Kiểu buồng đốt: Thiết bị nhóm (các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng hay được cách ly với nguồn đốt nóng trực tiếp). Thiết bị không dùng để sản xuất và chứa ở các áp suất cao hoặc sản xuất và chứa các chất cháy nổ, đôc ở áp suất thường (loại II). Thân hình trụ hàn, là việc chịu áp suất trong, hiểu hàn giáp nối hai bên, hàn tay bằng hồ quang điện. Vật liệu chế tạo thép X18H10T Tra bảng XII.4 2309 Giới hạn bền kéo
Họ tên: Nguyễn Thị Thương MSSV: 20175222 Lớp: KTHH 01 Khóa: 62 I Đầu đề thiết kế Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục Loại thiết bị: Thiết bị đặc có ớng tuần hồn trung tâm Dung dịch cần đặc: KCl III.Tính tốn thiết bị Các sớ liệu ban đầu: Năng suất hệ thống cô đặc: 000 kg/h Nồng độ đầu dung dịch: 3% Nồng độ cuối dung dịch: 25% Áp suất nước bão hịa ( đớt) cho nời 1: 4,3 at Áp suất thiết bị ngưng tụ: 0,2 at 1.Xác định lượng thứ bốc khỏi hệ thống W xđ 3% W = Gđ.(1) = 9000.(1- 20% ) = 7650 (kg/h) xc 2.Tính sơ bộ lượng thứ bốc nồi Lượng thứ bốc nồi 1: W1, kg/h Lượng thứ bốc nồi 2: W2, kg/h Giả thiết mức phân phối lượng thứ bốc nồi W1 : W2 = : Ta có hệ: W1 + W2 =W => W1 =3825(kg/h) W1 - W2 =0 W2 =3825 (kg/h) 3.Tính nờng đợ ći dung dịch nồi Theo công thức: xi = Gđ xđ Gđ−∑ij=1 Wj ,% Ta có: xđ 3% Với nời 1: x1 = Gđ Gđ−W1 = 9000 = 5,22% 9000−3825 Với nồi 2: x2 =20% 4.Tính chênh lệch áp suất chung hệ thống P Theo công thức P = P1 – Png Ta có P = 4,3 – 0,2 = 4,1 at 5.Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi Giả thiết phân bố áp suất đốt nời p1 : p2 =2,4 :1 Trong đó: p1 chênh lệch áp suất nồi thứ 1, at p2 chênh lệch áp suất nồi thứ 2, at Ta có hệ: ∆p – 2,4∆p2 = ∆p1 = 2,89 [at] { =>{ ∆p1 + ∆p2 = 4,3 ∆p2 = 1,21 [at] Tính áp suất đốt nồi Theo công thức Pi = Pi-1 - Pi-1 Ta có: Nời 1: p1 = 4,3 [at] Nồi 2: p2 = p1 - ∆p1 = 4,3-2,89 = 1,41 [at] Xác định nhiệt độ đớt Ti, nhiệt lượng riêng i nhiệt hóa r nồi Tra bảng I.251[3-315] Với nồi 1: p1 = 4,3at t1 = 142,9oC i1 = 2744.103 J/kg r1 = 2141.103 J/kg Tra bảng I.251[3-315] Với nồi 2: p2 = 1,86 at t2 = 108,7 oC i2 = 2693 103J/kg r2 = 2237.103 J/kg Png= 0,2at => tng= 59,7oC 6.Tính nhiệt độ áp suất thứ khỏi nồi: Gọi tiꞌ : nhiệt độ thứ khỏi nồi thứ i (i = 1,2) ∆iꞌ ꞌ ꞌ : tổn thất nhiệt độ trở lực đường ống ( chọn ∆1ꞌ ꞌ ꞌ = ∆2ꞌ ꞌ ꞌ = °C) Theo công thức: tiꞌ = Ti+1 + ∆iꞌ ꞌ ꞌ [°C] ta có: Nhiệt đợ thứ khỏi nồi là: t1ꞌ = t2 + ∆1ꞌ ꞌ ꞌ = 108,7 + = 109,7 °C Nhiệt độ thứ khỏi nồi thứ là: t2ꞌ = tng + ∆2ꞌ ꞌ ꞌ =59,7 + 1= 60,7 °C Tra bảng I.251[3-315] Nồi 1: với t1ꞌ = 109,7 °C ta được: Áp suất thứ: p1ꞌ = 1,4 at Nhiệt lượng riêng: i1ꞌ = 2697 103 [J/kg] Nhiệt hóa hơi: r1ꞌ = 2237 103 [J/kg] Nồi 1: với t2ꞌ = 60,7 °C ta được: Nhiệt độ đốt: p2ꞌ = 0,211 [at] Nhiệt lượng riêng: i2ꞌ = 607 103 [J/kg] Nhiệt hóa hơi: r2ꞌ = 358 103 [J/kg] Bảng tổng hợp số liệu 1: Nồi Hơi đốt Hơi thứ p, at t, °C i,J/kg r, J/kg pꞌ ,at tꞌ , °C iꞌ ,J/kg 4,3 142,9 2744.103 2141.103 1,4 108,7 2693 103 2237.103 0,211 1,4 x% rꞌ ,J/kg 109,7 2697 103 2237 103 60,7 607 103 358 103 5.22 20 7.Tính tổn thất nhiệt đợ cho nời: 7.1.Tính tổn thất nhiệt đợ áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆i”: Cơng thức tính: tsi = tiꞌ +∆iꞌ + ∆i” ∆i” = ttbi – tiꞌ -∆iꞌ [°C] Với: ttbi: nhiệt độ sôi ứng với ptbi [at] tiꞌ : nhiệt độ sôi ứng với piꞌ [at] ptbi áp suất thủy tĩnh ống truyền nhiệt, tính theo cơng thức H ptbi = piꞌ + [(h1+ ).