Đồ án Thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất rượu etylic năng suất sản phẩm 1000 l/h

8.49 10.38 14.31 19.91 Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh . Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất trung bình Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4] Với: Ptb = P1 + 0.5.g.Hop = P1 + P P = 0.5.g.Hop Trong đó : Khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ Hop : Chiều cao lớp chất lỏng sôi Trong thiết bị tuần hoàn tự nhiên Hop = Với Ho : Chiều cao ống truyền nhiệt : Khối lượng riêng dung môi ở tsdm Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho = 1.5m Tính cho trường hợp dung dịch KOH 25% Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số thay đổi không đáng kể nên ta chọn tra ở 15oC m Nhiệt độ sôi của H2O ở 0.394 at là 74.998oCoC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh oC nhiệt độ sôi dung dịch KOH 25% ở áp suất P1+ oC Tính tương tự ta được Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40 , oC 1.94 1.94 2.41 2.41 83.48 85.37 89.77 95.37 Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn Tính theo công thức 4.4 trang 181 Tài liệu [4] Phương trình cân bằng nhiệt Với D : lượng hơi đốt sử dụng, kg : tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo : nhiệt độ nước ngưng, oC C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở , J/kg độ cđ, cc : nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, J/kg độ tđ, tc : nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, oC : entanpi của hơi đốt, J/kg : entanpi của hơi thứ, J/kg Qt : nhiệt lượng tổn thất, J Qcđ : nhiệt lượng cô đặc, J Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp ( do có 5% hơi nước ngưng cuốn theo ) QD = D.(1-).() = D.(1-).r r = : nhiệt hóa hơi của nước ở áp PĐ Nhiệt dung riêng của dung dịch Tính theo công thức 4.11 trang 182 Tài liệu [4] cdd = 4190.(1-x) + c1.x Trong đó x: nồng độ dung dịch c1: nhiệt dung riêng KOH khan, J/kg độ Theo công thức 4.12 trang 183 Tài liệu [4] c1 =J/kg độ Vậy nhiệt dung riêng dung dịch theo nồng độ Nồng độ dung dịch. % 25 30 35 40 Nhiệt dung riêng dung dịch, J/kg độ 3376.5 3213.8 3051.1 2888.4 Chọn hơi đốt có áp suất PD =3 at tD =132.9oC Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at r = 2171.103 J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) Entanpi của hơi thứ ở 73.05oC =2632.2*103 J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] ) Tổn thất nhiệt Qt = 0.05*QD Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể Giai đoạn đưa dung dịch 25% từ 25oC đến 83.48oC Gđ = Gc = 3097.5 kg cđ = cc =3376.5 J/kg độ tđ = 25oC ; tc =83.48oC ; W = 0 kg Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình Q1 =3097.5*3376.5*(83.48-25) =6.12*108 J Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất ) QD1 = J Lượng hơi đốt sử dụng D1 = kg Giai đoạn đưa dung dịch từ 25% đến 30% Gđ = 3097.5 kg ; cđ =3376.5 J/kg độ ; tđ =83.48oC Gc = 2581.25 kg ; cc = 3213.8 J/kg độ ; tc = 85.37oC W = 516.25 Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình: Q2 = 2581.25*3213.8*85.37 – 3097.5*3376.5*83.48 + 516.25*2632.2*103 Q2 =11.94*108 J Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất ) QD2 =J Lượng hơi đốt sử dụng