VI. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH
1)Buồng đốt
a. Số ống truyền nhiệt
Chọn đường kính ống truyền nhiệt là: 0,04 m Chiều cao ống truyền nhiệt là: 3 m
Bề dày ống truyền nhiệt là: 0,004 m
Suy ra đường kính trong của ống truyền nhiệt: 0,032 m
Thiết bị sử dụng là thiết bị ống tuần hoàn ngoài nên số ống được tính theo công
thức sau: n= =494,3 (ống)
Theo bảng qui chuẩn số truyền nhiệt V.11/48-[2],ta có nqc =517 ống.
Và với số ống được qui chuẩn trên,mạng ống được sắp xếp theo hình 6 cạnh(lục giác đều) với số hình 6 cạnh 12,số ống trên đường xuyên tâm là 25. Tổng số ống không kể hình viên là 517 ống.
b. Đường kính buồng đốt : Dtr Đối với thiết bị ống tuần hoàn trung tâm:
[4-20]. Số ống trên đường xuyên tâm: 25 ống
Bước ống : 0,056 β : 1,4
sinα = sin60o = F:tổng bề mặt đốt.
Chọn ψ = 0,85
Chiều dài ống truyền nhiệt l: 3 m → Dtr = 1,386 m
Quy chuẩn Dtr = 1,4 m
c. Chiều dày buồng đốt
Thường dùng thép chịu nhiệt CT3.
Chiều dày của thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong p được xác định theo công thức sau:
(m) (XIII.8/360-[2])
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.8/362 – [2])
C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai chiều dày (m) P: áp suất trong thiết bị (at)
[σ]: ứng suất cho phép gồm ứng suất kéo [σk], và ứng suất theo giới hạn chảy [σch]
Ứng suất kéo : [σk]= (XIII.1/355-[2])
Với η là hệ số điều chỉnh,theo bảng XIII.2/356 – [2] ta chọn η = 0,9
nk là hệ số an toàn theo giới hạn bền theo bảng XIII.3/356 – [2] ta chọn nk = 2,6 (vật liệu hợp kim được cán,rèn dập)
σk giới hạn bền khi kéo theo bảng XII.4/309 – [2] ta chọn σk = 380.106 N/m2
→ [σk]= (N/m2)
(XIII.2.355 – [2]) Tương tự ta chọn :η = 0,9;nc = 1,5; σc = 240.106 (N/m2)
→
Đại lượng bổ sung C phụ thuộc vào độ ăn mòn và dung sai của chiều dài. Xác định theo công thức sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
C= C1 + C2 + C3 ,m (XIII.17/363 – [2]) Trong đó : C1 – là đại lượng bổ sung do an mòn ;chọn C1 = 1 mm;
C2 – là đại lượng bổ sung do hao mòn,trong trường hợp tính toán thiết bị hóa chất có thể bỏ qua C2.
