cô đặc NaOH hai nồi ngược chiều có buồng đốt ngoài thẳng đứng

Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc xút hai nồi ngược chiều có buồng đốt ngoài thẳng đứng. Môn: Đồ án quá trình và thiết bị. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Trịnh Văn Dũng. Khoa Kỹ thuật Hóa học. Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Môn học: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ - MSMH: 605040

Họ và tên sinh viên: Trần Trọng Thiện MSSV: 61203593

1 Đầu đề đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc xút hai nôi ngược chiều bằng buồng đốt ngoài thẳng đứng

2 Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu):

 Năng suất: 4000 kg/h

 Nồng độ NaOH ban đầu: 13%

 Nồng độ NaOH sau khi cô đặc: 40%

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

7 Ngày bảo vệ hay chấm:

(kí và ghi rõ họ tên)

Trịnh Văn Dũng

Trịnh Văn Dũng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

Bộ môn: Quá trình và Thiết bị

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -o0o -

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH) 5

1.1.1 Tính chất vật lí và hóa học của NaOH 5

1.1.2 Điều chế và ứng dụng 5

1.2 Sơ lược về quá trình cô đặc 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 7

2.1 Tính cân bằng vật chất 7

2.2 Cân bằng năng lượng 8

2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồi 8

2.2.2 Xác định tổn thất nhiệt độ 8

2.2.3 Nhiệt dung riêng C(J/kg.độ) 11

2.2.4 Tính bề mặt truyền nhiệt 12

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 17

3.1 Buồng đốt 17

3.1.1 Tính số ống truyền nhiệt 17

3.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt 17

3.1.3 Bề dày buồng đốt 17

3.1.4 Bề dày đáy và nắp buồng đốt 19

3.2 Buồng bốc 20

3.2.1 Đường kính buồng bốc 20

3.2.2 Chiều cao buồng bốc: 20

3.2.3 Bề dày buồng bốc 21

3.2.4 Bề dày nắp buồng bốc 22

3.2.5 Bề dày đáy buồng bốc 24

3.3 Đường kính các ống dẫn 25

3.3.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt 26

3.3.2 Đường kính ống dẫn hơi thứ 26

3.3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch 26

3.3.4 Đường kính ống tháo nước ngưng 27

3.3.5 Đường kính ống tuần hoàn ngoài 28

3.3.6 Bề dày vỉ ống 28

3.3.7 Bề dày lớp cách nhiệt 29

3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị 30

3.5 Chọn mặt bích 31

3.5.1 Buồng đốt 31

3.5.2 Buồng bốc 31

3.6 Chọn tai treo buồng đốt 32

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

3.6.1 Khối lượng thân thiết bị 32

3.6.2 Khối lượng đáy và nắp thiết bị 33

3.6.3 Khối lượng lớp cách nhiệt 33

3.6.4 Khối lượng cột chất lỏng 33

3.6.5 Khối lượng bích 33

3.6.6 Khối lượng ống truyền nhiệt 34

3.6.7 Khối lượng vĩ ống 34

3.7 Chọn chân đỡ buồng bốc 35

3.7.1 Khối lượng thân thiết bị 35

3.7.2 Khối lượng nắp thiết bị 35

3.7.3 Khối lượng đáy thiết bị 35

3.7.4 Khối lượng lớp cách nhiệt 35

3.7.5 Khối lượng cột hơi 35

3.7.6 Khối lượng bích 36

CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ PHỤ 37

4.1 Cân bằng vật chất 37

4.1.1 Lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ 37

4.1.2 Thể tích khí không ngưng và không khí được hút khỏi thiết bị 37

4.2 Kích thước thiết bị ngưng tụ 38

4.2.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ 38

4.2.2 Kích thước tấm ngăn 38

4.2.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 39

4.2.4 Kích thước ống Baromet 39

4.3 Chọn bơm 41

4.3.1 Bơm chân không 41

4.3.2 Bơm dung dịch 42

4.4 Xác định chiều cao thùng cao vị 48

4.5 Kính quan sát 49

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

LỜI NÓI ĐẦU

Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình và Thiết bị là

cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học Bên cạnh đó, môn học này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán, thiết kế, lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể, thông dụng

Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc xút hai nồi ngược chiều bằng buồng đốt ngoài thẳng đứng là

đồ án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Thầy Trịnh Văn Dũng, bộ môn Quá trình

và Thiết bị - khoa Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Em xin chân thành cảm ơn Thầy Trịnh Văn Dũng cũng như các thầy cô của bộ môn Quá trình và Thiết bị đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án

Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị là đề tài lớn đầu tiên mà một sinh viên đảm nhận nên còn nhiều thiếu sót và hạn chế trong quá trình thực hiện Vì lý do đó, em rất mong nhận được thêm nhiều

sự góp ý, chỉ dẫn từ các thầy cô để củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn

Em xin chân thành cảm ơn

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH)

1.1.1 Tính chất vật lí và hóa học của NaOH

Natri hydroxyt là khối tinh thể không trong suốt có màu trắng, không mùi Dễ tan trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete

NaOH có trọng lượng riêng 2,02 Độ pH là 13,5 Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ± 0,9oC Nhiệt độ sôi 1388oC Hấp thụ nhanh CO2 và nước của không khí, chảy rữa và biến thành

Na2CO3

NaOH là một bazơ mạnh; có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao; trong quá trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động.Ngoài ra, NaOH có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần phải dùng nước lạnh

1.1.2 Điều chế và ứng dụng

Trong phòng thí nghiệm:

2Na +2H2O > 2NaOH + H2

2NaO + H2O > 2NaOH

Trong công nghiệp:

Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch natri cacbonat loãng và nóng:

Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2NaOH + CaCO3

Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa:

2NaCl + 2H2O dòng điện Cl2 + H2 + 2NaOH

NaOH được dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất xà phòng, giấy và tơ nhân tạo, tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, chế phẩm nhuộm và dược phẩm, làm khô các khí và là thuốc thử rất thông dụng trong phòng thí nghiệm hóa học

1.2 Sơ lược về quá trình cô đặc

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan

- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất

Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ thống nhiều thiết

bị cô đặc

1.2.1 Lựa chọn thiết bị

Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 2 nồi, làm việc liên tục, có buồng đốt ngoài đối lưu tự nhiên

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

Thiết bị cô đặc có cấu tạo khá phức tạp, khó vệ sinh và sửa chữa Tuy nhiên, nó có ưu điểm là giảm bớt khoảng cách theo chiều cao giữa buồng đốt và không gian bốc hơi, có thể điều chỉnh được sự tuần hoàn Một không gian hơi có thể nối với hai hoặc nhiều buồng đốt và như vậy có thể luân phiên nhau sửa chữa buồng đốt mà không phải ngừng sản xuất Ngoài ra có thể hoàn toàn tách hết bọt vì buồng đốt cách xa không gian hơi

Quá trình cô đặc được tiến hành ở áp suất chân không nhằm làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế những biến đổi của chất tan

1.2.2 Sơ đồ thiết minh quy trình công nghệ

Dung dịch ban đầu trong thùng chứa (13) được bơm ly tâm (14) bơm lên thùng cao vị (1) qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế sau đó vào thiết bị gia nhiệt (2) Tại thiết

bị gia nhiệt (2) dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của nồi 2 Dung dịch sau đó được đưa vào buồng đốt ngoài (5) của nồi 2 Tại nồi 2 dung dịch NaOH bốc hơi một phần tại buồng bốc (4), hơi thứ thoát lên qua thiết bị ngưng tụ (6), được ngưng tụ còn lượng khí không ngưng còn lại được bơm chân không hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt (7) Còn sản phẩm được bơm vào nồi 1 để tiếp tục quá trình cô đặc, khi đến nồng độ yêu cầu thì được đưa ra ngoài vào

bể chứa sản phẩm (11) Ở nồi 1 hơi đốt được cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt chính

là hơi thứ của nồi 1

- Năng suất ban đầu của dung dịch: 4000 kg/h

Phương trình cân bằng vật chất cho toàn hệ thống:

Gđ = Gc+ W Trong đó: Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h)

W: lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h) Vậy lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (công thức VI.1; STQTTB T2/ 55)

Xác định nồng độ cuối của dung dịch ở từng nồi

Khi đó ta có hệ phương trình:

Giải hệ trên ta có kết quả: W1 = 1414,3 kg/h

W2 = 1285,7 kg/h Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1:

X1, X2: nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi (% khối lượng)

W1, W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi (kg/h)

Gd : lượng dung dịch đầu (kg/h)

Xd: nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng)

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

2.2 Cân bằng năng lượng

2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồi

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

Pt: hiệu số áp suất của cả hệ thống

Giả sử chọn: Áp suất của hơi đốt vào nồi 1: P1=4 at

Áp suất của thiết bị ngưng tụ Baromet: Pnt= 0,2 at Khi đó hệ số áp suất cho cả hệ thống cô đặc là:

