Đồ án môn học Chương 1: 1 IL Il Chuong 2: 1 IL TIL Chương 3: 1 IL IH Chương 4: Tài liệu tham khảo MỤC LỤC Tổng quan Nhiệm vụ đô Lựa chọn thiết bị Quy trình công nghệ n Thiết bị cô đặc
Sơ lược về thiết bị cô đặc Cân bằng vật chất năng lượng Kích thước thiết bị 'Thiết bị phụ, . 5 5< se eexsersererrerrsrrsersersere Thiết bị ngưng tụ baromet
Thiết bị gia nhiệt
Tính và chọn bƠm - + 2+ 3E seEEeekeeeeesseeree
Kiểm soát và điều khiển quá trình 41
Trang 2Đồ án môn học CHUONG 1 TONG QUAN I NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch mía đường bằng hệ hai nổi xuôi chiều liên tục, loại ống dài
e Năng suất nhập liệu: 3500 Kg/h
e _ Nông độ đầu: 8% khối lượng
e _ Nông độ cuối: 25% khối lượng e _ Ấp suất ngưng tụ: 0,3at e _ Áp suất hơi đốt: 3at Il LUA_CHON THIET BI:
1 Khai niém:
Cô đặc là phương pháp thường được dùng để tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch 2 hay nhiều cấu tử Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi hay dễ bay hơi ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh
Trong đồ án này ta dùng phương pháp nhiệt Trong phương pháp nhiệt, dưới tác dụng của nhiệt (đun nóng), dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng của dung dịch (tức khi dung dịch sôi) Để cô đặc các dung dịch không chịu được nhiệt độ cao (như dung dịch đường) đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở mặt thoáng thấp
2 Sơ lược về nguyên liệu:
Nguyên liệu cho công đoạn cô đặc là nước mía đã được làm sạch, loại bổ các tạp chất, tẩy màu, tẩy mùi Sau công đoạn làm sạch, nước mía có pH khoảng 6,5 - 6,8
Thành phần chính của nước mía là đường saccharose một phần nhỏ là các đường đơn (glucose, fructose ) và một số các chất vô cơ, hữu cơ khác ( axit amin, HNO3, NHạ, protein )
Do có hàm lượng đường cao, nước mía là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển nên trong quy trình sản xuất đường, nước mía phải được chứa đựng, vận chuyển, xử lý trong các thiết bị kín, liên tục
Đường saccharose không bên nhiệt, ở nhiệt độ cao và pH axit, nó dễ bị biến đổi thành các đường đơn, các hợp chất có màu làm giảm hiệu suất thu hổi đường và giảm giá thành sản phẩm Vì vậy trong quá trình sản xuất, người ta luôn tìm cách giảm nhiệt độ vẫn bảo và giảm thời gian dung dịch tiếp xúc với nhiệt độ cao
3 Phân loại thiết bị cô đặc: Thiết bị cô đặc được chia làm 3 nhóm:
Trang 3Đồ án môn học
- Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức Thiết bị trong nhóm này được dùng cho các dung dịch khá sệt, độ nhớt cao, giảm đựơc sự bám cặn hay kết tỉnh từng phần trên bể mặt truyền nhiệt
- Nhóm 3: dung dich chay thanh mang mỏng, màng có thể chảy ngược lên hay xuôi xuống Thiết bị nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy thành màng qua bể mặt truyền nhiệt một lần tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phan của dung
dịch
Đối với mỗi nhóm thiết bị đều có thể thiết kế buông đốt trong hay buồng đốt ngoài Tuỳ theo điều kiện của dung dịch mà ta có thể sử dụng cô đặc ở điều kiện chân không, áp suất thường hay áp suất dư
4 Lựa chọn thiết bị cô đặc:
Theo tính chất của nguyên liệu, cũng như ưu nhược điểm của các dạng thiết bị nói trên ta chọn loại thiết bị ống dài, thẳng đứng, màng chảy xuôi xuống có buồng đốt ngoài, sử dụng hai nổi xuôi chiểu liên tục
Uu điểm của hệ thống:
Dùng thiết bị cô đặc kiểu màng chất lỏng, dung dịch vào và ra khỏi dàn ống một lần, khơng có tn hồn trở lại, nên thời gian dung dịch tiếp xúc trực tiếp với bể mặt truyền nhiệt ngắn, thích hợp với sản phẩm dễ bị biến tính vì nhiệt độ
Dùng hệ thống 2 nổi xuôi chiểu liên tục có thể sử dụng hợp lý lượng hơi bằng cách dùng hơi thứ của nổi trước làm hơi đốt của nổi sau Nhiệt độ của dung dịch và áp suất giảm dần từ nổi trước ra nối sau, do đó nhiệt độ của dung dịch ở nổi cuối cùng sẽ thấp
Sử dụng buồng đốt ngoài nhằm giảm bớt chiều cao thiết bị, tách bọt triệt để do buồng đốt cách xa không gian hơi
Nhược điểm:
Hệ cô đặc 2 nổi xuôi chiểu loại ống dài không có lợi khi phải cô đặc dung dịch có độ nhớt cao và nông độ cuối lớn, vì dung dịch khi lấy ra ở nhiệt độ thấp có độ nhớt lớn nên khó lấy ra
Không thích hợp khi cô đặc dung dịch đến nồng độ cuối cao và dung dịch dễ kết tỉnh vì dung dịch sẽ dính trên đường ống gây tắc ống
Với ống quá dài nên việc vệ sinh ống khó khăn và ống chịu sự đãn nở vì nhiệt nhiều
Ill QUY TRINH CONG NGHE:
Thuyết minh quy trình công nghệ:
e Nguyên liệu đầu tiên là nước mía đã qua làm sạch có nông độ 8% ở nhiệt độ 30°C được bơm từ bổn chứa vào thiết bị gia nhiệt với suất lượng 3500kg/h để gia nhiệt lên đến
nhiệt độ sôi là 103°C
Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm Về mặt cấu tạo thiết bị có dạng thân hình trụ, đặt đứng, bên trong là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ, được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều Các đâu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân Hơi nước bão hoà có áp suất 3 at đi bên ngoài ống (phía vỏ), dung dịch nước mía được bơm vào thiết bị và được cho đi bên trong cácơng1 Hơi nước bão hồ sẽ ngưng tụ trên các bể mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch nước mía nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi
Trang 4Đồ án môn học
Về mặt cấu tạo thiết bị cô đặc có dạng thân hình trụ, đặt đứng, gồm 3 bộ phận chính: bộ phận nhận nhiệt (còn gọi là buông đốt), không gian phân ly, bộ phận phân ly
Trang 5Đồ án môn học
là hơi đốt ) sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống Dung dịch nước mía sẽ được cho chẩy thành màng mỏng bên trong ống từ trên xuống và sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi, làm hoá hơi một phần dung môi Phần hơi sẽ được tạo ra ở vùng trung tâm ống, dung dịch sẽ được chảy thành màng mỏng sát thành ống
Điều kiện cần thiết để quá trình truyền nhiệt xảy ra là phải có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch đường; tức là phải có sự chênh lệch áp suất của hơi đốt và hơi thứ trong nồi
