Đồ án Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất 11000 kg/h

Mục lục

1. Giới thiệu chung 4

 Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH 4

 Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh 5

2. Tính toán thiết bị chính 8

*Cân bằng vật liệu 8

 tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống 8

 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi 8

 Nồng độ cuối của dung dịch 8

*Tính nhiệt độ, áp suất 9

 Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р) 9

 Nhiệt độ, áp suất hơi đốt 9

 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ : 10

 hệ số truyền nhiệt 16

3.Tính toán thiết bị phụ 23

 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : 23

*) Nhiệt lượng trao đổi : ( Q) 23

*) Hiệu số nhiệt độ hữu ích : 23

*) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể : 24

*) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ : 24

*) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy : 24

*) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch : 27

*) Bề mặt truyền nhiệt : 27

*) Số ống truyền nhiệt : 27

*) Đường kính trong của thiết bị đun nóng 28

 Chiều cao thùng cao vị : 30

*)Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến cô đặc : 30

*)Trở lực dẫn từ thùng cao vị đén thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : 31

*)Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : 33

 Tính thiết bị ngưng tụ 35

 Tính bơm : 43

1 - Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra : 43

2 - Năng suất yêu cầu trên trục bơm : 45

3- công suất động cơ điện : 46

4. Tính toán cơ khí và lựa chọn 47

 Tính buồng đốt : 47

 Tính buồng bốc 52

 mặt bích 55

 đường kính ống dẫn 56

 Tính tai treo và chọn tai treo : 58

 Tính thiết bị phụ khác : 62

1-Đoạn côn nối buồng đốt và buồng bốc : 62

2-Kính quan sát : 62

3-Tính bề dày lớp cách nhiệt 62

5.Tổng kết 65

6.Tài liệu tham khảo: 66

 

 