C3 – đại lượng bổ sung đo dung sai của chiều dày,phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu,theo bảng XII.9/364 – [2] ta chọn được C3 = 0,4 mm
C = 1+0+0,4=1,4 mm = 0,0014 m
Nồi 1: áp suất trong thiết bị bằng áp suất hơi đốt Phd :P = Phd Phd1 = 4at = 392400 (N/m2)
S1 = =0,0036 (m)
Chọn S1 = 0,004 (m) = 4 mm để đảm bảo độ bền. Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:
(CT XIII.26/265 – [2]) Trong đó : P0 là áp suất thử tính toán theo công thức sau:
P0 = Pth +P1 , N/m2 (CT XII.27/366 – [2]) Pth: áp suất thủy tĩnh lấy theo bảng XIII.5/358 – [2]
P1 là áp suất thủy tĩnh của nước, xác định theo công thức XIII.10/360-[2] P1 = g.ρdd1.H = 9,81.1081,42.3 = 31826,19 (N/m2)
Vậy P0 = 31826,19 + 588600 = 620426,2 (N/m2)
Và (N/m2)
Ta thấy :σth = 176,2.106 <200.106 (N/m2)
Vậy bề dày 4 mm thõa mãn nồi 1. Nồi 2: : áp suất trong thiết bị bằng áp suất hơi đốt Phd :P = Phd
Phd2 = 2,22 at = 217782 (N/m2)
S2 = =0,0026 (m)
Chọn S1 = 0,003 (m) = 3 mm để đảm bảo độ bền. Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:
(CT XIII.26/265 – [2]) Trong đó : P0 là áp suất thử tính toán theo công thức sau:
P0 = Pth +P1 , N/m2 (CT XII.27/366 – [2]) Pth: áp suất thủy tĩnh lấy theo bảng XIII.5/358 – [2]
Chọn Pth = 1,5Phd3 ,vì 0,007.106 < Phd3 = 217782 < 0,5.106 N/m2
P1 là áp suất thủy tĩnh của nước, xác định theo công thức XIII.10/360-[2] P2 = g.ρdd2.H = 9,81.1122.3 = 33020,46 (N/m2)
Vậy P0 = 359693,5 (N/m2)
Và (N/m2)
Vậy bề dày 3 mm thõa mãn nồi 2.
Nồi 3: áp suất trong thiết bị bằng áp suất hơi đốt Phd :P = Phd Phd3 = 1,04 at = 35669,16 (N/m2)
S2 = =0,00197 (m)
Chọn S1 = 0,002 (m) = 2 mm để đảm bảo độ bền. Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:
(CT XIII.26/265 – [2]) Trong đó : P0 là áp suất thử tính toán theo công thức sau:
P0 = Pth +P1 , N/m2 (CT XII.27/366 – [2]) Pth: áp suất thủy tĩnh lấy theo bảng XIII.5/358 – [2]
Chọn Pth = 1,5Phd3 ,vì 0,007.106 < Phd3 = 217782 < 0,5.106 N/m2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
P1 là áp suất thủy tĩnh của nước, xác định theo công thức XIII.10/360-[2] P3 = g.ρdd3.H = 9,81.1212.3 = 35669,16(N/m2)
Vậy P0 = 188705,2 (N/m2)
Và (N/m2)
Ta thấy :σth = 87.106 <200.106 (N/m2) Vậy bề dày 2 mm thõa mãn nồi 3.
Bảng 2.2 Bề dày buồng đốt Nồi Stính (mm) Sqc (mm) σth.10(N/m2-6) σc/1,2.10 -6 (N/m2) Schọn (mm) 1 0.003602 0.004 176.2 200 0.004 2 0.002621 0.003 165.8 200 0.004 3 0.001972 0.003 87 200 0.004
Đáy cũng như nắp được chế tạo cùng loại vật liệu với thân thiết bị; đáy và nắp được nối với thân thiết bị bằng cách hàn, ghép bích hoặc hàn liền với thân. Đối với thân hìn trụ thẳng đứng, áp suất trong lớn hơn 7.104 N/m2, thường chọn đáy hình elip.
Chiều dày S được xác định theo công thức XIII.47/385-[2]:
S = (m)
Trong đó: hb = là chiều cao phần lồi của đáy, m có giá trị bằng: hb = 0,25.Dt = 0,25.4 = 0,35 (m)
φh là hệ số bền của mối hàn hướng tâm tra ở bảng XIII.8/362-[2] φh = 0,95 (vật liệu thép cacbon, hàn giáp mối 2 bên)
k là hệ số không thứ nguyên xác định như sau: k = 1 – d/Dt
Ở đây d là đường kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng, lấy d = 0,15m Vậy, k = 1 – 0,15/4 = 0,893
[σk] = 131,54.106 (N/m2) là ứng suất kéo đã tính ở trên Nồi 1: P = Phd1 = 4at = 392400 (N/m2)
Po = Pth + P1 = Pth + g.ρdd1.H = 620426,2(N/m2) Ta có: S = 0,0026 + C
Vì S – C = 0,0026 m <10 nên C được cộng thêm 2mm so với giá trị tính ở trên. Vậy nên: C = 1,4 + 2 = 3,4 mm
Do đó: S = 0,00599(m)
Theo bảng XIII.11/384-[2],quy chuẩn S = 6mm
Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thủy lực bằng công thức:
σ = =134.106 (N/m2)
Như vậy: σ < σc = 200.106
Do đó, S = 6mm phù hợp cho đáy buồng đốt nồi 1.