(ρsi ).g] [at] 2 Trong si:khới lượng riêng dung dịch tương ứng với tsi, tra theo nồng độ cuối [460] nhiệt độ thứ thiết bị cô đặc pi ꞌ : áp suất thứ mặt thống dung dịch nời i [at] h1: chiều cao lớp dung dịch sôi từ miệng ớng truyền nhiệt đến mặt thống dung dịch, chọn h1 = 0,5 [m] H: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H= [m] g: gia tốc trọng trường g = 9,81 [m/s2] ∆iꞌ - xác định theo cơng thức Tysenco [4-59] ∆iꞌ = f × ∆0ꞌ ; f = 16,2 (Tsi)2 r Tsi,r nhiệt độ sôi ( K) ẩn nhiệt hóa (J/kg) dung môi nguyên chất (hơi thứ) áp suất làm việc thiết bị Với nồi 1: p1’=2,034 at Tra bảng I.22 [3-34] x,% , kg/m3 5,22 1005,6 20 1110,6 Thay vào phương trình ta có: 𝐻 1005,6 ).9,81] ptb1 = p1ꞌ + [(h1+ ).(𝜌𝑠1 ).g] = 1,4+ [(0,5+2).( 2 = 1,48 at Tra bảng I.251 [3-314] nợi suy với ptb1 = 1,48 [at] ta có ttb1 = 110oC =>∆1” = ttb1 – t1ꞌ = 120 -109,7 = 0,3oC Với nồi 2: p2’= 0,211 at Tra bảng I.22 [3-34] với x2= 20% => 2 = 1110,6kg/m3 Thay vào phương trình ta có: 𝐻 ptb2 = p2ꞌ + [(h1+ ).(𝜌𝑠2 ).g] = 0,211+[(0,5+2).( 2 1110,6 ).9,81] = 0,283at Tra bảng I.251 [3-314] nợi suy với ptb2 =0,283[at] ta có ttb2 = 65oC =>∆2” = ttb2 – t2ꞌ = 65 - 60,7 = 4,3oC 7.2.Tính tổn thất nhiệt đợ nờng đợ ∆iꞌ Ta dùng phương pháp Tysenco: ∆iꞌ = f ∆0ꞌ = 16,2 (Tsi)2 ×∆ꞌ 0i r′ [°C] VI.10 [4-59] Với nồi 1: Tra bảng VI.2 [4-67] x,% o’ 0,55 10 2,8 x1 = 5,22% =>o1’= 2,8.(5,22−3)+055.(10−5,22) = 10−3 => Ts1 = ttb1+273 = 109,7 +273 = 382,7 K 1,26 =>1’ = 16,2 382,72 1,26 2237.103 = 1,335 oC Với nồi 2: Tra bảng VI.2 [4-67] với x2 = 20% => o2’= 8,2 Ts2 = ttb2+273 = 65 + 273 = 338 K 3382 =>2’ = 16,2.3258.103.3,45= 6,44oC 7.3.Tính tờn thất trở lực đường ớng: ∑∆′′′ = ∆′ + ∆′′=1+1=2 oC Tổng tổn thất nhiệt độ hệ thống: 2 2 ∑ = ∑ 𝑖′ + ∑ 𝑖′′ + ∑ 𝑖′′′ 𝑖=1 ∑𝟐𝒊=𝟏 𝑖=1 𝑖=1 𝑖=1 o =1,335+6,44+4,3+0,3+2= 14,375 C 8.Tính hệ sớ nhiệt đợ hữu ích hệ thớng: Hiệu sớ nhiệt đợ hữu ích hệ thớng: ∑𝑖=1 𝑇𝑖 =T1 -Tng -∑2𝑖=1 =142,9-59,7-14,375 = 68,825oC Xác định nhiệt độ sôi nồi: tso = t1’+∆′0 =109,7+0,5= 110 oC ts1 = t1’ + ∆1′ + ∆1′′ =109,7+1,335+0,3=111,335 oC ts2 = t2’ + ∆′2 + ∆′′2 = 60,7+6,27+4,3= 71,44 oC Hiệu số nhiệt đợ hữu ích nời; Ta có: ∆Ti = Ti – tsi => ∆T1 = 142,9-111,335 oC=31,565 [°C] => ∆T2 = 108,7 – 71,44= 37,26 [°C] Bảng tổng hợp số liệu 2: Nồi ∆ꞌ , [°C] ∆ꞌ ꞌ , [°C] ∆ꞌ ꞌ ꞌ , [°C] 1,335 6,44 0,3 4,3 1 ∆T, [°C] tsi, [°C] 31,565 37,26 111,335 9.Thiết lập phương trình cân nhiệt để tính lượng đớt D lượng thứ Wi nồi: 71,44 9.1.Sơ đồ cân nhiệt lượng: Trong đó: D: lượng đớt cho vào nời C0 ,C1 ,C2 : nhệt dung riêng dung dịch ban đầu,dung dịch khỏi nồi 1,nồi Cnc1, Cnc2: nhiệt dung riêng nước ngưng khỏi nồi 1, nồi ts0, ts1, ts2: nhiệt độ sôi dung dịch đầu, dung dịch khỏi nồi 1, nồi ts0= t1’+∆0’=109,7+0,55=110,25 oC θ1, θ2: nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi Qm1,Qm2: nhiệt lượng mát nồi 1, nồi 2( 5% nhiệt lượng tiêu tốn để bốc nời) 9.2.Tính nhiệt dung riêng dung dịch NaOH Với dung dịch lỗng (x C0 = 4186.(1-x0) = 4186.(1-0,03) = 4061,2 [J/kg.độ] Dung dịch khỏi nời có x1 = 5,22 % => C1= 4186.(1-x1) = 4186.(1- 5,22%)=3967,49 [J/kg.độ] Với dung dịch đặc (x > 20%) nhiệt dung riêng tính theo cơng thức; C = Cht.x + 4186.(1-x) [3-152] Cht tính theo cơng thức: MCht = n1c1 + n2c2 I.41[3-152] NaOH có M= 74,5, n1=1, n2=1 Tra bảng I.141 [3-152] ta có: c1 = 26 000 [J/kg nguyên tử độ] c2 = 26000 [J/kg nguyên tử độ] =>Cht = 1.26 000+1.2600 74,5 = 697,98[J/kg độ] =>C2 = 697,98.20%+4186.