Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm để ngưng tụ hơi cồn nồng độ 90% khối lượng, lưu lượng 10 000kgngày. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án quá trình thiết bị thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm để ngưng tụ hơi cồn với lưu lượng và nồng độ cồn cho sẵn
u Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Công Nghệ Sinh Học Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án I – Q Trình Và Thiết Bị Cơng Nghệ Thực Phẩm Đề tài: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm để ngưng tụ cồn nồng độ 90% khối lượng, lưu lượng 10 000kg/ngày Hà Nội, tháng năm 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Khoa học kĩ thuật phát triển với phát triển khơng ngừng đa ngành ngành công nghiệp, để phát triển vượt bậc hầu hết ngành muốn đạt hiệu cao độ tinh thiết hóa chất Có nhiều cách như: kết tinh, chưng cất, cô đặc, kết tinh, sấy, … Tùy theo yêu cầu sản phẩm mà ta chọn phương pháp phù hợp để đạt hiệu cao Bộ mơn q trình thiết bị đồ án môn học phục vụ tốt cho việc học tập, nghiên cứu khoa học Bởi giúp phần kĩ sư thực phẩm tương lai giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể: cơng nghệ, thiết kế, chế tạo, tìm hiểu kết cấu ngun lí làm việc thiết bị q trình sản xuất hóa thực phẩm Dưới hướng dẫn thầy Phan Minh Thụy, em hoàn thành đề tài “Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm để ngưng tụ cồn nồng độ 90% khối lượng, lưu lượng 10 000kg/ngày” Em chọn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm nằm ngang, vừa có nhiều ưu điểm lại phù hợp với chưng cất cồn Trong ngành sản xuất rượu cồn, giai đoạn ngưng tụ cồn giai đoạn quan trọng để có sản phẩm cồn nguyên chất Đa số nhà máy sử dụng thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm nằm ngang với ưu điểm có khoảng áp dụng rộng, gần công suất điều kiện hoạt động từ chân không đến siêu cao áp cho tất dạng lưu thể nhiệt độ, áp suất khác phía ngồi ống Trong q trình làm đề tài dù có nhiều cố gắng kiến thức chun mơn cịn chưa sâu, việc khảo sát thực tế khơng có, bên cạnh cịn hạn chế tài liệu nên khó thể tránh khỏi sai sót Vì em mong góp ý thầy bạn bè để thân rút kinh nghiệm củng cố thêm kiến thức để hoàn thiện đồ án cách tốt CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan cồn 1.1.1 Tình hình sản xuất, nhu cầu sử dụng cồn Cồn rượu người xem sản phẩm thực phẩm lại sản phẩm có nguy độc hại thể người Tuy nhiên, sản lượng cồn rượu mà giới sản xuất hàng năm ngày tăng thêm Chứng tỏ sản phẩm cồn chiếm vai trò quan trọng tất ngành công nghiệp khác nhau, công nghiệp thực phẩm Hầu giới dùng cồn để pha chế rượu cho nhu cầu khác như: y tế (VD: sát trùng, sát khuẩn dụng cụ y tế,vệ sinh, ), nhiên liệu nguyên liệu cho ngành công nghiệp khác(VD: nhiên liệu cho động cơ, xăng sinh học, sản xuất cồn khô, làm dung môi, sản xuất nước hoa, giấm ăn, …) Tùy theo tình hình phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật khác nước mà ứng dụng sản phẩm cồn dùng ngành đa dạng khác Rượu – sản phẩm quen thuộc với tất người sản phẩm chiếm vị trí đáng kể ngành cơng nghiệp thực phẩm Chúng đa