THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH

Cô đặc: Là quá trình đun sôi dung dịch, làm bay hơi 1 phần dung môi trong dung dịch để thu được dung dịch đậm đặc hơn dung dịch ban đầu, dung môi tách dung dịch bay lên trên gọi là hơi thứ. Có 2 phương pháp cô đặc: + Phương pháp nhiệt + Phương pháp lạnh

MỤC LỤC MỘT SỐ KHÁI NIỆM I Cô đặc 2 Thiết bị cô đặc Nhiệm vụ báo cáo 4 PD 5500 II LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH III TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 1.Thơng số ban đầu Tính cho buồng đốt 2.1 Thông số công nghệ 2.2 Tính tốn Tính cho buồng bốc 3.1 Thông số công nghệ 3.2 Tính tốn Tính cho nắp thiết bị 4.1 Thông số công nghệ 4.2 Tính toán Tính cho đáy thiết bị 5.1 Thông số công nghệ 5.2 Tính tốn Tính mặt bích 6.1 Thông số công nghệ 6.2 Chọn mặt bích Tính vỉ ống 11 7.1.Thông số công nghệ 11 7.2 Tính tốn 11 IV KẾT LUẬN 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 CHÚ THÍCH 15 I MỘT SỐ KHÁI NIỆM: Cô đặc: - Là q trình đun sơi dung dịch, làm bay phần dung môi dung dịch để thu dung dịch đậm đặc dung dịch ban đầu, dung môi tách dung dịch bay lên gọi thứ - Có phương pháp đặc: + Phương pháp nhiệt + Phương pháp lạnh Thiết bị cô đặc: - Phân loại thiết bị cô đặc: + Theo cấu tạo: đối lưu tự nhiên, đối lưu cưỡng + Theo phương thức thực trình: cô đặc áp suất thường, cô đặc áp suất chân không, cô đặc nhiều nồi cô đặc liên tục Hình minh họa: Hệ đặc bốn nồi ngược chiều - Các thiết bị chi tiết hệ thống đặc : + Thiết bị chính:     Ống nhập liệu, ống tháo liệu Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp Các ống dẫn: đốt, thứ, nước ngưng, khí không ngưng (*1) + Thiết bị phụ:           Bể chứa nguyên liệu Bể chứa sản phẩm Bồn cao vị Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ baromet Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị Bơm tháo liệu Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ Bơm chân không  Các van  Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất… (*2) 1: Thùng chứa dung dịch 7: Bơm dung dịch 2: Buồng đốt 8: Bơm nước 3: Thiết bị cô đặc 9: Bồn cao vị 4:Thiết bị ngưng tụ kiểu ống đứng 10: Thùng chứa nước ngưng tụ 5: Thùng chứa nước 11: Lưu lượng kế 6: Thùng chứa nước 12: Thùng chứa sản phẩm 13: Thùng tháo nước ngưng Nhiệm vụ báo cáo: Tính tốn tính bền khí cho thiết bị đặc chân không dung dịch NaOH theo tiêu chuẩn PD 5500 PD 5500: - PD 5500 "Quy cách cho bình áp suất không hàn, hàn nhiệt" quy tắc thực cung cấp quy tắc cho việc thiết kế, chế tạo kiểm tra thiết bị áp lực - - - - - PD 5500 trước tiêu chuẩn Anh sử dụng rộng rãi gọi BS 5500, bị rút khỏi danh sách Tiêu chuẩn Anh khơng hài hoà với Chỉ thị Thiết bị Áp lực Europeran (97/23 / EC) Tại Vương quốc Anh, thay EN 13445 Nó xuất "tài liệu xuất bản" (PD) Cơ quan tiêu chuẩn Anh Là công cụ tham khảo vô giá cho việc thiết kế đánh giá thiết bị áp lực Chỉ định yêu cầu vật liệu, thiết kế, sản xuất, kiểm tra, kiểm tra xác minh Cung cấp sở cho việc thiết kế sản xuất cho Chỉ thị Thiết bị Áp lực (PED) II LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH: Theo tính chất nguyên liệu sản phẩm, điều kiện kỹ thuật để lựa chọn thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục có buồng đốt ống tuần hồn trung tâm Thiết bị đặc loại có cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh sửa chữa Cô đặc áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi dung dịch, giảm chi phí lượng, hạn chế việc chất tan bị lôi theo bám lại thành thiết bị (làm hư thiết bị) Tuy nhiên, loại thiết bị phương pháp cho tốc độ tuần hoàn dung dịch nhỏ (vỉ ống tuần hoàn đun nóng) hệ số truyền nhiệt thấp Sơ đồ quy trình thiết kế thiết bị đặc: Quy trình thiết kế khí III TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ CƠ ĐẶC: 1.Thơng số ban đầu: - Năng suất nhập liệu: m3/h - Nồng độ đầu: 18% khối lượng - Nồng độ cuối: 30% khối lượng - Gia nhiệt nước bão hòa, áp suất: 4,76 at - Áp suất ngưng tụ: pck = 0,7 at => pc = – 0,7 = 0,3 at - Nhiệt độ đầu nguyên liệu: 30 0C Tính cho buồng đốt: 2.1 Thơng số cơng nghệ: - Buồng đốt có đường kính Dt = 600 mm, chiều cao Ht = 1500mm - Thân có lỗ, ứng với ống: dẫn đốt, xả nước ngưng, xả khí khơng ngưng - Vật liệu chế tạo thép 304, có bọc lớp cách nhiệt 2.2 Tính tốn: - Hơi nước bão hồ có áp suất 4,76 at nên buồng đốt chịu áp suất là: Pm = PD – Pa = 4,76 – = 3,76 at = 0,369 N/ - - Tại áp suất 4,76 at, ta tra nhiệt độ đốt (hơi bão hòa) vào tD = 150 °C ( Phụ lục 2-trang 212, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu) Vậy nhiệt độ tính tốn buồng đốt là: ttt = tD + 20 = 150 + 20 = 170°C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt) - Ứng suất thiết kế vật liệu ttt là: f = 124 N/ Nguyễn Hữu Hiếu) (theo bảng 4.2/trang 37, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực,  Bề dày tối thiểu e = (công thức 5.1 trang 15, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu) Với J hệ số bền mối hàn, chọn mối hàn giáp mối phía, tra bảng phụ lục trang 275, ta có J = 0,65 Vậy e tối thiểu = - = 1,377 mm Dung sai ăn mòn 2mm nên e thực = e tối thiểu + 2mm = 1,377 + = 3,377 mm Vậy chọn bề dày buồng đốt 4mm  Đường kính ngồi = 2x4mm + 600 = 608mm Vậy chọn thép 304 dạng có bề dày 4mm để làm buồng đốt Tính cho buồng bốc 3.1 Thơng số cơng nghệ: - Buồng bốc có đường kính Dt = 800 mm, chiều cao Ht = 2000 mm - Thân có lỗ, gồm: ống nhập liệu, ống thơng áp, cửa sửa chữa kính quan sát - Phía buồng bốc phần hình nón cụt có gờ liên kết với buồng đốt - Vật liệu chế tạo thép 304, có bọc lớp cách nhiệt 3.2 Tính tốn - Buồng bốc làm việc điều kiện chân khơng nên chịu áp lực từ bên ngồi Vì áp suất tuyệt đối thấp bên 0,7 at, buồng bốc chịu áp suất là: Chọn Pn = 1at = 0,0981 MPa - Nhiệt độ thứ tsdm(po) = 90oC, nhiệt độ thiết kế buồng bốc là: Ttk = 90 + 20 = 110°C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt) - Tra bảng phụ lục trang 277, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu nhóm G ta có module đàn hồi E = 27,3x106 psi = 191,45x103 MPa - Chiều dài hiệu dụng h = H t ’ = Ht – - = 0,2m = – x0,2 = 1,73m Bề dày tối thiểu theo Hồ Lê Viên : t = 1,18.D.( - = )0,4 = 1,18x800.( )0,4 = 3,9156 mm Dung sai ăn mòn mm  t = 3,9156 + mm = 5,9156 mm  t thực = mm Vậy chọn bề dày buống bốc mm - Kiểm tra : Áp suất tối đa cho phép Pc = 2,2.E.( )3 (công thức 5.7 trang 47) =2,2x191,45x103x( )3=0,1699 MPa > 0,0981MPa Vậy chọn thép 304 dạng có bề dày 6mm để làm buồng bốc Tính cho nắp thiết bị: 4.1 Thơng số công nghệ: - Chọn nắp ellipse tiêu chuẩn Dt = 800mm (không hàn) → chọn chiều cao nắp từ đường tiếp tuyến lên đỉnh : h = 200mm - Nắp có lỗ để thứ - Vật liệu chế tạo thép 304 4.2 Tính tốn: - Nắp làm việc với áp suất tuyệt đối bên giống buồng bốc Po = 0,7 at nên chịu áp suất ngoài: Chọn Ptk= 1at = 0,0981N/mm2 - Nhiệt độ thứ : 90oC - Nhiệt độ tính tốn nắp giống buồng bốc là: ttt = 90 + 20 = 110°C (nắp có bọc lớp cách nhiệt) - Tra bảng 4.2 trang 37 suy ứng suất f thiết kế = 148 N/mm2 Tra bảng phụ lục trang 277, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu nhóm G ta có E = 187,22.103 N/mm2 Nắp elip chuẩn 2:1 Bán kính cong tối đa: RS = a2/b = 824,18 mm (2a = trục lớn = D, a = 812/2 = 406mm 2b = trục nhỏ = 2h suy b = h = 200mm ( chọn h = 200mm ) - Bề dày nắp : e = 4RS√ =4x824,18x√ = 2,39mm (công thức 5.23 trang 58) - Dung sai ăn mòn 2mm  e thực = 2,39 + = 4,39mm Vậy chọn bề dày nắp mm ( Để thuận lợi cho việc chế tạo) Tính cho đáy thiết bị: 5.1 Thông số công nghệ: - Chọn đáy nón Dt = 600mm - Chiều cao h=120 mm - Đáy có lỗ để sản phẩm - Vật liệu chế tạo thép 304 5.2 Tính tốn: - Đáy làm việc điều kiện chân khơng, nên đáy chịu áp suất ngồi Chọn P = at = 0,0981 N/mm2 - Ptk= P = 0,0981 N/mm2 - Đường kính ngồi thân: D ngồi = 600 + x = 608 mm - T thiết kế = Tmax= 110oC, f = 145 N/mm2 (tra bảng 4.2 trang 37, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu) - Chọn nửa góc đỉnh nón α = 30°  Hệ số thiết kế Cc = 1,35 ( trang 56, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu) - Chọn mối hàn giáp mối phía => hệ số bền mối hàn J = 0,65 (tra bảng phụ lục trang 275) Bề dày tối thiểu e = - = = 0,422 (mm) Dung sai ăn mòn 2mm  e thực = 0,422 + = 2,422 mm Đáy nón gắn trực tiếp với buồng đốt mà buồng đốt có bề dày 4mm nên để thuận lợi cho việc chế tạo ta chọn bề dày đáy 4mm Tính mặt bích: 6.1 Thơng số cơng nghệ: - Bu lơng bích làm từ thép 304 - Mặt bích dùng để nối nắp thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt buồng đốt với đáy thiết bị Chọn mặt bích có đệm nằm vòng bu lơng 6.2 Chọn mặt bích: Mặt bích nối buồng bốc buồng đốt: - Buồng đốt buồng bốc nối với theo đường kính buồng đốt Dt = 600 mm Áp suất thiết kế buồng đốt 0,363 N/mm2 Áp suất thiết kế buồng bốc 0,0981 N/mm2 Hình: Mặt bích thép có cổ hàn áp suất danh nghĩa bar (1 bar = 105 N/m2) (*)  Chọn mặt bích thép có cổ hàn áp suất danh nghĩa bar - Các thơng số bích tra từ bảng PL 7.1, phụ lục 7, trang 314 sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu Kích thước danh nghĩa 600 Đường kính Mặt bích ngồi ống, D b h1 d1 609,6 755 24 70 Bề mặt nâng d4 f 670 Khoan lỗ Bu lông M24 Cổ Số d2 k d3 h2≈ r 20 26 705 640 16 12 Mặt bích nối buồng đốt đáy: Buồng đốt đáy nối với theo đường kính buồng đốt Dt = 600 mm Áp suất tính tốn buồng đốt 0,363 N/mm2 Áp suất tính tốn đáy 0,0981 N/mm2  Chọn mặt bích thép có cổ hàn áp suất danh nghĩa bar - Các thơng số bích tra từ bảng PL 7.1, phụ lục 7, trang 314, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu - Kích thước danh nghĩa 600 Đường Mặt bích kính ống, D b h1 d1 609,6 755 24 70 Bề mặt nâng d4 f 670 Khoan lỗ Bu lông M24 Cổ Số d2 k d3 h2≈ r 20 26 705 640 16 12 10 Mặt bích nối nắp buồng bốc: Buồng bốc nắp nối với theo đường kính buồng bốc Dt = 800 mm Áp suất thiết kế buồng bốc nắp 0,0981 N/mm2  Chọn mặt bích thép có cổ hàn áp suất danh nghĩa bar - Các thơng số bích tra từ bảng PL 7.1, phụ lục 7, trang 314, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu - Kích thước danh nghĩa 800 Đường Mặt bích kính ngồi ống, D b h1 d1 812,8 975 24 70 Bề mặt nâng d4 f 880 Khoan lỗ Bu lông Cổ Số d2 k d3 h2≈ r 24 30 920 842 16 12 M27 Tính vỉ ống: 7.1.Thơng số cơng nghệ: - Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị - Vỉ ống phải giữ chặt ống truyền nhiệt bền tác dụng ứng suất - Dạng vỉ ống giữ nguyên trước sau nong - Vật liệu chế tạo thép 304 7.2 Tính tốn: - Áp suất thiết kế vỉ ống 4,76 at = 0,4668 N/mm2 - Nhiệt độ tính tốn vỉ ống tt = tD = 150°C - Ứng suất cực đại cho phép vật liệu tt fp = 130,24 N/mm2 (tra bảng 4.2 trang 37, sách Thiết kế khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu) - Hệ số ràng buộc λ= = = 0,384 Với: 11  ph : bước lỗ  dh : đường kính lỗ Bề dày vỉ tối thiểu để chống lại uốn: - = CphDp√ = 0,3x600x√ =17,39 mm (công thức 11.3 trang 122) Với:  : áp suất thiết kế vỉ ống hiệu dụng  Cph: hệ số thiết kế (chọn = 0,3)  Dp : đường kính vỉ = đường kính buồng đốt Bề dày tối thiểu để chống lại lực cắt = = = 17,3 mm (công thức 11.4 trang 123) Với: -  τp : ứng suất cắt cho phép tối đa (lấy nửa ứng suất cho phép tối đa) Dựa vào bảng 11.1 trang 123, chọn bề dày thiết kế vỉ ống (với đường kính ngồi ống truyền nhiệt: 29mm) 22 mm 12 IV KẾT LUẬN: Đơn vị Buồng đốt Đường kính Đường kính ngồi Chiều cao Bề dày buồng đốt Thân Vật liệu Đường kính Chiều cao Bề dày buồng bốc Thân Dưới buồng bốc Vật liệu Hình dạng Đường kính Chiều cao Bề dày nắp Bán kính cong tối đa (RS) Vật liệu Hình dạng Đường kính Chiều cao Bề dày đáy Bán kính cong tối đa (RS) Vật liệu 600 mm 608 mm 1500 lỗ, ứng với ống: dẫn đốt, xả nước ngưng, xả khí khơng ngưng Thép 304, có bọc lớp cách nhiệt Buồng bốc 800 2000 lỗ, gồm: ống nhập liệu, ống thông áp, cửa sửa chữa kính quan sát Phần hình nón cụt có gờ liên kết với buồng đốt thép 304, có bọc lớp cách nhiệt Nắp thiết bị Ellipse tiêu chuẩn 2:1 Có lỗ để thứ 800 200 824,18 thép 304 Đáy thiết bị Nón tiêu chuẩn 2:1 Có lỗ để sản phẩm 600 120 770,1 thép 304 mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm Mặt bích Vật liệu Thép 304 Mặt bích nối buồng bốc buồng đốt 13 Kích Đường Mặt bích thước kính danh D b h1 nghĩa ống, d1 600 609,6 755 24 70 Bề mặt nâng d4 f Bu lông 670 M24 Khoan lỗ Cổ Số d2 k d3 h2≈ r 20 26 705 640 16 12 Mặt bích nối buồng đốt đáy Kích Đường Mặt bích Bề mặt Bu Khoan lỗ Cổ thước kính nâng lơng danh D b h1 d4 f Số d2 k d3 h2≈ r nghĩa ống, d1 600 609,6 755 24 70 670 M24 20 26 705 640 16 12 Mặt bích nối nắp buồng bốc Kích Đường Mặt bích Bề mặt Bu Khoan lỗ Cổ thước kính lơng danh ngồi nâng nghĩa ống, d1 D b h1 d4 f Số d2 k d3 h2≈ r 800 812,8 975 24 70 880 M27 24 30 920 842 16 Vỉ ống Vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân Hình dạng thiết bị Đường kính ống 29 mm Bề dày vỉ 22 mm Đường kính lỗ 0.025 mm Vật liệu thép 304 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO:  Nguyễn Hữu Hiếu, Thiết kế khí thiết bị áp lực, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2017 CHÚ THÍCH: (*): trích từ trang 313, phụ lục 7, hình PL7.1, Thiết kế khí thiết bị áp lực, tác giả Nguyễn Hữu Hiếu, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2017 (*1): trang web có số video mơ quy trình https://www.convergencetraining.com/black-liquor-evaporators-operations.html (*2): trang web cộng đồng chia sẻ số thiết bị vẽ cad solidworks https://grabcad.com/library/tube-heat-exchangers-designed-in-solidworks-2016-1 15 ... KHÁI NIỆM: Cô đặc: - Là q trình đun sơi dung dịch, làm bay phần dung môi dung dịch để thu dung dịch đậm đặc dung dịch ban đầu, dung môi tách dung dịch bay lên gọi thứ - Có phương pháp đặc: + Phương... vào thiết bị ngưng tụ Bơm chân không  Các van  Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất… (*2) 1: Thùng chứa dung dịch 7: Bơm dung dịch 2: Buồng đốt 8: Bơm nước 3: Thiết bị cô đặc 9: Bồn cao vị 4 :Thiết bị. .. pháp lạnh Thiết bị cô đặc: - Phân loại thiết bị cô đặc: + Theo cấu tạo: đối lưu tự nhiên, đối lưu cưỡng + Theo phương thức thực q trình: đặc áp suất thường, cô đặc áp suất chân không, cô đặc nhiều