(1-20%) = 3488,4 [J/kg độ] 9.3.Các thông số nước ngưng: Nhiệt độ nước ngưng; θ1 = T1 = 142,9°C; θ2 = T2 = 108,7 °C Nhiệt dung riêng nước ngưng: Tra bảng I.249 [3-311] nội suy với: θ1 = 142,9°C => Cnc1 = 4287,1 [J/kg.độ] θ2 = 108,7 °C => Cnc2 = 4233,12 [J/kg.độ] 9.4.Lập phương trình cân nhiệt lượng: Với nời 1: Lượng nhiệt mang vào: Do dung dịch đầu: GdC0ts0 Do đốt: Di1 Lượng nhiệt mang ra: Do sản phẩm mang ra: (Gd – W1)C1ts1 Do thứ: W1i1ꞌ Do nước ngưng: D×Cnc1×θ1 = D×4287,1× 142,9[kg/h] Do tổn thất Qm1: Qm1 = 0,05.(Di1 - Cnc1θ1) Ta có phương trình cân nhiệt lượng nồi 1: Di1 + GdC0ts0 = W1i1ꞌ + (Gd – W1)C1ts1 + DCnc1θ1 + Qm1 (1) Với nồi 2: Lượng nhiệt mang vào: Do đốt: W1i2 Do dung dịch từ nồi 1: (Gd – W1)C1ts1 Lượng nhiệt mang ra: Do thứ: W2i2ꞌ Do dung dịch mang ra: (Gd – W1 – W2)C2ts2 Do nước ngưng: W1Cnc2θ2 Do tổn thất Qm2: Qm2 = 0,5W1(i2 – Cnc2θ2) Ta có phương trình cân nhiệt lượng nồi 2: W1i2 + (Gd – W1)C1ts1 = W2i2ꞌ + (Gd – W1 – W2)C2ts2 + W1Cnc2θ2 + Qm2 (2) Ta có: W=W1 +W2 (3) Từ (1), (2), (3) Thay số liệu ta được: W1 = 3800,07 (kg/h) D = 4186,8 (kg/h) W2 =W - W1 = 200 – 550,77 = 3849,93(kg/h) Kiểm tra sai số: Với nồi 1: 1 = | 3825−3800,07| 3825 = 0,65% Với nồi 2: 2 = | 3825−3849,93| 3825 = 0,65% Các sai số nhỏ 5% nên chấp nhận giả thiết Lập bảng số liệu 3: W, [kg/h] Nồi C, [j/kg.độ] Cnc, [j/kg.độ] θ, [°C] Giả thết Tính 3967,49 4287,1 142,9 3825 3488,4 4233,12 108,7 3825 10.Tính hệ sớ cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình nời: 3800,07 0,65 3849,93 0,65 10.1 Tính hệ sớ cấp nhiệt α1 ngung tụ Chọn ớng truyền nhiệt có kích thước: 25×2 [mm] Giả thiết chênh lệch nhiệt độ đốt thành ống truyền nhiệt: Nồi : ∆t11 = 3,38 [°C] Nồi : ∆t12 = 4,02 [°C] Nhiệt đợ màng tính theo cơng thức : tmi = 0,5(t1i + T1i) = Ti tm1 = T1 - tm2 = T2 - ∆t11 3,14 =142,9= 141,121 [°C] 2 ∆t12 4,02 = 108,7 = 106,69 [°C] 2 Sai sớ, % ∆t1i [°C] Tính A : Tra bảng A-t [4-29] tm1 = 141,121 oC =>A1 = 195,314 tm2 = 106,69 oC =>A2 = 185,777 𝑟𝑖 Tính α: α1i = 2,04.Ai.(∆𝑡1𝑖.𝐻 )0,25 [W/m2.đợ] 𝑟1 0,00387 0,25 0,25 = 2,04 195,341.( = 9453,47 [W/m2.độ] ∆𝑡11.𝐻 3,38.2 𝑟2 0,000232 0,25 0,25 α12 = 2,04.A2.( = 2,04.185,777.( = 8704,11 [W/m2.độ] ∆𝑡12.𝐻 4,02.2 α11 = 2,04.A1.( ) ) ) ) 10.2 Tính nhiệt tai riêng phía ngưng tụ: Gọi q1i : Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ nời thứ i Ta có: q1i = α1i.∆t1i [3-278] => q11 = α11.∆t11 =9453,47.3,938= 31952,72 [W/m2] => q12 = α12.∆t12 = 8704,11.4,02 = 34990,54 [W/m2] Lập bảng số liệu 4: Nồi ∆t1i [°C] tm [°C] A α1i, [W/m2.độ] 3,08 141,121 195,314 4953,47 4,02 106,69 185,777 8704,11 q1i, [W/m2] 31952,72 34990,54 10.3 Tính hệ sớ cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi: Dung dịch sơi chế đợ sủi bọt, có đới lưu tự nhiên hệ số cấp nhiệt xác định theo cô ng thức: α2i = 45,3 (pi’)0,5 .∆t2i 2,33.Ѱi [W/m2.độ] ∆t2i: Hiệu số nhiệt độ thành ống truyền nhiệt dung dịch Ta có: ∆t2i = tT2i – tddi = ∆Ti - ∆t1i - ∆tTi Hiệu số nhiệt độ bề mặt thành ống truyền nhiệt: ∆tTi = q1i ∑r Tổng nhiệt trở thành ống truyền nhiệt: ∑r = r1 + r2 + 𝜹𝝀 [m2độ/W] r1, r2: nhiệt trở cặn bẩn hai phía thành ống Tra bảng II.V.1 [4-4] lấy: r1 = 0,387.10-3 [m2độ/W] nhiệt trở cặn bẩn (kcl) r2 = 0,232.10-3 [m2độ/W] nhiệt trở chất tải nhiệt ( nước) δ: bề dày ống truyền nhiệt, δ = 2.10-3 (m) λ: hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống truyền nhiệt (chọn 12MX), 50,2 [W/m.