ĐỒ ÁN KTTP - THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG CÔ ĐẶC CÀ CHUA

Cùng với sự kết hợp giữa nguyên liệu và thiết bị khoa học kỹ thuật, việc tạo ra những thiết bị hiện đại và thiết bị phù hợp nhằm nâng cao năng suất trong việc sản xuất mà còn mang lại giá trị cho người tiêu dùng. Để cải thiện sản phẩm và đáp ứng nhu cầu chất lượng có rất nhiều phương pháp được đưa ra, trong đó cô đặc là một trong những phương pháp thông dụng nhất hiện nay.

TỔNG QUÁT VỀ NGUYÊN LIỆU QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

Tổng quan về nguyên liệu

Cà chua có tên khoa học là Lycopesium esculentum, thuộc họ Cà (Solanaceae), có nguồn gốc từ Nam Mỹ Cà chua là cây dài ngày, tự thụ phấn; có 2 loại hình sinh trưởng là có hạn và vô hạn Ở Việt Nam, cây cà chua là loại rau có giá trị kinh tế cao nên diện tích trồng rất lớn, chủ yếu ở vùng đồng bằng và trung du phía Bắc Hiện nay đã xuất hiện một số giống cà chịu nhiệt có thể trồng tại miền Trung, Tây Nguyên và Nam Bộ nên diện tích ngày càng được mở rộng

Có nhiều loại cà chua khác nhau, nhưng chủ yếu được chia thành 3 loại dựa vào hình dạng là cà chua hồng, cà chua múi và cà chua bi Cà chua cũng có nhiều kích cỡ và màu sắc khác nhau khi chín (như vàng, cam, hồng, đỏ, …) Trong đó thì cà chua đỏ là loại giàu chất dinh dưỡng và các hợp chất có hoạt tính sinh học nhất

Các thành phần trong cà chua cũng bao gồm các chất có trong các loại rau khác, gồm nhiều loại vitamin như vitamin A, vitamin C, vitamin B1, vitamin B2, các chất khoáng như: canxi, sắt, kali, phospho, lưu huỳnh các axit hữu cơ như acid malic, acid citric và lượng nhỏ acid tatric Tuỳ môi trường trồng mà cà chua còn có thể có thêm đồng và molibden

Cà chua cũng giàu lycopene, thứ được coi là có khả năng ngăn ngừa sự hình thành các gốc tự do gây ung thư Chúng cũng chứa nhiều hợp chất hóa thực vật khác và chất xơ

Hàm lượng glucid trong cà chua phụ thuộc vào loại nguyên liệu và điều kiện trồng trọt, thường chiếm khoảng 4 – 8% Trong thành phần glucid bao gồm các chất: Đường: 2 - 5%, phần lớn là fructose và glucose, còn sacharose chiếm rất ít ( Gc = 380kg/h

 Nồng độ nhập liệu 7% (theo khối lượng) =>xđ = 7%

 Nồng độ sản phẩm là 55% ) => xc = 55%

 Các thông số công nghệ khác tự chọn theo tham khảo.

2.1Suất lượng nhập liệu Áp dụng PT cân bằng vật chất: Gđ xđ=Gc.xc (p.142, [1])

2.2Tổng lượng hơi thứ Áp dụng công thức: W = Gđ.( 1- xđ xc ) hay W= Gđ- Gc (kg/h) (p.142, [1])

W: Lượng hơi thứ của toàn hệ thống (kg/h)

Gđ : Lượng dung dịch ban đầu (kg/h) xđ, xc: Nồng độ nhập liệu và sản phẩm của dung dịch % khối lượng.

2.3Giả thiết hơi thứ phân phối hơi thứ trong từng nồi

Gọi W1, W2 là lượng hơi thứ của nồi 1,2 Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau thường người ta dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp:

Khi đó ta có hệ PT: W W 1 2= 1.1 (1)

2.4Xác định nồng độ của dung dịch từng nồi

Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1: x1= xđ G đ

Trong đó: x1, x2: nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi % khối lượng

3.1Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồi

Nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối: 70℃.

Ta có t2 = 70 => P℃ 2 = 0,3177 at ( Tra bảng I.250, p.312 [2])

Nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ sẽ nhỏ hơn 1 ℃ so với nhiệt độ hơi thứ nồi cuối và bằng

69 và có P℃ nt = 0,305 at ( Tra bảng I.250 p.312 [2])

Sử dụng hơi đốt là hơi nước bão hòa có t= 115 => P℃ 1 = 1,724 at ( Tra bảng I.250 p.312, [2])

Hiệu số áp suất cho cả hệ thống:

Gọi P1, P2, Pnt, là áp suất ở nồi 1,2 và thiết bị ngưng tụ

∆P1: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2

∆P2: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ

Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi: ∆ P ∆ P 1 2= 1,85 (1)

Bảng 3 1: Áp suất, nhiệt độ củ hơi đốt, hơi thứ mỗi nồi (Tra bảng I.250, p.312,

Nồi 1 Nồi 2 Thiết bị ngưng tụ Áp suất

3.2Xác định tổn thất nhiệt độ

Tổn thất nhiệt độ trong hệ cô đặc bao gồm: tổn thất do đường ống, tổn thấp do áp suất thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống

3.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra (∆ ’ ) Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất.

Hiệu dố nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra. Áp dụng công thức Tisenco: ∆ ’ = ∆ ’ o f ( ) ℃ (p.59, [2])

- ∆ ’ o: tổn thất nhiệt độ do tsdd > tsdm ở áp suất thường

- Ts: là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ( o K)

- r: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi ở áp suất làm việc (J/kg)

Bảng 3 2: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra (Tra hình VI.2, p.60, [3])

Nồng độ dung dịch (% khối lượng) 12,89% 55%

Bảng 3 3: Nhiệt hóa hơi phụ thuộc áp suất (Tra bảng I.251, p 314, [2])

Nồi 1 Nồi 2 Áp suất hơi thứ

 Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn hệ thống

3.2.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tinh (∆ ” )

Gọi chênh lệch áp suất từ trên bền mặt dung dịch giữa đến ống là ∆P (N/m 2 )

Trong đó: ρ dds: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m 3 ) ƿ dds: 0,5 x ƿ dd ρ dd: khối lượng riêng của dung dịch (kg/m 3 )

Hop: chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng (m)

Bảng 3 4: khối lượng riêng của dung môi và dung dịch (Tra bảng I.5, p.11, [2]) xc (%) t,℃ ρ dd kg/m 3 ρ dds kg/m 3

Nồi 2 55 70 977,81 488,905 ρ dd trong mỗi nồi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ đang xét.

Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là H0 = 1,5m

9,81x10 4 = 0,888 (at) Tra sổ tay tại Ptp1= 0,888 at ta có t ’’ 1 = 95,816 ℃.

9,81.10 4 = 0,352 (at) Tra sổ tay tại Ptp2 = 0,352at ta có t ’’ 2 = 72,181 ( )℃.

Vậy tổn thất nhiệt của hai nồi là ∑ ∆ ' ' = ∆ ’’ 1 + ∆ ’’ 2 = 1,72 + 2,181 = 3,901℃. 3.2.3 Tổn thất do trở lực thủy lực ( ∆ ’’’ )

Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi kia và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1℃.

Do đó chọn tổn thất nhiệt mỗi nồi là 1℃.

Tổn thất nhiệt cả hệ thống ∑ ∆ = ∆ ’ + ∆ ’’ + ∆ ’’’ = 2,262+ 3,901+ 2 =8,166℃.

3.2.4 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nòi và cả hệ thống

Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi (p.207, [4])

 Nồi 2: ∆ti2 = ∆thd2 - ∆tnt - ∑ ∆ 2= 93,096– 69 – ( 2,042+ 2,181+ 1) = 18,873 ℃. Nhiệt độ thực tế:

 Nồi 1: ∆ti1 = thd1 - ts1 => ts1 = thd1 – ti1 = 115 – 18,964 = 96,036℃.

 Nồi 2 : ∆ti2 = thd2 - ts2 => ts2 = thd2 – ti2 = 93,096 – 18,873 = 74,223℃.

4.1 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi

- t: nhiệt độ của dung dịch

- x: nồng độ khối lượng của dung dịch, phần khối lượng

Ban đầu: nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu (td ,036 x=7%) ℃.

 Nồi 1: nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1 ( ts1 = 96,036 x= 12,85 % )

 Nồi 2: nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 2 ( ts2 = 74,223 x= 55 % )

- Gọi D1, D2 lượng hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2 (J/kg)

- Gd, Gc lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h)

- W, W1, W2 lượng hơi thứ bốc lên ở cả hệ thống và từng nôi ( kg/h)

- I1, I2 hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1 và nồi 2

- i1, i2 hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2

- Cd, Cc : nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối (J.Kg.độ)

- Cng1, Cng2 : nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 ( )℃.

- td, tc : nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch ℃.

- Ꝋ1, Ꝋ2 nhiệt độ nước ngưng của nồi 1 và nồi 2 ℃.

- Qn1, Qn2 nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2 ( W)

Nhiệt lượng vào gồm có: (p.142-143, [1])

Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D1 I1

Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: (Gd – W2) C2.ts2

Nồi 1: Nhiệt do lượng hơi đốt mang vào ( hơi thứ nồi 1) : W1 i1 = D2 I2

Nồi 1: Hơi thứ mang ra: W1 i1

Do dung dịch mang ra: (Gđ – W) C1.ts1

Do hơi nước ngưng tụ: D1.Cng1 Ꝋ1

Do tổn thất chung: Qn1 = 0,05D(I1 – Cng1 Ꝋ1)

Nồi 2: Hơi thứ mang ra: W2 I2

Do dung dịch mang ra: (Gđ – W2) C2.ts2

Do hơi nước ngưng tụ: D2.Cng2 Ꝋ2

Do tổn thất chung: Qn1 = 0,05D2(I2 – Cng2 Ꝋ2)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng: (p.152, [1])

Nồi 1: D1 I1 + (Gđ – W2) C2.ts2 = W1 i1 + (Gđ – W) C1.ts1 + D1.Cng1 Ꝋ1 + 0,05D.(I1 –

Nồi 2: D2 I2 + Gđ Cđ.tđ = W2 I2 + (Gđ – W2) C2.ts2 + D2.Cng2 Ꝋ2 + 0,05D.(I2 – Cng2 Ꝋ2) Với D2 I2= W1 i1 (2)

Ta có: W1 ( 0,95i1 – C2.ts2 + i2 – 0,95 Cng2 Ꝋ2) = Wi2 + (Gđ – W) C2.ts2 - Gđ Cđ.ts

Bảng 3 5: Tổng hợp thông số

Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch t ( )℃ I (J.kg)

Vậy lượng hoi thứ bốc lên ở nồi 1 là:

Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2 :

Lượng hơi đốt tiêu tốn là:

5 Kiểm tra Kiểm tra lại giả thuyết phân bố hơi thứ ở các nồi

WL : Lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị lớn

WN : lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị nhỏ

Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giả thiết.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

1 Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc

1.1 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi

1.1.1 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi

Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi 1 và nồi 2 là

Với điều kiện làm việc của phòng đốt thẳng đứng H = 2 m, hơi ngưng bên ngoài ống, máng nước ngưng chảy dòng như vậy hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức α ,4× A × ( ∆ t × H r i ) 0.25 , W / m 2 độ (V.101, p.28, [3])

- H: chiều cao ống truyền nhiệt (m)

- α1i: hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i, W/m 2 độ

- ∆ t 1 i : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi ngưng của nồi 1, 0 C.