dạng, tùy theo truyền thống thị hiếu người tiêu dùng mà nhà sản xuất làm nhiều loại rượu mang tên khác Tuy nhiên chia rượu thành loại chính: rượu mạnh cao có nồng độ 30 %V, rượu thơng thường có nồng độ từ 15 đến 30 %V rượu nhẹ có nồng độ 15%V Ở nước có công nghiệp rượu vang phát triển Italia, Pháp, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, … cồn sử dụng để tăng thêm nồng độ rượu Một lượng lớn cồn sử dụng để pha chế loại rượu mạnh, cao độ Whisky, Martin, Brandy, Napoleon, Rhum, …đồng quanh năm Nghề nấu rượu thủ cơng có từ ngàn đời xưa chưa có tài liệu cho ta biết xác điểm khởi đầu Từ nguyên liệu gạo, ngơ, … qua q trình nấu cơm, ủ men, chưng thu sản phẩm cho chai rượu đậm chất làng quê Việt Nam Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng rượu thủ công nguyên liệu gạo nếp hay gạo tẻ, hay ngơ, khoai, sắn, … nấu chín thành “cơm rượu” bị khô hay nhão, men tốt hay xấu, nhiệt độ ủ lên men nào, cách tiến hành chưng thư sản phẩm Quan trọng men giống – nguyên liệu cách làm men giống đa dạng Mỗi nơi, vùng có thuốc làm men khác Đồng bào dân tộc đưa loại rừng vào làm men giống Tất kinh nghiệm “cha truyền, nối” hương vị rượu vùng miền để lại ấn tượng khác cho ngườ thưởng rượu Sản phẩm rượu thủ công nấu theo phương pháp cổ truyền xuất phát điểm từ người nông dân mang tên “rượu nút chuối khô” “rượu quốc lủi” nhỏ manh mún, chưa thể đạt tiêu chuẩn chất lượng hương vị khơng thua loại rượu giới Martin, Whisky, Sake,… Sản xuất cồn rượu theo quy mô công nghiệp nước ta năm 1989 người Pháp thiết kế xây dựng Trước cách mạng Tháng Tám nước ta có xây dựng nhà máy rượu Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán, … Tất sản xuất từ ngơ, gạo theo phương pháp amylo Sau có xây dựng thêm nhà máy khác sử dụng rỉ đường làm nguyên liệu tận dụng từ nhà máy sản xuất đường Hiện rượu Việt Nam đạt TCVN-71 cồn rượu nhiên TCVN-71 cồn rượu thuộc loại thấp so sánh với tiêu chuẩn giới cồn rượu Trong hội thảo “Dự án chiến lược phát triển khoa học công nghệ ngành rượu bia nước giải khát” theo đề nghị chuyên gia đến năm 2005 nước ta nên có khoảng 180 đến 200 triệu lít rượu loại tương đương, khoảng 50 triệu lít cồn tinh thiết Muốn có cơng tinh thiết chất lượng cao phải biết áp công công nghệ khoa học kĩ thuật, phải có hệ thống chưng luyện, ngưng tụ tốt biết cách sử dụng Ngày sản xuất cồn thị yếu thị trường ngồi nước dần thay nguyên liệu xăng hầu giới 1.1.2 Tính chất ứng dụng cồn Cồn etanol có cơng thức cấu tạo CH3CH2OH (khối lượng phân tử 46,07 g/mol), biết đến rượu êtylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc …, hợp chất hữu cơ, nằm dãy đồng đẳng methanol Cồn etanol chất lỏng, không màu, suốt, mùi thơm dễ chịu đặc trưng, vị cay, nhẹ nước (khối lượng riêng 789kg/m3), dễ bay (sơi nhiệt độ 78,39℃), hóa rắn -114,15℃, tan vô hạn nước vài chất hữu khác theo tỉ lệ Tan ete clorofom, hút ẩm, dễ cháy, cháy khơng có khói lửa có màu xanh da trời Sở dĩ cồn etanol tan vơ hạn nước có nhiệt độ sôi cao nhiều so với este hay aldehyde có khối lượng phân tử xấp xỉ tạo thành liên kết hydro phân tử rượu với với nước Cồn dùng để điều chế số