Các đại lượng, thông số ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt của buồng đốt là: s* Nhiệt độ và áp suất trong nổi vì nó liên quan mật thiết đến nhiệt độ sôi trong nồi đó Nếu áp suất trong nổi càng thấp thì điểm sôi càng thấp, áp suất hơi càng lớn, dung dịch đường sôi càng mạnh Tuy nhiên nếu áp suất càng thấp thì độ nhớt của dung dịch lớn, ảnh hưởng đến đối lưu và truyền nhiệt Và nếu áp suất thấp thì nhiệt độ của hơi thứ bốc lên cũng thấp, làm giảm khả năng truyển nhiệt cho các nổi sau nếu như lượng hơi thứ này được sử dụng làm hơi đốt cho nổi sau
s* Nhiệt độ nhập liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt Nếu nhập liệu ở trạng thái chưa sôi thì khi vào buồng đốt phải tốn thêm một lượng nhiệt để đưa nó đến trạng thái sôi Nhưng do dung dịch được nhập liệu vào nổi với tốc độ không đổi, và nó chảy từ đầu ống đến cuối ống không có tuần hoàn trở lại nên nếu nhập liệu ở trạng thái chưa sôi thì khi đi hết ống nó chưa nhận đủ lượng nhiệt cần thiết để đạt đến nồng độ yêu câu
e Hỗn hợp hơi-lỏng đi qua khỏi dàn ống, đến không gian phân ly và bộ phận phân ly, gọi chung là buồng bốc
-Không gian phân ly: là phần không gian rộng lớn để tách hỗn hợp lỏng hơi thành hai đòng, dòng hơi thứ cấp đi lên phía trên của buông bốc đến bộ phận phân ly, dung dịch còn lại được bơm qua nổi 2 Quá trình phân ly ở đây sử dụng chủ yếu là lực trọng trường, nhờ lực trọng trường các hạt chất lỏng to, nặng sẽ rơi xuống và tách khỏi dỏng hơi thứ và chảy xuống đưới, còn đòng hơi sẽ tiếp tục đi lên trên
-Bộ phận phân ly: trong quá trình bốc hơi dung dịch, dòng hơi thứ được tạo thành khi tách khỏi bể mặt dung dịch luôn kéo theo một lượng nhất định các hạt chất lỏng dung dịch Nếu dùng hơi thứ này để làm hơi đốt cho nổi sau bằng cách ngưng tụ thì dung dịch sẽ lắng đọng làm bẩn bể mặt ống, làm giảm khả năng truyển nhiệt Mặt khác nếu kéo theo nhiều dung dịch sẽ gây tổn thất dung dịch Do vậy nhiệm vụ của bộ phận phân ly ở đây là phải tách các hạt chất lỏng dung dịch còn lại ra khỏi hơi thứ cấp Ta sử dụng 3 phương pháp vật lý sau để phân ly hơi thứ cấp:
s* Sử dụng lực trọng trường:
s* Dùng lực dính ướt của chất lỏng: khi các hạt chất lỏng chạm vào bể mặt vách rắn, lực dính ướt sẽ dính các hạt lỏng trên bể mặt và sau đó chẩy xuống dưới
Trang 6Đồ án môn học
Để quá trình phân ly đạt hiệu quả cao thì chiều cao của không gian phân ly phải đủ lớn
e Sau khi ra khỏi buồng bốc hơi thứ của nổi I theo ống dẫn hơi thứ và được dẫn vào phía vỏ của buồng đốt 2 để làm hơi đốt cho nổi 2, còn dung dịch thì được bơm qua nồi 2 và cho chảy từ trên xuống
e Các quá trình ở nổi 2 xẩy ra tương tự như ở nổi 1 Dung dịch sau khi ra khỏi nổi 2 đạt đến nổng độ mong muốn 25% và được bơm vào bổn chứa để chuẩn bị cho công đoạn tiếp theo Hơi thứ của nổi 2 có áp suất 0,3 at được tách lỏng rồi đi vào thiết bị ngưng tụ baromet
Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp Chất làm lạnh là
nước được đưa vào ngăn trên cùng của thiết bị, dòng hơi thứ được dẫn vào mâm cuối của thiết bị Hai dòng lỏng và hơi đi ngược chiều với nhau để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt nên nó sẽ ngưng tụ thành lỏng rơi trở xuống Khi ngưng tụ chuyển từ hơi thành lỏng thì thể tích của hơi sẽ giảm làm áp suất giảm, do đó tự bản thân thiết bị áp suất sẽ giảm Vì vậy thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không, nó duy trì áp suất chân không trong hệ thống Dòng hơi thứ đi từ dưới lên, ngưng tụ, chảy xuống, khí không ngưng tiếp tục đi lên trên và được dẫn qua bình tách Bình tách là một vách ngăn, nó có nhiệm vụ là tách những giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí không
ngưng để đưa trở về bổn chứa nước ngưng, còn khí không ngưng sẽ được bơm chân khơng
hút ra ngồi Q trình tách nước ra khỏi khí không ngưng để tránh trường hợp nước bị hút vào bơm chân không gây va đập thủy lực, nó được thực hiện bằng cách sử dụng lực dính ướt của chất lỏng và lực trọng trường Ấp suất làm việc của thiết bị baromet là áp suất chân không do đó nó phải được lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cân dùng máy bơm Bơm chân không có nhiệm vụ là hút khí khơng ngưng ra ngồi để tránh trường hợp khí không ngưng tổn tại trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều (vì hệ thống làm việc liên tục), làm cho áp suất của thiết bị ngưng tụ tăng lên, có thể làm cho nước chảy ngược lại sang nổi 2
Trang 7Đồ án môn học
CHUGNG 2
THIET BI CO DAC
L SƠ LƯỢC VỀ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC:
Mục đích của cơ đặc là bốc hơi nước trong dung dịch nước mía
@_ Những yêu cầu đối với thiết bị cô đặc:
- Khoảng không gian nước mía cần nhỏ nhất, không có khoảng không chết -_ Nước mía lưu lại trong nổi với thời gian ngắn nhất
- _ Có hệ số truyền nhiệt lớn
-_ Hơi đốt phải dim bảo phân bố đều trong không gian bên ngoài giữa các ống của đàn ống (đảm bảo nhiệt phân bố đều cho các ống của đàn ống)
- _ Tách ly hơi thứ cấp tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để cho ngưng tụ (không làm bẩn bể mặt ngưng) lấy nhiệt cấp cho nổi tiếp theo
- Đảm bảo thốt khí khơng ngưng tốt Vì khí không ngưng ở phòng đốt cần thoát ra bình thường Sự tổn tại của khí không ngưng trong phòng đốt sẽ làm giảm hệ số cấp nhiệt của hơi và do đó giảm năng suất bốc hơi
- _ Đảm bảo thoát nước ngưng tụ dễ dàng Việc thoát nước ngưng tụ có liên quan chặt chẽ đến tốc độ bốc hơi Nếu có một nổi nào đó thoát nước ngưng không tốt, nước ngưng đọng lại nhiễu trong phòng đốt, làm giảm lượng hơi đốt vào phòng và ảnh hưởng đến tốc độ bốc hơi
- _ Thiết bị đơn giản, diện tích đốt dé làm sạch - _ Thao tác khống chế đơn giản, tự động hoá dễ dang
IL CAN BANG VAT CHAT VA NANG LUONG:
Kí hiệu các đại lượng:
Kí hiệu đơn vị ý nghĩa
Trang 8Đồ án môn học Q‹a kJ/kg nhiệt cô đặc P at áp suất AP at chênh lệch áp suất t °C nhiệt độ At °C chênh lệch nhiệt độ