doc66 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 8528 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất 11000 kg/h, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n bố áp suất hơi thứ ban đầu chấp nhận được (*) lấy nhiệt độ của nước ngưng bằng nhiệt độ của hơi đốt hệ số truyền nhiệt Nhiệt độ sôi của dung dịch ở từng nồi tính theo công thức : Nồi 1: = - =143 - 26,1704 = 116,8296C Nồi 2: = - = 109 - 24,261 = 84,739C Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch Hơi nước sau khi ngưng tụ sẽ bám lên thành ống truyền nhiệt tạo thành lớp màng mỏng , với những thiết bị thường gặp như loại phòng đốt trong tuần hoàn ngoài , phòng đốt trong tuần hoàn trung tâm , phòng đốt treo đều là trường hợp hơi đốt đi bên ngoài ống truyền nhiệt ( hơi đốt là hơi bão hòa không chứa khí trơ) , màng nước ngưng chảy thành dòng thì hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt được tính theo công thức : (V.101 - Tr.28 - Stttt2 ) ( V.101 - Tr28 - Stttt2 ) Trong đó là hệ cấp nhiệt từ hơi đốt chênh lệch nhiệt độ nước ngưng và mặt ngoài ống A: hệ số phụ thuộc màng nước ngưng ri : ẩn nhiệt ngưng tụ ( lấy bằng ẩn nhiệt hóa hơi ) =chiều cao ống truyền nhiệt , h = 2 m Nồi 1 : Giả thiết Từ bảng ( Tr.29-Stttt2 ) suy ra A1= 194,2625 Thiết bị sau một thời gian sử dụng sẽ có cặn bẩn bám ở phía trong và phía ngoài ống truyền nhiệt gây tổn thất nhiệt . Giá trị này được tra ở bảng (V.1- Tr.4 - Stttt2 ) (bề dày các chất này là 0.0005m) Hơi nước có Cặn bẩn có rcặn Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là thép X18H10T dày 0.002m, từ bảng (XII.7- Tr.362 - Stttt2 ) có (W/m.độ) và khối lượng riêng (kg/m3) Khi đó có trở lực là : (m2.độ/W) Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là : Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 1 là : ( P : áp suất làm việc (áp suất hơi thứ) at : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi : Hệ số hiệu chỉnh , tính theo công thức (VI.27 - Tr.71 - Stttt2 ) là các hằng số vật lý của nước theo nhiệt độ sôi dung dịch là các hằng số vật lý của dung dịch Tổng hợp ta có bảng sau : T=116,8296oC (w/m.độ) (kg/m3) (N.s/m2) (J/kg.độ) Nước 0,6778 945,6046 4244,61 Dung dịch 0,56176 1116,6844 3657,24122 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KOH tính theo công thức ( I.32 - Tr.123 - Stttt1) (1 ) (w/m.độ) hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết M : khối lượng phân tử mol của dung dịch phần trăm theo mol ( phần mol ) (1) (g/mol) Vậy giá trị có thể chấp nhận . Nồi 2. Giả thiết Từ bảng ( Tr.29 - Sttt2 ) suy ra A2 = 182,578175 (m2.độ/W) theo trên Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là : Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 2 là : hệ số hiệu chỉnh, tính theo công thức ( VI.27 - Tr.71 - Stttt2 ) T=84,739oC (w/m.độ) (kg/m3) (N.s/m2) (J/kg.độ) Nước 0,68536 968,767 4202,5824 Dung dịch 0,57158 1291 3211,075 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KOH tính theo công thức ( I..32 –Tr.123 - Stttt1) (w/m.độ) hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết M: khối lượng phân tử mol của dung dịch Áp dụng công thức (1) (g/mol) Vậy giá trị có thể chấp nhận Hệ số truyền nhiệt giữa hai lưu thể : (w/m2.độ) hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi i nhiệt tải riêng trung bình nồi i Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống : Phân bố nhệt độ hữu ích trong từng nồi : Nồi 1 2 Tổng bề mặt truyền nhiệt các nồi tương ứng : Nồi Bề mặt truyền nhiệt bằng nhau Tổng bề mặt truyền nhiệt bé nhất 1 2 Kiểm tra: Kiểm tra: Sai số nồi 1 : Sai số nồi 2 : Nồi Bề mặt truyền nhiệt bằng nhau, m2 Tổng bề mặt truyền nhiệt bé nhất, m2 1 2 Chọn theo phương pháp bề mặt truyền nhiệt bằng nhau F=108,86 m2 (buồng đốt) Tuy nhiên, theo bảng (VI.6 - Tr.80 - Stttt2) thì Fchuẩn lấy bằng 125(m2) . 