hợp chất hữu axit axetic, dietyl ete, etyl axetat, Do có khả hịa tan tốt số hợp chất hữu nên etanol dùng để pha vecni, dược phẩm, nước hoa, Trong đời sống hàng ngày etanol dùng để pha chế loại đồ uống với độ cồn khác Ngồi cồn cịn dung cơng nghiệp để làm chất đốt, cao su tổng hợp, sát trùng, sản xuất, chữa bệnh, chế biến thức ăn, chế biến loại hương hoa quả,… Cồn nói chung có nhiều ứng dụng thực tế nhiên không sản phẩm thực phẩm mà ứng dụng nhiều lĩnh vực khác đời sống Tuy cồn coi sản phẩm có nguy độc hại cao sức khỏe thể người Vì phải biết khai thác sử dụng có mục đích hợp lý 1.2 Quy trình sản xuất cồn 1.2.1 Khái qt cơng nghệ cồn etanol Công nghệ cồn etanol khoa học phương pháp trình chế biến nguyên liệu chứa tinh bột đường, cellulose, ethene thành sản phẩm etanol Công nghệ sản xuất cồn thực phẩm sử dụng kiến thức lý hóa học, hóa keo, hóa cơng hóa sinh vi sinh vật học Quy trình cơng nghệ sản xuất cồn etanol chia thành cơng đoạn gồm: chuẩn bị dịch đường lên men, gây men giống, lên men dịch đường xử lý dịch lên men Chuẩn bị dịch lên men: Nếu ngun liệu chứa tinh bột cơng đoạn gồm nghiền, nấu, đường hóa làm lạnh đến nhiệt độ lên men Nếu nguyên liệu mật rỉ chuẩn bị dịch lên men gồm pha lỗng sơ bộ, xử lí mật rỉ, bổ sung nguồn dinh dưỡng, tách cặn pha loãng tới nồng độ gây men lên men Gây men giống lên men: Muốn lên men trước hết cần phát triển men giống tới chất lượng số lượng cần thiết, thường 10% thể tích thùng lên men Sau đưa men giống dịch đường vào thùng lên men khống chế điều kiện xác định để nấm men chuyển hóa đường thành rượu CO2 Dịch nhận sau lên men gọi giấm chín Xử lý dịch lên men: Cơng đoạn có liên quan tới kiến thức lý học thiết bị công nghệ sử dụng (thiết bị chuyển khối) Thực chất dung hệ thống chưng luyện phù hợp để tách rượu chất dễ bay khỏi dấm chín, sau đem tinh luyện để nhận cồn sản phẩm, thỏa mãn tiêu chuẩn yêu cầu tiêu dùng Sản phẩm thu sau xử lý bao gồm cồn thực phẩm, cồn dầu, dầu fusel alcol cao phân tử Ngoài sản phẩm kể thu nhận nhiều sản phẩm phụ khác q trình sản xuất cồn Đó nguyên liệu cho chu trình sản xuất sản phẩm từ phụ phẩm công nghệ sản xuất cồn rượu Điều cần nghiên cứu định hướng sản phẩm mới, giảm tối thiểu phụ phẩm công nghệ sản xuất, nâng cao giá trị kinh tế sản phẩm đổi quy trình sản xuất để tránh lãng phí q trình sản xuất sản phẩm rượu cồn 1.2.2 Sơ đồ thiết bị chưng cất cồn Chú thích: Thùng chứa hỗn hợp dầu Bơm Thùng cao vị Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Tháp chưng luyện Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 1 Thiết bị làm sản phẩm đỉnh Thùng chứa sản phẩm đỉnh Thiết bị gia nhiệt đáy tháp Thùng chứa sản phẩm đáy Thiết bị tháo nước ngưng 1.2.3 Thuyết minh quy trình sản xuất Hỗn hợp cồn – nước nồng độ thấp chứa thùng chứa (1) bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao thấp thùng cao vị khống chế chảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị tự đun nóng hỗn hợp đầu (4) q trình theo dõi đồng hồ lưu lượng Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (sử dụng dùng nước bão hòa) gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau đạt nhiệt độ hỗn hợp đưa vào đĩa tiếp liệu tháp chưng luyện loại tháp đệm (5) Trong tháp từ lên tiếp xúc với chất lỏng từ tên xuống, xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần Trên đĩa xảy trình chuyển khối pha lỏng pha hơi, phần cấu tử dễ bay chuyển từ pha lỏng vào pha phần chuyển từ pha vào pha lỏng Theo chiều cao tháp lên cao nhiệt độ thấp nên phần cấu tử có nhiệt độ bay cao Trên đỉnh ta thu hỗn hợp gồm etanol chiếm tỷ lệ cao Hơi vào thiết bị bị ngưng tụ (6) ngưng tụ hoàn toàn, thiết bị ngưng tụ với chất làm lạnh nước với nhiệt độ vào 20 - 30 ℃ nhiệt độ 40- 50℃ Một phần chất lỏng ngưng qua thiết bị làm nguội (7) phần hồi lưu tháp chưng luyện đĩa Chất lỏng từ xuống gặp có nhiệt độ cao hơn, phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp: etanol bốc nồng độ cấu tử khó bay chất lỏng ngày tăng, đáy tháp hầu hết thu hầu hết chất lỏng nước Dung dịch lỏng khỏi đáy tháp phần đưa vào thiết bị nồi để đun bốc cung cấp cho tháp qua thiết bị gia nhiệt đáy tháp (9), phần qua thiết bị làm nguội sau đưa vào thùng chứa sản phẩm đáy (10), nước ngưng cấc thiết bị gia nhiệt tháo qua thiết bị tháo nước ngưng (11) Hệ thống chưng luyện làm việc liên tục cho etanol đỉnh tháp thu sản phẩm cồn etanol thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) Cồn etanol thu có nồng độ theo yêu cầu 1.2.4 Thiết bị trao đổi nhiệt 1.2.4.1 Vai trò Thiết bị trao đổi nhiệt phương tiện để tiến hành trình trao đổi nhiệt chất tải nhiệt có nhiệt độ khác 1.2.4.2 Phân loại Loại gián tiếp: nhiệt truyền từ chất tải nhiệt tới chất tải nhiệt khác qua bề mặt phân cách (bề mặt truyền nhiệt) Dựa vào cấu tạo bề mặt truyền nhiệt, ta chia thiết bị truyền nhiệt gián tiếp thành loại sau: loại có vỏ bọc, loại ống, loại tấm, loại xoắn ốc loại ống gân Loại đệm: trình trao đổi nhiệt thực bề mặt vật rắn tiến hành theo hai giai đoạn nối tiếp nhau: cho chất tải nhiệt nóng tiếp xúc với bề mặt vật rắn (đệm), vật rắn đun nóng lên đến nhiệt độ cần thiết, ngừng cung cấp chất tải nhiệt nóng, cho chất tải nhiệt lạnh vào, vật rắn truyền nhiệt cho chất tải nhiệt lạnh Loại trực tiếp: hai chất tải nhiệt tiếp xúc với Trong phần đề cập tới thiết bị trao đổi nhiệt loại gián tiếp thường sử dụng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động ưu, nhược điểm thiết bị Thiết bị gián tiếp thường sử dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm với nhiều ưu điểm: lưu thể không tiếp xúc với nhau, tiếp xúc qua bể mặt truyền nhiệt lưu thể, không bị giảm nồng độ (khi sử dụng nước trực tiếp), không bị bẩn, nhiễm tạp chất ( tiếp xúc với loại đệm), khả truyền nhiệt lớn, kết cấu thiết bị làm việc liên tục, không bị gián đoạn , dễ dàng tháo lắp thay có cố hay vệ sinh thiết bị, thích hợp cho nhiều loại lưu thể Cụ thể: 2.2 TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 2.2.1 Số ống truyền nhiệt n = = = 57,78 (ống) Trong đó: ⮚⮚đ= × (0,02667 + 0,02245) = 0,02456 ⮚ Tra bảng V.11 trang 48 Sổ tay QT&TB Cơng nghệ hố chất Tập 2: - Tổng số ống n = 61 ống - Xếp ống theo hình sáu cạnh (kiểu bàn cờ) - Số ống đường xuyên tâm hình sáu cạnh: b = ống - Chiều