đồ án: quy trình cô đặc đường mía trong sản xuất đường

Trong giới hạn “Đồ án môn học – Hệ thống cô đặc nước đường hai nồi liên tục xuôi chiều “chỉ đề cập chủ yếu đến các quá trình xảy ra trong thiết bị cũng như các thiết bị chính của hệ thốn

LỜI MỞ ĐẦU

Bộ môn “Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học” cung cấp những kiến thức cần thiết cho sinh viên và kỹ sư công nghệ hoá học và thực phẩm , kỹ sư chế biến nông sản ,thuỷ hải sản và kỹ sư máy hoá chất Ngoài ra bộ môn này góp phần đào tạo kỹ sư cho các ngành kỹ thuật sản xuất , có đủ khả năng hiểu và vận hành các thiết bị máy móc trong công nghiệp sản xuất liên quan Đây là nền tảng căn bản , là cơ sở để các kỹ

sư hiểu sâu hơn và nghiên cứu sản xuất các máy móc hiện đại hơn trên thế giới, nhất là trong thời đại mà máy móc khoa học phát triển như vũ bão.

Trong giới hạn “Đồ án môn học – Hệ thống cô đặc nước đường hai nồi liên tục xuôi chiều “chỉ đề cập chủ yếu đến các quá trình xảy ra trong thiết bị cũng như các thiết

bị chính của hệ thống.Như chúng ta đã biết cô đặc được dùng rất nhiều trong quá trình sản xuất hoá chất và thực phẩm,nhằm làm tăng nồng độ của sản phẩm bằng cách lấy bớt dung môi ra.Đồ án được thực hiện dưới sự hướng dẩn của Thầy NGUYỄN VĂN HOÀ,sinh viên thực hiện PHẠM LƯU KIM THUỶ Do kiến thức của sinh viên còn nhiều hạn chế kính mong được sự hướng dẩn giúp đở của quý thầy cô.

Chương I

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC –ĐẶC ĐIỂM VÀ

TÍNH CHẤT CỦA ĐƯỜNG- QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

I.1 Đặc điểm và tính chất của đường

Đường là nguyên liệu quan trọng được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp chế biến như nước ngọt, bánh kẹo, dược ,hoá học, đặc biệt trong đời sống của con người Đường cung cấp chất dinh dưỡng cho hoạt động sống của con người Do đó ngành công nghiệp sản xuất đường rất phát triển trên thế giới có nhiều nguyên liệu sản xuất đường như mía, củ cải đường… Ở Việt Nam cây mía- cây phát triển mạnh ở khí hậu nhiệt đới được sử dụng là cây chủ lực sản xuất đường

Thành phần chủ yếu cây mía là nước chiếm khoảng 74.5 %, các loại đường chiếm khoảng 13.4 % (chủ yếu là saccarose chiếm 12%) còn lại là đạm, axít amin, NH3, các axít béo và sáp, các chất vô cơ.

I.2 Cô đặc và thiết bị cô đặc

Cô đặc là phương pháp thường được dùng để tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay dung dịch lỏng – lỏng mà có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi Ta có thể tách một phần dung môi hay cấu tử dễ bay hơi bằng phương pháp nhiệt độ hay phương pháp lạnh kết tinh tuỳ theo tính chất cấu tử khó bay hơi.

Trong phương pháp nhiệt, dưới tác dụng nhiệt , dung dịch 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 dung dịch Để cô đặc dung dịch không chịu được nhiệt độ cao –dung dịch đường chẳng hạn đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở mặt thoáng thấp, thường ở chân không Đó là phương pháp cô đặc chân không.

Trong phương pháp lạnh, khi hạ thấp nhiệt độ đến mức độ yêu cầu nào đó thì một cấu tử được tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết-thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tuỳ theo tính chất các cấu tử – nhất là kết tinh dung môi, và điều kiện áp suất bên ngoài tác dụng lên dung dịch mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và có khi phải dùng đến máy lạnh (kết tinh nước để cô đặc nước quả ép giàu sinh tố).

