TÍNH BỀN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG MỘT NỒI THEO ASME

. ĐẶT VẤN ĐỀ Bài toán: tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaNO3 với: - Năng suất nhập liệu: 1500 kg/h (30oC) - Nồng độ đầu: 15wt% - Nồng độ cuối 45wt% - Áp suât ngưng tụ: 0.6kg/cm3 2. GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH 2.1. Cô đặc: Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ của các chất hòa tan trong dung dịch gồm 2 hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng-rắn hay lỏng-lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn) đó là các quá trình vật lý-hóa lý. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh. 2.2. Các phương pháp cô đặc: Phương pháp nhiệt (đun nóng) Phương pháp lạnh Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng. Khi hạ nhiệt độ đến một mức nào đó , một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh. 2.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc. 2 Ứng dụng: - Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… - Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, NaNO3, các muối vô cơ… 2.4. Phân loại và ứng dụng của thiết bị cô đặc dùng trong phương pháp nhiệt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH - THIẾT BỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN BTL: Cơ sở thiết kế thiết bị hóa chất TÍNH BỀN CƠ KHÍTHIẾT BỊ CƠ ĐẶC CHÂN KHƠNG MỘT NỒI THEO ASME CBHD: ThS Hồng Trung Ngơn SVTH: Nhóm Nguyễn Thành Đạt 1710965 Đỗ Quang Đức 1711054 Thái Thủ Nghĩa 1710203 Trần Thu Hiền 1711336 Võ Huỳnh Như Ngọc 1710205 Huỳnh Văn Bình 1710632 Lê Ngun Khải 1711732 Trần Hồng Minh 1712201 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH 2.1 Cô đặc: 2.2 Các phương pháp cô đặc: 2.3 Bản chất cô đặc nhiệt: 2.4 Phân loại ứng dụng thiết bị cô đặc dùng phương pháp nhiệt THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG 5.1 Dữ kiện ban đầu 5.2 Cân vật chất 5.2.1 Suất lượng nhập liệu 5.2.2 Tổng lượng thứ bốc lên: 5.3 Tổn thất nhiệt độ: 5.3.1 Tổn thất nhiệt nồng độ tăng (Δ’): 5.3.2 Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh (Δ’’): 5.4 Cân lượng TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT 10 6.1 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 10 6.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dịng chất lỏng sơi: 11 6.3 Nhiệt tải riêng phía tường (qv): 11 6.4 Tính nhiệt tải riêng 12 6.5 Hệ số truyền nhiệt K 12 6.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 12 TÍNH BỀN CHO THIẾT BỊ 13 7.1 Buồng đốt 13 7.1.1 Thân buồng đốt 13 7.1.2.Vỉ ống 14 7.2 Buồng bốc 14 7.2.1Thân Buồng bốc 14 7.2.2.Thân côn chuyển tiếp 15 7.3 Nắp Elip 17 7.4 Đáy nón 17 7.5 Mặt bích 18 KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 ĐẶT VẤN ĐỀ Bài tốn: tính bền khí cho chi tiết thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaNO3 với: - Năng suất nhập liệu: 1500 kg/h (30oC) - Nồng độ đầu: 15wt% - Nồng độ cuối 45wt% - Áp suât ngưng tụ: 0.6kg/cm3 GIỚI THIỆU