∆Pt = P1-Pnt= 4- 0,2 = 3,8 at Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là: 1

2

P P

Xác định nhiệt độ trong mỗi nồi

Gọi: thd1, thd2, tnt là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ

tht1, tht2 là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2

Giả sử tổn thất nhiệt độ trên đường ống từ nồi 1 sang nồi 2 là 10C

tht1= thd2+ 1

tht2= tnt+ 1 Tra bảng : I 250, STQTTB, T1/ 312 vàI.251, STQTTB, T1/ 314

Bảng 2.1: Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) của các dòng hơi

Loại

Áp suất (at)

Nhiệt độ (oC)

Áp suất (at)

Nhiệt độ (oC)

Áp suất (at)

Nhiệt độ (oC)

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

Với f =16,2 T2s

rTrong đó 'o : tổn thất nhiệt độ do tsdd > tsdm ở áp suất thường

f: hệ số hiệu chỉnh

Ts : là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất (oK)

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

Bảng 2.2: Tra bảng VI.2, STQTTB, T2/ 67 và I.251, STQTTB, T1/ 314

Nhiệt hóa hơi r (J/kg) 2272,86.103 2355,57.103

(95, 056 22

(60, 7 273)8,5

Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh "(tổn thất nhiệt độ

do áp suất thủy tĩnh tăng cao):

Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:

s tb

P0 : áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch (N/m2)

h 1 : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung

Ở đây: ttb - nhiệt độ sôi dung dịch ứng với áp suất ptb, 0C;

t0 - nhiệt độ sôi của dung môi ứng với áp suất p0, 0C

Chọn h1= 1 m (cho cả 2 nồi), h2= 3 m (cho cả 2 nồi)

Áp suất thủy tĩnh của từng nồi:

s tb

s tb

2.2.2.3 Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra:

Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là 10C

Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra cho cả hệ thống: ∆"' = 20C

2.2.2.4 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống:

∑∆= ∆'+∆"+∆"' = 30,56 + 17,384 + 2 = 52,9440C

2.2.2.5 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và cả hệ thống:

Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

2.2.3 Nhiệt dung riêng C(J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo công thức I.43;

* Nhiệt lượng riêng

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

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

W, W1, W2: lượng hơi thứ bốc lên ở cả hệ thống và từng nồi (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 (J/kg)

Cđ, Cc: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối (J/kg.độ)

tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch 0C

θ1, θ2: nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 0C

Cng1,Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 0C

Qtt1, Qtt2: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2(W)

* Nhiệt lượng vào gồm có

Nồi 1: - Nhiệt do hơi đốt mang vào: D1I1

- Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: (Gđ-W2).C2ts2

Nồi 2: - Nhiệt do lượng hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1): W1i1=D2I2

- Nhiệt do dung dịch sau nồi 1 mang vào: GđCđtđ

* Nhiệt mang ra gồm

Nồi 1: - Hơi thứ mang ra: W1i1

- Do dung dịch mang ra: (Gd-W)C1.ts1

- Do hơi nước ngưng tụ: D1Cng1θ1

- Do tổn thất chung: Qtt1= 0,05D(I1-Cng1θ1)

Nồi 2: - Hơi thứ mang ra: W2i2

- Do dung dịch mang ra: (Gd-W2)C2ts2

- Do hơi nước ngưng tụ: D2Cng2θ2

Bảng 2.1 Tra bảng I.249 STQTTB T1/ 310 và I.250 STQTTB T1/ 312

t (0C) I (J/kg) Cn(J/kg.độ) t (0C) i(J/kg) C(J/kg.độ) ts (0C) Nồi 1 137.422 2736.391 4281.586 112.088 2699.759 3641.82 118.949 Nồi 2 111.088 2697.959 4234.415 73.72 2633.544 3899.51 82.769 Với: θ1= thd1; θ2=thd2

Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là:

Tra Bảng I.104 STQT&TB T1/96: µs1= 2.33 Cp, µs2= 1,34 Cp

2.2.4.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch

Công thức I.32 STQTTB T1/ 123: dd A C p .3

M



Trong đó: A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước ()

Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg độ) ρ: khối lượng riêng (kg/m3)

M: khối lượng mol của chất lỏng Chọn A= 3,58.10-8

dd H O

x M m



h t

Với r: ẩn nhiệt ngưng (J/kg)

