Nghiên cứu về thiết bị cô đặc dạng màng và ứng dụng nó để cô đặc nước dứa trong công nghệ sản xuất nước dứa.(Full cad )

Cô đặc là phương pháp thường được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hóa học vàThực phẩm với mục đích: Làm tăng nồng độ chất hoà tan trong dung dịch làm đậm đặc  Tách các chất hoà tan ở

Cô đặc là phương pháp thường được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hóa học vàThực phẩm với mục đích:

 Làm tăng nồng độ chất hoà tan trong dung dịch (làm đậm đặc)

 Tách các chất hoà tan ở dạng rắn (kết tinh)

 Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất)

 Lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái của tác nhân làm lạnh Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêngphần của dung môi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị

Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau Khi làm việc ở áp suấtthường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở, còn khi làm việc ở áp suất khác thì ta dùngthiết bị kín

Quá trình cô đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, có thể tiến hành ở hệ thống

cô đặc 1 nồi hoặc nhiều nồi

Người ta thường tiến hành phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:

 Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng

 Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi nước bão hoà, hơi quá nhiệt),bằng khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất cao…), bằngdòng điện …

 Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức

 Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm…

1.1.2 Nhiệm vụ của đồ án:

Hiện nay có rất nhiều loại thiết bị được sử dụng trong công nghiệp sản xuất hoá chất

và thực phẩm với những mục đích khác nhau Nhưng do thời gian nghiên cứu có hạn nênnhiệm vụ của đồ án này chỉ nghiên cứu về thiết bị cô đặc dạng màng và ứng dụng nó để

cô đặc nước dứa trong công nghệ sản xuất nước dứa

1.2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU:

1.2.1 Giới thiệu về dứa:

Cây dứa là loại cây ăn trái có giá trị kinh tế cao Cây dứa không kén đất, có thểtrồng dứa trên cả loại đất chua mặn, đất phèn, đất đồi dốc, sỏi đá … Ở những vùng mớikhai hoang, người ta còn trồng dứa như là một loại cây để cải tạo đất

Dứa là một loại trái cây có giá trị dinh dưỡng cao, có vị ngọt, hương thơm và màusắc đẹp Trong trái dứa tươi chứa nhiều hàm lượng đường, vitamin C, các acid amin dễtiêu, đặc biệt có enzym Bromelin là 1 loại enzym phân giải protein rất tốt Trong lĩnh vực

y học, từ trái dứa người ta tách được một chất biệt dược dùng trong các ca đại phẫu thuật,điều trị bệnh ung thư, nội tạng…

Hiện nay trên thị trường thế giới, dứa là một loại trái cây có giá trị xuất khẩu cao

Từ trái dứa tươi, qua công nghiệp chế biến có thể sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khácnhau như: dứa đóng hộp, nước dứa có ga, mứt dứa, rượu vang dứa, xirô dứa, dứa sấy khô,nước dứa …

* Thành phần hoá học của dứa:

34 % (lượng đường tổng)

Acid 0,6 % (87% là acid citric)Muối khoáng 0,4-0,6% (chủ yếu là K,Mg,Ca)Vitamin C,A,B1,B2…

Enzym Bromelin

1.2.2 Giới thiệu về nước dứa và đặc tính của dung dịch cô đặc:

Nước dứa là dịch dứa có pha thêm đường, hàm lượng đường trong sản phẩm khoảng

40 % Khác với xirô dứa, sản phẩm nước dứa được dùng uống ngay mà không cần phaloãng với nước.Sản phẩm phải có hương vị và màu sắc của nguyên liệu ban đầu Yếu tốquan trọng có tác dụng bảo quản trong nước dứa là độ đường khá cao và độ acid tươngđối cao

Nước dứa là một sản phẩm giàu sinh tố nên không chịu được nhiệt độ cao (thànhphần trong dịch quả dễ bị thuỷ phân dưới tác dụng của nhiệt)

Phần II:

THUYẾT MINH QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ

Dung dịch nước dứa có nồng độ đầu 15% ở 300C từ bồn chứa nguyên liệu được 2 bơmmắc song song bơm qua lưu lượng kế lên qua thiết bị gia nhiệt, lưu lượng luôn đảm bảo là0,5 m3/h Tại thiết bị gia nhiệt, dung dịch được đun nóng đến 700C bằng hơi nước bão hòa

có nhiệt độ là 119,60C (2 at) lấy từ lò hơi Thiết bị gia nhiệt được thiết kế theo kiểu ốngchùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống hơi đốt đi ngoài ống, đường kính của thiết bịgia nhiệt là 0,4m, chiều dài ống truyền nhiệt 2m, đường kính ống 38mm