t, °C nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch
ts °C nhiệt độ sôi của dung dịch
9 °C nhiệt độ nước ngưng ọ % độ ẩm của hơi bão hoà
“i” kí hiệu ứng với đầu ra của nổi I
“oe kí hiệu ứng với đầu ra của nổi 2
kí hiệu ứng với nhập liệu
NI
“39
=
“oe W kí hiệu ứng với hơi thứ
“Dy” kí hiệu ứng với hơi đốt 1) Cân bằng vật chất:
Đối với cả hệ thống:
Năng suất nhập liệu: Ga = 3500kg/h Nồng độ dung dịch nhập liệu: xa=0,08 Nồng độ dung dịch sản phẩm: Xe= 0,25 Lugng hoi thif tao thanh ctia ca hé: Ws = Gạ (1-24) =) VW, (1) ¢ ial Đối với từng nồi: ớ, ¿ se ` W, -Gia thiét ti 1é hoi thif b6c 1én ti néi 1 va néi 2: m= v > l<m<i,2 (2) 2 a ^ og 2 ta nÀ: -Nồng độ x¡ của sản phẩm tại các nổi: Nồi I: XE cự (3) Nồi 2: %; ¬" (4) G,-W,-W, Suất lượng dung dịch ở các nỗi : Nổi I: Gn =G, =3500 kg/h Nồi 2: G,=G,, =G,-W, (5) Gy = Gy, —W, =G, -Wy (6)
2) Cân bằng năng lượng:
Xác định áp suất và nhiệt đô mỗi nôi: -Hiệu số áp suất của cả hệ thống:
Trang 9Đồ án môn học
-Giả thiết phân phối hiệu áp suất giữa các nổi: ———~ = 1,2 + 2,5 (7)
2
-Tính áp suất hơi thứ trong các nôi:
AP, + AP, = AP, P=P,
R= P+aP, ®)
Py =P +AP,
-Từ giả thiết áp suất trong các nổi, xác định nhiệt độ hơi thứ trong từng nồi
-Hơi thứ của nồi I là hơi đốt của nồi 2, nên: tp2 = twi-A” (9) Xác định tổn thất nhiệt đô:
Tổn thất nhiệt độ do nông độ( A')
Tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn hơi thứ A”=1°C (chọn theo trang 161- [1 ])
-Tổn thất của từng nôi: Ai=A,'+A,"+A,"" (10) -Téng tén that chung ctia toan hé théng: A, = ZA, =A, +A, (11)
-Hiệu số nhiệt độ hữu ích: Af„ =AF—A, (12) At = ty by -Nhiệt độ sôi của dung dịch từng nồi: t=t, +A" (13)
-Xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:
Nồi I: Aty = ty —ty (14)
Nồi 2: At,; =f„„—Ì—f; (15)
Cân bằng năng lượng:
Cân bằng năng lượng đối với hệ thống cô đặc liên tuc: (CT 5.18, trang 158-[1])
G,Cjta + Dip =Wi,, + DcO+G.c.t, + O.y + On (16)
Dung hơi hơi nước dung nhiệt tổn dịch đốt thứ ngưng dịch cô thất
vào ra đặc
Giả thiết:
Trang 10Đồ án môn học Phương trình CBNL trở thành: 0,95Dr, + Gycgt, = Wi, + G,c,t, > 09Dr, +G,c,t, =Wi, + G.c,t, -Phương trình cân bằng năng thành: +0,050,„
lượng đối với hệ thống 2 nổi xuôi chiểu liên tục trở Lượng hơi thứ của nổi 1 là lượng hơi đốt của nổi 2 N6i2: 0,9W wl +(G, -W, Jet, Nồi 1: 0,9Dr, + Gycytg =Wiiy, +(Gy —W et q7) =(W —W,)i„„ +(G„ =W)e;t, (18) la: -Lượng hơi thứ bốc lên từ nổi 1 Wi, +(Œ„ —W)c;t; — Œ„ef, n= 0,9 +), — đi ụ3 Nồi 2: W, =W -ỨW, (20) Lượng hơi đốt tiêu tốn chung là: D= Wi HG, ~Woeit, ~GyCgta (21) 0,97, Nhiệt dung riêng của dung dịch đường có nồng độ x tại nhiệt độ t: C = 4190-(2514-7,542.t).x (J/kg.độ) (22)
II KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ:
Kí hiệu các đại lượng Ký hiệu Don vi q Wim? Msạc Mam M K W/m”.độ Ip kJ/kg r m”.độ/W 8 m/s? H m D m F m d m d m n ống m ống Vv mỶ V m/s Ur mỶ/mẺ.h f a W/m.d6 t m Y nghia cường độ dòng nhiệt
khối lượng phân tử đường saccharose khối lượng phân tử nước
khối lượng phân tử trung bình của dung dịch đường mía hệ số truyền nhiệt tổng quát
ẩn nhiệt ngưng tụ nhiệt trở
gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s?) chiều cao thiết bi
đường kính thân thiết bị diện tích bể mặt truyền nhiệt đường kính ống truyền nhiệt
Trang 116 m chiéu day Ong truyén nhiét
A Wim.d6 hệ số dẫn nhiệt
ư Pas độ nhớt tuyệt đối ø kg/mẺ khối lượng riêng
9 m kích thước hình học đặc trưng
“L7 ký hiệu ứng với dung dịch đường mía
“p” kí hiệu ứng với hơi đốt
“w” kí hiệu ứng với hơi thứ
“n” kí hiệu bên ngoài ống truyền nhiệt
“t” kí hiệu bên trong ống truyền nhiệt
“y” kí hiệu ứng với vách ống truyền nhiệt “a” kí hiệu ứng với buồng đốt
“b” kí hiệu ứng với buồng bốc “ô” kí hiệu ứng với ống truyển nhiệt Tính bề mặt truyên nhiệt của buông đốt:
-Nhiệt lượng hữu ích do hơi đốt cung cấp:
Néi 1: QO, = 0,9Dr, = Wii" y,-Gycyta + Get, (23)
Nồi 2: Ó; =0,9W,r,,= W;i"2—G(ejf, + Q;¿esf; (24)
-Tính hệ số truyền nhiệt của các nồi:
Theo nhiệt độ sôi và nồng độ trong các nổi, ta xác định các thông số vật lý của dung dịch (khối lượng riêng, độ nhớt, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng )
Hệ số truyền nhiệt tổng quát: w2 d ¿ à LẠ 2 2 Vi a >0,5 nén hé số truyền nhiệt tổng quát có thể tính theo công thức tường phẳng: ' 1 _ 2 40 K, a (W/m“.äộ) (25) ——+—+r,+r,+—— ap; 4 as; Hệ số cấp nhiệt phía hơi bão hoà ngưng tụ: 0,25 2 4 + a, =I, ram) (W/m?.độ) (26) Ay My (ty ~ty)
rp: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hoà tại nhiệt độ tp
Trang 12Đồ án mơn học Ay, = 3,58.10%¢, p,3) 2 (30) M " Trong đó: M= lex G1) M,, M,, Cp = 4190-(2514—7,542.t)x , (G/kg.dd) (32) - f +í Nhiệt độ trung bình phía dung dịch: 7, =-Š 2 + 33) 2 1/3 Kích thước hình học đặc trưng: Ø -( Hi ) (34) Ps 2 “ € Chuẩn số Pr: pr = ee (35) A, ow 4 Chuẩn số Re: e= — AG, — (36) 3600 đ,.n./0, Cường độ dòng nhiệt:
Phía hơi đốt: g„ = Af,.#„ =(f„ —f„).đp (37)
Phía dung dịch: g, = At,.a@, =(t,, —¢,).a, (38) s t,-¢t Dong nhiệt truyền qua vách: qv = > (39) F, Br=rtr,+2 a (40) Bỏ qua mất mát nhiệt, ta có: qp= qL= qv (41) Các bước tính: Bước I: Đầu tiên ta cố định tỉ lệ AP _1a3s ; ta thay đổi tỉ lệ 1: tiv 1-1,2 AP2 W,
Bước 2: Tính lại lượng hơi thứ ở mỗi nổi bằng công thức (19), (20) Bước 3: Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi:
Sau khi tính được lượng hơi thứ trong các nổi theo (19) và (20), ta tiến hành kiểm tra bằng cách so sánh kết quả tính toán được với giả thiết ban đầu
¿ W.-W
Néu AW =—+—_100% <5% là được (42)
max(f,,Jf,,)
Nếu không phải giả thiết lại tỉ số hơi thứ ở các nổi và tính lại cân bằng vật chất, năng lượng.(lặp lại các bước 1 đến bước 3)
Bước 4: Sau đó ta cố định tỉ số Tí vừa tìm được ở trên (thoả điều kiện), và thay đổi tỉ
2
lệ chênh lệch áp suất giữa các nồi
Bước 5: Tính chênh lệch nhiệt độ hữu ích cho từng nổi theo công thức (14), (15)