H: chiều cao ống truyền nhiệt ( chọn H= 4m)

2 3 4

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

Với:  là hệ số hiệu chỉnh

n

 là hệ số cấp nhiệt của nước

Mà theo công thức VI.27, STQTTB, T2/ 71

Ta có:

435 , 0 2

565 , 0

2

2 2

2

.

d n

d n

Trong đó: r1: nhiệt trở do lớp nước ngưng

r2: nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống

λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhệt

 : bề dày ống truyền nhiệt ( =2mm)

r3 : nhiệt trở qua lớp vật liệu Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3: λ = 16,85 W/m độ

Hiệu số cấp nhiệt của nước: ∆t21= ∆ti1- ∆tI - ∆t11 = 15,675 - 7,856 – 0,9 = 6,920C

Tra bảng I.249 STQTTB T1/ 311Ta có: Cn1 = 4259,1 J/kg.độ ; µn1 = 0,2125 Cp

λn1 = 0,686 W/m.độ ; ρn1 = 938,36 kg/m3

Độ nhớt của NaOH (Tra bảng I.101 STQT&TB T1/91): µdd1 = 2,33 Cp

0,435 0,565 2

1

0,5856 1378,5 3035,9 0, 2125

0,38920,686 938,36 4259,1 2,33

* Tính hệ số nhiệt độ hữu ích cho các nồi

Xem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi như nhau: F1= F2 nên nhiệt độ hữu ích phân bố trong các nồi được tính theo công thức VI.20 STQTTB T2/ 68

h i n

i i i

h i K t

Q k

1

Trong đó: t hi là nhiệt độ hữu ích trong các nồi (oC )

Qi: lượng nhiệt cung cấp (W/m2)

A

3600

i

i i

r D

Q 

Di là lượng hơi đốt mỗi nồi

ri: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi

Ki: hệ số truyền nhiệt:

2 1

1 1

Ta có hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn bộ hệ thống: ∑thi= 52,9440C

Nhiệt độ hữu ích thực tế của từng nồi là:

1 1

1051644,17

101,3895 hi 668, 645 15,51

2 2

914328,37

101,3895 hi 611, 646 14, 74

Số ống trong tất cả các viên phân là b =21 ống

3.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt

Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3

Bề dày buồng đốt được xác định theo công thức XIII.8 STQTTB T2/ 360

trong đó: Dt là đường kính trong của buồng đốt (m)

φ: hệ số bền của thành hình trụ tính theo phương dọc, chọn φ=0,95

(theo bảng XIII.8 STQTTB T2/ 362) C: hệ số bổ sung ăn mòn (m)

P: áp suất trong thiết bị (N/m2)

  ứng suất cho phép gồm ứng suất kéo [ k] và ứng suất giới hạn chảy [ c]

Ứng suất kéo: k

k k

n



   (N/m2) (Công thức XIII.1 STQTTB T2/ 355) Với: : hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 (Bảng XIII.2 STQTTB T2/ 356)

nb: hệ số an toàn theo giới hạn bền, nb= 2,6 (Bảng XIII.3 STQTTB T2/ 356) ( vật liệu hợp kim được cán, rèn dập)

k: giới hạn bền khi kéo,k  380.106 (N/m2)

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

Ứng suất giới hạn chảy:

c c

n



   (N/m2) (Công thức XIII.2 STQTTB T2/ 355) Với: nc= 1,5 ( bảng XIII.3 STQTTB T2 /356)

Với C1 : đại lượng bổ sung do ăn mòn, C1= 1mm

C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, C2= 0

C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày ; C3 phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu

Nồi 1 :

Áp suất làm việc trong thiết bị: P= Phd1= 4 (at) = 498100= 392400 (N/m2)

3 8

Vậy chọn bề dày thân buồng đốt cho cả 2 nồi : S = 4(mm)

3.1.4 Bề dày đáy và nắp buồng đốt

Được tính theo hình elip có gờ, vật liệu là thép CT3:

Vậy chọn bề dày đáy và nắp buồng đốt cho cả 2 nồi S = 6(mm)

ứng với hb= 0,3 (m), chiều cao gờ h= 0,025(m) (theo bảng XIII.11 STQTTB T2/ 384)

3.2 Buồng bốc

3.2.1 Đường kính buồng bốc

Chọn đường kính buồng bốc Dt= 1,4m

3.2.2 Chiều cao buồng bốc:

Thể tích không gian hơi được xác định theo công thức VI.32 STQTTB T2/ 71

kgh

h tt

W V

U



Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

Trong đó: Vkgh: là thể tích không gian hơi (m3)