Trong giới hạn đồ án môn học chỉ xét cô đặc bằng phương pháp nhiệt nó là quá trình ngược quá trình hoà tan , quá trình cô đặc là quá trình thu nhiệt Nhiệt do dung dịch toả ra hay thu vào trong quá trình cô đặc gọi là nhiệt cô đặc.

 Loai 1 có buồng đốt trong

 Loại 2 có buồng đốt ngoài

Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức

 Loại 3 có buồng đốt trong ống tuần hoàn ngoài

 Loại 4 có buồng đốt ngoài ống tuần hoàn ngoài

Nhóm 3 :dung dịch chảy thành màng mỏng

 Loai 5 màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài

 Loai 6 màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay ngoài

Ngoài ra người ta còn 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…), bằng dòng điện

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

 Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: võ bọc ngoài , ống xoắn , ống chùm trong công nghiệp hoá chất thường dùng các thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi, loại này gồm các phần chính sau:

 Phòng đốt – bề mặt truyền nhiệt

 Phòng phân ly hơi- khoảng trống để tách hơi thứ ra khỏi dung dịch

 Bộ phận tách bọt- dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo

I.3 Quy trình công nghệ

Dung dịch đường ban đầu có nồng độ 12% từ bồn chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị nhờ bơm nhập liệu Bồn cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn định mức chất lỏng có trong bồn Sau đó nguyên liệu đi qua bộ phận đo lưu lượng kế đảm bảo lưu lượng nhập liệu là 2.6 tấn/h.

Dung dịch được đưa vào thiết bị gia nhiệt (thiết bị loại chùm ống).Mục đích dùng thiết bị gia nhiệt giảm chi phí hơi đốt và giảm thời gian trong thiết bị cô đặc Tại đây dung dịch được nâng lên đến nhiệt độ sôi bằng hơi bão hoà cung cấp từ ngoài vào Sau khi trao đổi nhiệt thì hơi ngưng tụ thành nước theo đường ống chảy vào thùng chứa, trên đường tháo nước ngưng có lắp bẫy hơi để không cho hơi theo nước ngưng ra ngoài,phần khí không ngưng trong hơi đốt như H 2 S,RSH (Mercaptan)được dẫn đến bộ phận tách giọt được bơm chân không hút ra ngoài.

Dung dịch sau khi gia nhiệt đến trạng thái sôi thì đi vào nồi cô đặc I Hơi đốt được cung cấp vào buồng đốt của nồi I là hơi bão hoà có áp suất 3 at.Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt , hơi thứ được bốc lên và dẫn qua buồng đốt của nồi II để gia nhiệt cho quá trình cô đặc tiếp theo Đồng thời ,dung dịch đường trong nồi I đạt nồng độ 19.649% được chuyển sang nồi II Hơi đốt nồi I sau khi ngưng tụ được dẫn ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng , sau đó chảy vào thùng chưá Phần khí không ngưng trong hơi đốt ở nồi I được dẫn đến bộ phận tách giọt được bơm chân không hút ra ngoài.

Tương tự như quá trình diễn ra ở nồi I, dung dịch ở nồi II được cô đặc Sau khi

ra khỏi nồi II dung dịch đạt nồng độ 50% được bơm tháo liệu đưa vào thùng chứa sản phẩm Hơi thứ nồi II có áp suất 0.3at được dẫn qua thiết bị ngưng tụ barômét Tại thiết bị barômét hơi bốc từ dưới lên gặp nước lạnh từ trên xuống khí được ngưng tụ một phần thành nước, phần hơi không ngưng sẽ đi vào thiết bị phân ly lỏng hơi để tách hơi có lẩn giọt lỏng ra khỏi nhau , hơi được bơm chân không hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ được ngưng tụ và dẩn về ống baromét chảy về buồng chứa.Thùng chứa nước ngưng có lắp ống để nối với cống xả,khi cần xả lượng nước ngưng thừa.