độ] ( tra bảng XII.7 [4-313]) Thay số vào ta có: ∑r = 0,387.10-3 + 0,232.10-3 + 0,002 50,2 = 6,59.10-4 [m2 đợ/W] λ= Tính tTi: ∆tT1 = q11 ∑r = 31952,72 6,59.10-4 = 21,05 oC ∆tT2 = q12 ∑r = 34990,54 6,59.10-4 = 23,05 oC Tính t2i: ∆t21 = ∆T1 - ∆t11 - ∆tT1 = 31,81- 3,38- 21,05 = 7,41 oC ∆t22 = ∆T2 - ∆t12 - ∆tT2 = 37,26- 4,02 – 23,05 = 10,19 oC Tính hệ số hiệu chỉnh : Các thông số nước: Hệ số dẫn nhiệt: Tra bảng I.129 [3-133] Nồi 1: ts1 = 111,335 oC =>1 = 0,684 W/m.độ Nồi 2: ts2 = 71,44 oC =>2 = 0,668 W/m.độ Khối lượng riêng nước: Tra bảng I.5[3-11] ts1 = 111,335 oC =>nc1 = 951 kg/m3 ts2 = 71,44 oC =>nc2 = 977,8 kg/m3 Nhiệt dung riêng: Tra bảng I.148 [3-166] ts1 = 111,335 oC =>Cnc1 = 256,13 J/kg.độ ts2 = 71,44 oC => Cnc2 = 264,47 J/kg.độ Độ nhớt: Tra bảng I.104 [3-96] ts1 = 111,335 oC =>nc1 = 0,256.10-3 N.s/m2 ts2 = 71,44 oC =>nc2 = 0,4006.10-3 N.s/m2 Các thông số dung dịch: Khối lượng riêng: Tra bảng I.23 [3-35] Nồi 1: ts1 = 111,335 oC, x1 = 5,22% =>dd1 = 1026,9 kg/m3 Nồi 2: ts2 = 71,44 oC, x2 = 20% =>dd2 = 1110,68 kg/m3 Nhiệt dung riêng: Cdd1 = 3967,49 J/kg.độ Cdd2 = 3348,68 J/kg.độ M: M = MKCl.NKcl+MH2O.NH2O = 74,5 NNaOH+18.(1- NNaOH) σu = 1,4.σb = 1,4.1,6.108 = 224.106 (N/m2) => σ′u< σu Vậy thỏa mãn điều kiện nên chọn chiều dày mạng ống 12 mm 1.6 Tính chiều dày đáy lời phịng đớt: Nắp đáy thiết bị bộ phận quan trọng thiết bị thường chế tạoc ùng loại vật liệu với thân thiết bị Đáy nắp thiết bị nới với thân cách hàn, ghép bích hay hàn liền với thân Chọn đáy nắp elip có gờ, làm vật liệu thép CT3 Chiều dày đáy nắp phịng đớt tính theo công thức XIII.47 [4-385]: S= 𝐷𝑡𝑟.𝑝 𝐷𝑡𝑟 +C,m 3,8.[𝜎𝑘].𝑘.𝜑ℎ−𝑝 2.ℎ𝑏 k Dtr Điều kiện: 0,6 ≤ 2.hb ≤ 2,5 [4-385] Trong - Dtr: Là đường kính b̀ng đốt, Dtr= 1m - hb: Chiều cao phần lồi đáy (phần lồi e líp gồm h hb) Theo bảng XIII.10[4.382] Dtr = m nên hb = 250mm - σbk: Ứng suất cho phép vật liệul - φh: Hệ số bền hàn mối hàn hướng tâm, φh = 0,95 - k: Hệ số bền đáy, xác định theo công thức k = 1- 𝑑 𝐷𝑡𝑟 (CT XIII.48 [4-385]) - d: Đường kính lỗ, tính theo đáy b̀ng đớt có cửa tháo dung dịch: d =√ 𝑉 0,785.𝜔 (m) Trong đó: - ω: Là vận tốc dung dịch khỏi nồi => lấy ω = 1(m/s) - V: Lưu lượng dung dịch khỏi nồi 1, V = 𝐺𝑑−𝑊1 𝑑𝑑1 (m3/s) - ρdd1: Khối lượng riêng dung dịch khỏi nồi 1, ρ = 1026,9(kg/m3) => V = 000−3825 600.1026,9 =>d =√ 1,4.10−3 =>k = 1Ta có: 0,785.1 𝑑 𝐷𝑡𝑟 𝑘 0,6 = = 0,042 m = 1- 0,958 0,6 = 1,4.10-3 m3/s 0,042 = 0,958 = 1,59 ≤ 𝐷t𝑟 2.ℎ𝑏 = 2.0,25 = 2≤ 2,5 C: Hệ sớ bổ xung tính theo cơng thức XIII.17 [4363], tăng thêm mợt tùy theo chiều dày.Khi 10 ≤ S – C ≤ 20 mm, C = mm P: Áp suất làm việc phía phần đáy phịng đớt P = Pmt +P1 Pmt: Áp suất đốt, Pmt =4,3.9,81.104 = 42,18.104 (N/m2) P1: Áp suất cột chất lỏng, N/m2 P1= ρnc.g.H = 1026,9.9,81.(2+0,5+0,25) = 2,5.104 (N/m2) Thay vào ta được: P = 42,18.104 + 2,5.104 = 44,68.104(N/m2) Chiều dày đáy nồi là: S= 1.44,68.104 +0,002 3,8.160.106 0,958.0,95−44,68.104 2.0,25 = 3,63.10-3 m Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [4-384] lấy S = mm Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: σ= [Dtr2 +2.hb.(S−C)].P0 7,6.k.φh.hb.(S−C) ≤ σc 1,2 (XIII.49) [4-387] Trong đó: P0: áp suất thủy lực với thiết bị kiểu hàn, P0 = Pth + P1 - Pth = 1,5 × Pmt = 1,5 × 42,18.104 = 63,27.104 ( N/m2) - P1: áp suất thủy tĩnh nước ,P1 = ρ.