Sau đó dung dịch tiếp tục chảy vào nồi cô đặc Tại đây dung dịch được cô đặc đếnnồng độ 30% nhờ hơi đốt là hơi bão hòa ở 119,60C được cấp từ lò hơi như thiết bị gianhiệt (lượng hơi đốt cần sử dụng là 305,2 kg/h) Đây là thiết bị cô đặc loại màng, đườngkính buồng đốt 0,6m, chiều dài ống ống truyền nhiệt là 5m, đường kính ống 38mm,đường kính buồng bốc 0,6m, chiều cao buồng bốc là 2,5m Nhiệt độ sôi của dung dịchtrong nồi cô đặc là 70,3750C, áp suất của hơi thứ là 0,314 at.Vì đây là thiết bị cô đặc dạngmàng nên ta phải thiết kế thêm một chén phân phối lỏng hàn trên vỉ ống có đường kính

100 mm để tạo điều kiện cho dung dịch nước dứa có thể chảy màng trong ống truyềnnhiệt Dung dịch sau khi được cô đặc đến nồng độ 30% được bơm khỏi nồi cô đặc vàobồn chứa sản phẩm.Ở đáy nồi cô đặc có lắp một đầu dò để kiểm tra nồng độ của dungdịch sau khi cô đặc Nếu dung dịch chưa đạt đến nồng độ cần thiết thì sẽ được bơm trở lạinồi cô đặc để cô đặc tiếp

Lượng hơi thứ trong nồi được dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet với đường kínhthiết bị là 0,2 m, chiều cao 4 m, số ngăn là 8, áp suất trong thiết bị ngưng tụ là 0,3 at Phầnhơi không ngưng được đưa qua thiết bị tách lỏng rồi được hút ra ngoài bằng bơm chânkhông Nước cung cấp cho thiết bị ngưng tụ Baromet được bơm trực tiếp từ bể nước sạch,nhiệt độ của nước là 300C.

Phần khí không ngưng của thiết bị gia nhiệt, nồi cô đặc được thải bỏ Còn nướcngưng thì được dẫn qua các bẫy hơi đến bể chứa nước để đưa về lò hơi

Phần III:

TÍNH CÂN BẰNG VẬT

CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

YÊU CẦU:

Thiết kế thiết bị cơ đặc lọai màng để cơ dung dịch nước dứa

Năng suất nhập liệu : 0.5 m3/h

Nồng độ nhập liệu : 15% (khối lượng)

Nồng độ sản phẩm : 30 % (khối lượng)

Aùp suất ngưng tụ : Pck = 0.7 at

3.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT:[2]

Khối lượng riêng của dung dịch nhập liệu :  = 1061,04 (kg/m3) (Bảng I.86 – trangBảng I.86 – trang

58 – Sổ tay QT& TB CN Hĩa chất – Tập 1).).

Suất lượng dung dịch ban đầu:

Gd = 0,5 1061,04 = 530,52 (kg/h)Lượng hơi thứ bay lên :

h) 265,26(kg/

) 30

15 530,52.(1 )

(1 G

W

x

xc

xd: Nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng) => xd = 0,15

xc: Nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng) => xc = 0,30

Bảng III.1).:Lượng hơi thứ, nồng độ và suất lượng vào, ra của dung dịch cơ đặc

Suất lượng dung dịch Vào Gd = 530,52

là tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên ống dẫn)

 Chọn hơi đốt là hơi bão hịa ở áp suất 2 at  tD = 119,6oC (Bảng I.86 – trangBảng I.250 – trang 31).2 –

Sổ tay QT&TBCN Hĩa chất –Tập 1).).