Bảng 2.3 Bề dày đáy buồng đốt
Nồi Stính (m) S (m) σth.10(N/m2-6)
σc/1,2.10-6
(N/m2) Schọn (m)
Dựa vào bảng XIII.11/384-[2], chọn chiều cao gờ bằng 25 mm
2. Buồng bốc
a. Đường kính buồng bốc
Theo bảng XIII.6/359-[2] ta chọn đường kính trong buồng bốc Db là 1,8 m
b. Chiều cao buồng bốc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thể tích không gian hơi xác định theo công thức:
(m3) (VI.32/71 – [2]) Trong đó: - Vkgh: thể tích không gian hơi (m3)
- W: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (m3)
- ρh: khối lượng riêng của hơi thứ (kg/m3)
- Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi trong một đơn vị thời gian (m3/m3.h)
Với utt = f. Utt(1at), (m3/m3.h)
Ở đây Utt(1at): cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi p = 1at, (m3/m3.h) Chọn Utt = 1600 m3/m3.h
f: là hệ số điều chỉnh, xác định theo đồ thị VI.3/72-[2] Nồi 1: W1 = 2820,91 kg/h
Nhiệt độ hơi thứ: to = 123,526oC, ρht=1,3(kg/m3) (nội suy bảng I.250/312-[1]) Với Pht = 1,3at → f =0,86
→ Utt = 0,9.1600 = 1376 (m3/m3.h)
Vkgh = 1,58(m3)
Vậy ta tính được chiều cao không gian hơi Hkgh bằng công thức VI.34/72-[2]
Hkgh =
Nồi 2: W1 = 3093,29 kg/h
Nhiệt độ hơi thứ: to = 101,12oC, ρht = 0,6(kg/m3) (nội suy bảng I.250/312-[1]) Với Pht = 1,078 at → f = 0,9
→ Utt = 1440 (m3/m3.h)
Vkgh = 3,58(m3)
Vậy ta tính được chiều cao không gian hơi Hkgh bằng công thức VI.34/72-[2]
Nồi 3: W1 = 3085,8 kg/h
Nhiệt độ hơi thứ: to = 65,2oC, ρht = 0,164 (kg/m3) (nội suy bảng I.250/312- [1])
Với Pht = 0,26 at → f = 1,5 → Utt = 2400 (m3/m3.h)
Vkgh = 7,84(m3)
Vậy ta tính được chiều cao không gian hơi Hkgh bằng công thức VI.34/72-[2]
Hkgh = = 3,08 m
Kết quả tính toán được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 2.4 Tính chiều cao không gian hơi
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
Pht (at) 2.297 1.078 0.26 tht (oC) 123.526 101.12 65.2 f 0.86 0.9 1.5 utt (m3/m3.h) 1376 1440 2400 W (kg/h) 2820,91 3093,29 3085,8 ρ (kg/m3) 1.3 0.6 0.164 Vkgh (m3) 1.58 3.58 7.84 Hkgh (m) 3.08
Chọn chiều cao phần dung dịch tràn trên buồng bốc là 0,55 m Chọn chiều cao buồng bốc cho cả 3 nồi là 3,1 m
c. Bề dày buồng bốc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vật liệu chế tạo buồng bốc là thép CT3 và bề dày buồng bốc tính theo công thức sau:
S = (m) Với: Db = 1,8 m φ = 0,95 [σ] = 131,54.106 (N/m2) C = 0,014 m Nồi 1:P = Pht1 + Ptht = 229883,5(N/m2) S = 0,00305 (m)
Chọn S = 4 (mm)