(H+0.5).g ρ: khối lượng riêng chất lỏng, ρ = 1026,9 (kg/m3) H: chiều cao cột chất lỏng, H=2 (m) g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 (m/s2) thay vào ta được: P1 = 1026,9.9,81.(2+0,5+0,25) = 2,5.104(N/m) => P0 = 63,27.104 + 2,5.104= 65,77.104 (N/m) => σ = [12 +2.0,25.(4−2).10−3 ].65,77.104 7,6.0,958.0,95.0,25.(4−2).10−3 = 190.106 < 200.106 Vậy S = mm 1.7 Tra bích để lắp đáy thân, sớ bulơng cần thiết để lắp ghép bích đáy: Tra bảng XIII.27 Bích liền thép để nới thiết bị [4-417] Kích thước nối -6 Py.10 (N/m2) 0,6 Dy (mm) 1000 Kiểu bích D (mm) Db (mm) D1 (mm) D0 (mm) Bulơng 1140 1090 1060 1013 M20 db (mm) Z(cái) H(mm) 28 30 2.B̀ng bớc hơi: Có vai trị tạo khoảng không gian bốc khả thu hồi bọt 2.1 Thể tích phịng bớc hơi: V= 𝑊 ℎ.𝑈𝑛 m3 [4-71] Trong đó: W: Là lượng bớc lên thiết bị, W = W1 = 3825(kg/h) ρh: Khối lượng riêng thứ, ρh = 0,985 (kg/m3) tra theo bảng I.251 [3-314] Un: Cường độ bốc thể tích cho phép khoảng khơng gian Theo VI.3 [4-72] => Un = f.Utt (1at) = 0,95.1700 = 1615 (m3/m3.h) Với Utt (1at) = 1600 (m3/m3.h) ; f = 0,9 (theo VI.3 [4-72] ) Thay vào ta có: V= 3825 0,985.1 615 = 2,4 m3 2.2.Chiều cao phịng bớc hơi: H= 4.𝑉 .𝐷𝑡𝑟𝑏𝑏2 Với Dtrbb: Là đường kính b̀ng bớc Chọn H = 2,5 m =>Dtrbb=√ 4.𝑉 .𝐻 =√ 4.2,4 3,14.2,5 =1,121 m Quy chuẩn theo bảng XIII.6 [4 – 359] => Dtrbb = 1200 mm Kiểm tra lại H: Với H = 2,8 m => Utt = W V.h.f = 3825 W H..Dtrbb h.f = 2,5.3,14.1,22 0,958.0,95 = 604 m3/m3.h( thỏa mạn điều kiện Utt nằm khoảng 600-1 700 m3/m3.h) 2.3 Chiều dày phịng bớc hơi: Chọn nhiệt độ thành thiết bị nhiệt độ môi trường, đới với thiết bị đớt nóng có cách nh iệt bên ngồi Chọn thân hình trụ hàn, làm việc chịu áp suất trong, kiểu hàn giáp mối hai b ên, hàn tay hồ quang điện, vật liệu chế tạo thép CT3 Chiều dày tính theo cơng thức: S= 𝐷𝑡𝑟.𝑝 2.[𝜎].𝜑−𝑝 +C ,m Với: - Dtrbb: Đường kính phịng bớc, Dtrbb = 1,2 m - σb: Ứng suất cho phép vật liệu, σb =1,6.108 N/m - φ: Hệ số bền hàn trụ theo phương dọc,ta chọn hàn tay với Dtrbb >700 mm, thép CT3 nên φ = 0,95 - C: Là tổng hệ sớ: hệ sớ bổ sungdo ăn mịn, bảo mịn dung sai chiều dày Với C = C1+C2+C3 o C1: Bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mịn vật liệu mơi trường thời gian làm việc thiết bị, m Lấy C1= mm ( Tính theo thời gian làm việc từ 15-20 năm) o C2: Đại lượng bổ sung hao mòn cần tính đến các trường hợp ngun liệu có chứa các hạt rắn chuyển đợng với tốc độ lớn thiết bị Trong truoèng hợp ta đặc dung dịch ta bỏ qua C2 o C3: Đại lượng bổ sung dung sai chiều dày C3 phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cho bảng XIII.9 [4-384] =>C = 10-3+C3, m - Pb: Áp suất thứ, Pb = 1,4.9,81.104 = 13,737.104(N/m2) Vậy chiều dàylà: S= 1,2.13,737.104 3,14.1,6.108 0,95−13,737.104 +0,001 + C3 = 1,3510-3 +C3 , m Tra bảng XIII.9 [4-364], chọn C3 =2mm => S = 3,68.10-3 m Quy chuẩn theo bảng XIII.9 [4-364] lấy S = mm Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: σ= [𝐷𝑡𝑟+(𝑆−𝐶)].𝑃0 2(𝑆−𝐶).𝜑 < 𝜎𝑐 1,2 XIII.26 [4-365] Ta có: σ𝑐 = 1,2 240.106 1,2 = 200.106 P0: áp suất thử tính tốn theo cơng thức: P0 = Pth + P1 Pth: áp suất thủy lực lấy theo bảng XIII.5[3.358] Với thiết bị kiểu hàn, làm việc điề u kiện áp suất từ 0,07 đến 0,5.106 N/m2 ta có : Pth = 1,5.P1’ = 1,5×1,4×9,81.104 = 20,6.104 (N/m2) P1: áp suất thủy tĩnh nước: P1 = ρgH ρ: Khối lượng riêng chất lỏng, ρ = 1026,9(kg/m3) H: Chiều cao cột chất lỏng, lấy H = 2,5m g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) Thay vào ta được: P1 = 1026,9.9,81.2,5 = 2,5.104 (N/m2) => P0 = 20,6.104 + 2,5.104 = 23,1.104 (N/m2) Thay vào công thức ta được: σ= [1,2+(4−2).10−3 ] 23,1.104 2.