3.Tính toán thiết bị phụ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu vào là thiết bị đun nóng loại ống chùm ngược chiều dùng hơi nước bão hoà ở 4,1at , hơi nước đi bên ngoài ống từ trên xuống dưới . Hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên . Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng (25C) khi ra ở nhệt độ sôi 116,8296C *) Nhiệt lượng trao đổi : ( Q) Q = F.Cp.(tF – tf) [W] Trong đó : F: lưu lượng hỗn hợp đầu F = 11000(kg/h) : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = 116,8296 (oC) Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp Cp= 3657,24122 (J/kg ) tF: Nhiệt độ môi trường Thay số : Q= .3657,24122.(116,8296-24,1) = 1036244,353 (W) *) Hiệu số nhiệt độ hữu ích : Hiệu số nhiệt độ lớn : Chọn thđ = t1 = 143 (0C) => Δ td = 143 – 24,1 = 118,9 (0C) Hiệu số nhiệt độ bé : Δ tc = 151 – 116,8296 = 26,1704 (0 C) Do = Nên nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là : ttb = = (V.8-Stttt2) Hơi đốt : t1 tb = 143 (0C) Phía hỗn hợp : t2 tb = 143 – 61,262 = 81,738 (0C) *) Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể : Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ : Công thức tính : α1 = 2,04.A.()0,25 Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa r = 2135.103 (J/Kg). Δt1 : Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt . Giả sử: Δt1 = 3,2 (0C) H: Chiều cao ống truyền nhiệt ; H = 2(m) A: Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng Ta có : tm = 143 - = 141,4 (0 C) Tra bảng (Tr.29 – Stttt2 ) => A = 194,21 Thay số : α1= 2,04.194,21.( = 9521,5188 (W/m2.độ) *) Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ : Công thức tính : q1 = α1.Δt1 [W/m2] Thay số : q1 = 9521,5188.3,2 = 30468,86 (W/m2 ) *) Hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy : Công thức tính : Nu = 0,021.εk.Re0,8.Pr0,43.()0,25 ( V.40-tr24-Stttt2) α2 = 0,021..k.Re0,8.Pr0,43.()0,25 Trong đó : Prt: Chuẩn số Prand tính theo nhiệt độ trung bình của tường εk : Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L và đường kính d của ống . Chọn d = 38(mm) ; L = 2(m) Ta có: = = 58,8 > 5m → εk= 1 theo (V-2-Tr15-Stttt2) Tính chuẩn số Pr : Pr = Trong đó : Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở ttb = 81,6690C Cp= 3657,24122 (J/kg. độ) Tra bảng (I.107 – Tr 101 – Stttt1) ta có : µ = p: khối lượng riêng của hỗn hợp ở ttb ρ =1073 kg/m3 Theo công thức (I.32 – Tr.123 – Stttt1 ) ta có : λ1 = ε.Cp.p.3 Với ε=3,58 .10-8 (I.32- Tr.123 – Stttt1) =3,58.10-8.1073.3657,24122. = 0,53868 (W/m.độ ) Thay số : Pr = = 2,41249 Hiệu số nhiệt độ ở 2 phía thành ống : Δtt = tt- tt= q1.∑rt Trong đó : tt: Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp ∑rt : Tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt ∑rt = (m2.độ/W) Thay số : Δtt = =>tt2 = tt1 – Δtt = 143- 3,2- 20,1856=119,6144 0C Δt2 = - t2tb= 119,6144 – 81,669 = 37,9454 0C - Tính chuẩn số P: Pr= . Trong đó : Cp : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp Cp = 3657,24122(j/kg. độ) µ : Độ nhớt của hỗn hợp µ =(N.s/) λ2 : hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp ở tt2 λ2 = ε.Cp.p.3 Trong đó : p : khối lượng riêng của hỗn hợp ở tt=81,7380C , ρ= 1073 (kg/m3) λ2 = 3,58.10-8.3657,24122.1073.= 0,53868 ( W/m2.độ) Thay số : Pr= = 1,3137 Vậy hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy : α2 = 0,021..(10500)0,8. (2,41249)0,43.