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ = < (N/m2) Với Po = 1,5Pht1 +P1
Po = 342551,37(N/m2)
σ = 124,99.106(N/m2)
Mà =200.106 (N/m2) σ <
Do đó, S = 4 mm thỏa mãn điều kiện bền buồng bốc nồi 1 Nồi 2: P = Pht2 + Ptht = 110434,6(N/m2)
S = 0,0022 (m) Chọn S = 3 (mm)
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ = < (N/m2) Với Po = 1,5Pht1 +P1
Po = 163310,5(N/m2)
σ = 96,78.106(N/m2)
Mà =200.106 (N/m2) σ <
Do đó, S = 3 mm thỏa mãn điều kiện bền buồng bốc nồi 1 Nồi 3: P = Pht1 + Ptht = 30252,9 (N/m2)
S = 0,00161 (m) Chọn S = 2 (mm)
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ = < (N/m2) Với Po = 1,5Pht1 +P1
Po = 43005,9(N/m2)
σ = 124,99.106(N/m2)
Mà =200.106 (N/m2) σ <
Do đó, S = 2 mm thỏa mãn điều kiện bền buồng bốc nồi 1
Bảng 2.5 Bề dày buồng bốc
Nồi Stính (m) S (m) σth.10(N/m2-6) σc/1,2.10
-6
(N/m2) Schọn (m)
2 0.0022 0,003 96,78 200 0,004
3 0.00161 0,002 67,93 200 0,004
d. Bề dày nắp buồng bốc
Thiết kế nắp cho cả 3 nồi theo hình elip có gờ, vật liệu bằng thép cacbon CT3.
Sb = (m) (XIII.47/385 – [2]) Trong đó: Db = 1,8 m
[σk] = 131,54.106 (N/m2) φh = 0,95 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hb là chiều cao phần lồi của nắp: hb = 0,25.Db = 0,45(m)
k là hệ số không thứ nguyên, xác định như sau: k = 1 – d/Db(XII.48/385-[2]) Ở đây d là đường kính lớn nhất của lỗ trên nắp thiết bị ta chọn d =0,2 m
k = 1-0,2/1,8 = 0.89
P là áp suất của hơi thứ (N/m2) Nồi 1: Pht1 =4547,82 (N/m2)
S =0,0033 +C
Ta thấy S – C = 3,3 mm < 10mm nên giá trị C tính ở trên phải thêm 2mm. Như vậy:
C = 0,0014 + 0,002 = 0,0034(m) Suy ra: S = 0,0033(m) = 3,3 (mm)
Theo bảng XIII.11/384-[2], chọn bề dày S = 4(mm) cho nắp buồng bốc nồi 1 Kiểm tra ứng suất thành nắp với áp suất thử thủy lực theo công thức:
σ = (XIII.49/386 – [2]) Ta có Po = 1,5Pht1 + P1 = 342551,36(N/m2)
σ = 147,9.106 < 200.106 (N/m2)
Vậy nắp buồng bốc nồi 1 có bề dày là 4 mm đảm bảo độ bền. Tính toán tương tự với nồi 2 và nồi 3 ta được:
Nồi 2: Pht2 =4682,8 (N/m2)
=> nắp buồng bốc nồi 2 có bề dày là 3 mm đảm bảo độ bền. Nồi 3: Pht3 =4746,9 (N/m2)
Bảng 2.6 Bề dày nắp buồng bốc Nồi Stính (mm) S (mm) σth.10(N/m2-6) σc/1,2.10-6 (N/m2) Schọn (mm) 1 0.0033 0,004 147,92 200 0,004 2 0.0023 0,003 70,52 200 0,004 3 0.0016 0,002 18,57 200 0,004
Chiều cao nắp buồng bốc: 0,55(m)
3. Cửa làm vệ sinh
Chọn đường kính sữa chữa và làm vệ sinh là 0,5m để thuận tiện cho việc sữa chữa và làm vệ sinh thiết bị.