- r i : ẩn nhiệt ngung tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt (J/kg)

- A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng

- ti: nhiệt độ hơi đốt

- t Ti :nhiệt độ bề mặt tường

Tra giá trị A theo bảng (p.29, [2]) ta được giá trị A tương ứng: tm1= 114,350 ℃ => A1= 185,458℃ => r1= 2222,690×10 3 (J/kg) tm2= 92,575 ℃ => A2= 175,287℃ => r2 = 2266,694×10 3 ¿J/kg) α 11 =2.04×185,458× ( 2222,6902×1,3 × 10 3 ) 0.25 504,055 ( m W 2 độ ) α 12=2.04×175,287× ( 2266,6942×1,043 × 10 3 ) 0.25 545,165 ( m W 2 độ )

1.1.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:

1.1.3 Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi α 2 i W/m 2 độ

Ta xác dịnh hệ số này theo công thức: α 2 i E.3× P i 0.5 × ∆ t 2 2.33 i ×ψ i (p.44, [1])

P i : áp suất hơi thứ, at ψ i : hệ số hiệu chỉnh

∆ t 2 i : Hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt

 Tính hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt ∆ t 2 i

Với: t1-tw2i = q1i × ∑ r  t w2i = t 1 -q 1i × ∑ r , ( ℃ ) tsi: nhiệt độ sôi thực tế

 ∑ r : Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt

∑ r=r n +r c + δ λ , m 2 độ W r n , r c :nhiệt trở của cặn bẩn2phíatường

 Tra bảng VI.6 (p.80 [3]) ta chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là δ=2mm=0.002m

 Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép Crom Niken Titan (X18H9T), hệ số dẫn nhiệt của nó là: λ.85, W m độ

 Tính hệ số hiệu chỉnh ψ ψ=( λ λ dd nc ) 0.565 × [ ( ρ ρ dd nc ) 2 × ( C C dd nc ) × ( μ μ nc dd ) ] 0,435 (VI 27, p71, [3])

(dd: dung dịch, nc: nước)

Trong đó: λ: Hệ số dẫn nhiệt, W/m độ ρ: Khối lương riêng, kg/m 3

C: nhiệt dunh riêng, J/kg độ μg/100g): độ nhớt, Cp

 Tính hệ số dẫn nhiệt của dung dịch λ dd :

Ta có công thức (I.32, p.123, [2]: λ dd =A ×C dd × ρ dd × √ 3 ρ M dd

A: hệ số tỉ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng, ta chọn A=3.58×10 −8

M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng, ở đây là hỗn hợp của C6H12O6 và H2O, kg/mol

M=a× M C 6 H 12 O 6 +(1−a)× M H 2 O a: nồng độ phần mol của C6H12O6

Vậy ta có: λ dd =A ×C dd × ρ dd × √ 3 ρ M dd λ dd1 =3.58×10 −8 ×3960,02×962.54× √ 3 962.54 20,365 =0.493, W m độ λ dd2 =3.58×10 −8 ×3115,18×977,81× √ 3 35.496 977,81 =0.329, W m độ

Bảng 4 1: Tổng hợp thông số

Các thôn g số vật lí

(Cp) Ẩn nhiệt ngưng tụ (j/kg)

Vậy ta có hệ số hiệu chỉnh ψ=( λ λ dd nc ) 0.565 × [ ( ρ ρ dd nc ) 2 × ( C C dd nc ) × ( μ μ nc dd ) ] 0,435 ψ 1 =( 0.4930.680) 0.565 × [ ( 961,095 962.54 ) 2 × ( 3960,02 4216,8 ) × ( 0,293 2,04 ) ] 0.435 =0,349 ψ 2 =( 0.3300.672) 0.565 × [ ( 975.25 977.81 ) 2 × ( 3115,18 4191.8 ) × ( 0.372 3,253 ) ] 0.435 = 0,229

Vậy hệ số cấp nhiệt α2i từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi được xác định như sau: α 21 E.3×√0,854 × 7,932 2.33 × 0,34921,928( m W 2 độ ) α 22 E.3×√0.318 × 9,990 2.33 × 0,22947,680( m W 2 độ )

1.1.4 Nhiệt tải riêng về phía dung dịch: q 21 21,928×7,932450,890(W m 2 ) q 22 47,680×9,990464,358(W m 2 )

Vậy giả thiết ∆ 11 , ∆ 12 được chấp nhận.

1.1.6 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi: Áp dụng công thức (p.333, [8]) :

Trong đó: q tbi : nhiệt tải riêng trung bình của từng nồi, W/m 2

∆ T i : hiệu số nhiệt độ hữu ích của từng nồi, ℃

1.2.Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp

1.3.Hiệu số nhiệt độ hữu ích

1.3.2 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi

1.3.3 Kiểm tra giả thiết phân phối áp suất ε 1 ' =|18.964−18,62|

1.4.Diện tích bề mặt truyền nhiệt

Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt tính theo công thức tổng quát như sau:

Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp, W (Q=D r nếu chất tải nhiệt là hơi nước bão hòa) K: hệ số truyền nhiệt, W/m 2 độ

∆ t i : hiệu số nhiệt độ hữu ích, độ

Bề mặt truyền nhiệt thực: Fithưc = 1.1Fi

Vì ở đây xét thêm dự trữ 10% để đảm bảo an tòan tránh những sự cố có thể xảy ra như về hơi đốt, chân không… Thông thường theo kinh nghiệm lấy lên 20% nhưng tuỳ vào thiết bị chọn cho phù hợp với kết quả tính tốn nên ta vẫn có thể chọn nhỏ hơn.

2.1.1 Tính số ống truyền nhiệt của buồng đốt n= F π × H ×d tr

- d tr : đường kính trong của ống truyền nhiệt, m

- H: chiều cao của ống Chọn H = 2 m

- F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, m 2

Chọn đường kính ngoài ống: d n =0,025(m) (p.80, [3])

- Bề dày của ống truyền nhiệt δ=0.002(m)

Quy chuẩn n = 516 Theo bảng (V.11, p.48 [3] ) có:

- Số ống trên đường xuyên tâm 6 cạnh: 27

- Tổng số ống không kể các ống có hình viên phân: 547

- Tổng số ống trong thiết bị: 613

- Số ống không nằm trên hình viên phân là: 613−5167 ống

- Bố trí ống đốt theo hình lục giác đều

2.1.2 Đường kính buồng đốt Đường kính trong của ống đốt sắp xếp theo hình lục giác đều được tính theo công thức sau:

Trong đó: b: số ống đường chéo của hình 6 cạnh b' t – bước ống, t thường lấy 1.2 : 1.5d ta chọn t=1.3 5d n =¿t=1.35×0.025=0.03375m dn – Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn= 0,025m

Qui chuẩn Dt= 1(m)00 (mm) theo bảng XIII.6 (p.359, [3])

Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3

Bề dày của buồng đốt tính theo công thức:

- D t : đường kính trong của thiết bị, m

- φ : hệ số bền của thân hình trụ theo phương dọc, tra bảng VIII.8 (p.362, [3]) φ=0.95

- P: áp suất trong của thiết bị, N/m 2

- C: hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày, m

Trong đó: o C1: bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian của thiết bị làm việc Do chọn thiết bị làm việc là CT3 nên là C1 = 1 mm o C2: đại lượng bổ sung do hao mòn, C2 chỉ tính trong trường hợp nguyên liệu cho chứa các hạt rắn chuyển động với vận tốc lớn nhất ở trong thiết bị, thông thường ta chọn C2 = 0 o Đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày C3 phụ thuộc vào chiều dày của tấm vật liệu tra bảng XIII.9 (p 364, [3]) C3 = 0.8 mm

Khi tính toán sức bền của thiết bị trước hết cần xác định ứng suất cho phép Đại lượng ứng suất cho phép phụ thuộc vào dạng ứng suất, đặc trưng bền của vật liệu chế tạo, nhiệt độ tính toán, công nghệ chế tạo và điều kiện sản xuất

2.1.4 Ứng suất cho phép khi kéo

- σ K : giới hạn bền khi kéo, tra bảng XII.4 (p.309, [3]) → σ K 80 10 6 N/m 2

- η : hệ số hiệu chỉnh, tra bảng XII.2 (p.356, [3]) → η=0.9

- n b : hệ số an toàn theo giới hạn bền, tra bảng XIII.3, (p.356, [3]) → n b =2,6

 Ứng suất cho phép giới hạn chảy

- n C : hệ số an toàn theo giới hạn bền, tra bảng XIII.3 (p.356, [3]), n C =1,5 Thay số vào ta có

So sánh hai giá trị [ σ K ] , [ σ C ] ta chọn [σ]1.54×10 6 (N/m 2 )

P=P mt =4at=4×9.81×10 4 9.24×10 4 (N/m 2 ) Áp suất thủy tĩnh: Ptt= ρ g.H t= 96,036  ρ1,096

42,06×10 4 ×0.95)7.106>50 nên có thể bỏ qua P ở mẫu số công thức (*)

Kiểm tra điều kiện ứng suất bằng công thức σ=[ D t +(S−C)] P 0

- P 0=P th +P 1 , N/m 2 (p 366, [3]) o Áp suất thủy lực: P th =1,5 P b , N/m2 (p.358, [3]) o P th =1.5×42,06.10 4 c,09×10 4 N/m 2

2.1.5 Chiều dày đáy buồng đốt Đáy buồng đốt là những bộ phận quan trọng của thiết bị thường được chế tạo cùng vật liệu với thân thiết bị ở đây là thép CT3 Đáy nối với thân thiết bị bằng ghép bích.:

Chiều dày đáy buồng đốt được tính theo công thức (p.385, [3]):

- hb: chiều cao phần lồi của đáy, m

- Dt: đường kính thiết bị Dt = 1000 mm

- φ h : hệ số bền hàn hướng tâm, φ h = 0,95 (p.362, [3])

- k: là hằng số không thứ nguyên được xác định theo công thức k=1− (d/Dt) (p.385, [3])

Với d là đường kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng Đáy có một lỗ hình tròn cho dung dịch vào có đường kính d, được tính theo công thức d=√ 0,785 V ω (p.74 [3])

- V: lưu lượng dung dịch vào nồi 1, m 3 /h

- ω : vận tốc thích hợp để dung dịch chọn ống do có đột nhớt nên chọn ω=1

Dựa vào Dt00mm tra bảng XIII.10 (p.382,[3]), ta có hb= 250mm

C: là đại lượng bổ sung được tính theo công thức (XIII, p.363,[3]) Có thêm một ít đối với đáy:

- Thêm 1mm khi 10mm: < S-C < 20mm

- Không cần tăng chiều dày khi: S-C > 20mm

39.24×10 4 26>50 nên ta có thể bỏ đại lượng P ở mẫu

2x250x10 −3 +C=1,67×10 -3 (m) Đại lượng bổ sung C khi S – C < 10 mm nên ta thêm 2mm so với C:

Qui chuẩn chiều dày S = 6mm để dễ chế tạo và ghép nối

Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thủy lực bằng công thức σ=[ D t +(S−C)] P 0

2.1.6 Chiều dày lưới đỡ ống

Chiều dày lưới đỡ ống phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

1) Giữ chặt ống khi nung, bền.

3) Giữ nguyên hình dạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống.

4) Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất.

 Để đáp ứng yêu cầu 1:

 Để đáp ứng yêu cầu 2:

 Để đáp ứng yêu cầu 3: f=S ( t −d n ) ≥ f min =4,4.d n +12

Ta có: f×(1,3×25−25)7,5mm 2 f min =4.4×25+122mm 2

 Để đáp ứng yêu cầu 4:

Ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giới hạn bền uốn, điều kiện: σ ' = P b

- dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m d n %mm

- Pb: áp suất làm việc, N/m 2 P b B,06×10 4 N/m 2

Theo hình trên ta có:

AD=t+ED=t ׿mm l=AB+AD

2 8,445 mm Thay số ta có: σ ' = 42,06×10 4

Vậy thỏa mãn điều kiện nên chọn chiều dày mạng ống là 17 mm

2.2.1 Thể tích buồng bốc hơi Áp dụng công thức: V kgh = W ρ h ×U tt , m 3 (p.71, [3])

W: lượng hơi thứ bốc lên trong một thiết bị

W1= 1364,90 kg/h ρ h :Khối lượng riêng của hơi thứ t,096℃ tra bảng I.250 (p.312, [3]) ta có ρ h

U tt : cường độ bốc hơi thể tích cho phép của không gian hơi (thể tích hơi bốc trên một đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong một đơn vị thời gian), m 3 / m 3 h

Cường độ bốc hơi phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch và áp suất hơi thứ

U tt =f ×U tt(1 at) m 3 /m 3 h Ở điều kiện áp suất P=1 at thì U tt (1at )00÷1700 m 3 /m 3 h Áp suấ hơi thứ có sự ảnh hưởng đáng kể tới U tt , tuy nhiên do không có số liệu hiệu chỉnh (f) nhỏ hơn 1 at nên có thể chọn Utt = 1600 m3/m3.h

Chiều cao không gian hơi H= π D 4 V bb

Dbb: đường kính trong của buồng bốc

Chọn nhiệt độ thành thiết bị là nhiệt độ môi trường, đối với thiết bị đốt nóng có cách nhiệt bên ngoài Chọn thân hình trụ hàn, làm việc áp suất trong, kiểu hàn giáp mối 2 bên, hàn tay bằng hồ quang điện, vật liệu chế tạo là thép CT3 Đối với buồng bốc ở áp suất 1 ÷ 2 at ta thiết kế vỏ mỏng.

