N/m2 s = Thay số ta có: s = hay 129.106 N/m2 < 200.106 N/m2 thoả mãn điều kiện. Vậy chiều dầy nắp buồng bốc là S = 8 mm IV.Tra bích để lắp đáy, nắp và thân buồng bốc Theo bảng [XIII-27] trong [2-417] ta có bảng sau Pb.10-6 N/m2 Dtrbb mm Kích thước nối Kiểu bích D mm Db mm D1 mm D0 mm Bulông 1 db mm Z cái H mm 0,3 1200 1340 1290 1260 1213 M20 32 25 C. Một số chi tiết khác I. Đường kính các ống nối dẫn hơi và dung dịch vào và ra thiết bị. 1. Ống d ẫn hơi đốt vào Theo công thức [2 – 69 ] dtr = m Đối với đường ống dẫn hơi đốt vào thì