VI. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH
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.
o Luôn bền, tháo lắp nhanh và đảm bảo sản xuất hàng loạt, giá thành rẻ. Với: Dt: đường kính trong của ống hoặc thiết bị
Do: đường kính ngoài của ống hoặc thiết bị
D1: khoảng cách giữa 2 phần lỏm (trống) khi ghép bích Db: là khoảng cách giữa 2 bulong đối diện nhau
D: là đường kính của bích db: là đường kính của bulong h: là chiều cao của 1 bích
Mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp
Chọn bích liền bằng thép loại một để nối thiết bị: Theo bảng XIII.27/417-[2] ta có bảng số liệu sau:
Bảng 2.16 Mặt bích nối thiết bị
Thiết
bị P.10
-6
(N/m2) (mm)Dt
Kính thước ống nối Bulong (mm)h
D (mm) (mm)Db (mm)D1 (mm)Do (mm)db Z (cái) Buồng đốt 0,6 1400 1550 1500 1460 1413 M24 40 35 Buồng bốc 0,3 1800 1940 1890 1860 1815 M20 40 28
Bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn
Theo bảng XIII.26/409-[2] (đối với ống dẫn hơi thứ dùng bảng XIII.27/417-[2] với bích liền bằng thép loại 1), ta có bảng số liệu sau:
Bảng 2.17 Bích nối ống dẫn
Ống dẫn (mm)Dy Dn (mm)
Kích thước nối Bulong h
(mm) D
(mm) (mm)Dt (mm)D1 db (mm) (cái)Z
Dd vào nồi 50 57 140 110 90 M12 4 12 Dd ra 40 45 130 100 80 M12 4 12 Hơi thứ 400 413 545 500 462 M20 16 22 Nước ngưng 125 133 235 200 178 M16 8 14 Tuần hoàn 400 426 515 475 450 M16 20 20 XI.-TAI TREO
Chọn 4 tai treo bằng thép CT3 có khối lượng riêng 7850 kg/m3 cho mỗi nồi. Phải tính tải trọng tác dụng lên mỗi tai treo.
Tải trọng cho 1 tai treo là: Q = (N)
1) Trọng lượng thân thiết bị Gth
Tính trọng lượng của thân buồng đốt và buồng bốc theo công thức:
Trong đó: ρ là khối lượng riêng của thép (ρ = 7,85.103 kg/m3) Dn là đường kính ngoài của buồng đốt và buồng bốc (m) Dt là đường kính trong của buồng đốt và buồng bốc (m) H là chiều cao của buồng đốt và buồng bốc (m)
Tính tải trọng của thân thiết bị: G = g.M, g là gia tốc trọng trường (g = 9.82 m/s2)
Buồng đốt: Dt = 1,4 (m); Dn = 1,408 (m); H = 3 (m) Thay vào (∗): M = 415,29 (kg) Suy ra: G = 4073,96 (N) Buồng bốc: Dt = 1,8 (m); Dn = 1,808 (m); H = 3,1 (m) Thay vào (∗): M = 551,39 (kg) Suy ra: G = 5409,12 (N)
Bảng 2.18 Tải trọng thân thiết bị
Buồng đốt Buồng bốc ĐK trong Dt (m) 1,4 1,8 ĐK ngoài Dn (m) 1,48 1,808 Chiều cao H (m) 3 3,1 Thép CT3 ρ (kg/m3) 7850 7850 Tải trong G (N) 4073,96 5409,12
Tổng tải trọng của thân thiết bị: ∑G = 9483,08 (N)
2) Tải trọng của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn ngoài
Tính tải trọng của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn ngoài theo công thức:
Với: N là số ống truyền nhiệt, N = 517 ống
dn là đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 0,4(m)
dt là đường kính trong ống truyền nhiệt, dt = 32 (mm) = 0,032 (m) H là chiều cao ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn, H = 3 (m) d1, d2 là đường kính ngoài và trong của ống tuần hoàn (m) d1 = 0,4 (m); d2 = 0,426 (m)
Gtn = 57900,85 (N)
3) Trọng lượng của dung dịch trong thiết bị
Tính trọng lượng của dung dịch đi trong thiết bị gồm 3 phần: dung dịch đi trong ống truyền nhiệt, trong ống tuần hoàn và phần dung dịch sôi tràn lên 0,5m
Gdd =
Vì dung dịch trong nồi thứ 3 có khối lượng riêng lớn nhất nên ta chỉ cần tính trọng lượng đối với dung dịch trong nồi 3.