Chiều dày thiết bị được xác định theo công thức (p.360, [3]):

Ph: là áp suất hơi thứ => Ph = 0,854 at = 8,653×10 4 N/m²

8,653×10 4 ×0.9544,158>50 nên có thể bỏ qua P ở mẫu số công thức

Qui chuẩn chiều dày S = 6mm để dễ chế tạo và ghép nối

Kiểm tra điều kiện hiệu suất theo công thức: σ=[ D bb +(S−C)] P 0

3 Tính toán một số chi tiết khác

3.1 Đường kính ống dẫn hơi dung dịch vào, ra thiết bị d tr =√ 3600.0,758 V ω

- V: lưu lượng hơi dòng vào, m 3 /h

- ω : vận tốc thích hợp của hơi hoặc lỏng đi trong ống, m/s

3.1.1 Ống dẫn hơi đốt nồi 1:

- D: lượng hơi đốt nồi 1 kg/h; D = 1593,16 ¿kg/h)

- ρ: khối lượng riêng của hơi đốt được tra bảng I.250 (p.312, [2]) , ρ=0,9635kg/ m 3 tại t 15℃

Ta quy chuẩn d tr %0mm theo bảng (XIII.26, p.412, [3])

3.1.2 Ống dẫn dung dịch vào

- Gđ: lưu lượng dung dịch đầu: Gđ = 2985,71kg/h

- ρ : khối lượng riêng của dung dịch đầu: ρ=¿ 962,54 kg/m 3

- ω : vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn ω=1 m/s

3.1.3 Ống dẫn hơi thứ ra

- W 1: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1; W 148,898 kg/h

- ρ : khối lượng riêng của hơi thứ ra khỏi nồi 1 tra bảng I.250 (p.312, [2]), ρ=0,489kg/m 3 tại t1 = 94,096 ℃.

- ω : vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn ω m/s

Ta quy chuẩn d tr 50mm

3.1.4 Ống dẫn dung dịch ra

- ρ : khối lượng riêng của dung dịch ra khỏi nồi 2: ρ= ρ 17,81 kg/m 3

- Gđ: lưu lượng dung dịch đầu: Gđ = 2985,71 kg/h

- W 1: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1: W 148,898 kg/h

- ω : vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn ω=1 m/s

3.1.5 Ống tháo nước ngưng ω: vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn ω=1 m/s

Pnt= 0,305at => ρ nc : tra bảng khối lượng riêng của nước Tra bảng I.251, ( p.314 [2]), ρ nc =0,1905 d tr =√ 3600 91,449 ×0.785 × 1 =0,179 ( m)

Bảng (XIII.26, p.409, [3]) bích liền bằng X18H10T

Bảng 4 2: Tra bích để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn Ống Pb.10 6

(mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích

Z (cái) h (mm) Ống dẫn hơi đốt vào

0.6 250 273 370 335 312 M16 12 22 Ống dẫn dung dịch vào

0.6 350 377 485 445 415 M20 12 26 thứ ra Ống dẫn dung dịch ra

Chọn bích liền kiểu 1, theo bảng (XIII.27, p.421, [3]) ta có:

Bảng 4 3: Tra bích để lắp nắp vào thân buồng đốt

Kích thước nối Kiểu bích

Chọn bích liền kiểu 1, theo bảng (XIII.27, p.422, [3]) ta có:

Bảng 4 4: Tra bích để lắp nắp vào thân buồng bốc

Kích thước nối Kiểu bích

Chọn đường kính ngoài của vỉ ống bằng đường kính trong của thân thiết bị

Vỉ ống phải giữ chặt các ống truyền nhiệt.

Giữ nguyên dạng vỉ ống trước và sau khi nong.

Bền với tác dụng ứng suất do áp suất và nhiệt độ hơi đốt là

Chọn vỉ ống loại phẳng tròn.

Chọn vật liệu là thép không gỉ X18H10T, giới hạn bền uốn là: [u ] = 146.67.10 6

Chiều dày tính toán tối thiểu của vỉ ống, đĩa phân phối được tính sơ bộ theo CT:

8+ 5=25 8 + 5=8,125 (mm) ( p.182, [7]) Đối với vĩ bằng thép, chiều dày tối thiểu thỏa điều kiện: h’ ≥ 4,35 t −d d n + 15 n (p184, [7])

(h’=4,35.25+15 1,3.25−25 = 16,5 và h’≥ 10 (mm) Tính đến sự ăn mòn 2 phía: C= 2 (mm) h’= 16,5 + 2 = 18,5

Chọn h’= 20 (mm) Ứng suất uốn của vỉ σ u = P o

2 (,14(mm), các ống bố trí theo đỉnh tam giác đều. d n : đường kính ngoài ống, dn = 25 (mm).

P o = 659185.055 ( N m 2 ) =0,659 ( N mm 2 ) Là áp suất tính toán lớn nhất trong ống hoặc ở không gian ngoài ống, bằng với áp suất tính toán của buồng đốt σ u = 0,659

Vì ở hai nồi và ở vỉ trên hay vỉ dưới áp suất chênh lệch nhau không nhiều nên chọn bề dày vỉ chung là 20 (mm)

- Dạng của vỉ ống được giữ nguyên trước và sau khi nóng Vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T.