Bảng III.2: Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt sử dụng và hơi thứ trong buồng bốc

Loại Nồi cơ đặc Thiết bị ngưng tụ

Áp suất (at)

Nhiệtđộ (0C)

Aùp suất (at)

Nhiệtđộ (0C) Hơi đốt P1 = 2 tD = 119,6 Png= 0,3 tc = 68,7

Hơi thứ P = 0,314 tw =69,7

3.2.2 Xác định tổn thất nhiệt độ:

3.2.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ :[2]

Ta sử dụng phương pháp Babơ để xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ :

Ở 1,034 at  tsdd = 100,9oC.Ở nhiệt độ này Pnước = 1,073 at

Ta cĩ :

0377 , 1 034

, 1

073 , 1

9 , 100

,0

3.2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh :

Trong thiết bị cơ đặc loại màng, quá trình bốc hơi tiến hành trong lớp dung dịch rấtmỏng nên ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh thực tế khơng đáng kể

3.2.2.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống : [1]

Thường chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi cô đặc đếnthiết bị ngưng tụ là 10C.

3.2.4 Cân bằng nhiệt lượng:

3.2.4.1 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch : [3]

Vì ta lấy sản phẩm ra ở đáy buồng bốc nên t2 = tsdd(Po) = 70,375oC

Chọn nhiệt độ dung dịch nhập liệu là t1 = 70OC

Nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu (1):

Cd = 4190 -(2514 – 7,542t1)xđ = 4190 - (2514 – 7,542.70).0,15 = 3892 (j/kgđộ)Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi cô đặc (1):

Giải thích các đại lượng trên sơ đồ:

D: Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống (kg/h)

: Độ ẩm của hơi đốt Chọn  = 0,05

iD, iw: Hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ (j/kg)

t1, t2: Nhiệt độ vào và ra khỏi nồi của dung dịch (0C)

Cd, Cc : Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi của dung dịch (j/kg.độ)

 : Nhiệt độ nước ngưng tụ (0C) – lấy bằng nhiệt độ hơi đốt

Cng : Nhiệt dung riêng của nước ngưng (j/kg.độ)

Qm : Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh (J) – Qm = 0,03QD

Gd: Lượng dung dịch ban đầu (kg/h)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

(1-).D.i + .D.Cng. + Gd.Cd.td = W.iw + GcCc.t2 + D.Cng + Qm (2)

Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hòa Các thông số gồm có :

 Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ :

iD = 2710 kj/kg

iw = 2626,3 kj/kg (Bảng I.86 – trangBảng I.251) – trang 31).4 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập1).)

 Nhiệt độ của dung dịch:

 Nhiệt dung riêng của nước ngưng:

Cng = 4250 j/kg.độ (Bảng I.86 – trangBảng I.249 – trang 31).0 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 1).)

Lượng hơi đốt tiêu tốn ở buồng đốt:

) 6, 19 1 0 425 000

710 (2 0,97.0,95.

6000 265,26.262 2.70

530,52.389 5.70,375

265,26.359 θ)

)(

0,97.(1

W D

C i

i t

C G t

C

G

ng D

w 1

d d 2

Phần IV:

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

CHÍNH

4.1 TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT:

Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng , dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoàiống

Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể được tính theo công thức tổng quát nhưsau: [1]

F =

thi

DΔ K Q

(m2)

Trong đó:

QD : Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (W)

QD = D.r (Nếu chất tải nhiệt là hơi nước bão hòa)

4.1.1.1 Tính nhiệt tải riêng trung bình: [2]

Giả thiết quá trình là liên tục và ổn định

Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị:

δ 1

1

t t r r

2 w 1 w

2 cau 1

1: Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ (W/m2.độ)

2: Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch (W/m2.độ)

rcau1: Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt (3) => rcau1 = 0,348.10-3 m2.độ/W

rcau2: Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch(3) => rcau2 = 0,387.10-3 m2.độ/W



 : Nhiệt trở thành thiết bị (m2.độ/W)

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉ X18H10T có hệ số dẫnnhiệt là:  = 16,3 W/m.độ (Bảng I.86 – trang Bảng 2-1).2 – trang 45 – Thiết kế tính toán cac chi tiết thiết bị hóa chất)

Chọn bề dày thành ống là:  = 2 mm

 r = (r cau1  r cau2)



  = 8,577.10-4 (m2.độ/W)

 Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ  1).: [4]

Khi tốc độ của hơi nhỏ ( 10 m/s , chính xác hơn khi 2  30) và màng nướcngưng chuyển động dòng (Rem <100) thì hệ số cấp nhiệt 1 đối với ống thẳng đứng đượctính theo công thức sau:

Trong đó:

A =

2 3 0,25

.(  )

 , đối với nước giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng.(Bảng I.86 – trangtrang 29 –

Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2)

Công thức tính nhiệt độ màng tm:

tm = 0,5.(tw1 + tD)

t1: Hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị (0C)

r: Ẩn nhiệt ngưng tụ tính theo hơi bão hòa (j/kg)

H: Chiều cao ống truyền nhiệt (m)

** Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là H = 6m

 q1 = 1.t1

Xem như sự mất mát nhiệt không đáng kể:

q = q1 = q2

 tw2 = tw1 – q1 r

 Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch  2: [1] [4]

Hệ số cấp nhiệt 2 (hệ số phim) từ bề mặt ống vào dung dịch chảy dọc từ trên xuốngđược tính như sau:

70,37570

2

tt

dd      oC

Khối lượng riêng dung dịch ở nồng độ trung bình 22,5% :

dd = 1094,04 (kg/m3)(Bảng I.86–trang 58- Sổ tay QT&CN Hóa chất–Tập 1)

1094,04

)

(0,8715.10 g.

2

2 3 3

/ 1 2

2 e

342

0,225M

x1M

xM

1

O H tb saccaroz

l của dung dịch được tính theo công thức sau:

l = 3,58 10-8 Cdd dd 3 dd

dd M

Chọn ống truyền nhiệt :

dtr = 0,034 m

 = 2 mm

Số ống truyền nhiệt : n = 37 ống Chu vi ướt :  = 3,14.dtr.n = 3,14.0,034.37 = 3,95 (m)

Khối lượng chất lỏng chảy theo bề mặt thẳng đứng theo một đơn vị chiềudài ống trong một đơn vị thời gian :

s) m 0,0373(kg/

3600.3,95

530,52 Π

U 4

F =

25575,6.49,2

187170,6KΔΔ

d l



 (ống) Trong đó:

F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2) => F = 10 m2

d: Đường kính ống truyền nhiệt (m) => d = 0,034m

(Do 2 nên d là đường kính trong của ống truyền nhiệt )

l: Chiều dài ống truyền nhiệt (m) => l = 5m

Vậy: n3,14.010,034.5= 19 (ống)

Chọn loại ống chùm và bố trí ống theo hình 6 cạnh đều nên số ống truyền nhiệtchuẩn là: n = 37 ống (Bảng I.86 – trangBảng V.1).1) – trang 48 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2)

 Thỏa điều kiện số ống ban đầu đã chọn

***BỘ PHẬN PHÂN PHỐI DUNG DỊCH : [4]

Vì thiết bị là thiết bị cô đặc màng nên ta phảøi sử dụng bộ phận phân phối lỏng.Như vậy trên vỉ ống ta sẽ bỏ bớt 1 số ống truyền nhiệt để lấy vị trí đặt thiết bị phânphối lỏng

Tổng diện tích của 19 ống truyền nhiệt :

022 , 0 4

3,14.0,034

19 4

d π n F

2 2

9,075.10 4

0,034 3,14.

4

d

F

4

3 C

Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt :

F’’ = n’’..d.H = 14.3,14.0,034.5 = 7,5 (m2) < F = 10 m2 (không thỏa điềukiện)

Vậy nếu ta chọn n = 19 ống thì vừa không đảm bảo bề mặt truyền nhiệt vừa khó sắpxếp chén phân phối và các ống truyền nhiệt do đó ta sẽ chọn n = 37 ống theo giả thiết banđầu.

**Ta kiểm tra lại :

Tổng diện tích của 37 ống truyền nhiệt :

0336 , 0 4

3,14.0,034

37 4

d π n F

2 2

.10 4 4.6, π

F 4.

F

4

3 C

Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt :

F’’ = n’’..d.H = 30.3,14.0,034.5 = 16 (m2) > F = 10 m2 ( thỏa điều kiện)

Vậy kích thước bộ phận phân phối lỏng :

d: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m) – d = 0,034 + 0,004 = 0,038 mt: Bước ống (m) => Chọn t = 2d =2.0,038 = 0,076 m

b: Số ống trên đường chéo của hình lục giác đều, b được tính theo công thứcsau (10) :

Chọn chiều cao không gian hơi là: Hh = 2m

Công thức tính đường kính buồng bốc:

Db =

h

b

H.π

V4

(m)

 (m3)Với:

W: Lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/g)

h: Khối lượng riêng của hơi thứ (kg/m3) (Bảng I.86 – trangBảng I.251) – trang 31).4 – Sổ tay QT&TB CN Hóa Chất – Tập 1).).