VIII.-ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN
1. Đường kính ống dẫn hơi đốt
Đường kính ống dẫn và cửa ra vào của thiết bị xác định theo phương trình:
(VII.42.47-[2]) Trong đó: Vs: lưu lượng hơi đốt đi trong ống (m3/s); Vs = v.D
D: là lượng hơi đốt đi trong ống (kg/h)
v: thể tích riêng của hơi đốt (m3/kg), tra bảng I.250/312-[1] theo nhiệt độ hơi đốt
w: vận tốc của hơi đi trong ống (m/s) Nồi 1: tbđ1 = 142,9oC v = 0,0011 (m3/kg)
Lượng hơi đốt đi trong ống: D1 = 4076,97(kg/s) Chọn vận tốc hơi đốt đi trong ống: w = 40(m/s)
d1 = 0,12 (m) = 120(mm)
Vậy, quy chuẩn d1 theo bảng XIII.26/409-[2], ta lấy: d1 = 125 (mm) và dn1 = 133 (mm)
Tính toán tương tự cho nồi 2 và nồi 3 ta được Nồi 2: tbđ2 = 122,526 oC
d2 = 125 (mm) và dn2 = 133 (mm) Nồi 3: tbđ1 = 100,12oC
d’ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
d3
d
TBGN Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 Bể chứa
d2 d1
TBGN Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 Bể chứa
Bảng 2.7 Đường kính ống dẫn hơi đốt Nồi (ThdoC) D (kg/s) W (m/s) V (m3/kg) Vs (m3/s) dtính (mm) dqc (mm) dn (mm) 1 142.9 4076.9 7 40 0.47 0.53 130,51 125 133 2 122.526 3093.29 40 0.83 0.71 150,85 150 159 3 100.12 3085.8 40 1.67 1.43 213,44 200 219
Từ bảng trên, ta chọn đường kính ống dẫn hơi đốt cho cả 3 nồi là: d = 150 (mm), dn = 159 (mm)
2. Đường kính ống dẫn hơi thứ
Tương tự như tính đường kính ống dẫn hơi đốt, ta dùng công thức:
(VII.42.47-[2])
Đường kính ống dẫn hơi thứ của nồi 1 bằng đường kính ống dẫn hơi đốt vào nồi 2.
Đường kính ống dẫn hơi thứ của nồi 2 bằng đường kính ống dẫn hơi đốt vào nồi 3.
Nồi 3: Tht3 = 65,2oC suy ra V = 6,4(m3/kg) W3 = 3085,8(kg/h)
Chọn vận tốc hơi thứ đi trong ống: w =40 (m/s) Suy ra: d3 = 0,416(m) = 416(mm)
Vậy, quy chuẩn d3 theo bảng XIII.27/417-[2], ta lấy: d3 = 0,4(mm) và dn3 =0,413 (mm) Bảng 2.8 Đường kính ống dẫn hơi thứ Nồi (ThdoC) W (kg/s) w (m/s) V (m3/kg) Vs (m3/s) dtính (mm) dqc (mm) dn (mm) 3 65,2 3085,8 40 6,4 5,45 416 0,4 0,413 3. Đường kính ống dẫn dung dịch d2 d1 d
Áp dụng công thức: d = (m)
Với: G là khối lượng dung dịch (kg/h)
ρ là khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3) w là vận tốc của dung dịch (m/s)
Đường kính của ống dẫn dung dịch vào thiết bị gia nhiệt:
G1 = 15000 kg/h
Xem dung dịch trước khi vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ môi trường 25oC, nồng độ đầu 10%, tra bảng I.44/41-[1], ta được: ρ = 1101 (kg/m3)
Chọn: w = 1 (m/s)
d = 0,069(m) =69 (mm)