Trọng lượng nồi khi thử thủy lực

- G nk : khối lượng nồi không, N

- G dn : khối lượng nước được đổ đầy nồi, N

3.4.1 Tính Gnk Để tính trọng lượng nồi không, ta cần tính khối lượng các bộ phận chủ yếu sau: a) Khối lượng đáy buồng đốt (m1):

- Đường kính trong buồng đốt: Dtr = 1000 mm

- Chọn Chiều cao gờ: h= 25 mm

Tra bảng XIII.11 (p.384, [3]) ta có khối lượng của đáy elip có gờ m1 = 56 kg b) Khối lượng thân buồng đốt (m2): m 2 =ρ V 2 , kg

- ρ: khối lượng riêng của thép CT3, ρx50 kg/m 3

- V 2: thể tích thân buồng đốt, m 3

 Dn: đường kính ngoài của buồng đốt

m2 = 371,58kg c) Khối lượng 2 lưới đỡ ống (m3) m 3 =2.ρ V 3 , kg

- ρ : khối lượng riêng của vật liệu làm lưới đỡ, kg/m 3 Vật liệu làm lưới đỡ chọn là thép CT3: ρx50kg/m 3

 S: chiều dày lưới đỡ ống, S = 0,017 m

 D: đường kinh trong buồng đốt, D = 1 m

 dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 0,025 m

 m 3=2×7850×0,0091,94kg d) Khối lượng của các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn (m4): m 4 =ρ V 4

- ρ : khối lượng riêng của thép, ρx50 kg/m 3

- V 4: thể tích các ống truyền nhiệt, m 3

 H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 3 m

 dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 0,025 m

 dtr: đường kính trong của ống truyền nhiệt, dtr = 0,021 m

 m4 = 1170,3 kg e) Khối lượng thân buồng bốc (m5) m 5 =ρ V 5

- ρ : khối lượng riêng của thép CT3, ρ x50 kg/m 3

- V 5: thể tích thân buồng bốc, m 3

 Dnbb: đường kính ngoài buồng bốc:

m5 = 222,728 kg f) Khối lượng nắp buồng bốc (m6)

- Đường kính trong buồng bốc: Dtrbb = 1,5 m

- Chọn Chiều cao gờ: h = 25 mm

Tra bảng XIII.11 (p.384, [3]) ta có khối lượng của đáy elip có gờ m6 = 123 kg g) Khối lượng phần nón cụt nối 2 thân (m7) m 7 =ρ V 7

- ρ : khối lượng riêng của thép CT3, ρ x50 kg/m 3

- V 7: thể tích thân buồng đốt, m 3

 h: chiều cao phần nón cụt, h = 0.35 m

 Dn: đường kính ngoài trung bình của phần nón cụt

 Dtr: đường kính trong trung bình của phần nón cụt

m7 = 59,57kg h) Khối lượng 4 bích nối đáy với thân buồng đốt và thân phần nón cụt (m8) m 8 =4.ρ V 8

- ρ : khối lượng riêng của thép CT3, ρ x50 kg/m 3

 D, Do, z, db: kích thước của các bích có trong bảng số liệu tren

 H: chiều cao các bích: chọn 0,03 m

m8 = 188,4 kg i) Khối lượng 2 bích ghép lắp và thân buồng bốc (m9) m 9 =2.ρ V 9

m9 = 137,29 kg j) Tổng khối lượng nồi không:

Trong đó: hb: chiều cao buồng bốc: 1m hđ : chiều cao buồng đốt 3m hnc : chiều cao nón cục 0,35m

Dtrbb: đường kính trong buồng bốc 1,5m

Dtrbđ: đường kính trong buồng đốt 1m

Dnc: đường kính trong nón cục 1,25m

Khối lượng nước chứa đầy nồi

Vậy khối lượng nồi khi thử thủy lực

3.4.3 Chọn tai treo và chân đỡ

Chọn tai treo và chân đỡ là 4, khi đó tải trọng một tai treo , chân đỡ phải chịu là

Tra bảng XIII.36 ( p.438, [3]) tai treo đối với thiết bị thẳng đứng

Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10 -4 N 2,5

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10 -6 (N/m 2 ) 1,45

Khối lượng 1 tai treo (kg) 3,48

Ta chọn kính quan sát làm bằng thủy tinh silicat dày 15 mm, đường kính ϕ = 200 mm Chọn bích lắp kính quan sát

Tra bảng XIII.26 (p.409, [3]) Bích liền để nối các bộ phận của thiết bị:

Kích thước nối Kiểu bích

3.6 Tính bề dày lớp cách nhiệt

Bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị được tính theo công thức: α n (t T 2 −t kk )= λ C δ C (t T 1 −t T 2 ) (VI.66, p.92 [3])

- t T 2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí, khoảng 40 ÷ 50 0 C, chọn t T 2 =¿ 42 0 C

- t T 1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị vì trở lực tướng trong thiết bị rất nhỏ so với trở lực lớp cách nhiệt cho nên tT có thể lấy gần nhiệt độ hơi đốt t T 1 5℃

- t kk : nhiệt độ môi trường xung quanh chọn t kk ',2℃, lấy tại Thành phố Hồ Chí Minh trung bình cả năm

- λ C : hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhiệt Chọn vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh Theo bảng (I.126, p.128, [2]) ta có λ C =0.0372 W/m độ

- α n : hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí:

 α n =9.3+0.058×42.73 W/m độ Thay số vào (*) δ C =λ C (t T 1−t T 2) α n ( t T 2−t kk ) =

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ

1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ

- G n : lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s

- W: lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ, W&05,71 /3600= 0,723 (kg/s)

- i : nhiệt lượng riêng ( hàm nhiệt) của hơi ngưng i = 2620,5 J/kg

- t 2 đ , t 2 c : nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh chọn t 2 đ % 0 C, t 2C = 50 0 C

- C n : nhiệt dung riêng trung bình của nước chọn ở 37,5 0 C C n = 4178 J/kg.K

1.2 Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

1.2.1 Đường kính trong của thiết bị: Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ:

- ρ h : khối lượng riêng của hơi ngưng tụ nhiệt độ 69 ℃.

Chọn đường kính trong thiết bị ngưng tụ Baromet là 500 mm.

Thường có dạng viên phân để làm việc tốt

- Theo (VI.53, p.85, [3]), chiều rộng tấm ngăn (b): b = Dtr/2 +50 = 500/2 +50 300 mm

- Theo (p.85, [3]), bề dày tấm ngăn (δ) : chọn δ = 4 mm

- Theo (p.85, [3]), chọn nước sông (ao, hồ) để ngưng tụ hơi thứ thì chọn đường kính lỗ d= 2mm.