dài ống: L = m 2.2.2 Chia ngăn thiết bị - Vận tốc chảy giả thiết theo Re = 11000 là: vgt = = = 0, 332 (m/s) - Vận tốc chảy thực tế ống : Vtt = = = 0,092 (m/s) Ta thấy vgt > vtt nên phải chia ngăn thiết bị Số ngăn : m = = = 3,6 ngăn Chọn m = ngăn - Tính lại chuẩn số Reynolds: n1 = = 15,25 Re = = = 12194,03 > 10000 2.2.3 Cách xếp vỉ ống Chọn cách xếp vỉ ống theo ống theo hình sáu cạnh (kiểu bàn cờ) có số ống xun tâm hình sáu cạnh Trong đó: ⮚ = ố⮚⮚ dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt, ⮚⮚ = 0,02667⮚ t: bước ống, thường chọn ⮚ = (1,2 ÷ 1,5) ⮚⮚ Chọn ⮚ = 1,5 ⮚⮚ = 1,5 0,02667 = 0,04 ⮚ = 40 mm Đường kính thiết bị ⮚ = ⮚ (⮚ – 1) + ⮚⮚ Khi đó: ⮚ = 0,04 ( – 1) + 0,02667 = 0,3734 ⮚ Lấy ⮚ = 0,4 ⮚ 2.2.4 Xác định độ dày vỏ thiết bị Theo sở tính tốn thiết bị thiết bị thuộc loại vỏ mỏng chịu áp suất trong, nên chiều dày thiết bị tính theo cơng thức 23a.182 trang 360 sổ tay hóa cơng tập δv= + C Trong đó: P: áp suất bên thiết bị, coi áp suất khí quyển: ⮚ = 0.1 ⮚/⮚⮚2 D: đường kính vỏ, ⮚ = 400⮚⮚ [⮚⮚]: ứng suất kéo cho phép thép không gỉ (SUS 304) ⮚: hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc C: Hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày, mm Nguyên nhân làm cho thiết bị yếu hàn khoét lỗ thiết bị Giá trị hệ số bền mối hàn φh phụ thuộc vào dạng mối hàn vật liệu chế tạo: vật liệu chế tạo thân thiết bị thép Inox 304 kiểu hàn giáp mối bên, cách hàn hàn tay hồ quang điện Tra bảng XIII.8 sổ tay hóa cơng tập trang 362 ta có: φh = 0,9 Giá trị hệ số bền thân hình trụ khoét lỗ phụ thuộc vào vị trí đường kính lỗ: thân thiết bị có khoét lỗ: cửa dẫn cồn vào, cửa dẫn cồn lỏng cửa khí không ngưng Áp dụng công thức XIII.14 XIII.15 sổ tay hóa cơng tập trang 361 ta có: φl = + = 1,86 Hệ số bền : φ = φh + φl = 0,9 + 1,86 = 2,76 Đại lượng bổ sung C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn dung sai chiều dày Ta xác định đại lượng C theo công thức sau: C = C1 + C2 + C3 Trong đó: C1 - bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mịn vật liệu mơi trường thời gian làm việc thiết bị Đối với vật liệu bền Inox- 304 ta lấy 0,05 mm/ năm, cho thời gian làm việc 20 năm Vậy lấy C1 = 0,05.20 = mm C2 - đại lượng bổ sung hao mịn cần tính đến trường hợp nguyên liệu chứa hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn thiết bị Đại lượng thường chọn theo thực nghiệm Đa số trường hợp tính tốn thiết bị hóa chất ta bỏ qua C2 = C3 - đại lượng bổ sung dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày vật liệu Đối với vật liệu Inox 304 có chiều dày từ 3- 5mm lấy C3 = 1,5 mm ( Tra bảng XIII.9, Sổ tay hóa cơng tập II) - C = C1 + C2 + C3 = 1+1,5 = 2,5(mm) Ứng suất cho phép thép S theo giới hạn bền xác định theo công thức XIII.1 bảng XIII.3 Thiết bị thuộc nhóm loại II ( η = , xem bảng XIII.2) = η Trong : η : Hệ số hiệu chỉnh : Giới hạn bền n : Hệ số an toàn theo giới hạn bền + Đối với vật liệu Inox304 ta tra : Giới hạn bền kéo : = 515 106 (N/m2) Giới hạn bền nóng chảy : = 205 106 (N/m2) = η = 1,0 = 198 106 Ν/ m2 = η = 1,0 = 136,67 106 Ν/ m2 Ta lấy giá trị bé hai kết vừa tính ứng suất để tính toán tiếp: Chiều