()0,25= 830,769 *) Nhiệt tải riêng về phía dung dịch : q2 = . = 830,769.37,8764=31466,85333 ( W/m2) - Kiểm tra sai số : <5% Sai số chấp nhận được *) Bề mặt truyền nhiệt : Công thức tính : F = Trong đó : Nhiệt lượng trao đổi Q = 1026186,939 (W) q tb:Nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dịch qtb = =30967,85667 ( W/m) Thay số : = 33,137 m2 *) Số ống truyền nhiệt : Công thức tính : n= Trong đó : F: Bề mặt truyền nhiệt , F=33,137 (m2) d : đường kính trong của ống truyền nhiệt d = 0,038 (m) H: Chiều cao ống truyền nhiệt , H = 2 (m) Thay số : = 138,787 Qui chuẩn n = 169 ống . Theo bảng ( V.11 – Tr 48 – Stttt2) ta có bảng số liệu : Số hình 6 cạnh Sắp xếp ống theo hình 6 cạnh Số ống trên đường xuyên tâm 6 cạnh Tổng số ống không kể các ống trong các hình viên phân Tổng ống trong tất cả các hình viên phân Tổng ống trong thiết bị Dãy 1 Dãy 2 Dãy 3 7 15 169 3 - - - 169 *) Đường kính trong của thiết bị đun nóng D = t.(b – 1) + 4.dn Trong đó : dn : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt , dn = d + 2.S = 0,038 (m) t : Bước ống , lấy t = 1,2 dn ; t = 1,2 .0,038 = 0,0456 b : số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh , b= 15 Thay số : D =0,0456.(15-1) + 4.0,038 = 0,7904 (m) Qui tròn : D = 800 (mm) Tính lại vận tốc và chia ngăn : - Xác định lại vận tốc thực : n=169 ống Xác định vận tốc giả thiết : Vì : Do đó cần chia ngăn để quá trình cấp nhịêt ở chế độ xoáy. Số ngăn cần thiết : (ngăn) Quy chuẩn : 5 ngăn Tính lại chuẩn số Reynols : Vậy các kích thước thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu : Bề mặt truyền nhiệt : F=33  Số ống truyền nhiệt : n=169 (ống ) Đường kính trong của thiết bị : D= 800 (mm ) Chiều cao ống truyền nhiệt : H=2 (m ) Chiều cao thùng cao vị : Áp suất toàn phần cần để khắc phục sức cản thủy lực trong hệ thống khi dòng chảy đẳng nhiệt : P = ( II.56 - Tr376 - Stttt1 ) Trong đó : : áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn Với: : khối lượng riêng của chất lỏng w : vận tốc của lưu thể. : áp suất khắc phục trở lực khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng . = Với: dtd điều kiện của ống L: chiều dài ống dẫn : hệ số ma sát. : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ: với : hệ số trở lực cục bộ : áp suất cần thiết khắc phục trở lực trong thiết bị . =0 : áp suất bổ sung ở cuối đường ống , =0 *)Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến cô đặc : Áp suất động học, công thức : có 1056 (kg/m³) Chọn đường kính ống dẫn liệu là d= 800 (mm) Vậy : = Áp suất để khắc phục trở lực ma sát : = Chọn chiều dài ống dẫn là l =3m , dtd= 0,08m . Chỉ số Reynold : Re = : độ nhớt của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ sôi ( nhiệt độ cuối khi ra nhiệt) có : = (N.s/m²) > Do đó nhiệt độ chảy của hỗn hợp đầu trong ống l38 là chế độ chảy xoáy. Chọn ống làm bằng thép X18H10T ct tra bảng (II.15 - Tr 381 - Stttt1) mm . Chọn 0,1 Có: Ta có: Regh= ( II.60- Tr378 - Sttt1) Ren= 220 ( II.62 - Tr379 - Sttt1) Do Regh<Re <Ren nên hệ số ma sát tính theo công thức sau : Vậy : Trở lực cục bộ trên đường ống : Chiều dài tương đương cho trở lực cục bộ gồm 1 van tiêu chuẩn và 3 khuỷu 90°, với d= 0,08m thì =1,1 (đồ thị pl3- bttt1) Vậy : (N/m²) *(Trở lực dẫn từ thùng cao vị đén thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : -Áp suất động học : Trong đó: : khối lượng riêng ở nhiệt độ đầu = 1073 kg/m³ Chọn d= 800mm Thay số : - Áp suất để khắc phục trở lực ma sát : = Chọn L= 5m Chỉ số Reynold : Re = : Độ nhớt của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ sôi ( nhiệt độ cuối khi ra