Q TRÌNH 2.1 Cơ đặc: Cô đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hòa tan dung dịch gồm hay nhiều cấu tử Q trình đặc dung dịch lỏng-rắn hay lỏng-lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi cao thường tiến hành cách tách phần dung môi (cấu tử dể bay hơn) q trình vật lý-hóa lý Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó), ta tách phần dung môi (cấu tử dể bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng) phương pháp làm lạnh kết tinh 2.2 Các phương pháp cô đặc: Phương pháp nhiệt (đun nóng) Phương pháp lạnh Dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thống chất lỏng Khi hạ nhiệt độ đến mức , cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết; thường kết tinh dung mơi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử áp suất bên tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp ta phải dùng máy lạnh 2.3 Bản chất cô đặc nhiệt: Để tạo thành (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực q trình Bên cạnh đó, bay xảy chủ yếu bọt khí hình thành trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hồn tự nhiên nồi đặc Tách khơng khí lắng keo (protit) ngăn chặn tạo bọt cô đặc Ứng dụng: - Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… Trong sản xuất hố chất, ta cần đặc dung dịch NaOH, NaCl, NaNO3, muối vô cơ… 2.4 Phân loại ứng dụng thiết bị cô đặc dùng phương pháp nhiệt Theo cấu tạo Theo phương thức thực q trình Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): Nhiệt độ sơi áp suất khơng đổi; (tuần hồn tự nhiên) thường dùng cô đặc dung Thiết bị cô đặc nhóm đặc dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm định, nhằm đạt suất cực đại thời bảo tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt gian cô đặc ngắn truyền nhiệt Cô đặc áp suất chân khơng: Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng Dung dịch có nhiệt độ sơi thấp áp suất (tuần hồn cưỡng bức) chân khơng Dung dịch tuần hồn tốt, Thiết bị đặc nhóm dùng bơm để tạo cặn bay dung môi diễn tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 liên tục m/s bề mặt truyền nhiệt Ưu điểm tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng cho dung Cô đặc nhiều nồi: dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám Mục đích tiết kiệm đốt Số cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt nồi không nên q lớn làm giảm hiệu tiết kiệm Người ta Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng cô chân không, cô áp lực hay phối hợp hai phương pháp; đặc biệt sử mỏng dụng thứ cho mục đích khác để nâng Thiết bị đặc nhóm cho phép cao hiệu kinh tế dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt lần (xuôi hay ngược) để tránh tác dụng nhiệt độ lâu làm Cô đặc liên tục: biến chất số thành phần dung dịch Đặc biệt thích hợp cho dung dịch thực phẩm nước trái cây, hoa Cho kết tốt đặc gián đoạn Có thể điều khiển tự động ép chưa có cảm biến đủ tin cậy Trong báo cáo nhóm xin chọn thiết bị đặc nồi liên tục áp suất chân