- Theo (p.85, [3]), chọn chiều cao gờ tấm ngăn là 40 mm, chọn tốc độ tia nước là 0,62 m/s. f = ρ G n h ω c , m 2 (VI.54, p.85, [3])

- Gc: lưu lượng nước kg/s

- ρ n :khối lượngriêng của nước ρ n 00kg/m 3

Các lỗ xếp hình lục giác đều ta có thể xác địnhbước của các lỗ theo cocong thức:t 0,866d.(fc/ ftb) ẵ , mm (VI.55 p.85, [3] )

- D là đường kính lỗ mm

- fc/ ftb ∈(0,025  0,1 ) tỉ số giữa tổng số diệ tích tiết diện các lỗ với diện tích thiết bị ngưng tụ, chọn fc/ ftb= 0,1

- t= 0,866.2.√0,1=0,5477 (mm) Đun nóng thiết bị ngưng tụ được xác định theo công thức sau:

69−25=0,568 at Trong đó: t bh : nhiệt độ của hơi bão hòa ngưng tụ, t bh i℃

Tra bảng (VI.7, p.86[3] ) lấy P = 0.58at, ta có:

Bảng 5 1: Kích thước tấm ngăn

Số ngăn Khoảng cách giữa các ngăn

Thời gian rơi qua một bậc

Ta có chiều cao của thiết bị ngưng tụ: H=4×40000mm

1.2.3 Đường kính trong của ống baromet (dbr)

Theo công thức (VI.58, p.86, [3]), ta có : Chọn ω = 0,6 m/s d br =√ 0,004.(G π ω n +W ) = √ 0,004.( 16,93+ π 0,6 0,723) = 0,193 m

- h 1: chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số trong áp suất khí quyển và trong thiết bị ngưng tụ.

- b= 0,75at: áp suất chân không trong thiết bị.

- h 2: chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục trở lực khi nước chảy trong ống.

2g.¿ Chọn trở lực khi vào ống ε 1= 0,5 và ra khỏi ống ε 2 = 1.

- ω : tốc độ chảy trong ống.

- d br : đường kính ống baromet.

- λ : hệ số trở lực do masát

- H : chiều cao tổng cộng trong ống baromet.

- Chuẩn số Re theo công thức (II.58, p.377, [2]):

- ρ : khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 37,5 0 C => ρ3,1

- d br : đường kính ống baromet, m

- μ : độ nhớt động lực của nước.

Vậy chiều cao ống baromet là 8,15 m.

Chọn loại thiết bị ống chùm ngược chiều, dung dịch đi trong ống từ dưới lên, hơi đốt ngoài ống từ trên xuống để gia nhiệt.

- Năng suất nhập liệu: Gđ= 2985,71

- Nhiệt độ dung dịch vào, chọn tđ= 30℃.

- Nhiệt độ dung dịch ra tc= ts2= 74,223℃.

- Nhiệt độ hơi đốt (hơi nước bão hòa): 115 ℃.

- F: lưu lượng hổn hợp đầu F=Gđ= 2985,71

- tF: nhiệt độ sôi hỗn hợp tF=ts1= 96,036℃.

- tf: nhiệt độ môi trường tf= 25℃.

- CP: nhiệt dung riêng của dung dịch

2.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích:

Nên nhiệt độ tung bình giữa hai lưu thể là:

Phía hổn hợp t2tb= thd-∆ttb5- 45,67= 69.33℃.

2.2.1 Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ: α ,4× A × ( ∆ t1× H r i ) 0.25 ,W / m 2 độ

Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa

∆t1: chênh lệch nhiệt độ gữa nhiệt độ hơi đốt vào nhiệt độ thành ô ngs truyền nhiệt. H: chiều cao ống truyền nhiệt H= 2m

A: hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng

2.2.2 Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: q1= α 1 ∆ t 1 ( W/m 2 ) thay số q1 = 9675,520.2,580 = 24962,843 ( W/m 2 )

2.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt phía hổn hợp chảy xoáy:

Theo công thức (V.40 p.14, [3]) ta có:

Nu= 0,021 ԑk.Re 0,8 Pr 0,43 ( p p r rt ¿ ¿ 0,25 ԑk: hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L và đường kính d của ống Chọn đường kính d= 38 ±2 mm; L=2 m

Tính chuẩn số Pr: Pr= C ƿ λ μ (p.12, [3])

Cp:nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở t2tb = 69.33 ℃.

Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp: λ=A ×C p × ρ × √ 3 M ρ , W /m độ ρ: khối lượng riêng của hỗn hợp ở ttbE,67 ℃. ρ= 989,832 kg/m2

M: khối lượng mol hỗn hợp lỏng: M= a× M C 6 H 12 O 6 +(1−a)× M H 2 O a: nồng độ phần mol của C6H12O6

A: hệ số tỉ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng, ta chọn A=3.58×10 −8 λ=3.58×10 −8 ×4186,464×989,832× √ 3 989,832 19,1988 =0,552 ( W m độ)

Hiệu số cấp nhiệt ở hai phía thành ống:

∆tt= tt1 – tt2 = q1 × ∑ r t ℃ tt 2: Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp

∑ r : Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt Chọn bề dày thành ống truyền nhiệt δ=2mm, chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép Crom Niken Titan (X18H9T), hệ số dẫn nhiệt của nó là: λ.85, W m độ  ∑ r=7.3769 ×10 −4 m 2 độ /W (tính ở trên)

Tính chuẩn số Prt: Prt= C λ ƿt t μ t

Cpt: nhiệt dung riên của hỗn hợp ở tt2 = 96,585 ℃.

Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp: λ=A ×C p × ρ × √ 3 M ρ , ( W m độ) ρ: khối lượng riêng của hỗn hợp ở tt2,585 ℃. ρ= 960,722kg/m 2

M: khối lượng mol hỗn hợp lỏng, M,1988,kg/mol λ=3.58×10 −8 ×4217,268×960,722× √ 3 19,1988 960,722 =0,535( W m độ)

Hỗn hợp chảy xoáy, chọn Re = 10000 α= 0,021.1.10000 0,8 3,061 0,43 (3,061 2,306 ¿ ¿ 0,25 = 886,213

2.2.4 Nhiệt tải riêng về phía dung dịch: q 2 =α × ∆ t 2 6,213×27,255$153,891W/m 2

2.2.5 Kiểm tra giả thiết: Chênh lệch giữa q 1 và q 2 ε 1 =|24153,891−24962,843|

Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp, W qtb: nhiệt tải riêng trung bình về phía dung dịch q tb =q 1 +q 2

- d: đường kính ống truyền nhiệt, d= 0.036 m

- H: chiều cao của ống Chọn H = 3 m

Quy chuẩn n = 37 Theo bảng theo bảng (V.11, p.48 [3]) có:

- Số ống trên đường xuyên tâm 6 cạnh: 7

- Tổng số ống không kể các ống có hình viên phân: 37

- Tổng số ống trong thiết bị: 37

2.5 Đường kính trong của thiết bị đun nóng:

Trong đó: b: số ống đường xuyên tâm 6 cạnh, b7 dn:Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn= 0,036m t: bước ống, t thường lấy 1.2:1.5dn, ta chọn t =1.3 5 d n

Qui chuẩn Dt= 1(m)P0 (mm) theo bảng (XIII.6, p.359, [3])

2.6 Tính vận tốc và chia ngăn

Gđ = 2985,71 (kg/h) n = 37 ống d = 0,036 m ρ= 960,722 kg/m 2 vt= 4.2985,71 π 0,036 2 37 960,722.3600= 0,022 (m/s)

 Vận tốc giả thuyết: vgt = ℜ d ρ μ 000.0,292.10 −3

Vì | v ¿ − v t | v ¿ ×100 %s,80 %>5 % nên ta cần chia ngăn để quá trình cấp nhiệt ở chế độ xoáy Số ngăn được xác định như sau:

Bồn cao vị được đặt ở độ cao sao cho thắng được trở lực của các đường ống Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 ở mặt thoáng bồn cao vị và mặt cắt 2 – 2 ở mặt cắt ống nhập liệu vào buồng bốc.

- P1 : áp suât khí quyển => P1 = 1 at

- P2: áp suất ngưng tụ P2 = 0,305 at

- ƿ= 995,7 kg/m 3 : khối lượng riêng của dung dịch ở 30℃ Tra bảng I249, (p.310, [3]) khối lượng riêng nguyên liệu nhập vào

- à = 0,801.10 -3 Ns/m2 : Độ nhớt của dung dịch ở 30 C℃ tra bảng I.249, (p.310 [3])

- Z1 : Chiều cao từ bồn cao vị xuống đất, m

- Z2 : Chiều cao từ mặt thoáng chất lỏng trong buồng bốc xuống đất, m.

- h1-2 : Tổng tổn thất áp suất, m.

3.1 Xác định hệ số ma sát trong ống:

Chọn đường kính ống nhập liệu: d hút = d đẩy = d = 30 mm v= 4G D π d 2 ƿ= 4×2985,71 π ×3600×0,03 2 ×995,7=1,17m/s

0,801×1 0 −3 C631,79 Chọn vật liệu làm ống là thép không gỉ X18H10T Độ nhám = 0,2 mm Độ nhám  = 0,2 mm  = 0,2 mm

Hệ số ma sát tính theo công thức: λ=0,1.( 1,46 d ε tđ

- Vậy hệ số ma sát là: λ = 0,1.( 1,46 0,230+ 100

43631,79) 0,25 = 0,033( m W 2 độ) 3.2 Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ

+ Hệ số cục bộ tại miệng ống vào: vào = 0,5 + Hệ số cục bộ tại miệng ống ra: ra = 1 + Hệ số cục bộ tại co 90o: co = 1,2 + Hệ số cục bộ tại van: van = 0,5 Tổng hệ số tổn thất cục bộ:

Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến cửa nhập liệu nồi I: L = 15 m.

Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn: h 1−2 = v 2

3.3 Chiều cao thùng cao vị

- Vậy chiều cao từ cửa nhập liệu nồi 1 đến mặt thoáng của bồn cao vị

Bơm là máy thủy lực dùng để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng. Các đại lượng đặc trưng của bơm là năng suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao và hệ số quay nhanh.

4.1 Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị

Lượng không khí cần hút được tính theo công thức:

Thể tích khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ (m 3 /h)

Rkk = 288 (J/kg.độ): hằng số khí đối với không khí tkk: nhiệt độ của không khí p: áp suất chung của hổn hợp của thiết bị p = pnt = 0,305 at

Trong đó tkk= tđ + 4+ 0,1 (tc- tđ)= 25+ 4 0,1.(50-25)= 31,5 ℃. ph= 0,0372 at

4.2 Công suất của bơm chân không là:

Trong đó: n CK : hệ số hiệu chỉnh n CK =0,8 m : chỉ số đa biến, m=1,25 p 1 : áp suất khí lúc hút p 1= p ng = 0,0372 at p 2 : áp suất khí quyển bằng áp suất khí lúc đẩy, p 2 = p kk = 1at. p kk : áp suất không khí trong thiết bị ngưng tụ p kk =p 1 =p ng −p h =0,305−0,1902=0,1148at=1,125 10 4 N/m 2

Suy ra công suất của bơm chân không là :

Dùng bơm chân không không cần dầu bôi trơn, có thể hút không khí, hơi nước Chọn bơm chân không vòng nước PMK kiểu PMK–1 Có các thông số khác như sau:

Công suất yêu cầu trên trục bơm

Công suất động cơ điện (kW)

Bảng 6 1: Tổng hợp thông số các chi tiết

Buồng đốt Thân Đường kính trong 1000 (mm)

Chiều cao 2000 (mm) Đáy Chiều cao phần lồi 250 (mm)

Chiều dày lưới đỡ ống

Buồng bốc Thân Đường kính trong 1500 (mm)

Nắp Chiều cao gờ 25 (mm)

Chi tiết khác Ống dẫn hơi đốt vào 250 (mm) ống dẫn dung dịch vào 40 (mm) ống dẫn hơi thứ ra 350 (mm) Ống dẫn dung dịch ra 25 (mm) Ống nước ngưng tụ 20 (mm)

Bề dày cách nhiệt 15 (mm)