Vậy, quy chuẩn d theo bảng XIII. 26/409-[2], ta lấy: d = 50(mm) và dn = 57(mm)
Tính toán tương tự cho nồi 1,nồi 2,nồi 3 ta được:
Đường kính của ống dẫn dung dịch vào nồi 1:
G1 = 15000(kg/h)
d1 = 70(mm) và dn1 = 76 (mm)
Đường kính của ống dẫn dung dịch vào nồi 2:
G2 = G1 – W1 = 12179,09 (kg/h) d2 = 50 (mm) và dn2 = 57 (mm) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đường kính của ống dẫn dung dịch vào nồi 3:
G3 = G2 – W2 = 9085,8 (kg/h) d3 = 50 (mm) và dn3 = 57 (mm)
Đường kính của ống dẫn dung dịch ra khỏi nồi 3:
G’ = G2 – W2 = 6000 (kg/h) Chọn w = 1 (m/s)
d3 = 0,0418 (m) = 41,8 (mm)
Vậy, quy chuẩn d’ theo bảng XIII.26/409-[2], ta lấy: d’ = 40 (mm) và d’n = 45 (mm) Bảng 2.9 Đường kính ống dẫn dung dịch Vị trí G (kg/h) ρ (kg/m3) w (m/s) dtính (mm) dqc (mm) dn (mm) Vào TBGN 15000 1101 1 69 50 57 Vào nồi 1 15000 1081,42 1 70 70 76 Vào nồi 2 12179,09 1122 1 62 50 57 Vào nồi 3 9085,8 1212 1 52 50 57 Ra nồi 3 6000 1212 1 42 40 45
- Vào TBGN: d = 50 (mm), dn = 57 (mm)
- Vào nồi 3: d = 50 (mm), dn = 57 (mm)
- Ra nồi 3: d = 40 (mm), dn = 45 (mm)
4. Đường kính ống tháo nước ngưng
Áp dụng công thức:
Với: Vs là lưu lượng nước chảy trong ống (m3/s); Vs = D.v D là lượng hơi đốt (kg/h)
v là thể tích riêng của hơi đốt (m3/kg) và v = (m3/kg)
ρ là khối lượng riêng của nước ngưng ở Thd (tra bảng I.249/310-[1]) w là tốc độ nước đi trong ống (m/s), chọn w = 0,1 (m/s) cho cả 3 nồi
Nồi 1: thđ1 = 142,9oC ρ1 = 1081,42 (kg/m3) v1 = 0,0011 (m3/kg) Lượng nước ngưng ra nồi: D1 = 4076,97 (kg/s)
d1 = 0,12 (m) = 120 (mm)
Quy chuẩn d1 theo bảng XIII.26/409-[2], ta lấy: d1 = 125 (mm) và dn1 = 133 (mm)
Tính toán tương tự nồi 1 cho nồi 2, 3 ta có: Nồi 2: thđ2 = 122,53oC v2 = 0,0011 (m3/kg)
Quy chuẩn d2 theo bảng XIII.26/409-[2], ta lấy: d2 = 125 (mm) và dn2 = 133 (mm)
Nồi 3: thđ3 = 100,12oC v3 = 0,01 (m3/kg)
Quy chuẩn d3 theo bảng XIII.26/409-[2], ta lấy: d3 = 125 (mm) và dn3 = 133 (mm)
Bảng 2.10 Đường kính ống tháo nước ngưng
Nồi (ThdoC) (kg/s)D (m/s)W (m3V/kg) Vs.103(m3/s) (mm)dtính (mm)dqc (mm)dn
1 142,9 4076,97 0,1 0,0011 0,00122 120 125 133
2 122,53 3093,2
9 0,1 0,0011 0,00091 110 125 133
3 100,12 3085,8 0,1 0,0010 0,00089 110 125 133
Từ bảng trên, ta chọn đường kính ống dẫn hơi đốt cho cả 3 nồi là: d = 125 (mm), dn = 133 (mm)
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các thiết bị khác với thiết bị. Những yêu cầu của mặt bích:
o Mối ghép phải luôn kính ở áp suất và nhiệt độ làm việc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});