D2 = kg Giai đoạn đưa dung dịch từ 30% đến 35% Gđ = 2581.25 kg ; cđ = 3213.8 J/kg độ ; tđ = 85.37oC Gc = 2212.5 kg ; cc = 3051.1 J/kg độ ; tc = 89.77oC W = 368.75 kg Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình Q3 = 2212.5*3051.1*89.77 – 2581.25*3213.8*85.37 + 368.75*2632.2*103 Q3 = 8.68*108 J Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ) QD3 = J Lượng hơi đốt sử dụng D3 = kg Giai đoạn đưa dung dịch từ 35% đến 40% Gđ = 2212.5 kg ; cđ = 3051.1 J/kg độ ; tđ = 89.77oC Gc = 1935.9375 kg ; cc = 2888.4 J/kg độ ; tc = 95.37oC W = 276.5625 kg Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình Q4 = 1935.9375*2888.4*95.37 – 2212.5*3051.1*89.77 + 276.5625*2632.2*103 Q4 = 6.55*108 J Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ) QD4 = J Lượng hơi đốt sử dụng D4 = kg Tổng nhiệt lượng QD = 6.44*108 + 12.57*108 + 9.14*108 + 6.89*108 =35.04*108 J Tổng lượng hơi đốt D = 312.25 + 609.47 + 443.16 + 334.07 =1698.95 kg Lượng hơi đốt riêng Driêng = kg/kg hơi thứ Tóm tắt cân bằng năng lượng Nồng độ dung dịch. % 25(25oC) 25(83.48oC) 30 35 40 Nhiệt lượng hữu ích, J*10-8 0 6.12 18.06 26.74 33.29 Tổng nhiệt lượng cung cấp, J*10-8 6.44 19.01 28.15 35.04 Lượng hơi đốt sử dụng, kg 312.25 921.72 1364.88 1698.95 TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi Các kí hiệu và công thức : hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi, W/m2K : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi, W/m2K q1 : nhiệt tải riêng phía hơi ngưng, W/m2 q2 : nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi, W/m2 qv : nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt, W/m2 : nhiệt độ trung bình vách ngoài ống, oC : nhiệt độ trung bình vách trong ống, oC tD : nhiệt độ hơi ngưng, tD = 132.9oC tdd : nhiệt độ dung dịch sôi, oC : nhiệt độ màng nước ngưng, oC Phía hơi ngưng (1) Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2] (2) Với A= phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm tm , oC 40 60 80 100 120 140 160 180 200 A 139 155 169 179 188 194 197 199 199 : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm, kg/m3 : hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ tm, W/mK :độ nhớt của nước ở nhiệt độ tm, Pas r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tD r = 2171*103 J/kg H = 1.5 m: chiều cao ống truyền nhiệt Phía dung dịch q2 = (3) Theo công thức VI.27 trang 71 Tài liệu [2] (4) Trong đó : hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m3), nhiệt dung riêng (J/kg độ), độ nhớt (Pas) của nước : các thông số của dung dịch theo nồng độ : hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước, W/m2K (5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2]) Với q : nhiệt tải riêng, W/m2 p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng, N/m2 p = p1 = 0.3636 at = 35669.16 N/m2 Các thông số của nước ( Bảng I.249 trang 311 Tài liệu [2] ) tsdm = 73.05oC 975.97 kg/m3 cn = 4189.44 J/kg độ = 0.38619*10-3 Ns/m2 = 66.983*10-2 W/mK Các thông số của dung dịch tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40oC ) tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1] , W/mK Mdd = Với x : nồng độ dung dịch cdd và xác định theo nồng độ Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40 