Chương II

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

II.1 Tính cân bằng vật chất

 Tính cân bằng vật liệu lượng nước bốc hơi khỏi dung dịch trong toàn bộ dây chuyền:

W= G đ –G c =G đ (1- x đ /x c ) (CT VI-1 p55 TL[7]) Trong đó:

 G đ ,G c : lượng dung dịch đầu ,lượng dung dịch cuối của quá trình,kg/s

 x đ ,x c nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch ,% khối lượng

 W lượng nước bốc hơi khỏi dung dịch, kg/s

Lượng nhập liệu: G đ =3000(kg/h)

Nồng độ đầu: x đ =12(%),

Nồng độ cuối : x c =50(%)

Tổng lượng hơi thứ tạo thành W (kg/h)

12

* 3000

=19.649 %

II.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi

 Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc

 Tổng chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi I và thiết bị ngưng tụ



 Pt P đ – P ng = 3 – 0,3 = 2,7 (at) (CT III-4 p105 TL[5])



 Pt  P1  P2 = 2,7 (at) (1)

 P d áp suất hơi đốt nồi 1, với P d=3 (at)

 P ng áp suất ở tháp ngưng tụ, P ng=0.3(at)

Theo TL[5] p106 ta nhận thấy

 Aùp suất hơi đốt của nồi II chính là áp suất hơi thứ của nồi I

 Nhiệt độ hơi đốt của nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ của nồi trước trừ đi 1 o C(1

o C chính là tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học trên ống dẫn)

 Nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng thì bằng nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1 o C

 Bảng 4 trang 195 tra TL[4]

Aùp suất(at) Nhiệt

độ ( o C)

Aùp suất(at) Nhiệt

độ( o C)

Aùp suất(at)

Nhiệt độ ( o C)

II.1.2 Xác định nhiệt độ tổn thất

 ∑’ độ giảm nhiệt độ hoá lí trong hai nồi

Theo Tisencô

f

' 0 '

 (TL[5] p106).

  ' 0tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường p =1 at

 f hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc thường làm việc ở áp suất khác với áp suất

Độ giảm nhiệt độ hoá lí trong hai nồi được xác định theo bảng sau:

1.832

 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh

Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là P (N/m 2 ), ta có:

P = 12 rS g.H op N/m 2 Trong đó:

rs : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , kg/m 3

rs =0.5 r dd

rdd : Khối lượng riêng của dung dịch ,kg/m 3

H op : Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m

H op = [0.026+0.0014(r dd -r dm )].H o Từ P ta sẽ tính được áp suất trung bình của dung dịch ở từng nồi thông qua công thức:

P tbi = P’ i +P i ( i ): nồi thứ i

Tra sổ tay ta có được bảng sau:

' 0

Suy ra : ” 2 =(t” 2 +’ 2 ) – (t’ 2 +’ 2 )= 71.483 – 69.8 =1.783 0 C

Vật tổn thất nhiệt của hai nồi là:

S” =”1 +” 2 =0.4167+1.783 = 2.2017 0 C

 Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ học trên đường ống

Theo TL[7] trang 67 thường chọn cho mỗi nồi ’’’ =1÷1.5( o C)

Chọn’’’ 1 =1( o C), ’’’ 2 =1.5( o C)

∑’’’=0.5+1.5=2.0( o C)

∑’’’ độ giảm nhiệt độ do thuỷ động

 Tính hiệu nhiệt độ toàn bộ thiết bị

t=th – t h2 -(∑’ +∑’’ +∑’’’)(CT 5-22 p327 TL[3]).

=132.9 - 68.7-(1.817+2.2017+2)= 58.1813 o C

 t h nhiệt độ hơi cấp ở nồi I ,t h ở 3atm , t h =132.9 o C

 t h2 nhiệt độ dung dịch ra khỏi Barômét với p=0.3 at ta có t h2 =68.7(at)

Ta có theo qui tắc babo áp suất ở nhiệt độ sôi là

't

sdm

sdd t

sdm

sdd

P P P

F 1 =F 2 , F 1 +F 2 sao cho F min t 1 = t 2 =t/2=29.0906 o C.