dày vỏ thiết bị: + C = + 2,5 = 2,5 (mm) Để đảm bảo độ bền học đồng thiết kế thiết bị ta chọn độ dày vỏ thiết bị ⮚⮚ = ⮚⮚ 2.3 TÍNH TỐN CÁC BỘ PHẬN KHÁC 2.3.1 Mặt bích Sử dụng vỉ ống làm mặt bích ln cho thiết bị nên kích thước vỉ ống tra theo bảng XIII.26 trang 415 Sổ tay QT&TB Cơng nghệ hố chất – Tập Sử dụng kiều bích liền thép có cổ chủ yếu dùng với áp suất thấp áp suất trung bình : Bích liền ngồi kiểu (tra Bảng XIII.26 trang 417 Sổ tay QT&TB Cơng nghệ hố chất – Tập 2) Áp suất Đường kính Kích thước ống nối Bu lông P Dt D Db Dl D0 db Z h N/m2 mm mm m m m m mm m m mm 105 400 515 47 45 411 M1 20 20 2.3.2 Đáy nắp thiết bị Đáy nắp nối với thân cách ghép bích hàn Đáy nắp thường dùng thiết bị hóa chất có dạng cầu, elip, nón, phẳng… thiết bị thân trụ làm việc áp suất thường nên dùng đáy nắp elip chế tạo đơn giản giá rẻ Chọn đáy nắp elip có gờ để dễ ghép bích Thơng số đáy nắp tra bảng XIII.10 trang 382,383,384 Sổ tay QT&TB Cơng nghệ hố chất - Tập Thơng số Giá trị Đường kính thiết bị Dt = 400 mm Chiều cao đáy ht = 100 mm Chiều cao gờ đáy h = 25 mm Bề mặt đáy F = 0,2 m2 Thể tích đáy V = 11,5.10-3 m3 Khối lượng đáy nắp m = 6,6 kg Đường kính phơi đáy, nắp phẳng tròn 516 mm Bề dày đáy nắp S= mm Chú ý: thiết bị không chịu áp lực, nên chọn bề dày ống bé đến mức có thể, để đạt hiệu truyền nhiệt tốt nhất, giá thành rẻ, nhẹ… Do đáy làm việc không chịu áp suất nên thông thường ta lấy chiều dày đáy với chiều dày thân thiết bị 2.3.3 Kích thước ống dẫn nước Vận tốc nước vào thiết bị v= m/s Từ phương trình lưu lượng ta tính đường kính ống dẫn nước D1n = = 0,026 m Ta lấy đường kính ống dẫn nước làm mát vào nước ⮚1⮚ = ⮚2⮚ = 25 ⮚⮚ Tra trang 410 Sổ tay QT&TB Cơng nghệ hố chất - Tập Dy= 25 mm, Dn = 32 mm, D =100 mm, Db = 75 mm, D1 = 60 mm, bu lông M10, cái, h = 12 mm 2.3.4 Ống dẫn cồn vào Chọn vận tốc vào thiết bị vh1= 10 m/s với lưu lượng Gh1 = 0,09 (kg/s) Khối lượng riêng cồn 90% vào t = 78,7 0C là: 1,497 kg/m3 Lưu lượng vào thiết bị là: Gh2 = = 0,06 m3/s Đường kính đường cồn vào dh1 = = = 0,087 m = 87 mm Chọn đường kính ống Dt = 100mm Tra trang 413 Sổ tay QT&TB Cơng nghệ hố chất - Tập Dt = 100 mm, Dn = 108 mm, D = 205 mm, Db = 170 mm, D1 = 148 mm, Bulong M16, cái, h=14mm 2.3.5 Đường kính ống cồn lỏng Chọn vận tốc cồn 0,25 m/s lưu lượng G = 0,09 kg/s, ⮚ = 771,075 (kg/m3) Dcr = = = 0,024 m = 24mm Chọn đường kính ống Dy = 25 mm Tra trang 410 Sổ tay QT&TB Cơng nghệ hố chất - Tập Dy = 25 mm, Dn = 32 mm, D = 100 mm, Db = 75 mm, D1 = 60 mm, h=12 mm, Bulong M10, 2.3.6 Ống tháo khí khơng ngưng Chọn theo tham khảo trang 410 Sổ tay QT&TB Cơng nghệ hố chất Tập Dt = 10 mm, D = 90 mm, Db = 60 mm, D1 = 40 mm, h = 12 mm, bulong M12: Các thông số: - Áp suất tính tốn 0,1x 106 N/m2 - Hệ số bền mối hàn 0,9 - Chiều dày thân thiết bị mm - Chiều dày đáy nắp thiết bị 4mm - Chế tạo cách hàn làm việc áp suất thấp Các ý: - Đảm bảo đường hàn ngắn tốt - Chỉ hàn giáp mối (giáp mối bên) - Bố trí đường hàn dọc cách 100 mm - Bố trí mối hàn vị trí dễ quan sát - Không khoan lỗ qua mối hàn 2.3.7 Tính chân đỡ thiết bị Khối lượng tải mà chân thiết bị phải chịu là: m tt = mn + mc + mthan + mday + mnap +m ong Trong đó: - Khối lượng nước ống truyền nhiệt: mn = n x x π x L x ρn = 61 x x 3,14 x x 992,926 = 47,93 kg - Khối lượng cồn có thiết bị: mc = (⮚⮚⮚ − ⮚⮚⮚⮚) ⮚⮚ = = x x 771,075 = 176,97 kg - Khối lượng thân thiết bị: mthan = x π x L x ρthep = x 3,14 x x 7930 = 60,2 kg - Khối lượng ống truyền nhiệt: - mong = 61 x π x L x ρong = 61 x x 3,14 x x 7930 = 157,42 kg Khối lượng nắp đáy thiết bị: ⮚⮚⮚⮚ = ⮚⮚⮚⮚ = 6,6 ⮚⮚ → Thay vào cơng thức ta có: ⮚⮚⮚ = 47,93 + 176,97 + 60,2 + 157,42 + 6,6 × = 455,73 (⮚⮚) - Tải trọng mà chân đỡ thiết bị phải chịu là: ⮚⮚⮚ = ⮚⮚⮚ 9,81 = 455,73 x 9,81 = 4470,678 (⮚) Dựa vào tải trọng mà chân đỡ thiết bị phải chịu ta tra bảng XIII.37 Sổ tay hóa cơng tập trang 439 ta chọn kích thước chân đỡ sau: Tải trọng cho phép chân đỡ G.10-4 N Chiều dày tối thiểu thành thiết bị lót Chiều dày tối thiểu thiết bị có lót S H B SH 26 140 mm 2,5 Chọn thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, đặt nằm ngang có đường kính D = 0,4 m, chiều dài L = m, số ống truyền nhiệt n = 61 ống, ống xếp theo hình cạnh (kiểu lục giác) Số ngăn thiết bị m = ngăn KẾT LUẬN Như vậy, hiệu trao đổi nhiệt ổn định sử dụng ống chùm nằm ngang, phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Cấu tạo chắn, gọn với suất tiêu hao kim loại nhỏ, hình dạng phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ công nghiệp Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm dễ chế tạo, lắp đặt vệ sinh, bảo dưỡng vận hành, tuổi thọ cao Tốc độ ăn mòn diễn chậm thiết bị thường xuyên chứa nước nên không tiếp xúc với khơng khí u cầu vệ sinh thiết bị định kì nhằm nâng cao hiệu làm việc tránh hư hỏng khơng đáng có Khi lau thiết bị cần ý tránh làm trầy xước bề mặt bình dẫn đến việc khó lau cặn bẩn vào lần sau Cách chia ống kích thước thiết bị hợp lí, phù hợp với mục đích sủ dụng để đạt hiệu cao Thiết kế thiết bị trao đổi nhiêt dạng ống chùm để ngưng tụ cồn đòi hỏi người thiết kế phải nắm rõ cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị Do sinh viên, người kinh nghiệm kiến thức cịn hạn chế việc thiết kế thiết bị gặp khơng khó khăn Trong đồ án em hoàn thành yêu cầu thiết kế bao gồm: - Tổng quan chung cồn thiết bị truyền nhiệt - Tìm hiểu thiết bị ngưng tụ ống chùm nằm ngang - Tính tốn thiết bị khí Qua việc thiết kế đồ án giúp em nắm vững kiến thức mơn học, hiểu vai trị người thiết kế Cuối em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn giúp đỡ bạn bè giúp em hoàn thành tốt đồ án ... nơi đặt thiết bị, tỷ lệ chiều cao, đường kính thiết bị, khối lượng thiết bị? ?? Thiết bị vị trí đặt tai đỡ cần ốp thêm kim loại để tăng độ cứng sau hàn vào tai đỡ 1.2.8 Bố trí dịng chảy thiết bị Về... 1.2.5 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm 1.2.5.1 Tổng quan Các thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp đề cập phần trước, cấu tạo, nguyên lý ưu nhược điểm thiết bị trao đổi nhiệt Có nhiều thiết bị. .. dễ bị biến dạng bị nén ● Trong thời gian làm việc độ dẻo không bị biến đổi ● Bền môi trường thiết bị hay đường ống Nhận xét thiết - - - kế mặt bích: Các kích thước loại bích thiết kế thiết bị