Bước 6: Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt và các thông số về kích thước thiết bị: Hạ, dị, dạ, n, ð
Trang 13Đồ án môn học
Bước 7: Chọn 2 giá trị nhiệt độ phía hơi đốt Atp rồi suy ra nhiệt độ phía vách ngoài tương ứng
Bước 8: Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía hơi đốt (Œp va qn)
Bước 9: Tính nhiệt độ vách trong tương ứng tạ: t, =t,, — Zr, (43) Bước 10: Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía dung dịch khi sôi (di và qr) Bước I1: Coi gần đúng cường độ dòng nhiệt phụ thuộc tuyến tính vào Atp , ta dựng 2 đường thẳng qD = f(Atp) và qL = f(Atp ), giao điểm của 2 đường thẳng này ứng với giá trị Abo cần xác định Lặp lại các bước 8, 9, 10 với giá trị Atp› vừa xác định
lao — 4| maX(4›.4, )
Nếu không thoả ta lặp lại các bước 7-11 Nếu thoả ta tiếp tục bước tiếp theo Bước 13: Tính hệ số truyền nhiệt K
Bước 14: Phân phối chênh lệch nhiệt độ hữu ích cho các nổi theo phương pháp diện tích bể mặt truyền nhiệt các nổi F = const:
Bước 12: Kiểm tra điều kién: Ag = <5% (44) Af*u = Af, QIK, (45) YO/K; i=l 12 :Ä At, *—At,, Bước 15: Kiểm tra điều kiện: 100% < 5% (46) max(Af,,*, Af,„) Nếu thoả thì tiếp tục bước tiếp theo
¿ 3: 212 16: Tai 2 TẢ nhân Tâ¬h 4 zw, APL ow „ + Nếu không phải giả thiết lại tỉ lệ chênh lệch áp suất APD và lặp lại các bước 4- 15 Bước 16: Tính bể mặt truyền nhiệt F: F= Q (47) K.At*,, Bước I7: Tính lại số ống truyền nhiệt n: #=———— (48) adi ,, — d+d Với d=: 2 a (49) Kiểm tra điều kiện: Mehon Nin An=_— Lm HH << 5% (50) max(1,,,, , Ninn Nếu chưa thoả điều kiện thì chỉnh lại các thông số về kích thước thiết bị đã chọn ở trên
Nếu thoả điều kiện, ta quy tròn diện tích bể mặt truyền nhiệt và số ống truyền nhiệt theo các trị số đã qui chuẩn hoá
Trang 14Đồ án môn học Chênh lệch áp suất | AP | at | 1886| 082 Tí lệ 2.3: Hơi thứ Suất lượng W kg/h 1190 1190 Tilé 1:1 Ấp suất Pw at 1.12 0.3| (8) Nhiệt độ tw °c 102.16 68.7
kJ/k 2682.4 2624.0 Tra bang I.251-
Trang 15Đồ án môn học 103.2 69.83 Dung dịch vào toa °C 4 1 103.3 (13) Dung dịch ra tye °C 45 70.1 — 103.2 69.96 Trung bình t, me) 93 55 Nhiệt dung riêng J/kg 4051 3949 Dung dich vao Ca độ 17 11 J/kg 3979 3693 Dung dịch ra Ce độ 715 67 (22) J/kg 4015 3821 Trung binh c— |độ 45 33 1201 1178 Suất lượng hơi thứ W kg/h 22 78 (19), (20) 0.942 0.942 sai số AW % 75 75 Chênh lệch nhiệt độ 29,6 31,19 hữu ích Athi °c 1 (14), (5) Bảng 4: Kết quả tính hệ số truyền nhiệt tổng quát và diện tích bề mặt truyền nhiệt Giá trị Đại lượng Kí hiệu Đơn vị nôi 1 nôi 2 Ghi chú Ống truyền nhiệt Vật liệu Thép XISHI0T Tra bảng Hệ số dẫn nhiệt À W/m.độ 16,3 XI.7-[4] Chiều cao Hạ m 5 Đườngkính trong di m 0,031
Đường kính ngoài dn m 0,038 chon theo
Trang 16Đồ án môn học Tra bang 1.250-[3] theo An nhiét ngung tu tp kJ/kg 2171 2257,2 | to Khối lượng riêng Pp kg/m? 933,9 958,8 Tra bảng Hệ số dẫn nhiệt Nd W/m.độ 0,684 0,681 | 1.249-[3] theo Độ nhớt tuyệt đối Up 10 Pa.s 2,16 2,18 ty Wim?.d 7140,1 6949,7 Hệ số cấp nhiệt db 6 1 9 (26) Cường độ dòng 26418, 23698, nhiệt qp Wim? 4 8| 7)
Trang 17Đồ án môn học Hệ số truyền nhiệt K W/m 748,92 650,18 (26) Nhiệt lượng có ích Q W 743641 684027 (23), (24) Chênh lệch nhiệt độ Athidnh hữu ích tính °C 30,02 31,78 (45) Chênh lệch nhiệt độ hữu ích chọn Athichon °C 2961 31,19 Bảng 3 So sánh % 1,37 1,86 (46) Diện tích bể mặt truyền nhiệt F m° 33,18 33.18 (47) Số ống truyền nhiệt n ống 58,3 58,3 (48) SS s6 6ng truyén nhiét % 4,43 4443 Kiểm tra ĐK Đạt Đạt
Chọn thông số chung cho cả 2 nồi Ta chọn dư bể mặt truyền nhiệt 20%
Số ống truyền nhiệt là: n = 91 ống (làm tròn theo bảng V.11-[4])
Chiều cao ống truyền nhiệt là : Hộ= 5m
Chiểu cao thân buồng đốt lấy bằng chiều cao ống truyền nhiệt: Hạ = 5m KÍCH THƯỚC BUỒNG ĐỐT VÀ BUỒNG BỐC:
Kích thước buông đốt:
Ơng được bố trí trên vỉ ống theo đỉnh hình tam giác đều, ống được lắp vào mạng bằng phương pháp nong ống, với bước ống t =1,4.dn
Đường kính vỏ buồng đốt: (CT 2.85,trang 58 — [1]) Dạ = t(m-1) + 4dạ Số ống trên đường chéo: (CT2.86-[1]) m= 1430-0 Kích thước buồng bốc: G1) (52)
Nhiệm vụ chủ yếu của buồng bốc là tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi xuống dưới, còn hơi đi lên phía trên
Đường kính buồng bốc tính từ điểu kiện phân ly được những giọt lồng có đường kính từ 0,3 mm trở lên
Ta chọn đường kính buồng bốc theo dãy chuẩn sao cho Dụ > Dạ
Kiểm tra điểu kiện: vận tốc của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 - 80% vận tốc
⁄ ee ae
lang cua giot long:
Trang 18Đồ án môn học 4g(P1 - Pwd) = [ee FI 55 ụ 32,Š >) Với: dự= 0,3 mm =0,0003 m Hệ số trở lực ý đước tính như sau: Nếu 0,2 < Re < 500 thì ế= sau (56) Néu 500 < Re < 150000 thì ¿=0,44 (57) ov d Chuẩn số Re: Re= yết (58) My Chiểu cao không gian hơi của buồng bốc: 4V H,=—., zD; (59) Thể tích không gian hơi: (CT VI.32-[4]) U=—f_ mì Pn (60)
Với Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi ( thể tích hơi nước bốc hơi trên một đơn vị thể tích của không gian hơi trong 1 đơn vị thời gian) Ủ¿ =f-Uwa 2), m/mẺ.h (61) Hệ số hiệu chỉnh f xác định theo đồ thị hình VI.3-[4] Una at) = 1700 mỶ/m.h (62) Bảng 5: kích thước thiết bị chính Kí Giá trị Đại lượng hiệu Đơn vị nổi 1 nổi 2 Ghi chú Tổng số ống TN n ống 91 Số ống trên đường chéo m ống 11 (52) Đường kính ống TN dn mm 38 Bước ống t mm 53.2 t=1,4.d,
Chiểu cao buồng đốt Hạ m 5
Trang 19Đồ án môn học 107 Bang I.121- Độ nhớt tuyêt đối Uw Pa.s 125 109 [3] Van toc Vw m/s 0,454 1,552 (54) Chuẩn số Re Re 7,01 8,04 (58) Hệ số trở lực Ệ 5/752 |_ 5,297 (56), (57) Dung dịch 0,121 Nông độ cuối Xe 2 0,25 103,3 Nhiệt độ sôi bse °C 45 70,1 Bang | 1040, 1076, Khối lượng riêng PL Kgim` | 1 9 Bảng I.87-[3] Vận tốc lắng Mã m/s 1,05 2,058 (55) So sánh vận tốc TN % 43,2 75,4 (53) Kiểm tra ĐK %v <70% Đạt Đạt Hệ số hiệu chỉnh f 0,99 1,6 Cường độ bốc hơi thể tích cho phép Ure mẺ/mẺ.h 1683 | 2720 (61) Thể tích không gian hơi Vụ mẺ 1099| _ 2,323 (60) Chiều cao không gian hơi Hp m 0,97 2,054 (59) Chiều cao buồng bốc Hy m 2,5 Kích thước cửa nhập liệu, tháo liệu, hơi đốt, hơi thứ, tháo nước ngưng, nối buồng đốt và buông bốc:
Đường kính ống dẫn và cửa ra vào của thiết bị được xác định từ phương trình lưu lượng Chọn tốc độ của khí (hơi) hoặc dung dịch đi trong ống dẫn theo trang 74-[4], sau đó tính đường kính ống theo công thức sau:
d= | 1G _
3600zpv
Lam tron đường kính ống đến đường kính chuẩn Dựa vào đường kính vừa chọn, tra bang XIII.32 —[4] ta chọn kích thườc chiều đài đoạn ống nối
Bảng 6 : Kích thước cửa ra vào của thiết bị (63)
Đại Nhập Hơi Nước Khí Tháo Hơi Ống nối
Trang 20Đồ án môn học Nồi 2 | 0.5 20 0.5 0.5 30 Khối lượng | Nổi I | 1040.1 |1.618 | 932.28 1040.1 | 1.618 riêng(kg/m3) Nổi 2 | 1079.99 |0.622_ | 957.54 1076.9 | 0.188 Đường kính | Nồi I | 48.8 1224 |32.3 39.64 | 93.1 (mm) Nồi 2 | 39 1857 | 29.9 27.1 274.1 Đường kính 50 200 40 25 50 300 300x200 quy tròn theo chuẩn (mm) Chiểu đài 100 130 100 90 100 140 700 (mm) TÍNH CƠ KHÍ:
Kí hiệu các đại lượng:
Kí hiệu đơn vị ý nghĩa
Ss mm bể dày tối thiểu S mm bé day
D, mm đường kính trong
Dạ mm đường kính ngoài
Vr mm chiéu dai tính toán
Ca mm hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học
Cp mm hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường Ce mm hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo
Co mm hệ số bổ sung để quy tròn kích thước
C mm hệ số bổ sung bể dày tính toán Ø, hệ số bền mối hàn ? hệ số hiệu chỉnh [oJ ứng suất cho phép tiêu chuẩn [co] [P], [Pn] N/mm? Pi,Pa Ne E N/mm? Ø, Z cai hg mm ứng suất cho phép
áp suất , áp suất ngoài cho phép áp suất , áp suất ngoài tính tốn hệ số an tồn theo giới hạn chẩy
môđun đàn hồi
giới hạn chảy của vật liệu chế tạo thiết bị số bulong
chiều cao phần gờ của đáy và nắp Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công:
Thân buồng đốt được làm bằng thép CT3 Đáy và nắp buông đốt có dạng hình elip (chịu lực tốt), làm bằng thép X18HI10T đáy và nắp được nối với thân bằng mối ghép bích
Thân, đáy, nắp buồng bốc làm từ thép XI§HI0T, nắp có dạng hình elip, đáy dạng nón có gờ với góc đáy 60”
Cả thân, đáy, nắp buồng đốt và buồng bốc đều được bọc cách nhiệt Xác định điều kiện làm việc:
Trang 21Đồ án môn học
Nhiệt độ làm việc tụy là nhiệt độ lớn nhất của môi trường bên trong thiết bị
Nhiệt độ tính toán: tụ= tịy+ 20°C (do thiết bị có bọc cách nhiệt) (64) Ấp suất làm việc là áp suất của môi trường trong thiết bị
Ap suất tính toán P„ đối với buồng đốt và buông bốc
Nếu P\>l at thì : P„= Pịy -L,( at) (65)
Néu Piy <1 at thi Pr = Py + 1, (at) (66)
Bang 7: Diéu kién lam viéc ctia thiét bi
Dạng chịu lực |Nhiệt độ | Nhiệt độ| Ấp suất| Ấp suất làm viéc | tinh todn | lam việc | tính toán
CC) CO) (at) (at)
N6 | Buéng | Thân | Chịu áp suất | 132,9 1529 3 2 11 | đốt Day trong Nap Buéng | Than | Chịu áp suất | 103,27 12327 |1/12 0,12 bốc Day | trong Nắp Nồ |Buông | Thân | Chịu áp suất | 101,16 121,16 1,08 0,08 ¡2 | đốt Đáy | trong Nắp Buồng | Thân | Chịu áp suất | 70,1 90,1 0.3 1,7 bốc Đáy | ngoài Nắp Tinh bé day:
Đối với buông đốt ta tính bể dày của 2 nổi rồi chọn kết quả lớn nhất làm bể dày chung cho cả 2 nổi Còn đối với buồng bốc, do nổi 2 chịu áp suất ngồi nên ln có bể dày lớn hơn buồng bốc của nồi I chịu áp suất trong, do đó ta chỉ cần tính bể dày buồng bốc nổi 2 làm bể dày chung cho cả 2 nổi
-Thân chịu áp suất trong:
Trang 22Đồ án môn học C.=0
Co chọn theo kích thước quy tròn của thép tấm
Chọn bể dày thực của thân thiết bị theo chiều dày của thép tấm (bảng XIII.9 trang 364- [4]) Kiểm tra độ bên: D, [p] = 4.@—€.) Job, (s-C, Jy > D,+(S-C, ) “
Nếu bể dày thân tính theo công thức mà cho kết quả S< 2 mm thì chọn S theo đường
kinh trong D, (bang 5-1 trang 128- [6])
Thân chịu áp suất ngoài:
Bề dày tối thiểu cho thân chịu ápsuất ngoài: (CT 5.14/133-[6])
ri E'D (72)
Với lÌ= lại mặt ben = Họ (73)
E' tra bang 2.12/45-[6] theo diéu kién lam viéc va vat liéu ché tao Chọn bể dày thực theo công thức (69) và (70)
Trang 23Đồ án môn học D, +28) P., _— Kiểm tra độ ổn định của thân: S—Ca> sa (77) t Với K, =§752°k (78) »(N) (76)
k, tra bang trang 140-[6],theo ti s6 ——*—
° & trang 2(S — Ca)
Xác định ứng suat nén chiéu truc: Po T o, =— 4 — (79) mD,+S)\(S-C,) Xác định ứng suất nén chiều trục cho phép: S-C [o, |= Kf! —* (80) t Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời: On Fn cy (81) [o,] [P,]
hay >I nhưng không quá 5% so với 1
Bảng 8: Thông số vật liệu chế tạo
Kí Giá trị
Đại lượng hiệu Đơn vị nổi 1 | nổi 2 Ghi chú
Buông đốt (thép CT3)
Ứng suất tiêu Tra hình I.1-
chuẩn [ẴjÌ* | Nimm? | lãi 135 |[6]
Chọn theo
Hệ số hiệu chỉnh 7) 0,95 0,95 trang 26-[6]
124,4 128,2
Ứng suất cho phép [o] N/mm? | 5 5 [o]=nlo]*
Hệ số bển mối hàn Pi, 0,95 0,95 bang 17/24-[6]
HS bổ sung do ăn Chọn theo
Trang 24Đồ án môn học chuẩn ? [6] N/mm Tra bang Môđun đàn hồi E ? 20,5.10Ý 2.12-[6] Tra bang 1.6- Hệ số an toàn Ne 1,65 [6] Ứng suất cho phép [o] N/mm? 135,85 [o]=nlo]* N/mm
Giới hạn chẩy a |? 235,95 ơ¿ =n |ø]*
Bảng 8: Tính chiều dày thân thiết bị Kí Giá trị Đại lượng hiệu Đơn vị nôi 1 nổi 2 Ghi chú Buồng đốt Đường kính trong của vỗ D, mm 800 800 Chiều cao thân Hạ m 5 5 lc] pl 591 15229 Bề dày tối thiểu S' mm 0,68 0,026 Bề dày thực S mm 3 3 Ấp suất cho phép [P| Nimm? | 0,59 0,61 N/mm Ấp suất tính toán P, 0,2 0,08 Kiểm tra DK [P]> P Thoá | Thoa Buồng bốc Đường kính trong vỏ Dụ mm 1200 1200
Chiểu cao thân Hp m 2,5 2,5
Trang 25Đồ án môn học Ứng suất nén chiều trục cho phép [ø,] N/mm? 101,475 ĐK On 4 tn cy Ic.) [P] 0,624 <1 Day và nắp: Ta chọn bể dày của đáy và nắp bằng với bể dày của thân rồi kiểm tra theo các công thức tương ứng
Kiêm tra bền của đáy và nắp elip chịu áp suất trong:
Ta chọn đáy và nắp elip tiêu chuẩn, do đó công thức tính bể dày và kiểm tra ĐK bên giống với các công thức tính của phần thân chịu áp suất trong Vì vậy với S thoả cho thân thì cũng thoả cho đáy và nắp
Kiểm tra ĐK ổn định của nắp elip chịu áp suất ngồi(bng bốc): Chọn S=S thân buồng bốc