(4−2).10−3 0,95 = 73,1.106 < 200.106 Vậy chiều dày phịng bớc S = 4mm 2.4.Chiều dày nắp b̀ng bớc: Chiều dày nắp phịng bớc tính theo cơng thức (XIII.47 [4-385]): Dtr.Pp Dtr S= +C,m 3,8.[σk].k.φh−p 2.hb k Dtr Điều kiện: Trong 0,6 ≤ 2.hb ≤ 2,5 [4-385] - Pb: Áp suất làm việc buồng bốc Pb = 1,4.9,81.104 = 20,6.104 (N/m2) - Dtr: Đường kính b̀ng bớc, Dtr= 1,2 m - hb: Chiều cao phần lồi nắp buồng bốc.Theo bảng XIII.10 [4-382] Dtr =1,2m nên hb = 300 mm - φh: Hệ số bền hàn mối hàn hướng tâm, φh = 0,95 - σbk: Ứng suất cho phép vật liệu - k: Hệ số bền đáy, xác định theo công thức d k=1- Dtr (CT XIII.48 [4-385]) - C: Hệ số bổ sung Lấy C = mm - d: Đường kính lỗ thoát thứ: d =√ V 0,785. (m) Trong đó: - ω: Là vận tớc thứ (hơi nước bão hịa) khỏi nời Hơi bão hịa ống dẫn khí áp suất với p >1 at tớc đợ trung bình chất lỏng chuyển đợng ống dẫn 15-25 m/s ( bảng II.2 [3-370] ) Có p1’=1,4at => lấy ω = 20 (m/s) - V: Lưu lượng thứ khỏi nồi 1, V= w1 h (m3/s) - ρh: Khối lượng riêng thứ khỏi nồi 1, ρh = 0,948 (kg/m3) => V = 3825 600.0,948 => d =√ 1,12 0,785.20 => k = 1Ta có: k 0,6 d Dtr = = 1- 0,777 0,6 = 1,12 m3/s = 0,27m 0,267 1,2 = 0,816 = 1,36 ≤ Dtr 2.hb = 1,2 2.0,3 = ≤ 2,5 1.18,85 104 =>S = 3,8.1,46.10 0,757.0,95−18,85 10 2.0,250 + 0,002 = 2,95.10-3 m Quy chuẩn theo bảng VIII.11 [4-384] S = mm Kiểm tra ứng suất thử thủy lực: σ= [𝐷𝑡𝑟 +2.ℎ𝑏.(𝑆−𝐶)].𝑃0 7,6.𝑘.𝜑ℎ.ℎ𝑏.(𝑆−𝐶) Ta có: ≤ 𝜎𝑐 1,2 (XIII.49 [4-387]) σ𝑐 = 1,2 240.106 1,2 = 200.106 Po = 1,5.P1’= 1,5.20,6.104 = 30,9.104 N/m2 => σ = [1,22 +2.0,30.(4−2).10−3 ].30,9.104 7,6.0,777.0,95.0,30.(4−2).10 −3 = 103,59.104 < 200.106 Vậy S = 4mm Chọn đáy nắp elip có gờ, làm vật liệu thép CT3 2.5 Tra bích để lắp vào thân b̀ng bớc: Tra bảng XIII.27 [4-417] Kích thước nới -6 Py.10 (N/m2) 0,3 Kiểu bích Dy (mm) D (mm) Db D1 D0 (mm) (mm) (mm) Bulông db (mm) Z(cái) H(mm) 200 340 290 M20 25 1260 1213 32 VI.Tính mợt sớ chi tiết khác: 1.Tính đường kính ớng nới dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị: 1.1Ống dẫn đốt vào: Đường kính ớng dẫn đớt vào tính theo cơng thức: d =√ V 0,785.ω (m) Trong đó: -ω: Là vận tớc thích hợp đớt ống ( nước bão hòa) Hơi bão hòa ống dẫn khí áp suất với p >1 at tớc đợ trung bình chất lỏng chuyển đợng ống dẫn (20-40) m/s ( bảng II.2 [3-370] ) Có p1 = 4,3 at =>lấy ω = 35 (m/s) - V: Lưu lượng đốt cháy ống, V= D (m3/h) - D: Lượng đốt vào nồi 1, D = 4182 (kg/h) - ρ: Khối lượng riêng đốt, ρ = 2,120 (kg/m3) =>V = 4182 600.2,120 =>D =√ 0,54 = 0,54 m3/s = 0,14m 0,785.35 Quy chuẩn dtr = 150 mm Kiểm tra lại ω: ω= V 0,785.d2 = 0,39 0,785.0,152 = 22,08 m/s ( thõa mãn giá trị vận tốc bão hòa theo áp suất theo bảng II.2 [3-370] ) Tra bảng XIII.26[4.413] Pb.10-6 (N/m2) Dy (mm) 0,6 150 Ống Dn (mm) 159 Kích thước nới D (mm) Dδ (mm) 260 225 Kiểu bích Bulơng D1 (mm) db (mm) Z(cái) h(mm) 202 M16 20 Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 130 mm 1.2 Ống dẫn dung dịch vào: Đường kính ớng dẫn dung dịch vào tính theo cơng thức: d =√ V 0,785.