nhiệt ) = (N.s/m²) Ta có: Regh= Ren= 220 Nhận thấy Regh<Re <Ren nên : Vậy : -Trở lực cục bộ : Công thức tính : Số van trên đường ống dẫn 1 Chọn van tiêu chuẩn tra bảng ( II.16 - Tr 399 - Stttt1 ) có =0,5 hai khuỷu tạo góc 90 độ tra bảng ( pl3 - Sbttt1 ) Vậy : *)Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : Áp suất động học: Trong đó : : là khối lượng riêng của hỗ hợp ở : 81,738°C , = 1073(kg/m³) w: vận tốc của hỗn hợp : w= = - Áp suất để khắc phục trở lực ma sát : = Chỉ số Reynold : Ta có: Regh=4691,05 Ren= 220 Nhận thấy Regh<Re <Ren nên : 0,0274 Chiều dài tương đương : Ltd = 2.5= 10 (m) Vậy - Trở lực cục bộ : Vì dung dịch trong ống chùm nên hướng dòng chảy khi vào và khi ra ống tuyền nhiệt đa dạng và có đột mở , đột thu . Tiết diện ống dẫn dung dịch ra và vào thiết bị là : Tiết diện ống hơi truyền nhiệt trong mỗi ngăn : Khi chất lỏng chảy vào thiết bị (đột mở) : Khi chất lỏng chảy từ khoảng trống vào : Tra bảng (N13.II.16 -Tr.388 - Stttt1) , Khi chất lỏng chảy từ ngăn ra khoảng trống vào đột mở : Khi chất lỏng chảy ra khỏi thiết bị (đột thu) ta có : Tra bảng (N13.II.16 –Tr388 – Stttt1) , Vậy : =0,823+5.(0,2785+0,2089)+0,4723=3,7323 3,7323.4,624=17,2582(N/m²) - Trở lực thủy tĩnh : 1073.9,81. 2= 21052,26(N/m²) Tổng tổn thất do ma sát và áp lực cục bộ là : Coi chất lỏng chảy hết thùng cao vị thì chất lỏng chảy xuống từ mặt cắt 1-1 Áp dụng pt Becnuli cho mặt cắt 1-1 và 2-2 . Chọn mặt cắt 0-0 làm chuẩn : Trong đó : Tính thiết bị ngưng tụ Chọn thiết bị ngưng tụ Baromet - thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao . Nguyên lý làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là phun nước lạnh vào trong hơi , hơi tỏa ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại . Do đó thiết bị ngưng tụ trực tiếp chỉ để ngưng tụ hơi nước hoặc hơi của các chất lỏng không có giá trị hoặc không tan trong nước vì chất lỏng sẽ trộn lẫn với nước làm nguội . Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ Baromet ngược chiều loại khô được mô tả như hình vẽ . Thiết bị gồm thân hình trụ (1) có gắn những tấm ngăn hình bán nguyệt (4) có lỗ nhỏ và ống Baromet (3) để tháo nước và chất lỏng đã ngưng tụ ra ngoài . Hơi vào thiết bị đi từ dưới lên , nước chảy từ trên xuống , chảy trần qua cạnh tấm ngăn , đồng thời một phần chui qua các lỗ của tấm ngăn . Hỗn hợp nước làm nguội cà chất lỏng đã ngưng tụ chảy xuống ống Baromet , khí không ngưng đi lên qua ống (5) sang thiết bị thu hồi bọt (2) và tập trung chảy xuống ống Baromet . Khí không ngưng được hút ra qua phía trên bằng bơm chân không . Ống Baromet thường cao H>10,5m để khi độ chân không trong thiết bị có tăng thì nước cũng không dâng lên ngập thiết bị . Loại này có ưu điểm là : nước tự chảy ra được không cần bơm nên tốn ít năng lượng , năng suất lớn . Trong công nghiệp hóa chất , thiết bị ngưng tụ Baromet chân cao ngược chiều loại khô thường được sử dụng trong hệ thống cô đặc nhiều nồi , đặt ở vị trí cuối hệ thống vì nồi cuối thường làm việc ở áp suất chân không . Sơ đồ thiết bị Baromet : Các thông số vật lý của hơi nước khi ra khỏi nồi 2 được liệt kê ở bảng dưới : W2 Kg/h P at oC J/kg J/kg 4081,413 0,210366 60,7 2609588 2356000 Áp suất ở thiết bị ngưng tụ là : 0,2(at) tương đương nhiệt độ 59,7oC W2 Kg/h P at oC J/kg Cn J/kg.độ 4081,413 0,2 59,7 2596000 2358000 - Lượng nước lạnh (Gn) cần thiết cung cấp cho thiết bị ngưng tụ tính theo công thức ( VI.51 - Tr.84 - Stttt2 ) (kg/h) Trong đó : i là nhiệt lượng riêng của hơi ngưng t2d; t2c là nhiệt độ của nước lạnh vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ chọn t2d=25oC , t2c=50oC Cn nhiệt dung riêng của nước: C Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ trực tiếp được tính theo công thức ( VI.47 - Tr.84 - Stttt2 ) Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ : Thiết bị ngưng tụ trực trực tiếp loại ướt lấy : tkk=t2d +4+0,1.