 Quá trình tính toán được thể hiện như bảng sau

 Lập phương trình cân bằng nhiệt của hai nồi

 Cân bằng ở nồi 1 :

Di’’ h + G đ C đ t đ = D.i’ h + (G đ -W 1 ).C 1 t 1 +W 1 i’’ 1 +Q xq1 (1) (CT VI-62 p89 TL[7]).

 Cân bằng ở nồi 2 :

W 1 i’’ 1 + (G đ - W 1 ).C 1 t 1 = W 1 i’ 1 +(G đ -W 1 -W 2 ).C 2 t 2 +W 2 i’’ 2 +Q xq2 (2) (CTVI-63 p89 TL[7]).

W=W 1 +W 2 (CTVI-65 p90 TL(6))

Q xq1 =0.05(i’’ h -i’ h ).D

Q xq2 =0.05(i’’ 1 -i’ 1 ).W 1 Trong đó:

 D lượng hơi nước cần ứng (kg/h)

 W 1 ,W 2 lượng hơi thứ cấp (kg/h)

 i’’ h ,i’ h entanpi của hơi đốt đưa vào và nước ngưng lấy ra(J/kg) ( bảng 4 p194 TL[4]).

 i’’ 1 ,i’ 1 entanpi của hơi thứ cấp I đưa vào và nước ngưng lấy ra(J/kg)( bảng 4 p194 TL[4]).

 i’’ 2 ,i’ 2 entanpi của hơi thứ cấp II đưa vào và nước ngưng lấy ra(J/kg)( bảng 4 p194 TL[4]).

 C i nhiệt dung riêng của dung dịch ở cấp thứ i J/kg.độ

 t nhiệt độ của dung dịch o C

 x nồng độ của dung dịch ,% khối lượng

 Bảng số liệu

* 2

2 2

2 2

i i

i

t C

G t

C W

t C

G i

 Kiểm tra giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi;

0 0377 5 %

1

1 1

  0 00543  5 %

lt

tt lt

D

D D

 Khoảng chênh lệch 0.543 %<5% chấp nhận

III.1.1 Xác định bề mặt truyền nhiệt

 Diện tích bề mặt của dàn ống F i của nồi cô đặc thứ i được xác định như sau:

 D i lượng hơi đốt hơi cấp (kg/h)

 r i nhiệt hoá hơi (J/kg)

  t hiệu nhiệt độ của nồi cô đặc , o C,  t=29.0906 o C.

 k i hệ số truyền nhiệt của dàn ống trong nồi cô đặc thứ i(W/m 2 K)

 Vì các ống dài và chiều dài ống mỏng nên k i có thể tính như truyền nhiệt qua vách phẳng:

k 1 =  c





 1 1

1

(CT 5.35 T333 TL[3]).

Chọn chiều dày lớp cáu là 0.001mm

Chọn hệ số dẫn nhiệt lớp cáu là 1.16w/m 0 k bảng 31 T419 [1]

  = (d 2 -d 1 )/2 chiều dày của vách ống, m  =0.0025m

 d 1 , d 2 đường kính trong và ngoài của ống ,m d 1 =25mm, d 2 =20mm.

  hệ số dẫn nhiệt của vách ống (W/m.K), chọn=14.25(W/m.K).Vật liệu chế tạo ống là X25H20 thép Crôm - Niken.

 ni hệ số toả nhiệt của hơi nuớc ngưng tụ bên ngoài ống , (W/m 2 K)

 Với ống đứng ta có thể dùng công thức sau:

α ni =1.34.4

2 3

.

H t

g r

 g :gia tốc trọng trường g=9.81m 2 /s.

  : hệ số dẫn nhiệt của màng nước ngưng, W/m.K.

 r : nhiệt hoà hơi (J/kg).

 r : khối lượng riêng của nước ngưng , (kg/m 3 )

  : độ nhớt động học của nước ngưng (Ns/m 2 )

 H :chiều cao của ống, m.

 t i : hiệu số nhiệt độ sôi của hơi với nhiệt độ bề mặt ngoài của ống, o C

 Hệ số toả nhiệt khi sôi của dung dịch xác định theo công thức sau

4 0 8

0 Pr Re 023 0

P

C

(3) Mặt khác : Nu =



S d1

(4) Từ 4 phương trình trên ta có hệ số cấp nhiệt phía dung dịch

4 0 8 0 1 1

.