Chọn nắp elip tiêu chuẩn Bán kính cong bên trong ở đỉnh đáy R, = Dy Ấp suất ngoài cho phép: [P,]=218»lŠ=€2) Nm? BR, (82) Trong a6: p= (S—Ca) E'(S~ Ca)—6,7xơ,R,(I— x) + 5x0 R, (83) x=0,7
Kiểm tra ĐK: néu [P, ]> P,thì chọn đúng bể dày, ngược lại tăng bể dày lên Kiểm tra ĐK ổn định của đáy nón chịu áp suất ngoài:
Tính lực tính toán P nén đáy: (CT 6-26/178-[6]) P= 2DjP, (84)
Lực nén chiểu trục cho phép : ( CT 6-27/178-[6])
[P] = 2K E'(S —Ca)’ cos’ a (85)
Xác định áp suất ngoài cho phép [P] theo công thức
Với I'là chiều cao phần nón của đáy I' =h
Kiểm tra ĐK ổn định: PP a ey (86)
[P| [P,]
Nếu điều kiện không thoả thì lấy tăng chiểu dày lên
Trang 26Đồ án môn học Chiều cao gờ hg mm 25 40 Chiéu cao h mm 200 300 Đường kính phôi D mm 988 1490 Hệ số 6 1,96 Ap suat ngoai cho phép [P,] N/mm? 1,04 Kiểm tra ĐK Thoả Đáy nón, góc đáy 60° Đường kính trong Dt mm 1200 Bé day § mm 10 Chiểu cao gờ hg mm 50 Chiều cao h mm 1087 Bán kính triển khai RI mm 1037 Bán kính triển khai T mm 59 Đường kính lỗ tháo d mm 50,4 Khối lượng M kg 21.715 Thể tích Vv mẺ 0,532 Bé mặt trong F mỸ 2,608 Lực nén đáy P N 192265,5 Lực nén chiểu trục cho phép [P] N 2582224 Ấp suất ngoài cho N/mm phép [Pal |? Ấp suất ngoài tính N/mm toán Pn |? 0,17 DK Thoa Các bộ phận phụ: Bích và bulông
Dùng bích liên (kiểu 1) để nối thân buồng đốt, buồng bốc với đáy và nắp
Trang 27Đồ án môn học Đường kính đường | Dụ mm 880 1340 -[4] tròn qua tâm bulông Chiểu dày h mm 22 45 Đường kính bulông_ | dụ mm 20 36 Số bulông Zz cái 24 36 Đệm Vật liệu Paronit Chọn Chiểu dày ổ mm 2 2 Đường kính trong Dị mm 813 1213 Đường kính ngoài Da mm 828 1228 Vỉ ống :
Chọn đường kính ngoài của vỉ ống bằng đường kính trong của thân TB
Chọn vật liệu làm vỉ ống là thép XI§HI0T, vỉ ống loại tròn phẳng (kiểu 2 hình 8-§ trang 211-[6]) Chiểu dày tính toán tối thiểu của vỉ ống ở phía giữa: h=K.Ð, fe Ø,-[Ø, ] K: hệ số bằng 0,28 -0,36 @ - hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ _D,->a =F t >d - tổng đường kính các 16 trong vi, mm 2 4 Ất nối Kiểm tra ứng suất uốn: ø„ = ab+cd 2 Trong đó /= Dp —————:zŠ 3,6 1-0,7 (*) ra Bang 11: Kết quả tính vỉ ống và đĩa phân phối (87) (88) (89) (90)
Dai lugng Ki hiéu | Don vi Gia tri
Vi ống Dia phân phối
Vật liệu Thép XISHI0T
Đường kính ngoài của di mm 38 25 ống
Áp suất làm việc của P at 3 0,3 môi trường trong TB
Ưng suất cho phép khi [o, | N/mm | 138 138
uốn ?
Tổng số đường kính các 2d mm 418 275
Trang 28
Đồ án môn học lỗ trong vỉ Đường kính trong của Dt mm 800 800 than TB Hệ số làm yếu vỉ ống DP 0,478 0,656 Chiêu dày tối thiểu ở h` mm 16,39 16,9 phía giữa Chiều dày thực ở phía h mm 18 18 giữa Kiểm tra điều kiện uốn Thoa Thoa Tai treo Bảng 12: Khối lượng thiết bị chính Bộ phận Vật liệu Khối Số lượng lượng Thân chính CT3 296 1 Than phu X18H10 59,6 1 T Nắp/ đáy X18H10 24,4 2 T Bich CT3 67,4 3 Vi ong X18H10 71,5 2 T Ong truyén nhiét X18H10 15 91 T Khối lượng dung dịch 1125,9 Buông bốc Thân X18H10 744,6 1 T Day X18H10 213 1 T Nap X18H10 138 1 T Bich CT3 311,9 2
Khối lượng dung dịch 1533,6 Bảng 13: Kết quả tính tai treo:
Đại lượng Buồng đốt Buôồng bốc Tổng khối lượng (kg) 3240,5 3253
Tổng tải trọng (N) 31789,3 31911.9
Trang 29
Đồ án môn học Tải trọng lên l tai treo Số tai treo 4 7947.3 4 7978
Chon tai treo chung có tải trọng 10! N (tra bang XIII.36-[4])
Trong phân tính thiết bị chính này ta bỏ qua phân tính tăng cứng cho các lỗ và phần tính các chỉ tiết bù dãn nở cho thân thiết bị
Buồng đốt và buồng bốc đều được bọc cách nhiệt với bể dày lớp cách nhiệt được tính Â,
theo công thức sau: (tps — ty) = 5 un —fr;) (91)
Trong đó hệ số cấp nhiệt d„ từ bể mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không kh:
ơ, =9,3+0,058,„ ,W/m?.độ (92)
Tính bể dày lớp cách nhiệt cho nổi 1, còn lớp cách nhiệt cho nổi sau lấy như nồi 1 Với trị: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bể mặt thiết bị Vì trở lực nhiệt tường rất nhỏ so với trở lực nhiệt của lớp cách nhiệt cho nên trị có thể lấy bằng nhiệt độ của hơi đốt trị=132,9°C
tra: nhiệt độ bể mặt lớp cách nhiệt về phía không khí, chọn tra = 40°C
Tị¿: nhiệt độ không khí trung bình năm tx = 27,2°C
2,: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt
Trang 30Đồ án môn học
Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp Được sử dụng khi hơi đi ra là nước hoặc chất lỏng không cần sử dụng
Hơi thứ sẽ được dẫn vào đi từ dưới lên, nước làm lạnh đi từ trên xuống, hới thứ sẽ ngưng tụ thành nước và cùng chảy xuống dưới, ra ngồi Khí khơng ngưng sẽ tiếp tục đi từ dưới lên và được bơm chân không hút ra ngoài
Baromet đặt cao hơn mặt đất ( chiều cao baromet phụ thuộc vào áp suất ngưng tụ) Ấp suất ngưng tụ càng thấp, chiều cao càng lớn Ấp suất làm việc của thiết bị là áp suất chân không, do đó nó phải được lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cân dùng bơm
Uu điểm:
Hiệu suất truyền nhiệt trực tiếp rất cao, ổn định áp suất tốt Kết cấu thiết bị đơn giản, hoạt động ổn định
Ít tốn năng lượng
Trong thiết bị ngưng tụ baromet, hơi thứ ngưng tụ chuyển từ hơi sang lỏng, làm giảm thể tích, dẫn đến áp suất giảm Do đó có chênh lệch áp suất giữa buồng bốc và thiết bị ngưng tụ, nên hơi tự động đi qua mà không cần dùng bơm hay quạt, không tốn chỉ phí năng lượng
Kí hiệu các đại lượng
Kí hiệu Đơn vị ý nghĩa G kg/h Lưu lượng i Kj/kg entanpi t °C nhiệt độ c KJ/kg.độ nhiệt dung riêng Vv m/s vận tốc dòng lưu chất
“hP ký hiệu ứng với dòng hơi thứ
.x ký hiệu ứng với dòng nước làm nguội
“v” ký hiệu ứng với dòng vào
#r” ký hiệu ứng với dòng ra
“kk” ký hiệu ứng với dòng khí không ngưng
D m đường kính trong thiết bị b mm Chiểu rộng tấm ngăn hạ mm Chiểu cao gờ tấm ngăn Zz cái số tấm ngăn
de mm Đường kính lỗ
fe m? Tổng diện tích lỗ trên tấm ngăn
fv m Diện tích tiết diện ngang thiết bị t mm Bước lỗ
E Mức độ đun nóng
Ho mm chiéu cao thiét bi
Hp m Chiều cao ống Baromet
di m Đường kính ống baromet
 Hệ số ma sát