( t- t) = 25 + 4 + 0,1. (50 – 25) = 31,5°C Ph=0.0475 áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa tra bảng ( I.250 - Tr.314 - Sttt1 ) Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (Dtr) tính theo công thức (VI.52 - Tr.84- Stttt2 ) Theo quy chuẩn thì lấy Dng=0,6(m) Trong đó : ρh là khối lượng riêng hơi thứ ở 59,7oC wh =35(m/s) là vận hơi trong thiết bị ngưng tụ - Kích thước tấm ngăn : Chiều rộng tấm ngăn hình viên phân tính theo công thức ( VI.53 - Tr.85 - Stttt2 ) Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ, nước làm nguội là nước không sạch nên lấy đường kính lỗ là 5(mm) Chọn chiều dày tấm ngăn Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ bề mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ tính theo công thức ( VI.54 - Tr.85 -Stttt2 ) tốc độ của tia nước , khi chiều cao gờ tấm ngăn bằng 40mm thì lấy = 0,62(m/s) Gn lưu lượng nước khối lượng riêng hơi thứ Các lỗ được xếp theo hình lục giác đều , bước ống tính theo công thức : ( VI.55 - Tr.85 – Stttt2 ) Trong đó : dlỗ=5 (mm) đường kính của lỗ chọn Mức độ đun nóng được xác định theo công thức VI.56-tr.85-T2 (lấy tbh=tng) Tra bảng VI.7-tr.86-T2 có: số bậc là 4 Số ngăn là 8 Khoảng cách trung bình giữa các ngăn là 400mm Chiều cao hữu ích của thiết bị ngưng tụ là: 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 nhất giữa các ngăn cũng giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng chừng 50mm cho mỗi ngăn. Tra bảng VI.8 có khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a=1300(mm) và khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị P=1200(mm) Đường kính trong của ống barômet tính theo công thức VI.57-tr.86-T2 Chọn d=0,3(m) - Chiều cao của ống baromet tính theo ( VI.58 - Tr.83 - Stttt2 ) H=h1+h2+0,5 h1 chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ : b(at) : độ chân không của thiết bị h2 : là chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống. ( VI.61 - Tr87 - Stttt2 ) d : là đường kính trong ống baromet hệ số trở lực ma sát khi nước chảy trong ống (công thức baziut) ; ; Tra theo bảng ( I.249 - Tr.310 - Stttt1 ) ở nhiệt độ ttb=37,5oC Khi đó : Thay vào H ta có : Chọn H=10,5(m) , h=8,33(m) . Trong đó 0,5m là chiều cao dự trữ để ngăn ngừa nước tăng lên trong ống và chảy tràn vào đường ống dẫn hơi khi áp suất khí quyển tăng . - Công suất của bơm chân không tính theo công thức : Trong đó: m=1,25 hệ số biến dạng Pk=Pck-Ph=0,2-0,0475=0,1525(at) P1=Png=0,2(at) P2=Pkk=1(at) hiệu suất Dựa vào Nb chọn bơm quy chuẩn bảng ( II.58 - Tr.513 - Stttt1 ) Chọn bơm chân không vòng nước PMK-1có thông số : Số vòng quay : 1450(vòng/phút) Công suất yêu cầu trên trục bơm : 3,75 (kw) Công suất động cơ điện : 4,5 (kw) Lưu lượng nước:0,01 (m3/h) Kích thước : dài 575 (m) rộng 410m cao 390m Khối lượng : 93kg Bảng số liệu cơ bản của thiết bị ngưng tụ ( Bảng VI.8 – Tr88 - Stttt2 ) Ký hiệu các kích thước Dtr=600(mm) Tra bảng Chiều dày thành thiết bị S 5 Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a 1300 Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị P 1200 Bề rộng của tấm ngăn b - Khoảng cách giữa tâm của thiết bị ngưng tụ và thiết bị thu hồi K1 K2 725 - Chiều cao của hệ thống thiết bị H 10500 Chiều rộng của hệ thống thiết bị T 1400 Đường kính của thiết bị thu hồi D1 400 Chiều cao của thiết