023 0

  hệ số độ nhớt động học m 2 /s TL[1] p107.

 C p nhiệt dung đẳng áp J/kg.độ

 g gia tốc trọng trường m/s 2

  tốc độ của dung dịch m/s

 d 1 đường kính trong ống m

 Tìm hệ số dẫn nhiệt của dung dịch đường:

3

M c

A p r r

 A là hằng số A=3.58.10 -8

 M khối lượng phân tử đường M=342

 t nhiệt độ của dung dịch o C.

 x nồng độ dung dịch ,phần khối lượng

 r : khối lượng riêng của dung dịch nước đường , (kg/m 3 )

  : hệ số dẫn nhiệt của dung dịch nước đường, W/m.K.

III.1.2Tính hệ số toả nhiệt ở hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài ống

Nhiệt độ trung bình của nước ngưng là

α n2 = 12176.94 (W/m 2 K).

III.1.3Tính hệ số toả nhiệt khi sôi của dung dịch

 Tính α s cho nồi I,nồi II Theo các công thức tính toán ở trên ta tìm được α s1 như bảng sau

Nồi t

o C

C p J/kg.độ

α s W/m 2 độ

103.79

1083.7 6

0.0005

II 73.133

3508.27 3

1231.7 4

III.2 Tính kích thước buồng đốt

 Xác định số ống truyền nhiệt

H d

F n

.



 (CT III-25 p121 TL[5])

 F diện tích truyền nhiệt bề mặt F=40m 2

 H :chiều cao ống truyền nhiệt H=2m

 d đường kính ống truyền nhiệt d=20mm Số ống truyền nhiệt

2

* 02 0

* 14 3

 Số ống trên đường xuyên tâm là 21

 Số hình lục giác đều là 10

 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm

Ta có

4

. d2

n

F th   =0.104 m 2 (III-26 vàIII-27) TL[5] p121





t th

).

60 sin(

4 0

n th

n o

H

d F

  hệ số –tỷ số bước ống 1.3:1.5 chọn  =1.3

 d n đường kính ngoài ống truyền nhiệt d n =0.025 m

 H chiều cao ống truyền nhiệt H=2m

  hệ số sử dụng lưới đở ống  =0.7

 Sin60 o do bố trí ống truyền nhiệt là loại ống chùm bố trí theo hình lục giác đều nên ba ống cạnh nhau ở hai dãy sát nhau tạo thành tam giác đều nên   60o

Tìm được D s = 0.7063 m

 Chọn đuờng kính chuẩn D s =1000 mm theo p156 TL[2] dth=(1/4 :1/8) ds.

 Theo p48 TL[7] ta có

Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh 20 ống

Số hình sáu cạnh là 10

Tổng số ống không kể các ống ngoài các hình viên phấn là 331 ống

 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt

Số ống truyền nhiệt bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm

Dth <=t(b-1) Mà t=1.3 :1.5 dn.chọn t=1.4 dn

Ta có b là số ống truyền nhiệt trên đường ống xuyên tâm b>=Dth/t +1 = 0.219/(1,4 0.025)+1=7.257 chọn b=9

theo T48 [7] số ống thay thế là n’= 61 ống Số ống truyền nhiệt còn lại là n’’= 331-61=270 ống

Bề mặt truyền nhiệt là F' n'.H.d0.   d th.H   H.(n'.d0 d th)=3,14.2 (270.0,02+0.219)=35.287<39.05 m 2

nhằm mục đích tăng diện tích truyền nhiệt ta bố trí thêm n’’’=36 ống nữa nên bề mặt truyền nhiệt là

) '.

'' (

.

.

'.