tsdd, oC 83.48 85.37 89.77 95.37 , kg/m3 1239 1291 1344 1399 cdd , J/kg độ 3376.5 3213.8 3051.1 2888.4 , Ns/m2 1.31*10-3 1.57*10-3 1.83*10-3 2.09*10-3 Mdd 21.68 22.6 23.61 24.71 , W/mK 0.577 0.572 0.565 0.555 Phía vách ống truyền nhiệt Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4] (6) = Trong đó: Lấy , (W/mK)-1 mm: bề dày ống truyền nhiệt 17.5 W/mK: hệ số dẫn nhiệt qua vách =6.143*10-4, (W/mK)-1 Hệ số truyền nhiệt K , W/m2K Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp như sau Chọn (< tD ) Tính theo công thức (2) Tính q1 theo công thức (1) Tính theo công thức (6) với qv = q1 Tính theo công thức (5) với q = q1 Tính theo công thức (4) Tính q2 theo công thức (3) Tính qtb = Xác định sai số ss = Nếu ss > 5% thì chọn lại và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏ Tính K theo công thức (7) Tính K cho các giai đoạn Tímh ở nồng độ 25% Chọn Tính W/m2K W/m2K W/m2 (thỏa) Vậy K = Tính ở nồng độ 30% Tính tương tự K = Tính ở nồng độ 35% Tímh tương tự oC K = Tính ở nồng độ 40% Tính tương tự K = Bảng tóm tắt Nồng độ dung dịch,% 25 30 35 40 tsdd, oC 83.48 85.37 89.77 95.37 q1, W/m2 46559.968 43177.16 37562.265 30101.77 q2,W/m2 47246.44 43659.26 36908.63 29826.4 qtb, W/m2 46903.2 43418.21 37235.45 29964.08 ,W/m2K 8953.94 9186.63 9631.35 10379.92 , W/m2K 3024.74 2676.84 2283.95 1847.98 K, W/m2K 946.44 911.8 865.08 798.87 ss, % 0.7 0.6 0.9 0.5 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình gia nhiệt dung dịch ban đầu từ 25oC đến 83.48oC Các kí hiệu và công thức Các kí hiệu ,, q1, q2, qv, , , tD, tdd, , tm như mục 1.1 Phía hơi ngưng A xác định theo tm r = 2171*103 J/kg H = 1.5 m Phía vách Phía dung dịch Trong đó C và n phụ thuộc vào Pr và Gr như sau Gr.Pr thì Nu = 0.5 Gr.Pr thì thì Gr.Prthì l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1.5 m : khối lượng riêng ( kg/m3 ), hệ số dãn nở thể tích ( K-1 ), hệ số dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dịch KOH lấy ở nhiệt độ màng Với cdd = 3376.5 J/kg độ Ns/m2 của dung dịch KOH 25% To ,oC 0 20 40 60 80 100 120 0.425 0.455 0.48 0.505 0.535 0.57 0.605 Hệ số truyền nhiệt , W/m2K Trình tự tính lặp Chọn Tính Tính q1 Tính Tính Nu2 Tính q2 Tính qtb = Tính ss =, tính cho đến sai số nhỏ (và phải nhỏ hơn 5% ) Thực hiện tính lặp Chọn tm= Tính ta thấy Gr.Pr > 2.107 W/m2K qtb = 84288.59W/m2 ss=0.003=0.3% (thoả) Vậy hệ số truyền nhiệt giai đoạn này BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT dQ= K.F(T-t).dT Giả sử đến cuối quá trình dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt không đổi, T không đổi T= Lấy tích phân ta được F.T2 = (1) T2 : thời gian cô đặc ( không kể thời gian gia nhiệt cho dung dịch đầu đến 83.48oC ), s Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J Ta tính tích phân (1) bằng đồ thị. Cần xác định Q, ở từng thời điểm. Nồng độ dung dịch, % 25 30 35 40 Q.10-8, J 0 11.94 20.62 27.17 t(tsdd), oC 83.48 85.37 89.77 95.37 K, W/m2K 946.44 911.8 865.08 798.87 T-t 49.42 47.53 43.13 37.53 2.1 2.3 2.7 3.3 Vẽ đồ thị có : trục hoành : Q : trục tung : Từ việc tính tích phân đồ thị ta có Giai đoạn 1 ( 25%30% ) : S1 = F. T1 = 26268 m2.s Giai đoạn 2 ( 30%35% ) : S2 = F. T2 = 21550 m2.s Giai đoạn 3 ( 35%40% ) : S3 = F. T3 = 19488 m2.s Tổng quá trình cô đặc từ 25% đến 40% S = F. T = 67306 m2.s Chọn thời gian cô đặc là 40 phút Bề mặt trao đổi nhiệt là F = 67306 / 2400 = 28.04 m2 Thời gian của các giai đoạn Giai đoạn 1 : T1 = 26268 / 28.04 = 936.8 s Giai đoạn 2 : T2 = 21550 / 28.04 = 768.55 s Giai đoạn 3 : T3 = 19488 / 28.04 = 694.65 s Thời gian gia nhiệt ban đầu T T = Với Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m2K : chênh lệch nhiệt độ, K T = Chọn thời gian nhập liệu 15 phút Thời gian tháo sản phẩm 15 phút Tồng thời gian cô đặc 1 mẻ là Tt = 15 + 4.5 + 40 + 15 = 74.5 phút Ta chọn tổng thời gian cô đặc là 75 phút BUỒNG ĐỐT Diện tích bề mặt truyền nhiệt : F = 28.04 m2 Ta lấy an toàn : F = 33.65 m2 ( 20%) Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 1.5m Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : dng = 45mm : dtr = 41mm Số ống cần : ống Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo Tài liệu [2] trang 48 ) Số hình lục giác đều : 8 hình Số ống trên đường chéo : 17 ống Tổng số ống : 217 ống Chọn bước ống t = (1.2).dng Chọn t = 58 mm Chọn ống tuần hoàn Đường kính ống tuần hoàn Chọn dtr (th) = 315 mm dng(th) = 325 mm Kiểm tra điều kiện : tiết diện ngang ống tuần hoàn bằng 0.25 tiết diện ngang tất cả các ống truyền nhiệt : thỏa Số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn có 7 ống trên đường chéo ống tuần hoàn a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 ) Tổng số ống bị chiếm chỗ (công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48) Số ống truyền nhiệt còn lại ống Cần 175 ống (bỏ 5 ống) Đường kính trong buồng đốt Dt = t.(b-1) + 4.dng= 58*(17-1) + 4*45 =1108 mm Với b = 17 , số ống trên đuờng chéo lục giác Chọn đường kính buồng đốt Dt (bđ) = 1100 mm Đáy Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 90o Tra bảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2] Chiều cao gờ hgờ = 50 mm Chiều cao phần nón hn = 618 mm Thể tích đáy nón Vđáy = 0.282 m3 Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hoàn Vô = m3 Cuối quá trình cô đặc Vdd = 1.38 > 0.282 +0.463 dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt BUỒNG BỐC Đường kính buồng bốc xác định từ điều kiện phân li được giọt lỏng đường kính 0.3 mm trở lên Chiều cao buồng bốc xác định từ cường độ bốc hơi trung bình và thể tích buồng bốc Đường kính Lưu lượng hơi thứ Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này là lớn nhất ) /(. T1) , m3/s Trong đó W1 : lượng hơi thứ trong giai đầu, kg W1 = 516.25 kg : khối lượng riêng hơi thứ ở áp suất P1 = 0.36 at = 0.2224 kg/m3 ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ) T1 : thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 25% đến 30% ) T1 = 936.8 s m3/s Vận tốc hơi Vận tốc lắng Xác định theo công thức 5.14 trang 157 Tài liệu [3] Trong đó : khối lượng riêng giọt lỏng, kg/m3 : khối lượng riêng hơi thứ, = 0.2224 kg/m3 dl : đường kính giọt lỏng, dl = 0.3 mm = 3*10-4 m : hệ số trở lực Ta có = 976.57 kg/m3, tra ở nhiệt độ 72.05oC (Bảng I.249 trang 310 Tài liệu [1]) tính theo Re Với =0.0106*10-3 Pa.s : độ nhớt động lực học của hơi thứ Giả sử 0.2< Re < 500 Vận tốc lắng Mà m Vậy chọn đường kính buồng bốc Dtr(bb) =1.6 m = 1600 mm Kiểm tra Re thỏa Chiều cao Tính theo trang 71,72 Tài liệu [2] Thể tích không gian hơi , m3 Với 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, m3/m2h : khối lượng riêng hơi thứ, kg/m3 Ta có W = kg/h Utt = f.