không làm thiết bị nghiên cứu, tính tốn bề dày phận thiết bị: Hình ảnh minh họa thiết bị đặc nồi liên tục áp suất chân không: - 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 khơng ngưnng 3 THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ Thiết Bị Cơ Đặc Chân Khơng Dịng nhập liệu Thơng Số Các Dòng Dòng Hơi thứ Vật Chất Dòng sản phẩm đáy Dịng đốt (bão hịa) Buồng bốc Thơng Số Hình Học Buồng Đốt Đáy Thơng số Năng suất nhập liệu Nồng độ đầu Nồng độ cuối Nhiệt độ Khối lượng riêng Áp suất Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ Chiều cao Đường kính Hình dạng Số ống nhập liệu Chiều cao Đường kính Số ống truyền nhiệt Số ống Tuần Hoàn trung tâm Số ống dẫn nước Hình dạng Hình dạng Số ống tháo liệu Giá trị Đơn vị 1500 kg/h 15 wt% 45 wt% 30 oC 2257 kg.m-3 0.6275 at 86.5 oC 1.2 at 98.2 oC at 142.9 oC 2000 mm 2200 mm Trụ ống 2000 mm 1000 mm 264 ống ống ống Trụ Nón (2α=60o) ống Nguồn 1 3 3 1 2 1 2 2 2 1- Yêu cầu CN 2- Giả định; 3- Bảng PL2, Tr.212 -(Sách thầy Nguyễn Hữu Hiếu) sổ tay QTTB CƠ SỞ LÝ THUYẾT American Society of Mechanical Engineers (ASME) tổ chức nghề nghiệp giúp thúc đẩy nghệ thuật, khoa học, quy trình kỹ thuật ngành nghề kỹ thuật liên kết ngành khoa học khắp giới thông qua việc thường xuyên giáo dục, đào tạo phát triển nghề nghiệp, "codes" tiêu chuẩn, nghiên cứu, hội thảo xuất ấn phẩm, liên lạc hiệp hội, nỗ lực khác giúp tổ chức vươn xa Vì mà ASME đoàn thể kỹ thuật, tổ chức tiêu chuẩn, tổ chức nghiên cứu phát triển, tổ chức vận động hành lang, nhà cung cấp đào tạo giáo dục, tổ chức phi lợi nhuận Được thành lập đoàn thể kỹ thuật, tập trung vào kỹ thuật khí Bắc Mỹ, ASME ngày tổ chức đa nghề nghiệp tồn cầu ASME có 140,000 thành viên 158 quốc gia giới ASME thành lập vào năm 1880 Alexander Lyman Holley, Henry Rossiter Worthington, John Edison Sweet Matthias N Forney để đáp ứng lại nhiều thất bại đường ống chịu áp lực nồi Được biết đến cho việc thiết lập "codes" tiêu chuẩn cho thiết bị khí, ASME đạo "tài liệu kỹ thuật vận hành" lớn giới, tổ chức nhiều hội thảo kỹ thuật hàng trăm khóa học phát triển nghề nghiệp hàng năm, bảo trợ cho nhiều chương trình giáo dục vươn xa ASME tổ chức tiêu chuẩn lâu đời Hoa Kỳ Tổ chức phát hành gần 600 "codes" tiêu chuẩn nhiều lĩnh vực kỹ thuật, bu lơng ốc vít, đường ống nước, thang máy, đường ống dẫn hệ thống nhà máy điện thành phần ASME phát triển tiêu chuẩn tự nguyện để nâng cao an toàn, sức khỏe chất lượng sống cộng đồng, tạo điều kiện thuận lợi cho đổi mới, thương mại cạnh tranh ASME phát triển xét duyệt tiêu chuẩn dựa nhu cầu thị trường thông qua quy trình thống nhất, thỏa thuận cam kết bên liên quan gồm nhà sản xuất, người dùng, quyền bên quan tâm khác Việc xây dựng tiêu chuẩn ASME với xét duyệt theo sau đánh giá dựa liệu có độ tin cậy cao với trí ủy ban tham gia vào quy trình xây dựng tiêu chuẩn 5 CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG 5.1 Dữ kiện ban đầu Nồng độ đầu xđ = 15%, nhiệt độ đầu nguyên liệu tđ = 