'' n H d0. d th H H n d0 d th

(306.0,02+0,219)=39,8089>39.05 m 2

vậy tổng số ống truyền nhiệt lả 306 ống

III.3.Tính kích thước buồng bốc

 Nhiệm vụ chủ yếu của buồng bốc là tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thư.ù

 Vận tốc hơi của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70-80 % vận tốc lắng (W 0 )

 W 0 Vận tốc lắng(m/s)

 rl, rh: khối lượng riêng của giọt lỏng và của hơi thứ(kg/m 3 )

 d: Đường kính của giọt chất lỏng(m) Chọn d=0.0003(m)

  : hệ số trở lực



r

 µ h : Độ nhớt của hơi thứ (N.S/m 2 ) được tra ở toán đồ hình VI p451 TL[1].

 W h : vận tốc thực của hơi thứ (m/s)

W h =(V h /F b )

 V h : lưu lượng thể tích hơi thứ (m 3 /s)

V h =W i / p h

 W i : lưu lượng hơi thứ bốc ra ở nồi I (kg/s)

 F b : diện tích buồng bốc (m 2 )

F b = ( .D 2

b /4)

 D b đường kính buồng bốc(m) chọn D b = 1400mm

 U tt : cường độ bốc hơi cho phép ở áp suất làm việc (m 3 /m 2 h)

Aùp dụng các công thức trên tóm tắt kết quả như bảng sau

Chương IV

TÍNH BỀN CƠ KHÍ

IV.1 Tính thân thiết bị

IV.1.1 Tính thân buồng bốc

 Chọn vật liệu để chế tạo thân thiết bị là thép hợp kim X18H10T thân thiết bị có dạng trụ

IV.1.1.1 Tính thân buồng bốc nồi I

 Thân buồng bốc ở nồi I chịu áp suất trong p=p 1 + r g.h

 Với r =958 Kg/m 3

 Aùp suất tính toán: p=1.131 98100+9.81.958.2 =0.12975 N/mm 2

 Nhiệt độ tính toán là 102.441 o C

 Ưùng suất cho phép tiêu chuẩn  

 =133(N/mm 2 ) tra theo hình 1-1 p18 TL[8].

 Ưùng suất cho phép   =* 

 (CT 1-9 p23 TL[8]) Trong đó

 : hệ số hiệu chỉnh xác định theo điều kiện làm việc của thiết bị , theo TL [8] p26.Chọn  =1

 h hệ số bền mối hàn theo bảng 1-7 p25 tài liệu TL[8]

 Bề dày tối thiểu thân thiết bị buồng bốc

  h

t p D S



2

'

 công thức (5-3) p130 TL[8]

95 0

 D t đường kính trong buồng bốc(mm)

 Khi tính toán kiểm tra độ bền của các chi tiết hoặc các bộ phận của các thiết

bị ta phải chú ý đến độ tác dụng hoá học và cơ học của môi trường lên vật liệu chế tạo thiết bị.Do đó cần bổ sung cho bề dày tính toán của các chi tiết và bộ phận đó một đại lượng C

 Ta bổ sung đại lượng C cho bề dày buồng bốc nồi I như sau

C=C a +C b +C c +C o

 C a -hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học của môi trường ,mm Chọn C a =1mm

 C b –hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường,mm Chọn C b =0mm

 C c –hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp,mm Chọn C c =0mm

 C o – hệ số bổ sung để quy tròn kích thước ,mm Chọn

).(

2

a t

a h

C S

D

C S p







   =2*1331400*0.95(8*(18) 1) =1.2572(N/mm 2 )>p=0.12975(N/mm 2 )

 Do đó bề dày buồng bốc ở nồi I là S=8mm

IV.1.1.2 Tính thân buồng bốc nồi II

 Chịu áp suất ngoài

 Aùp suất làm việc trong nồi II là p=0.3(at)

 Aùp suất môi trường là p a =1(at)

 Aùp suất tính toán là p n =1-0.3=0.7(at)=0.0709275(N/mm 2 )

 Nhiệt độ tính toán là t=89.3 o C.Tra theo TL[4] p195

 Bề dày thân thiết bị tính theo công thức

4 0

)

'.(.18

1

'

t t

n t

D

l E

p D

 D t đường kính thân thiết bị mm, D t =1400mm

 p n áp suất ngoài tính toán ,N/mm 2

 E t môđun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc của nó,N/mm 2

* 138

)