(Utt (1at) ) Với Utt (1at) : cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất bằng 1 at f : hệ số hiệu chỉnh Chọn Utt (1at) = 1650 m3/m2.h f = 1.5 ( Đồ thị VI.3 trang 72 Tài liệu [2] ) Utt = 1.5*1650 =2475 m3/m2.h Thể tích không gian hơi m3 Chiều cao phần không gian hơi trong trụ bốc m h1= 50 mm : chiều cao phần gờ buồng bốc h2= 400 mm :chiều cao phần nón buồng bốc h3 : chiều cao dung dịch trong phần trụ h1 =50 mm h3 h2 =400 mm Thể tích dung dịch trong buồng bốc trước khi cô đặc Vdd (bb) = Vdd – Vô - Vđáy = 2.5 - 0.463 – 0.282 =1.755 m3 Mặt khác Vdd(bb) = Vdd phần gờ + Vdd phần nón + Vdd phần trụ = m Chiều cao phần trụ buồng bốc Hb = Hkgh + h3 = 1.58 + 0.56 = 2.14 m Chọn chiều cao phần trụ buồng bốc 2.2 m Chiều cao buồng bốc 2.2+ 0.4 + 0.05 = 2.65 m Khi kết thúc cô đặc Vdd = 1.38 m3 Thể tích dung dịch trong buồng bốc Vdd(bb) = 1.38 – 0.463 -0.282 = 0.635 m3 Tương tự như trên ta được chiều cao dung dịch ngập phần trụ buồng bốc là h3 = 0.004 m = 4 mm Nắp Chọn nắp elip tiêu chuẩn có gờ, đường kính trong 1600 mm Tra bảng XIII.10 trang 382 Tài liệu [2] Chiều cao gờ : hg = 50 mm Chiều cao phần Elip : ht = 400 mm Diện tích bề mặt trong : Ft = 3.03 m2 TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH BUỒNG ĐỐT Đường kính trong : Dt = 1100 mm Chiều cao : Hđ = 1500 mm Các thông số tra và chọn Aùp suất tính toán Buồng đốt chịu áp suất trong PBĐ = Phơi đốt –Pa = 3 – 1 = 2 at = 0.1962 N/mm2 Nhiệt độ tính toán Nhiệt độ hơi đốt tD = 132.9oC Buồng đốt được bọc cách nhiệt nên nhiệt độ tính toán tBĐ = 132.9 + 20 Chọn vật liệu Vật liệu được chọn là thép không gỉ X18H10T do KOH có tính ăn mòn Ứng suất cho phép tiêu chuẩn ở 153oC N/mm2 ( hình 1.2 trang 22 Tài liệu [7] ) Ứng suất cho phép N/mm2 Với là hệ số hiệu chỉnh Hệ số bền mối hàn (bảng 1-7 trang 24 Tài liệu [7] ) Tính và chọn bề dày – tính bền cho buồng đốt Ta có Bề dày tối thiểu thân buồng đốt tính theo công thức mm Bề dày này quá nhỏ. Tra bảng 5-1 trang 128 Tài liệu [7] được Smin = 3-4 mm Dung dịch ăn mòn (KOH) nên Ca = 1 Vậy chọn bề dày buồng SBĐ = 4 mm Kiểm tra áp suất tính toán Cho nên áp suất tính toán cho phép xác định theo công thức N/mm2 PBĐ = 0.1962 N/mm2 < [P]BĐ = 0.68 N/mm2 (thoả) Vậy bề dày buồng đốt SBĐ = 4 mm BUỒNG BỐC Đường kính trong buồng bốc Dtr(bB) = 1600 mm Chiều cao Hb = 2650 m Các thông số tra và chọn Aùp suất tính toán Thân buồng bốc chịu áp suất ngoài PBB = Pa + ( 1- 0.36 ) = 1.64 at =0.16 N/mm2 Nhiệt độ tính toán Nhiệt độ hơi thứ : tD = 73.05oC Suy ra nhiệt độ tính toán : tBB = 73.05 + 20 = 93.05oC ( do bọc cách nhiệt ) Chọn vật liệu Chọn vật liệu làm buồng bốc là thép không gỉ X18H10T Ứng suất cho phép tiêu chuẩn ở 93.05oC N/mm2 ( hình 1.2 trang 22 Tài liệu [7] ) Mođun đàn hồi ở 93.05oC tra ở bảng 2-12 trang 45 Tài liệu [7] EBB = 19.68*106 N/cm2 = 1.968*105 N/mm2 Giới hạn chảy ở 93.05oC N.mm2 Với nc =1.65 tra ở bảng 1-6 trang 20 Tài liệu [7] Tính bề dày – Tính ổn định cho buồng bốc Bề dày tối thiểu được xác định theo công thức 5.14 trang 133 Tài liệu [7] mm : chiều dài tính toán