Up: Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khác 1 at (m3/m3.h)

Up = fp Ut (m3/m3.h)

Ut: Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất 1at (m3/m3.h)

 Chọn Ut = 1600m3/m3.h (Bảng I.86 – trangTrang 72–Sổ tay QT&TB CN Hóa chất–Tập 2)

fp: Hệ số hiệu chỉnh (Bảng I.86 – trangHình VI.3–trang 72–Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2).

Bảng IV.2: Kích thước buồng bốc của nồi cô đặc

 Tính vận tốc hơi (Bảng I.86 – trang  h max ) và vận tốc lắng (Bảng I.86 – trang  0): [1]

Vận tốc hơi (hmax) của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 – 80 % vận tốc lắng(0)

Vận tốc lắng (0) được tính như sau:

=

h

h h

μ

ρ.d.ω

Trong đó:

h: Độ nhớt của hơi thứ (N.s/m2) (Bảng I.86 – trangHình I.35 – trang 1).1).7 – Sổ tay QT&TB

CN Hóa chất – Tập 1).)

h: Vận tốc của hơi (m/s)

265,26 ρ

D

Vậ)y vậ)n tốc hơi (W/mhmax) của hơi thứ trong buồng bốc khơng quá 70 – 80 % vận tốclắng (0) nên thỏa điều kiện

*** Kích thước nồi cơ đặc :

Buồng đốt: H = 5 m

Dt = 0,6 mn’’ = 30 ống với dn = 0,038 m

1 chén phân phối lỏng cĩ DC = 0,1 mBuồng bốc: Hkgh = 2 m

Db = 0,6 m

h = 0,8 (Bảng I.86 – trangBảng 1).-7 – trang 25 – Tính toán thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất)

[]* = 132 N/mm2 (Bảng I.86 – trang Hình 1).-1) – trang 1).8 – Tính toán thiết kế các chi tiết thiết

bị hóa chất)

[] = []*. = 132.0,95 = 125,4 N/mm2

Ta có :

 

2 1003, 0,8

0,1

125,4

600.0,1

σ2

p.DS'

)12.(

4,125.2)(

)].(

.[

2]

a

C S D

C S

Vậy chọn bề dày buồng đốt là : S = 2 mm

5.1.2 Thân buồng bốc:

Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng bốc là thép không rỉ X18H10T

a Xác dịnh chiều cao phần trụ buồng bốc :

4.0,7065D

.π

V4

2 2

Chọn vật liều làm thân buồng bốc là thép X18H10T

Ứng suất cho phép tiêu chuẩn : []* = 143 (N/mm2) (Bảng I.86 – trangHình 1).-2 – trang 22 – Thiết

kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất)

Hệ số hiệu chỉnh :  = 0,95 (thiết bị có bọc cách nhiệt) (Bảng I.86 – trangtrang 26 - Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất ).

Ứng suất cho phép (13): [] = []*. = 143.0,95 = 135,85 (N/mm2)

Ứng suất chảy cho phép : []c = []*.nc = 143.1,65 = 235,95 (N/mm2)

với nc = 1,65 (Bảng I.86 – trangBảng XIII.3–trang 356–Sổ tay QT&TB CN Hóa chất–Tập 2)

Et : Mođun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc của nó (N/mm2)

=> Et = 2,05.105 N/mm2(Bảng I.86 – trangBảng 2-1).2 – trang 45 – Tính toán thiết kế các chi tiết thiết

S’ = 4,61

.6002,05.10

00,1686.2501,18.600

D

l'.E

p.D1,18

0,4 5

0,4 b t

Db : Đường kính thân buồng bốc (mm) => Db = 600 mm

pn: Áp suất ngoài tính toán (N/mm2) => pn = 0,1686 N/mm2

l’: Chiều dài tính toán của thân (mm)

l’ = HTBB = 2500 (mm)Với:

HTBB : chiều cao phần trụ buồng bốc (mm) => Hb = 2500mmSuy ra: S’ = 4,61 mm

Chiều dày thực của thân buồng bốc:

S = S’ + C (mm)Với C : Hệ số bổ sung bề dày tính toán (mm)

C = Ca + Cb +Cc Trong đó:

Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học của môi trường (mm)

Vậy:S = 6,11 mm  Chọn bề dày chuẩn là : S = 6 (mm)