2000.0709275

0(1400.18

1

' 

 Kiểm tra

)(

2

')(

t

a

C S

D D

l D

1400 1400

2000 1400

) 1 511

2 3

c

t

C S E

1400

) 1 511 6 ( 2 7 227

10 05 2

a t

a t

D

C S D

C S l

D E

1 511 6 2000

1400 10 05

0.0905 N/mm 20.0709275 N/mm 2

 Kết luận chọn bề dày thân buồng bốc chung cho cả hai nồi là S=8mm

IV.1.2 Tính thân buồng đốt

IV.1.2.1 Tính thân buồng đốt nồi I

 Thân buồng đốt ở nồi I chịu áp suất trong

Aùp suất tính toán: p=3 (at)= 0.2943 N/mm 2

 Nhiệt độ tính toán là 132.9 o C

 Ưùng suất cho phép tiêu chuẩn  

 =132(N/mm 2 ) tra theo hình 1-2 trang 22 TL[8]

 Ưùng suất cho phép   =* 

 (công thức 1-9 p23 TL[8]) Trong đó

 : hệ số hiệu chỉnh xác định theo điều kiện làm việc của thiết bị , theo TL [8] p26.Chọn  =1

 h hệ số bền mối hàn theo bảng 1-7 p25 tài liệu TL[8]

 Bề dày tối thiểu thân thiết bị buồng đốt

  h

t p D S



2

'

 công thức (5-3) p130 TL[8]

95 0

* 132

* 2

2943 0

* 1000

 Ta bổ sung đại lượng C cho bề dày buồng đốt nồi I như sau

).(

2

a t

a h

C S

D

C S p







   =2*1321000*0.95(6*(16) 1) =1.2478(N/mm 2 )>p=0.2943 (N/mm 2 )

 Do đó bề dày buồng đốt ở nồi I là S=6 mm

IV.1.2.2 Tính thân buồng đốt nồi II

 Thân buồng đốt ở nồi II chịu áp suất trong

 Aùp suất tính toán: p=1.131 (at)=0.12975 N/mm 2

 Nhiệt độ tính toán là 102 441 o C

 Ưùng suất cho phép tiêu chuẩn  

 =135(N/mm 2 ) tra theo hình 1-1 p18 TL[8].

 Ưùng suất cho phép   =* 

 (CT 1-9 p23 TL[8]) Trong đó

 : hệ số hiệu chỉnh xác định theo điều kiện làm việc của thiết bị , theo TL [8] p26.Chọn  =1

 h hệ số bền mối hàn theo bảng 1-7 p25 tài liệu TL[8]

 Bề dày tối thiểu thân thiết bị buồng đốt

  h

t p D S



2

'

 công thức (5-3) p130 TL[8]

12975

2

a t

a h

C S

D

C S p







   =2*1351000*0.95(6*(16) 1)=1.5932(N/mm 2 )>p=0.12975(N/mm 2

 Do đó bề dày buồng đốt ở nồi II là S=6mm

Chọn bề dày chung cho cả hai buồng đốt ở hai nồi là S=6mm

IV.2 Nắp thiết bị

 Một trong những hình dáng nắp hợp lí nhất của thiết bị hình trụ (theo quan điểm chịu áp suất )là nắp hình elíp.Chọn chi tiết nắp cho cả hai nồi là nắp elíp tiêu chuẩn có gờ Vật liệu chế tạo vẫn là thép X18H10T

IV.2.1 Nắp thiết bị nồi I

 Bề dày nắp ở nồi I chịu áp suất trong

 Aùp suất tính toán: p=1.131 (at)=0.12975 N/mm 2

 Nhiệt độ tính toán là 102.441 o C

 Ưùng suất cho phép tiêu chuẩn  

 =135(N/mm 2 ) tra theo hình 1-1 p18 TL[8].