buồng bốc mm Bề dày thực buồng bốc SBB = mm Kiểm tra điều kiện Thế số ta được Kiểm tra áp suất cho phép =N.mm2 PBB = 0.16 N/mm2 < N/mm2 à thỏa Kiểm tra lực nén chiều trục Lực nén chiều trục ( trang 149 Tài liệu [7] ) N Tỉ số (bảng trang 140 Tài liệu [7] ) =0.091 < 0.155 Điều kiện SBB – Ca 9 thỏa Vậy bề dày buồng bốc thỏa lực nén chiều trục Kiểm tra đồng thời áp suất ngoài và lực nén chiều trục Ứng suất cho phép khi nén ( công thức 3.51 trang 140 Tài liệu [7] ) N/mm2 Ứng suất khi nén ( công thức 5.48 trang 145 Tài liệu [7] ) N/mm2 Kiểm tra điều kiện ( công thức 5.47 trang 145 Tài liệu [7] ) thỏa Vậy thân buồng bốc thỏa đồng thời điều kiện áp suất ngoài và lực nén chiều trục Kết luận : Bề dày buồng bốc là SBB = 10 mm ĐÁY Tính theo công thức trang 178-179 Tài liệu [7] Đáy nón chịu cùng áp suất ngoài với buồng bốc PĐ = 0.16 N/mm2 Chọn sơ bộ bề dày đáy SĐ = 10 mm D’ : đường kính tính toán của đáy nón mm Với dt = 40 mm là đường kính lỗ tháo sản phẩm Xét 044 > 0.36 Vậy áp suất cho phép tính theo công thức 5.19 trang 135 Tài liệu [7] = 0.649* N/mm2 Kiểm tra điều kiện ổn định Lực nén chiều trục ( công thức 6.26 trang 178 Tài liệu [7] ) Với DngĐ = DtrĐ + 2.SĐ = 1100 + 2.10 = 1120 mm N Lực nén chiều trục cho phép ( công thức 6.27 trang 178 Tài liệu [7] ) Xác định Kc tra ở bảng trang 140 Tài liệu [7] N Điều kiện ổn định ( công thức 6.30 trang 178 Tài liệu [7] ) thoả Vậy bề dày đáy là 10 mm NẮP ELIP Nắp elip tiêu chuẩn có gờ Đường kính trong 1600 mm Chiều cao gờ : hg = 50 mm Chiều cao phần Elip : ht = 400 mm Rt = Dt = 1600 mm Nắp chịu áp suất ngoài như buồng bốc PN = 0.16 N/mm2 Vật liệu là thép không gỉ X18H10T EN = 1.968*105 N/mm2 N/mm2 Tính theo công thức trang 166-167 Tài liệu [7] N/mm2 Chọn bề dày nắp SN = SBB = 10 mm Kiểm tra ( với đối với thép không gỉ ) Ta thấy nên tính áp suất cho phép theo công thức 6.7 trang 166 Tài liệu [7] ( kiểm tra điều kiện 0.2 < thoả ) = N/mm2. Ta thấy PN = 0.16 < [PN] =0.61 cho nên nắp thỏa điều kiện ngoài áp suất Vậy bề dày nắp SN =10 mm TÍNH CÁCH NHIỆT CHO THÂN Chọn vật liệu cách nhiệt là amiang carton Bề dày lớp cách nhiệt , m (công thức VI.66 trang 92 tài liệu [2] ) Trong đó : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, tT1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị tT2 : nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí vào khoảng 40oC à 50oC tKK : nhiệt độ không khí : hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí (công thức VI.67 trang 92 tài liệu [2] ) m Vậy chọn bề dày lớp các nhiệt MỐI GHÉP BÍCH Bích nối buồng bốc với nắp Aùp suất trong thiết bị P = 0.16 N/mm2 Đường kính trong bích Dt = 1600 mm Chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị Tra bảng XIII.27 trang 420 Tài liệu [2], bích kiểu 1, ta được các thông số h Dt = 1600 mm Dn = 1620 mm D1 = 1660 mm Db = 1700 mm D = 1750 mm h = 35 mm db = M 24 Số bulong 40 cái D Db db Dt Dn D1 Do môi trường ăn mòn ta chọn đệm amiang-carton Bề dày 3 mm Aùp suất lớn nhất chịu được 0.6 N/mm2 Nhiệt độ lớn nhất chịu được 500oC Bích nối buồng đốt và đáy Chọn theo bảng XIII.27 trang 420 Tài liệu [2]. Bích liền bằng thép, kiểu 1 Dt = 1100 mm D = 1240 mm Dn = 1108 mm h = 22 mm D1 = 1160 mm Số bulong 28 cái Db = 1190 mm db = 20 