bị thu hồi h1(h) 1400 Đường kính của thiết bị thu hồi D2 - Chiều cao của thiết bị thu hồi h2 - Khoảng cách giữa các ngăn a1 a2 a3 a4 a5 260 300 360 400 430 Đường kính các cửa ra và vào Hơi vào Nước vào Hỗn hợp khí và hơi ra Nối với ống barômét Hỗn hợp khí; hơi vào t.bị thu hồi Hỗn hợp khí; hơi ra t.bị thu hồi Nối từ thiết bị thu hồi với ống barô met d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 350 125 100 150 100 70 50 - Tính bơm : Do dung dịch KOH làm việc với áp suất thường và trong công nghiệp bơm li tâm được sử dụng rất rộng rãi với những ưu điểm là thiết bị đơn giản , lưu lượng cung cấp đều , quay nhanh (có thể nối trực tiếp với động cơ) . 1 - Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra : Áp dụng công thức (II.185-Tr.438- Stttt1) (m) Trong đó : H- áp suất toàn phần do bơm tạo ra, tính bằng chiều cao cột chất lỏng cần bơm (m) -áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian hút và đẩy H - chiều cao nâng chất lỏng , chọn H=12m H - áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trong đường ống hút và đẩy +Xác định trở lực dường ồng từ thùng chứa đến thùng cao vị : Trong đó : F: năng suất hỗn hợp đầu vào F = 11000(kg/h) : khối lượng riêng dung dịch , = 1073 (kg/h) d : đường kính ống dẫn dung dịch d = 0,08m + Trở lực tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống đẩy và ống hút : Trong đó : P : áp suất toàn phần để thắng tất cả sức cản thủy lực trên đường ống khi dòng chảy đẳng nhiệt . Theo phần trước ta đã tính ta có : Áp suất động học : =172,191 Áp suất để khắc phục trở lực ma sát : = = Áp suất cần thiết đển khắc phục trở lực cục bộ : = Tổng trở lực của cả hệ thống là : P = =1239,7752+172,191+743,9943 = 2155,9605 Vậy tổn thất áp suất để khắc phục trở lực trong hệ thống ống dẫn từ nguyên liệu đầu vào thùng cao vị : = = = 0,2048 (m) Vậy : H=12+0,2048 = 12,2048 (m) Vậy chọn bơm có áp suất toàn phần H > 13m Theo bảng (II.36 - tr.444 – Stttt1) chọn bơm OIIB có năng suất : (2-150).1000, áp suất toàn phần từ 3 đến 20 , số vòng quay từ 250 đến 960 vòng/phút , nhiệt độ <35 , bánh guồng làm bằng thép 20X18H9T . 2 - Năng suất yêu cầu trên trục bơm : Công thức tính yêu cầu trên rục bơm : (II.189 - Tr.439 – Stttt1) Trong đó : H : áp suất toàn phần của bơm (m) F : Năng suất của bơm (kg/h) g : gia tốc trọng trường : hiệu suất toàn phần của bơm, Tra bảng ( II.32- Tr.439 – Stttt1 )có : : là hiệu suất thể tích do hao hụt khi chuyển từ áp suất cao xuống áp suất thấp bằng 0,9 -hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo dòng xoáy trong bơm bằng 0,85 - hiệu suất cơ khí , tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi lót trục bằng 0,94 Vậy hiệu suất toàn phần của bơm là : 0,9.0,85.0,94=0,72 3- công suất động cơ điện : Ta có ( II.190 - Tr439 – Stttt1 ) Thông thường để đảm bảo an toàn , người ta chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán , lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải của bơm : ( II.191-Tr.439 – Stttt1 ) theo bảng ( II.33 - Tr.439 – Stttt1 ) Do đó ta có Vậy ta chọn bơm có công suất 1,1kw 4. Tính toán cơ khí và lựa chọn Tính buồng đốt : -Số ống truyền nhiệt trong buồng đốt (n) của cả hai nồi bằng nhau và được tính theo công thức : F: bề mặt trao đổi nhiệt của nồi (m2) dtr: đường kính ống truyền nhiệt (m) h2: chiều cao ống truyền nhiệt (m) Từ bảng VI.6-tr.80-T2 chọn (ống) Số ống quy chuẩn sắp xếp theo hình sáu cạnh (bảng V.11 - Tr.48 - Stttt2) thì n=613 (ống) Ta có bảng số liệu sau : Số hình 6 cạnh Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh Tổng số ống không kể các ống trong các hình viên phân Số ống trong các hình viên phân Tổng số ống trong tất cả các hình viên phân Tổng số ống của thiết bị Ở dãy thứ nhất Ở dãy thứ hai Ở dãy thứ ba 13 27 547 9 2 - 66 613 - Đường kính trong của buồng đốt : Dtr=t.