Trang 31Đồ án môn học
ổ Chiểu dày tấm ngăn é Hệ số trở lực cục bộ Cân bằng vật chất năng lượng:
Dòng hơi thứ từ nồi cô đặc 2:
Lưu lượng: W=1190 kg/h = 0,33 kg/s Ap suất : Pwo = 0,2 at
Nhiệt độ: tw2 = 68,7 °C
Do tổn thất áp suất trên đường ống dẫn hơi thứ, dòng hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ và áp suất thấp hơn
Nhiệt độ dòng hơi vào thiết bị ngưng tụ: tụy = t„a— A’” = two — 1 = 67,7 °C Chọn: nhiệt độ của nước làm ngudi: t; = 30 °C
Nhiệt độ của dòng nước ngưng ra khỏi thiết bị: tạ = 50 °C
Khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài Thường thường trong hơi thứ có lẫn không khí và các khí không ngưng khác Có thể xem rằng trong I kg nước ở điều kiện tiêu chuẩn (0 °C, 1 aU có cứa khoảng 2% thể tích (tức 25.10” kg) không khí có khối lượng riêng 1,25 kg/m? Tinh trung binh ctf ngung tu | kg hơi nước thì bị không khí bên ngoài lọt thêm vào hệ thống là 0,01 kg Lượng không khí và khí không ngưng được hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: G =25.10°(G„+W;)+0,01W,, kg/s (93) Thể tích khí không ngưng: (CT VI.49/84-[4]) 288.G,, (273 +t, Vz, = Gy (273 + ty) (94) P-P,
với Pụ là áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp và được lấy bằng áp suất hơi bão hoà ở nhiệt độ không khí tụ
Trang 32Đồ án môn học Nhiệt độ cuối b °C 50 Nhiệt dung riêng c 4,18 Suất lượng Gn Kg/s 9,53 Ấp suất riêng Ph at 0,1258 phần hơi nước Khối lượng riêng p Kg/m? Vận tốc m/s Khi khéng ngung Suất lượng Gre Kg/s 3,55.10° Thé tich Vụy nỶ 0,0189 Nhiệt độ Ẩkk °C 50 Dòng nước ra Suất lượng G Kg/s 9,856 Nhiệt độ ty °C 50 Khối lượng riêng p Kg/mỶ 988 Độ nhớt H Pa.s 0,549.10 3 Vận tốc 0) m/s 0,5
Kích thước của thiết bị:
Đường kính trong của thiết bị tính từ điều kiện vận tốc hơi cho phép sao cho không kéo theo các giọt nước nhỏ Tốc độ hơi phụ thuộc vào cách phân phối nước trong thiết bị, tức là theo độ lớn của các tia nước Khi tính toán chọn 0) = 25 m/s
Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ: (CT VI.52/84-|4]) Ww
Ø;,®,
Kích thước tấm ngăn: tấm ngăn có dạng hình viên phân để đảm bảo làm việc tốt Chiểu rộng của tấm ngăn: (CT VI.53/85-[4]) D,=1383 „ (m) (96) b= 24450, (mm) (97) Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ, chọn đường kính lỗ nhỏ là 2 mm, chiéu day tấm ngăn là ồ = 4 mm
Chiểu cao gờ tấm ngăn: h„= 40 mm
Tổng diện tích bể mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ, nghĩa là trên một cặp tấm ngăn: (CT VL.54-[4])
Gay? (98)
Pn,
Với tốc độ của tia nước có thể lấy Ww, = 0,62 m/s
Các lỗ trên tấm ngăn xếp theo hình lục giác đều, với bườc lỗ:
t= od Ì mm (99)
tb
Trang 33Đồ án môn học
2
Với fy là điện tích tiết điện của thiết bị ngưng tụ: ƒ/„ = = › mĩ (100) Mức độ đun nóng nước: (CT VI.56/85-{4])
g=2z— (101)
thy 4
Dựa vào mức độ đun nóng ta xác định số ngăn n và khoảng cách trung bình giữa các ngăn (bảng VI.7/86-|4]) 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 nên giảm dân theo hướng từ dưới lên khoảng chừng 50 mm cho mỗi ngăn
Dựa vào đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, ta chọn chiều dày của thành thiết bị và khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp của thiết bị, khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đaý thiết bị, khoảng cách giữa các ngăn (bảng VI.8/88-[4])
Chiểu cao thiết bị ngưng tụ : 7# =4, , mm (102) ¡=0 Kích thước ống baromet: Đường kính trong của ống baromet: 0,004(G, +W d = ,|200KG, +) To (103) Với u) là vận tốc của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, chon W =0,5 m/s
Chiéu cao ctia Ong baromet: H, =h, +h, +0,5 ;m (104)
Chiểu cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và + ots Pa-Pyy _ P áp suất trong thiết bị ngưng tụ: 4, =———=—* ,m (105) PS PS Chiểu cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy ¿ H ? trong ống: n= (2,544) 2 ,m (106) d 2g 2a (2,54 pte 408) On (107) d 2g Với hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống phụ thuộc vào chuẩn số Re Chuẩn số Re: Re = 2 a (108) A cế XI Si tư 2 LẬ 64 Hệ số ma sát: đối với trường hợp chảy tang: 2 = Re (109) e
Đối với trường hợp chảy rối trong ống nhám: a —21 Ay 6.81)" 8g nợp y ig Ong : Va | 374 Re (110)
Bảng 15: Kết quả tính thiết bị ngưng tụ
Trang 34Đồ án môn học Đại lượng Kí hiệu vị Đơn Giá trị Ghi chú Thiết bị ngưng tụ và thiết bị thu hôi Đường kính trong Dị mm 366 TBNT (tinh) Đường kính trong D, mm 500 TBNT (thực) Chiểu day ctia thanh| S mm 5 TB Khoảng cách giữa tâm K mm 675 TBNT và TB thu hồi
Đường kính TB thu hồi D mm 400
Chiều cao TB thu hồi Ht mm 1440 Đường kính các cửa ra và vào Hơi vào đị mm 300 Nước vào do mm 100 Hỗn hợp khí và hơi ra đa mm 80 Nối với ống baromet dy mm 125 Hỗn hợp khí và hơi vào ds mm 80 TB thu hồi Hỗn hợp khí và hơi ra do mm 50
khỏi TB thu hồi
Trang 35Đồ án môn học Khoảng cách từ ngăn ag mm 1200 cuối cùng đến đáy thiết bị Chiều cao TBNT H mm 3300 ống baromet Đường kính trong d mm 25 Độ nhám A mm 0,5 Chuẩn số Re Re 22495 Hệ số trở lực do ma sát À 0,051 Chiều cao cột nước hy m 7 ha m 0,13
Chiều cao ống baromet Hp m 7,63
I THIET BI GIA NHIET
Kí hiệu các đại lượng
Kí hiệu đơn vị Ý nghĩa
G kg/h suất lượng dung dịch mía đường
Th kJ/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa
t °C Nhiệt độ dung dich mia đường
Cc KJ/kg.độ nhiệt dung riêng của dung dịch mía đường “ Ký hiệu dòng hơi đốt
“a Ký hiệu ứng với dòng vào
~ ký hiệu ứng với dòng ra
Q độ ẩm hơi bão hoà
Vai trò của thiết bị gia nhiệt là đun nóng dung dịch mía đường từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ sôi của nổi cô đặc Tác nhân gia nhiệt là dòng hơi nước bão hòa
Các thông số của dung dịch mía đường: - _ Suất lượng: 3500 kg/h - Néng do: 8% - Nhiét do du: 30°C - Nhiét d6 cudi: 103 °C Các thông số của dòng hơi nước bão hòa: - Áp suất: 3at -_ Độẩm: 5%
Nước ngưng ở trạng thái lỏng sôi Phương trình cân bằng năng lượng:
Gp.th (1- @)=G.( Cc.fc -Cafa) + Qụ d11)
Giả sử: Q„ = 0.05Gnn; (l- Ø) Phương trình thành :