mm ( M20) Bích nối buồng đốt và buồng bốc Chọn như bích buồng đốt và đáy VỈ ỐNG Chọn vỉ tròn phẳng Vật liệu X18H10T à nhiệt độ tính toán Ttt = 132.9oC Ứng suất cho phép tiêu chuẩn []* = 140 N/mm2 Hệ số an toàn nB = 2.6 (bảng 1-6 trang 20 Tài liệu [7]) Giới hạn bền uốn []u = 140*2.6 = 364 N/mm2 Aùp suất làm việc Po : Po = PĐ + PCK = 2+(1-0.36) = 2.64 at = 0.259 N/mm2 Chiều dày tính toán tối thiểu của vỉ ống h’= (công thức 8.19 trang 212 Tài liệu [7]) K : hệ số, K = 0.28à 0.36. Chọn K= 0.35 Dt : đường kính trong thân buồng đốt, mm mm Tính sơ bộ chiều dày vỉ mm (dn đường kính ngoài ống truyền nhiệt) Kiểm tra ứng suất uốn Ứng suất uốn trong vỉ của thiết bị trao đổi nhiệt lắp cứng trong phạm vi diện tích hình chữ nhật ABCD B l =0.5*(AB + CD) AB = t*sin60o = CD = 58*sin60o = 50.23 mm à l = 50.23 mm D t C A 60o thỏa Chọn bề dày vỉ bằng bề dày bích, hvỉ =22 mm KHỐI LƯỢNG VÀ TAI TREO Khối lượng thép làm thiết bị Khối lượng riêng thép không gỉ kg/m3 Thể tích thép buồng đốt m3 Với DngbĐ = 1.108 m : đường kính ngoài buồng đốt DtrbĐ = 1.1 m : đường kính trong buồng đốt HĐ = 1.5 m : chiều cao buồng đốt Thể tích thép buồng bốc m3 = 0.596 – 0.579 = 0.017 m3 m3 m3 m3 Vậy thể tích thép buồng bốc m3 Thể tích thép làm đáy Vt.đáy = diện tích bề mặt trong đáy * bề dày đáy = 1.713*10*10-3 = 17.13*10-3 m3 Thể tích thép làm nắp Vt nắp = diện tích bề mặt trong nắp * bề dày nắp = 3.03*10*10-3 = 30.3*10-3 m3 Thể tích thép làm ống truyền nhiệt Vt.ống = Vt.ốngTN + Vt.ốngtuầnhoàn = 175* m3 Thể tích thép làm bích buồng đốt Thể tích thép làm 2 mặt bích không có vỉ ống m3 Thể tích thép 2 mặt bích có vỉ V2 = = m3 Thể tích thép làm bích nối buồng bốc với nắp V3 = 2* m3 Tổng thể tích thép làm thiết bị không kể ống truyền nhiệt Vthép.1 = 0.0208 + 0.12974 + 17.13*10-3 + 30.3*10-3 + 0.0107 +0.0372 +0.0222 = 0.26807 m3 Khối lượng thép làm thiết bị không tính ống truyền nhiệt mthép.1 = 0.26807*7900 2118 kg Khối lượng thép làm thiết bị mthép = 2118 + 0.078*7900 2734 kg Khối lượng dung dịch lớn nhất là 3097.5 kg Tổng tải trọng của thiết bị M = 2734 + 3097.5 = 5831.5 kg Tai treo Dùng 4 tai treo Tải trọng trên mỗi tai treo m = N Tra bảng XIII.36 trang 438 Tài liệu [2] ta được Tải trọng cho phép 25000 N Bề mặt đỡ 173*10-4 m2 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ q = 1.45*106 N/m2 Các kích thước L = 150 mm S = 8 mm B = 120 mm l = 60 mm B1 = 130 mm a = 20 H = 215 mm d = 30 mm Khối lượng 3.48 kg, vật liệu thép CT3 CÁC ĐƯỜNG ỐNG DẪN, CỬA Ống và cửa nhập liệu Thời gian nhập liệu : Tnl = 15 phút = 900 s Lưu lượng nhập liệu m3/s Chọn vận tốc dung dịch đi trong ống m/s (trang 74 Tài liệu [2]) Vậy đường kính ống nhập liệu m =48.6 mm Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 Tài liệu [2] Đường kính trong 50 mm Bề dày 3.5 mm Chiều dài ống 100 mm Ống và cửa tháo liệu Thời gian tháo liệu Ttl = 15 phút = 900 s Lưu lượng tháo liệu 1.53 m3/s Chọn vận tốc dung dịch đi trong ống m/s (trang 74 Tài liệu [2]) Đường kính ống tháo liệu m = 36 mm Chọn ống tháo liệu Đường kính trong 40 mm Bề dày 2.5 mm Chiều dài 100 mm Ống dẫn hơi thứ Thời gian cô đặc (lấy trong giai đoạn đầu) T1 = 936.8 s Lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu 516.25 kg Vậy lưu lượng hơi thứ