30oC Nồng độ cuối xc = 45% Năng suất sản phẩm Gc = 1500kg/h Gia nhiệt nước bão hòa áp suất đốt 4at Áp suất thiết bị ngưng tụ baromet : Pc = 0.6at 5.2 Cân vật chất 5.2.1 Suất lượng nhập liệu Theo ng thức 5.16, [5], tr277: 𝐺đ × 𝑥đ = 𝐺𝑐 × 𝑥𝑐 𝐺đ = 𝐺𝑐 × 𝑥𝑐 1500 × 45% = = 4500𝑘𝑔/ℎ 𝑥đ 15% 5.2.2 Tổng lượng thứ bốc lên: Theo công thức 5.17, [5], tr277: 𝐺đ = 𝑊 + 𝐺𝑐 𝑊 = 𝐺đ − 𝐺𝑐 = 4500 − 1500 = 3000𝑘𝑔/ℎ Trong đó: Gc – suât lượng tháo liệu (năng suất) 5.3 Tổn thất nhiệt độ: - Ta có áp suất thiết bị ngưng tụ Pc=0.6at → nhiệt độ thứ Tc=85.5oC (tr314, [1]) - Ta lại có Δ’’’ tổn thất nhiệt độ thứ đường ống dẫn từ buồng bốc đến TBNT, theo [5], tr280, chọn Δ’’’=1K - Nhiệt độ sôi dung môi áp suất buồng bốc P0 Tsdm (P0) – Tc= Δ’’’=1K → tsdm (P0) = tc + 1=85.5 + 1=86.5oC - Áp suất buồng bốc: Tra [1], tr312: nhiệt độ 86.5oC P0 = 0.6275at 5.3.1 Tổn thất nhiệt nồng độ tăng (Δ’): Theo Tisenco CTVI10, [2], tr59 Δ’= Δo.f Ở đây: - Δo’ – tổn thất nhiệt dộ nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sối dung môi áp suất khí Do đặc có tuần hoàn dung dịch → lấy a = xc = 45% Tra từ đồ thị (HVI.2, [2], tr60) Δo’ =8.4% - f – Hệ số hiệu chỉnh khác áp suât khí quyển: f=16.2 (273+𝑡)2 𝑟 (CTVI 11,[2], tr59 với – t: nhiệt độ sôi dung môi áp suất cho, t=86.5oC – r: ẩn nhiệt hóa dung môi nguyên chât áp suất làm việc r=2293.25 kJ/kg (B I251, tr314, [1]) (271 + 86.5)2 𝑓 = 16.2 = 0.91298 2293.25 × 1000 Δ = 8.4 × 0.91298 = 7.669 Tsdd (Po) = tsdm (Po) + Δ’ = 86.5+7.669=94.169oC Ta có: 5.3.2 Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh (Δ’’): Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến ống ΔP (N.m2), ta có: Trong đó: - ρs : khối lượng riêng trung bình dung dịch sơi bọt, kg/m3 ρs = 0.5ρdd ρdd = 1331.64 kg/m3 (ST QTTB tập 1) → ρs = 0.5 × 1331.64 = 665.82 kg/m3 - Hop: Chiều cao thích hợp dd sơi tính theo kính quan sát mực chất lỏng, m Hop = [0.26+0.0014(ρdd- ρdm)]ho Chọn chiều cao ống truyền nhiệt ho=2m (theo B VI6, [2], tr80) ρdm = 961.12 kg/m3 Hop = [0.26+0.0014(1331.64-961.12)] ×2 =1.5575m → ΔP = 0.5 × 665.82 × 9.81 × 1.5575 9.81×104 = 0.05185𝑎𝑡 → Áp suất trung bình: Ptb=P0 + ΔP = 0.6275 + 0.05185 = 0.67935 at Tra sổ tay Pth = 0.67935 (at) ta có tsdm (Ptb) = 88.5153oC * Ta có Suy ra: Δ’’=88.5153-86.5 = 2.0153oC Tsdd (Ptb) = ttdd (Po) + Δ’’ = 94.169 + 2.0153 = 96.1843oC Lấy sản phẩm đáy: tsdd(Po+2ΔP)=94.169 + 2×2.01053 = 98.1996oC * Vậy tổng độ tăng nhiệt độ sôi : ∑ 𝛥 = 𝛥′ + 𝛥′ ′ + 𝛥′ ′′ = 7.669 + 2.0153 + = 10.6843oC * Gia nhiệt nước bão hòa, áp suất đốt 4at, vây Tp=142.9oC Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δth,i = 142.9 – 85.5 – 10.6843 = 46.7175oC Ký hiệu Đơn vị Giá trị Nồng độ nhập liệu xd %kl 15 Nồng đố sản phẩm xc %kl 45 Năng suất nhập liệu Gd kg/h 4500 Năng suất sản phẩm Gc kg/h 1500 Thơng số HƠI THỨ Lượng thứ W kg/h 3000 Áp suất P0 at 0.6275 Nhiệt độ t0 o Entanpi iw C 86.5 kJ/kg 2655.7 HƠI ĐỐT Áp suất pD at Nhiệt độ tD o Entanpi iD C 142.9 kJ/kg 2135.5 TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ Nhiệt độ sôi dd áp suất p0 tsdd (Po) o C 94.169 Tổn thất nhiệt độ nồng độ Δ’ o C 7.669 Áp suất lớp trung bình ptb at 0.67935 Nhiệt độ sơi trung bình dm tsdm (Ptb) o C 88.5153 Tổn tất to cột thủy tĩnh Δ’’ o C 2.0153 tsdd (Ptb) o C 96 Tổn tất to đường ống Δ’’’ o C Tổn thất to đường ống ∑Δ o C 10.6843 Chênh lệch to hữu ích Δth.i o C 46.7157 Nhiệt độ sôi dd ptb 5.4 Cân lượng Cân nhiệt lượng: - Tại thiết bị gia nhiệt chọn đun nóng đến nhiệt độ sơi 94.169oC + Dịng nhập liệu: Dòng vào tv = 30oC Dòng tr = 94.169oC + Dòng đốt : TD = 142.9oC - Vậy nhiệt độ đầu vào thiết bị cô đặc tđ = 94.169oC - Nhiệt độ đầu lấy đáy thiết bị tc = tsdd(Po) + Δ’’ (CT2.15, [3], tr107) tc = 94.169 + x 2.0153 = 98.1996 oC - Nhiệt dung riêng dung dịch NaNO3 ([1], tr152) Ở a=15% (a0.2) cc= Cra = 4186 – (4186 – Cct)a = 4186-(4186-1205)0.45 = 2844.55 J/kg.độ Phương trình cân nhiệt → Thay Qtt=εQD=0.05QD 1500 4500 3000 × 2844.55 × 98.1996 − × 3558.1 × 94.169 + × (2655.7 × 103 − 2844.55 × 98.1996) 3600 3600 3600 𝐷= (1 − 0.05)(1 − 0.05)(2135.5 × 103 ) = 0.871 kg/s Nhiệt lượng đốt cung cấp QD = 0.871×(1-0.05)(1-0.05)(2135.5× 103) = 1.6787× 106 W Lượng đốt tiêu tốn riếng: 𝑑= 𝐷 𝑊 = 0.871 3000 × 3600 = 1.0452 (kg đốt / kg thứ) TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT 6.1 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ Giảm tốc độ đốt nhằm bảo vệ truyền nhiệt khu vực đốt vào chia làm nhiều miệng vào Do chọn tốc độ nhỏ (w = 10m/s) Màng nước ngưng chuyển động dòng ( ống truyền nhiệt ngắn chọn ho = 2m) Ngưng bảo hòa tinh khiết bề mặt đứng Ta có theo cơng thức (V.101), [4], tr28: 𝛼1 = 2.04 × 𝐴 × ( 𝑟 )0.25 𝐻 × Δt1 Trong đó: r - ẩn nhiệt ngưng tụ nước áp suất đốt 4at Tra [1],tr314: r=2135.5×103 J/kg H - chiều cao ống truyền nhiệt, H=ho=2m A – phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm 𝑡𝑚 = 142.9+134.2 = 139.095 oC A tra [2], tr28 A=193.7285 𝛼1 - hệ số cấp nhiệt phía ngưng, W/m2.K Δt1 = tD – tv1 Δt1 = 142.9 – 135.29 = 7.61 → 𝛼1 = 2.04 × 193.7285 × ( 2135.5×103 0.25 ) 2×7.61 = 7648.828 𝑊/𝑚2 𝐾 Nhiệt tải riếng phía ngưng q1=𝛼1 × Δt1 = 7648.828×7.61 = 58207.58 W/m2 10 6.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi: Theo công thức VI.27, ST QTTB tập 2, tr71: 𝛼2 = 𝛼𝑛 × ( 𝜆𝑑𝑑 0.565 𝜆𝑛 ) × [( 𝜌𝑑𝑑 𝜌𝑛 ) ×( 𝐶𝑑𝑑 𝐶𝑛 )×( 𝜇𝑛 𝜇𝑑𝑑 0.435 W/m2K )] Trong - 𝛼𝑛 - hệ số cấp nhiệt c nước cô đặc theo nống độ dung dịch, nước sôi sủi bọt nên: 𝛼𝑛 = 0.145×p0.5× Δt2.33 (CTV.91, [2], tr26) Với P = Po = 0.6275at = 61557.75 N/m2+ Sau tính lặp tv2 = 99.497oC → Δt = tv2 - tsdm(Po) = 99.497-86.5 = 9.686oC → 𝛼𝑛 = 0.145×61557.750.5× 9.6862.33 = 7140.73032 W/m2 - Cdd – nhiệt dung riêng dung dịch, J/kg.C - Cn – nhiệt dung riêng nước (ở 88.5153oC), J/kg.C Nồng độ 45% ρn ρdd μdd μn 967.61 1331.64 0.4×10-3 0.3022×10-3 Cdd Cn λ dd λn 2844.55 4222.5 0.5203 0.68 - A: hệ số phụ thuốc mức độ liên kết cảu chất lỏng, chất lỏng liên kết A=3.58×10-8 - M = 𝛼𝑁𝑎𝑁𝑂3 × 85 + (1 − 𝛼𝑁𝑎𝑁𝑂3 ) × 18 Giả sử nồng độ NaNO3 