0.9 Gath = G(Ce.te -Cata) (112)
Lượng hơi đốt cần thiết:
_ G(C,t, ~C„t¿) 113
h 0.97, (113)
Trang 36Đồ án môn học Bang 16: Két quia tính cân bằng năng lượng của thiết bị gia nhiệt: Đại lượng Ký hiệu Đơn Giá trị Ghi chú vị Dung dịch mía đường Nồng độ x 0.08 Suất lượng G Kg/ 3500 h Nhiệt độ dòng vào tạ °C 30 Nhiệt dung riêng dòng vào Ca J/kg 4007 độ Nhiệt độ dòng ra te °C 103 Nhiét dung riéng dong ra Cc J/kg 4051 độ Hơi đốt Ấp suất P at 3 Nhiệt đô tụ Ke 132.9 An nhiét ngung tu Thy Kj/k 2171 g Suất lượng Gn Kg/ 532 h II TÍNH VÀ CHỌN BƠM
Ký hiệu các đại lượng:
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
G kg/s luu lugng
Q m/s năng suất bơm
N KW công suất bơm
Hp m cột áp bơm
p kg/m? khối lượng riêng của dòng lưu chất n hiệu suất bơm Bơm chất lỏng: 2 Pow Prva Theo phuong trinh Becnulli: H, + Z, "5 Z,+—+ % +h pg 28 8 28 f P,-P 2 +? vi-v; 8 2g
Chọn đường kính ống hút bằng đường kính ốnh đẩy, nên vận tốc trung bình trên đường ống hút và đường ống đẩy bằng nhau ( vị = vạ = v )
40 (m/s) 2 (115)
=H, =(Z,-Z,)+ +h, (114)
Trang 37
Đồ án môn học Tổn thất đường Ong: h, “|2: - (16) d 2g Công suất bơm: _ 9H, g (117) 10007 Lưu lượng của bơm: (118)
Bang 17: Két qud tinh bom
Dai lugng Ky Don vi Bom | Bom thao liéu Ghỉ chú hiệu nhập |NôổiI | Nồi II liệu Đường kính ống dt m 0,05 | 0,05 0,05 | Chon Chiều dài ống 1 m 15 15 15 Suất lượng G Kg/s 0,972 | 0,642 | 0,311 Lưu lượng bơm Q 10'm3⁄s 9,3 6,2 2,9 Vận tốc dung dịch M m/s 0,474 | 0,316} 0,148 Chiéu cao hinh hoc Z2-Z m 10 8 2 Ap suất P, 10°N/m? 1| 1,12 0,3 Py 10°N/m? 1,12 0,3 1 Trở lực cục bộ Cửa vào 0.5 0.5 0.5 Cửa ra 1 1 1 Van thang (2 cdi) 0.79 | 0.79 0.79 Co 90 (4 cái) 11 11 1.1 Tổng trở lực >¿ 7.5 7.5 7.5 Chuẩn số Re Re 64699 | 43133 | 11384 Hệ số masát a 0,039 0,04 | 0,043 Độ nhám A mm 0,5 0,5 0,5 Cột áp bơm H mH:O 11,4 0,10 9,08 Hiệu suất ?7 0.75 0.75 0.75 Công suât bơm N W 144,2 0,84 35,8 TÍNH HỆ THỐNG CHÂN KHÔNG Như vậy áp suất chân không cần duy trì là: P; = 0,3 at = 0,3.10° Pa Thể tích khí không ngưng cần hút: S¡ = 0,0189 m/s
Chiểu cao từ miệng ra của thiết bị thu hdi dén mat dat 1a H’ 11 m
Ta đặt bơm chân không ở mặt đất, do đó ta chọn tổng chiều dài các đoạn ống dẫn từ thiết bị thu hồi đến bơm chân không là I1 m
Trang 38Đồ án môn học
1 Chọn bơm chân không:
Chọn loại bơm chân không trước hết phụ thuộc vào loại và lưu lượng khí cần hút cũng như vùng áp suất làm việc
Ta thấy khí cần hút có thể xem như không khí, áp suất làm việc là 0,3 at = 228 tor , nên ta có thể chọn bơm chân không vòng nước Do đó ta không cân phải làm khô khí trước khi hút về bơm chân không
Tốc độ khí cần hút là 0.0189 m/s = 1,134 m°/ph Dựa vào bảng 6.2 trang 176-[1], ta chọn loại bơm PMK-2 có các thông số như sau:
-_ Tốc độ hút ở 0°C và 760 mmHg : 3,6 mỶ/ph -_ Áp suất giới hạn: 76 mmHg
-_ Lưu lượng nước: 1200 1⁄h
-_ Công suất động cơ: 10KW
-_ Khối lượng bơm: 414kg
-_ Kích thước: 0,7x0,42
Nguyên lý hoạt động của bơm vòng nưÓc:
Bơm vòng nước là loại bơm đẩy, tạo chân không bằng cách lôi cuốn khí ra khỏi thể tích, dựa trên nguyên tắc chuyển động cơ học để hút khí Có một động cơ làm cho rồto
chuyển động, tạo thể tích thay đổi để hút và nén khí Quá trình hút và nén khí được thực
hiện dựa trên nguyên tắc mở rộng và thu hẹp thể tích làm việc của các khoang bơm Khi roto quay lệch tâm với thân bơm hình trụ, do lực ly tâm nước văng ra tạo thành vòng nước bít kín các khoảng bơm giữa các cánh gạt Vì cánh gạt quay lệch tâm với thân bơm nên độ ngập sâu của cánh gạt tại các vị trí khác nhau trong vòng nứơc cũng khác nhau Khoang bơm giới hạn giữa 2 cánh gạt và vòng nước có thể tích thay đổi tuỳ theo vị trí Tại vị trí thể tích khoang bơm tăng lên được nối với cửa hút, còn phần cuối của vòng quay hơi thể tích bị thu hẹp được nối với cửa đẩy Do đó bơm rất thuận lợi để hút các loại khí có hơi nước 2 _ Chọn hệ thống ống dẫn khí Ta chọn hệ thống ống dẫn từ thiết bị ngưng tụ đến bơm như sau: Bảng 18: Kích thước các loại ống dẫn Loại ống Đường Chiêu dài| Loạiống kính (mm) (m) Ống nối 1 từ cửa ra của thiết 50 l=0,15 Ống ngắn bị thu hổi đến co 90° l;= 0,05 Ống dẫn 2 50 9,5 Ong dai
Ống hút của bơm 3 34 1,5 Ống dài
Co 4 vào miệng hút của 34 1¡= 0,034 Ống ngắn
bơm l= 0,034
3 Xác định độ dẫn khí của các ống dẫn và trở lực của tồn hệ thống:
Khí khơng ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ là 50°C, nhưng ta có thể bổ qua ảnh hưởng của nhiệt độ và trong các công thức ta tính gần đúng ở 20°C
Trang 39Đồ án môn học Xác định chế độ chẩy trong ống dẫn 1: Xem khí không ngưng là không khí, ta tính gần đúng ở nhiệt độ T = 293K —Â_ 4710) 4/710” d3 P.D, 03.1030/05.100 Nên chế độ chảy là chẩy nhớt c-_Ø _—- S,P_ _ 0,3.760.0,0189.1 0° 0,889.d 0,889.d 0,889.5 => chế d6 chay nhét- dòng
Lưu lượng khí cần hút trong ống dẫn là : Q = S).P; = 0,0189.0,3.10° = 567 Pa.m’/s Coi lưu lượng Q là không đổi trong toàn bộ hệ thống ống
Trang 40Đồ án môn học
Lạ = 36,346 mỶ/s
Xác định độ dẫn khí của ống nối vào bơm 4:
Chiều dài tương đương của co 4: 1, =1" +1", +1,33.D, = 0,034 + 0,034 + 1,33.0,034 = 0,1132m 0.21, (1+ 0.0397) pe-—_7's 99745 Pa 1360.D, L, =—=— =3,16 m/s P,—P, Độ dẫn khí của toàn bộ hệ thống: _— 090 _- 567 — P-P, 0.3.10° — 29745 Xác định tốc độ hút khí của bơm: O=S,.P,>S,= Q_ 567 _ 0,0191 m/s P, 29745 Xác định vận tốc hút khí thực của toàn bộ hệ thống: S,.L 0,0191.2,22 ` D012L2⁄22 — 001803 mì %,+L_ 0,0191+2,22 4 Xác định thời gian hút khí và áp suất tới hạn của hệ thống: Thể tích hệ thống thiết bị cần hút V = Vị + V;
Vị: thể tích của thiết bị ngưng tụ V>: thể tích của thiết bị phân ly 2,22 m*/s Bang 19: Tinh thé tich cdc thiét bi: Đại lượng Đơn vị Thiết bị ngưng tụ Thiết bị thu hồi Đường kính mm 500 400 Chiểu cao phần thân trụ |m 3,3 1,44 Thể tích phân thân trụ mẺ 0,648 0,181 Thể tích nắp elip mỶ 0,0214 0,0115 Thể tích đáy nón mm 0,042 0,023 Tong thé tich thiét bi m 0,711 0,216 3 V =0,711 + 0,216 = 0,927 m