(b-1) +4d ( VI.140 - Tr49 - Sttt2 ) b- số ống trên đường chéo của hình 6 cạnh , b= 27 ống d: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt , d= 31 mm t: bước ống : t= 1,2d=1,2.0,031 = 0.0372 (m) Dtr= 0.0372.(27-1) + 4.0,031 = 1.0912(m) Chọn Dtr theo tiêu chuẩn là : 1(m) =1000 (mm) -Chiều dày của buồng đốt (S) : hệ số bền, ứng suất chịu kéo nén Tra bảng (XII.4 - Tr.309 - Stttt2 ) đối với thép X18H10T có : Ứng suất cho phép của thép theo giới hạn bền xác định theo công thức (XIII.1) và bảng XIII.3 ứng suất cho phép giới hạn chảy tính theo công thức XIII.2 và bảng XIII.3 thiết bị thuộc nhóm 2 loại II (bảng XIII.2) giá trị hệ số an toàn bền (bảng XIII.3) Chọn (giá trị nhỏ) : hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc . Nếu hàn bằng tay với >700 mm , thép cácbon X18H10T thì (tra bảng XIII.8 - Tr.362 - Stttt2) P: áp suất làm việc của thiết bị (lấy bằng áp suất hơi đốt) C=C1+C2+C3 hệ số bổ xung (XIII.17 - Tr363 - Stttt2) C1: hệ số bổ xung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị . C2: bổ xung do hao mòn cần tính khi nguyên vật liệu chứa hạt rắn chuyển động chọn vật liệu là thép X18H10T , tốc độ gỉ 0,06mm/năm có C1=1mm ; C2=0 C3 : bổ xung do dung sai của chiều dày (chọn theo bảng XIII.9 - Tr.364 - Stttt2) Chọn Theo bảng XIII.9 lấy - Kiểm tra độ bền theo áp suất thử : Theo bảng (XIII.5 - Tr358-Stttt2) . Định mức áp suất thủy lực khi thử thiết bị làm việc ở áp suất P, ta có (N/) Công thức (XIII.10 - Tr360 - Stttt2) = ; độ bền an toàn - Chiều dày đáy lồi buồng đốt tính theo công thức (XIII.47 - Tr385 - Stttt2) (đáy dạng elip có gờ) , chọn vật liệu thép X18H10T  là hợp kim bền chịu nhiệt Đk: (*) Trong đó : hb=0.25(m) chiều cao phần lồi của đáy bảng( XIII.10 - Tr382 - Stttt2 ) k- là hằng số bền của đáy được tính theo công thức : Đáy có một cửa ra cho dung dịch ra hình tròn đường kính d : (VII.42 - Tr74 - Stttt2) V- Lưu lượng dung dịch ra khỏi nồi 1() () : Vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống với dung dịch nhớt chọn : 0,55 (m) Vậy Đk: = P : áp suất hơi thứ ra khỏi buồng đốt P = 1,461 at Vậy thỏa mãn : (m) Có (S-C)<10mm nên thêm 2mm cho đại lượng bổ sung C, C =3+2=5 (mm) Quy chuẩn Kiểm tra độ bền của đáy thiết bị : Ta có : Độ bền đảm bảo an toàn, chiều dày đáy buồng đốt mm - Tính toán lưới đỡ ống và chọn lưới đỡ : Lưới đỡ ống phải đảm bảo giữ chặt ống sau trong quá trình thiết bị làm việc Chiều dày tối thiểu của mạng ống là : - Bền với môi trường hóa chất cũng như hơi nước : - Giữ nguyên hình dạng của mạng khi gia công cũng như khi hoạt động Đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống là : Trong đó : bước ống Vậy - Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất Kiểm tra mạng ống theo giới hạn bền uốn với điều kiện : : áp suất làm việc dn=38 (mm) : đường kính ngoài ống truyền nhiệt Vậy thỏa mãn điều kiện nên chọn bề dày lưới đỡ là : 13(mm) Tính buồng bốc - Thể tích của không gian hơi (Vb) xác định theo công thức : (VI.32-Tr.71 - Stttt2) Trong đó: W : lượng hơi thứ ra khỏi thiết bị (kg/h) : khối lượng riêng của hơi thứ (kg/m3) Utt: cường độ hơi bốc cho phép trong khoảng không gian hơi (m3/m3.h) Ta có : ( VI.33 - Tr72 - Stttt2) Chọn ở 1 fat có f=0,95 f - hệ số hiệu chỉnh xác định theo

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH với năng suất 11000 kg-h , chiều cao ống.doc
Tài liệu liên quan