ω (m) Trong đó: - ω: Là vận tớc thích hợp dung dịch đầu ớng => lấy ω = 1(m/s) - V: Lưu lượng lỏng chảy ống, V= G (m3/h) - G: Lượng dung dịch đầu vào nồi , G = 000 (kg/h) - ρ: Khối lượng riêng dung dịch đầu, ρ = 1055,93 (kg/m3) =>V = 000 600.1055,93 =>dtr =√ 2,37.10−3 0,785.1 = 2,37.10-3 m3/s = 0,055 m Quy chuẩn dtr = 70mm Kiểm tra lại ω: ω= V = 0,785.d 2,5.10−3 0,785.0,072 = 0,62 m/s p= 1,4.9,81 104 =13,737 104 Tra bảng XIII.26[2.413] Ống \Kích thước nối Bulông Pb.10−6 Dy Dn D Dδ D1 db (N/m2) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Z(cái) (mm) 0,25 70 76 160 130 110 M12 Kiểu bích h(mm) 14 1.3 Ống dẫn thứ ra: Đã tính phần b̀ng bớc d = 0,22m Quy chuẩn d = 250 mm Kiểm tra lại ω: ω= V 2= 0,785.d 1,12 0,785.0,252 = 22,82 m/s Tra bảng XIII.26[4-413] Pb.10-6 (N/m2 Dy Ống Dn Kích thước nới D Dδ D1 Kiểu bích Bulơng (mm) (mm) 0,25 (mm) (mm) (mm) 250 273 370 335 312 Db (mm) M16 Z(cái) H(mm) 12 22 Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 140 mm 1.4 Ống dẫn dung dịch Đã tính phần b̀ng đớt d = 0,042m Quy chuẩn d = 50mm Kiểm tra lại ω: ω= V 0,785.d2 = 1,4.10−3 0,785.0,052 = 0,72 m/s Tra bảng XIII.26[4-411] Ống Kích thước nới Pb.10-6 Bulông Dy Dn D Dδ D1 (N/m2) db (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Z(cái) (mm) 0,6 50 57 140 110 90 M12 Kiểu bích H(mm) 16 Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 100 mm 1.5 Ống tháo nước ngưng: Chọn ω = 1m/s Ta có V= d =√ D = 4182 = 4,56 m3/h 𝜌𝑛𝑐 917,79 4,56 3600.0,785.1 = 0,04 m Quy chuẩn d=40 mm Tra bảng XIII.26[4.411] Ống Pb.10-6 Dy Dn D (N/m2) (mm) (mm) (mm) 0,6 40 45 130 Kích thước nới Dδ D1 (mm) (mm) 100 80 Kiểu bích Bulơng db (mm) Z(cái) H(mm) M12 16 Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 100 mm 2.Tính chọn tai treo 2.1Tính Gnk Khới lượng đáy buồng đốt nắp buồng bốc: Tra bảng XIII.11[4-384] chiều dày khới lượng đáy elip có gờ Với đáy buồng đốt: Dtr = 1000 mm, S = mm, hb = 250 mm => m1= 36kg Với nắp buồng bốc: Dtr = 1200mm, S = mm, hb = 300 mm => m2 = 64,2 kg Khối lượng thân buồng đốt: m3=.V,kg Trong đó: ρ: khới lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 (kg/m3) V: thể tích thân buồng đốt,V= H .(Dn2-Dtr2) H: chiều cao b̀ng đớt, H = m Dtr: đường kính b̀ng đớt,Dtr = m Dn: đường kính ngồi b̀ng đốt, Dn = Dtr+2.S = 1+2.0,004 = 1,008m =>V = 3,14 (1,0082 -12 ) = 0,037 m3 =>m3 = 7850.0,037 = 290,45 kg Khối lượng thân b̀ng bớc: m4 = .V,kg Trong đó: ρ: khối lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 (kg/m3) V: thể tích thân b̀ng bớc,V= H .(Dn2-Dtr2) H: chiều cao buồng bốc, H = 2,5 m Dtr: đường kính b̀ng bớc,Dtr = 1,2 m Dn: đường kính ngồi b̀ng bớc, Dn = Dtr+2.S = 1,2+2.0,004 = 1,208 m V = 2,5.0,785.(1,2082-1,22) = 0,0378 m3 Vậy m4 = 7850×0,0378= 296,73 (kg) Khới lượng bích ép lắp vào thân b̀ng đớt: m5 = 4..V, kg Trong đó: ρ: khới lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 (kg/m3) 3,14 4 V= h .(D2-Do2-z.db2) = 0,028 .(1,342 -1,2132-32.0,022) = 6,8.10- m3 m5 = 850.6,8.10-3 = 213,52 kg Khới lượng bích ghép thân b̀ng bớc với nắp b̀ng bớc:m6= 2..V, kg Trong đó: ρ: khối lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 (kg/m3) 3,14 4 V=h .(D2-Do2-z.db2)=0,022 .( 1,342 -1,2132-32.0,022) = 5,37.10-3 m3 =>m6 = 2.7 850 5,37.10-3 = 84,309(kg) Khối lượng hai lưới đỡ ống: m7 = 2..V, kg Trong đó: ρ: khới lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 (kg/m3) V = S .