W: là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (m3)

ρh: là khối lượng riêng của hơi thứ (kg/m3)

Utt: là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi trong một đơn vị thời gian (m3/m3.h)

Theo công thức VI.33 STQTTB T2/ 72: Utt = f.utt(1at) (khi P ≠ 1at)

Với utt(1at): cường độ bốc hơi cho phép ở P = 1at; Chọn utt = 1600 m3/m3.h

Chiều cao không gian hơi được tính theo công thức VI.34 STQTTB T2/ 72

2.

4

t

kgh kgh

D

V H

1

1397,36

1, 7470,5049 1584

kgh

ht tt

W V

kgh kgh

t

V H

2

1302, 64

3, 7860,1344 2560

kgh

ht tt

W V

kgh

Chọn chiều cao của phần dịch sôi tràn lên buồng bốc là 1m

Vậy chọn chiều cao buồng bốc cho cả 2 nồi là 2,5m

Chọn C3= 0,12(mm) ( bảng XIII.9 STQTTB T2/ 364)

C= 1+0+0,12= 1,12(mm)

S=(0,475+1,12).10-3= 1,595.10-3 (m)

Nồi 2: Vì buồng bốc nồi 2 làm việc ở áp suất chân không nên chịu tác dụng của áp suất ngoài

nên Nên bề dày tối thiểu của thân được tính theo công thức:

Áp suất ngoài: Pn= Pa+Pck= 1+0,789= 1,789 (at)= 175500,9 (N/m2)

Kiểm tra điều kiện XIII.30 STQTTB T2/ 371: 2,5

1, 4

t

H D

φh là hệ số bền của mối hàn hướng tâm φh= 0,95

k là hệ số thứ nguyên, được xác định: k=1-d/Dt (CT XIII.48 STQTTB T2/ 385)

Nắp có lỗ được tăng cứng hoàn toàn nên k=1

Nồi 1:

Áp suất làm việc trong thiết bị: P=Pht1= 0,864.98100= 84758,4 (N/m2)

1,315.10 .1.0, 74.0,95 526, 75 30

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị

Vậy chọn bề dày cho nắp buồng bốc cho cả 2 nồi S= 6mm

ứng với hb= 0,35 (m); chiều cao gờ h= 0,025 (m) ( tra bảng XIII.11 STQTTB T2/ 384)

3.2.5 Bề dày đáy buồng bốc

Chọn đáy buồng bốc cho cả 2 nồi theo hình nón có gờ, vật liệu là thép CT3, góc ở đáy 600 α= 300 và Rδ/Dt= 0,15

Nồi 1: Bề dày đáy nón làm việc với áp suất trong (P>1at) được tính theo công thức:

φh là hệ số bền của mối hàn vòng trên nón, chọn φh= 0,95 (bảng XIII.8 STQTTB T2/ 362)

d là đường kính lỗ tâm ở đáy d= 0,07 (m)

D’ là đường kính (m) Đối với nón có gờ:

C là hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (m)

Áp suất làm việc trong thiết bị:

Đại lượng tính theo công thức XIII.52 lớn hơn nên ta chọn kết quả này

Ta có: (S-C)= 0,52mm < 10mm nên ta tăng thêm 2mm so với giá trị C (STQTTB T2/ 386)

Do đó: C= (1,12+2).10-3= 3,12.10-3 (m)

S= (0,52+3,12).10-3= 3,64.10-3 (m)

Vậy chọn chiều dày đáy buồng bốc S= 4mm

Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thủy lực bằng CT XIII.54 STQTTB T2/ 399

đại lượng công thức XIII.56 lớn hơn nên chọn kết quả này

Ta có: (S-C)= 1,3mm < 10mm nên ta tăng thêm 2mm so với giá trị C (STQTTB T2/ 386)

C= (1,18+2).10-3= 3,18.10-3(m)

S= (1,3+3,22).10-3= 4,52.10-3(m)

Chọn bề dày đáy buồng bốc bằng 6mm

Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thủy lực bằng CT XIII.58 STQTTB T2/ 402

Chọn bề dày đáy buồng bốc S=6mm

Vậy chọn cho cả 2 nồi S= 6mm

Ứng với chiều cao gờ h= 0,04(m) (tra bảng XIII.21 STQTTB T2/ 394)