* Kiểm tra điều kiện 1 (15):

)C2.(S

DD

l'D

)C2(S1,5

a

b b

2500 600

1) 6 4(

3

b

a t

c

t

1)62.(

235,95

2,05.100,3

600

2500D

)C2.(S

σ

E0,3

σ : Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm2)

=> t

c

σ = 235,95 N/mm2

=> Thỏa cả 2 điều kiện

* Kiểm tra áp suất ngoài tính toán cho phép (17) :

600

16600

162500

600 100,649.2,05D

CSD

CSl'

D.E0,649

]

[p

2 5

b a 2

b

a t

t n

Ta có: [pn] = 0,2 N/mm2 > pn = 0,1686N/mm2 (thỏa)

Vậy chiều dày thân buồng bốc : S = 8 mm

* Kiểm tra thân buồng bốc chịu tác dụng đồng thời của lực nén chiều trục của và ápsuất ngoài :

Ta có :

601)62(

600)

C2.(S

235,95875

k.E

σ875

t c

62

.(600π4

p.S)2

.(D

n

2 b

.0,0π

27,495711

6E.K.π

PC

16.100,06.2,05

D

CS.E.K]

b

a t

c

Ứng suất nén trong thân dưới tác dụng của lực nén chiều trục (22):

5,211)

6)(6.(600π

49571,27)

CS).(S.(D

π

Pσ

a b

0,16865

,021

21,51][p

p]

[σ

σ

n n n

Ứng suất chảy cho phép : []c = []*.nc = 146.1,65 = 240,9 (N/mm2)

với nc = 1,65 (Bảng I.86 – trangBảng XIII.3–trang 356–Sổ tay QT&TB CN Hóa chất–Tập 2)

Áp suất bên trong thiết bị là áp suất chân không nên nắp chịu áp suất ngoài.

Chọn bề dày nắp bằng bề dày thân => S = 6 mm

* Kiểm tra điều kiện ổn định của nắp theo công thức (24):

t c

t t

σ.x

E0,15

S

R

Trong đó :

Rt: Bán kính cong bên trong ở đỉnh nắp (mm) , đối với nắp elip tiêu chuẩnthì Rt = Dt = 600mm

Et: Mođun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc của nó (N/mm2)

=> Et = 2,05.105 N/mm2

t c

σ : Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm2)

σ

σ: Tỷ số giới hạn đàn hồi của vật liệu làm nắp với giới hạn chảy của nó ởnhiệt độ tính toán Đối với thép không rỉ x = 0,7 (Bảng I.86 – trangTrang 1).67 – Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất) 1).530890

Suy ra:

t R

σ.x

E

t c

t

 Thỏa điều kiện

* Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị (24) :

.600631,8

.562.14R

.β

)C].(S2.[σ]

[p

t

a n

Với:

x)(1R.σ.x6,7

)C.(SE

R.σ.x5

)C.(SEβ

t

t c a

t

t

t c a

Ta có: [pn] = 1,3 N/mm2 > pn = 0,1686 N/mm2 (thỏa)

Vậy chiều dày nắp được chọn là S = 6 mm

Chiều cao nắp elip ht = 150mm , chiều cao gờ hg = 25mm ,thể tích nắp Vn = 0,0352

m3 (Bảng I.86 – trangBảng XIII.1).0 – trang 382 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2).

5.2.2 Đáy:

Để đảm bảo tháo liệu tốt ta chọn đáy nón và vật liệu làm đáy là thép không rỉ

X18H10T

Áp suất bên trong thiết bị là áp suất chân không nên đáy chịu áp suất ngoài.

Chọn bề dày nắp bằng bề dày thân trụ chịu áp suất ngoài => S = 6mm

Lực tính toán P nén đáy (25):

.0,1686 2

.61 4

π p D 4

π

n 2

C.(SE.K.π]

a t

c nct  

σ : Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm2)

DD

l'D

)C2(S1,5



1) 6 2.(

600 600

584 600

1) 6 4(

3 a t

c

t

600

1)62.(

,9402

2,05.100,3

600

584D

)C2.(S

σ

E0,3

 0 , 97  0, 55 (thỏa)

* Kiểm tra áp suất ngoài tính toán cho phép (17) :

600

16600

16584

600 100,649.2,05D

CSD

CSl'

D.E0,649

]