dung dịch x = 30% khối lượng ( lấy trung bình) 𝛼= 30/85 30 70 + 85 18 = 0,0832 (%𝑚𝑜𝑙) → M=0.0832 × 85 + (1 − 0.0832) × 18 = 23.5747 → 𝛼2 = 6041.157 W/m2K 6.3 Nhiệt tải riêng phía tường (qv): 𝑞𝑣 = 𝑡𝑣1 − 𝑡𝑣2 ∑ 𝑟𝑣 Δtv = qv × ∑ 𝑟𝑣 = 58245.026 × 0.5397 × 10-3 = 31.4348 Cơ đặc ổn định q1 = q2 = qv Nhiệt tải dung dịch 𝑞2 = 𝛼2 × Δ𝑡2 = 6031.167 × 9.686 = 58515.71 𝑊/𝑚2 11 6.4 Tính nhiệt tải riêng 𝑞𝑡𝑏 = 𝑞1 +𝑞2 = 58245.026+58515.71 = 58380.368 𝑊/𝑚2 6.5 Hệ số truyền nhiệt K 𝐾= 1 +∑ 𝑟𝑣 +𝛼 𝛼1 Trong đó: rv = 0.5397×10-3 α1 = 7653.74849 W/m2 độ α2 = 6041.167 W/m2 độ K = 1196.3356 W/m2.K 6.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 𝐹= 𝑄 𝐾Δtℎ𝑖 = 1.6787×106 1196.3356×46.7157 = 30.037𝑚2 Chọn F=40m2 theo tiêu chuẩn diện tích bề mặt truyền nhiệt [5] tr276 12 TÍNH BỀN CHO THIẾT BỊ 7.1 Buồng đốt 7.1.1 Thân buồng đốt Vật liệuchế tạo Thép khơng gỉ OX18H10T Đường kính thân buồng đốt Di=1000mm (  39.37in) Nhiệt độ thiết kế Ttk=142.9oC+20oC=162.9oC=352.22oF (có bọc cách nhiệt) Dung sai ăn mòn C=1.4mm (  0,055in) Ứng suất cực đại S=18877psi Tra [7],tr7 Mối hàn dọc trục (theo ứng suất vòng) Hệ số bền mối hàn Mối hàn vòng ( theo ứng suất dọc) Ed=0.7 Ev=0,85 Tra PL4, [8], trang 275 ; bảng 4.3 trang 38 bảng 14.1, trang 141 hệ số bền mối hàn P=58.78 psi Pn=Pkq=14,7psi Áp suất làm việc Áp suất P>Pn: thân buồng đốt chịu áp suất Áp suất thiết kế Ptk=69,02psi-14,7psi=44.08psi Bề dày tối thiểu: Theo ứng suất vòng (mối hàn dọc trục): Do Length Long Seam t Với Dt=1000mm→smin=4mm (≈0.158inch) →tp(min)=0,158inch Hệ số bổ sung bề dày: C = Ca +Cb + Cc + Co =1.4mm=0.055inch Vật liệu bền học: Cb = Cc = Hệ số ăn mịn hóa học Ca = 1mm Hệ số Co = 0.4mm ([2], tr364) Bề dày tối thiểu: Chọn bề dày tối thiểu 6mm (0.236in) để tiện cho việc chế tạo Kiểm tra áp suất tối đa cho phép (MAWP): Theo ứng suất vòng (mối hàn dọc trục): Ta có: Thỏa điều kiện bền Chọn t=6mm (  0,236in) 13 7.1.2.Vỉ ống Vật liệu chế tạo Đường kính thân vĩ ống Thép khơng gỉ OX18H10T Di=1000mm (  39.37in) Nhiệt độ thiết kế Ttk=142.9oC+20oC=162.9oC=352.22oF (có bọc cách nhiệt) Dung sai ăn mòn C=1.4mm (  0,055in) Ứng suất cực đại S=18877psi Tra [7],tr7 Hệ số bền mối hàn Áp suất làm việc (Phía đốt) Áp suất ngồi (Phía buồng bốc) Phương pháp hàn giáp mối phía có: E=0,65 Tra PL4,[8] trang 275 ; bảng 4.3 trang 38 bảng 14.1, trang 141 -hệ số bền mối hàn P1=58.28psi P2 =14.7psi P1>Pkq>P2: vỉ ống chịu áp suất P1 Áp suất thiết kế Ptk=69,02psi Bề dày tối thiểu: Chọn bề dày tối thiểu 27 mm (1.063in) Kiểm tra áp suất tối đa cho phép (MAWP): Thỏa điều kiện bền Chọn t=27mm (1.063in) 7.2 Buồng bốc 7.2.1Thân Buồng bốc Vật liệu chế tạo Đường kính thân buồng bốc Thép khơng gỉ OX18H10T Di=2200mm (86.6in) Chiều cao thân buồng bốc H=2000mm (  80in) Nhiệt độ thiết kế Ttk=86.5oC+20oC=106.5oC=223.7oF Dung sai ăn mòn CA=1.8mm (  0,071in) Moduls đàn hồi Áp suất làm việc Áp suất ngồi Et=29.733.106 psi Tra PL5, nhóm G,[8] Tr.277 P=9.222psi Pn=Pkq+(Pkq-P)=14.7 + (14.7-9.222)=20.178psi P