 Ưùng suất cho phép   =* 

 (CT 1-9 p23 TL[8]) Trong đó

 : hệ số hiệu chỉnh xác định theo điều kiện làm việc của thiết bị , theo TL [8] p26.Chọn  =1

 h hệ số bền mối hàn theo bảng 1-7 p25 tài liệu TL[8]

 Bề dày tối thiểu thân thiết bị buồng bốc

  h

t p D S



2

'

 công thức (5-3) p130 TL[8]

95 0

* 135

*

2

12975 0

* 1400

 

)(

).(

2

a t

a h

C S

D

C S p







   =2*1351400*0.95(8*(18) 1) =1.276(N/mm 2 )>p=0.12975(N/mm 2 )

 Do đó bề dày nắp ở nồi I là S=8mm

IV.2.2 Nắp thiết bị nồi II

 Chịu áp suất ngoài

 Aùp suất làm việc trong nồi II là p=0.3(at)

 Aùp suất môi trường là p a =1(at)

 Aùp suất tính toán là p n =1-0.3=0.7(at)=0.0709275(N/mm 2 )

 Nhiệt độ tính toán là t=89.3 o C.Tra theo TL[4] p195

(p166)

c

t y

 E t môđun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc của nó,N/mm 2 E t =2.05.10 5 (N/mm 2 ) Tra theo 2-120p44 TL[8].

* 138



t c

t c

* 9 0

10 05 2

* 15

.15.0

=

7 227

* 9 0

10 05 2

* 15

09

n K R

C S E

 K hệ số K=0.948 theo p167 TL(8)

 

2 5

1400

* 948 0

1 8 10

05 2

* 09

 Chọn kích thước nắp chung cho cả hai nồi tra theo bảng XIII.11 p384 TL[7]

 Chiều dày nắp S=8mm Chiều cao nắp h=350mm

IV.3 Đáy thiết bị

 Đáy nón ở thiết bị hình trụ đặt thẳng đứng có tác dụng tháo nhanh các chất lỏng nhớt Do đó chọn đáy thiết bị là dạng hình nón ,có gờ Góc  càng bé thì độ bền đáy nón càng tăng, chọn 2 =60 o ,kiểu nón có uốn mép.

 Đáy buồng bốc là đáy phẳng Đáy buồng đốt là đáy nón.

-Chọn đáy thiết bị của buồng đốt ở 2 nồi là dạng hình elip có gờ có bề dày đáy giống nắp của buồng đốt nên ta không cần tính toán lại

0

134

=981.117>50 -Bề dày tối thiểu của thành đáy





 2

(CT6-8T174-[1])

S ’ = 2.1400Cos30.0o,114599.134.0,95=0.8238(mm) -Bề dày thực của đáy

S = S ’ + C a + C o = 0.8238+2+1,05=3.8738(mm) Chọn bề dày thực của đáy buồng bốc là 8 (mm)

C S Cos D

C S





.2

+Buồng bốc : đáy chịu áp suất ngoài -Chọn bề dày đáy:S=8(mm)

-Kiểm tra lại điều kiện phải thoả:

3

.2

3,

C S E

1400 2 8 2 25

, 239 10 05 2 3 , 0 1400

a t

C S D

C S l

D E

1400

2 8 1400

2 8 2000

1400 10 05 2 649 , 0

 Buồng bốc:

-Bề dày đáy : S=8 (mm) -Chiều cao đáy : H=300(mm) -Chiều cao gờ : h go =25(mm)

 Buồng đốt:

-Bề dày đáy : S=6 (mm) -Chiều cao đáy : H=906 (mm) -Chiều cao gờ : h go =40(mm)

IV.4 Bulông, bích và vĩ ống

 Do thiết bị làm việc với áp suất thấp, nên chọn vật liệu chế tạo bích là thép CT3

 Aùp suất bên trong của nồi I> nồi II Lấy áp suất trong nồi I để tính mặt bích

 Hình dạng mặt bích như sau

IV.4.1 Bulông bích nối nắp và buồng bốc

 Aùp suất tính toán: p=1.131(at)=0.12975N/mm 2

 Nhiệt độ tính toán là 102.441 o C

 D t =1400mm

 Các kích thước của mối ghép lắp(bảng XIII.27 p418 TL[7])

 D=1540mm