(D2-n.dn2) S: chiều dày lưới đỡ ớng, S=0,012m D: đường kính thân b̀ng đốt, D = m n: số ống truyền nhiệt, n = 339(ớng) dn: đường kính ngồi ớng truyền nhiệt, dn= 0,038(m) Thay vào ta có: V = 0,012.0,785.(0,82–339.0,0252-0,22) = 3,66.10-3 m3 Vậy m7 = 3,66.10-3 850 = 57,462 kg Khối lượng ống truyền nhiệt : m8 = .V,kg Trong đó: - ρ: khối lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 (kg/m3) - n: số ống truyền nhiệt, n = 613(ống) V= n.h .(dn2-dtr2) h: chiều cao ống truyền nhiệt, h = 2(m) dn: đường kính ngồi ớng truyền nhiệt, dn = 0,025(m) dtr: đường kính ớng truyền nhiệt, dtr = 0,021(m) Ống tuần hồn tâm có h=2 m, Dn = 0,2m, Dtr = 0,196m V= 613.2.0,785.( 0,0252-0,0212) + 2.0,785.(0,22-0,1962) = 0,28 m3 m8 =0,28.7850 = 2181 kg Khới lượng phần nón cụt nới hai thân : m9=ρ.V, kg Trong đó: - ρ: khới lượng riêng thép CT3, ρ = 7850 (kg/m3) -V = h .(Dn2-Dtr2) (m3) -Dtr: đường kính phần nón cụt, Dtr = -Dn: đường kính ngồi phần nón cụt, Dn = Dtrbb+Dtrbd Dnbb+Dnbd = = 1,2+1 = 1,1 (m) 1,008+1,208 -H: chiều cao phần nón cụt, chọn h = 0,2(m) Thay vào ta có: V = 0,2.0,785.(1,1082 – 1,12) = 2,77.10-3 (m3) Vậy m9 = 7850 2,77.10-3 = 21,77(kg) = 1,108(m) Vậy tổng khối lượng nời chưa tính bu lơng, đai ớc là: Gnk = g ∑9i=1 mi g: gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s2) ∑9i=1 mi = 36kg + 64,2kg + 290,45 kg + 296,73 (kg)+ 213,52 kg+84,309(kg) +57,462 kg +2181 kg+ 21,77(kg)= 3245,441 kg Vậy Gnk = 9,81 3245,441 = 31837,77 N 2.2.Tính Gnd π Thể tích khơng gian nời: V= (Dtrbb2.hb+Dtrbd2.hd+Dtrtb2.hnc) Trong đó: - hb: chiều cao b̀ng bớc, hb = 2,5(m) - Dtrbb: đường kính buồng bốc, Dtrbb = 1,2(m) - hd: chiều cao b̀ng đớt, hd = 2(m) - Dtrbd: đường kính buồng đốt, Dtrbd = 1(m) - hnc: chiều cao phần nón cụt nới, hb = 0,2(m) - Dtrtb: đường kính trung bình nón cụt nới, Dtrtb = 0,9(m) V= 3,14 (1,22.2,5+12.2+0,92.0,2) = 4,5 m3 Khối lượng nước chứa đầy nồi là: Gnd = g.ρ.V = 9,81.1026,9.4,5 = 45,332(N) Khối lượng nồi thử thủy lực là: Gtl = Gnk + Gnd = 31837,77 +45,332= 31833,102(N) Gtl 31833,102 =>G = = = 31849,103(N) 4 Chọn tai treo: Tra bảng XIII.36 [4-438] Tải trọng cho phép một tai treo G.10-4, N Bề mặt đỡ F.104(m2) 297 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6(N) 1,34 L 190 B 160 B1d Mn 170 H 280 S 10 L 80 A 25 D 30 Khối lượng một tai treo, kg 7,35 3.Chọn kính quan sát Ta chọn kính quan sát có áp suất làm việc p < 6(at), vật liệu thủy tinh silicat - Chiều dày 15(mm) - Đường kính 200 Chọn bích lắp kính quan sát: Tra bảng XIII.26 [4-414] Pb.10−6 (N/m2) Dy (mm) 0,25 200 Ống Kích thước nới Dn (mm) D (mm) Dδ (mm) D1 (mm) 219 290 255 232 Kiểu bích Bulơng db (mm) M16 Z(cái) H(mm) 16 4.Tính bề dày lớp cách nhiệt: an.( tT2-tkk) = 𝑐 𝛿𝑐 ( tT1 – tT2) VI.66 [4-92] Trong đó: an: Hệ sớ cấp nhiệt từ bề mặt ngồi lớp cách nhiệt đến không khí an = 9,3 + 0,058.tT2 W/m2.độ tT2: Nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí vào khoảng 40-50 oC, chọn tT2=45 oC tT1: Nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp thiết bị, lấy tT1= t1=142,9 oC tkk: Nhiệt đợ khơng khí oC Tra bảng VII.1, chọn địa điểm Hà Nợi ta có tkk = 23,4 oC c: hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu lớp cách nhiệt thủy tinh, c = 0,0372 W/m.độ ( tra bảng I.126 [3- 128] )\ Với tT2 = 45 oC => an = 9,3+0,058.45 = 11,91 W/m2.độ =>11,91 (45 – 23,4) = 0,0372 δc (142,9 - 45) => δc = 0,014m