[p

2 5

a

2 a t

t n

= 0,866 (N/mm2)

Vậy [pn] = 0,866 > pn = 0,1686 (N/mm2)

* Điều kiện ổn định của đáy nón được xác định theo công thức : (27)

15370,866,0

0,16865

,448321

27,49571]

[p

p][P

P

n n nct

Chiều cao đáy nón H = 540 mm , chiều cao gờ h = 40 mm , thể tích đáy Vđ = 0,071

m3 (Bảng I.86 – trangBảng XIII.21) – trang 394 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2)

h = + = + = 9,75 (mm)Trong đó:

dn: Đường kính ngoài của ống (mm) => dn = 38mm

Bề dày thực của vỉ ống:

S = h’ + C = 10 (mm)Với C: Hệ số quy tròn kích thước (mm) => C = 0,25mm

 Kiểm tra ứng suất uốn của vỉ ống (29):

2 n

n u

l

h'l

d0,7

13,6

pσ

Suy ra: u = 1,74 N/mm2

Ta có: u = 1,74 N/mm2 < [u] = 130 N/mm2 (thỏa)

[u]: Ứng suất cho phép khi vật liệu chịu uốn (N/mm2)

Vậy bề dày của vỉ ống S = 10mm

 Kiểm tra tính bền của bulông khi bắt vào bích :

Lực nén chiều trục sinh ra do xiết bulông (32):

2

t p π D b m p D

4

π

Trong đó:

Dt: Đường kính trong của thiết bị (mm) => Dt = 600mm

p: Áp suất môi trường trong thiết bị (N/mm2) => p = 0,1686 N/mm2

Dtb: Đường kính trung bình của đệm (mm)

Dtb = Dt + 2.(0,5.b + 2.5 ) = 607 (mm)

b0 : Bề rộng tính toán của đệm (mm) => b0 = 0,8.b = 0,8 2 = 1,6 mm

m: Hệ số áp suất riêng , phụ thuộc vào vật liệu và loại đệm => m = 0,5 (Bảng

7-2 – trang 197-2 – Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất)

Suy ra: Q1 = 47903,43 (N)

Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu:

Q2 = Dtb b0 q0 = 3,14.607.1,6.3,5=10673,5 (N)Với q0: Áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm => q0 = 3,5 N/mm2(Bảng I.86 – trangBảng 7-2 – trang 1).92 – Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất)

)Q,max(Q1 2

Trong đó:

z: Số lượng bulông => z = 20Ứng suất tác dụng lên bulông được xác định theo công thức sau:

63,7.204π

17,2394z

.4π

qσ

2 2

=> []’= 86 N/mm2 (Bảng I.86 – trangBảng 7-6 – trang 1).98 – Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất)

Ta có:

 = 7,63 N/mm2 < []’= 86 N/mm2 (thỏa)

5.5 TAI TREO:[4][7]

Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3

Tai treo được hàn vào thiết bị , chọn số gân là 2

5.5.1 Tổng khối lượng của nồi cô đặc :

Tổng khối lượng của nồi cô đặc:

G = Gdd + Gtb (kg)

 Khối lượng dung dịch :

Gdd = (0,25Vkgh + Vđáy).dd = 239,7 (kg)với :

Vkgh = 0,52 m3 : thể tích không gian hơi

Vđáy = 0,071 m3 : thể tích đáy nón

dd = 1128,98 kg/m3 : khối lượng riêng dung dịch ở nồng độ trung bình(22,5%) và nhiệt độ trung bình (50oC)

 Tính khối lượng thiết bị :

Khối lượng riêng của thép CT3:  = 7850 kg/m3

Khối lượng riêng của thép không rỉ X18H10T:  = 7900 kg/m3

 Khối lượng buồng đốt:

Gđốt = (D D ) H ρ

4

π 2

t 2

n  = 225,5 (kg)Với: Dn = Dt +2S

Dt = 0,6 m

S = 0,006 m

H = 2,5 m

 = 7900 kg/m3

 Khối lượng nắp: Gnắp = 21 kg (Bảng XIII.1).1) – trang 384 – Sổ tay T2)

 Khối lượng đáy: Gđáy= 32,8 kg (Bảng XIII.21) – tr.394 – Sổ tay T2)

 Khối lượng ống truyền nhiệt:

Gống = n' '.(d d ) H ρ

4

π 2

t 2

n  = 268 (kg)