Với: d, dth, D lần lượt là đường kính trong của ống truyền nhiệt, ống tuần hoàn, và đường kính buồng đốt; d = 0,032m; dth = 0,4m; D = 1,4m
ρd và ρdds là khối lượng riêng của dung dịch trong ống và dung dịch sôi (lấy cho nồi 3); ρd = 1212 (kg/m3); ρdds = 606 (kg/m3)
h1 là chiều cao dung dịch sôi tràn lên h1 = 0,5m → Gdd = 37597,15 (N)
4) Trọng lượng vĩ ống
Vỉ ống để ghép ống. Có 2 vỉ ống trong 1 thiết bị. Đường kính của vỉ tương ứng bằng đường kính trong của buồng đốt.
Tính diện tích chiếm chỗ của vỉ:
S =
Trong đó, Dt và dn là đường kính trong của buồng đốt và đường kính ngoài của ống. Dt = 1,4 (m); dn = 1,408 (m); N là số ống N = 517 ống
Như vậy: S = 0,89 (m2)
Chọn chiều cao của vỉ h = 0,02m
Suy ra trong lượng của 2 vỉ: Gvỉ = 2.S.h.ρ.g = 2739,19 (N)
5) Trọng lượng của đáy buồng đốt
Như đã tính ở trên, đáy buồng đốt có bề dày bằng 4mm, chiều cao gờ bằng 25mm; đường kính trong bằng 1,4m. Tra bảng XIII.11/384-[2], ta có khối lượng đáy buồng đốt bằng 70,336kg. Vậy, Gđ = 689,99 (N).
6) Trọng lượng của nắp buồng đốt
Kết quả tính ở trên, nắp elip có bề dày 4mm, đường kính 1,8m. Vì các điều kiện này không cho trong bảng XIII.11/384-[2] nên ta có thể tính tải trọng của nắp theo công thức gần đúng sau:
Gn = Fn.Sn.ρt.g
Fn là bề mặt trong của nắp buồng bốc, xác định theo bảng XIII.10/382-[2] dựa vào đường kính buồng bốc. Fn = 3,65 (m2)
Sn bề dày nắp buồng bốc, Sn = 0,004m
Gn = 1124,32 (N)
7) Trọng lượng của bích
Trọng lượng của 4 bích ở buồng đốt:
Gbd =
Với: D là đường kính ngoài của bích đã chọn, D = 1,55m; Do là đường kính trong của bích, bằng đường kính ngoài của buồng đốt, Do = 1,413m.
Gbd = 3435,49 (N)
Trọng lượng của 4 bích ở buồng bốc:
Gbb =
Tương tự: h = 0,028m; D = 1,94m; Do = 1,89m
Gbb = 5186,27 (N) Bích nối ống dẫn hơi đốt:
Trọng lượng của 1 cặp bích nối ống dẫn hơi đốt với thiết bị: Gbhd =
Tương tự: D là đường kính của bích, D = 0,26m; Do là đường kính ngoài của ống, Do = 0,159m; h là chiều cao của bích, h = 0,016m
Gbhd = 327,46 (N) Bích nối ống dẫn hơi thứ:
Trọng lượng của 1 cặp bích nối ống dẫn hơi thứ với thiết bị: Gbht =
Tương tự: D là đường kính của bích, D = 0,545m; Do là đường kính ngoài của ống, Do = 0,413m; h là chiều cao của bích, h = 0,022m
Gbht = 1345,43 (N)
Bích nối ống dẫn dung dịch:
Trọng lượng của 1 cặp bích nối ống dẫn dung dịch: Gbdd =
Tương tự: D là đường kính của bích, D = 0,14m; Do là đường kính ngoài của ống, Do = 0,057m; h là chiều cao của bích, h = 0,012m
Gbdd = 94,89 (N)
Bích nối ống tháo nước ngưng:
Trọng lượng của 1 cặp bích nối ống tháo nước ngưng: Gbnn =
Với: D là đường kính của bích, D = 0,0235m; Do là đường kính ngoài của ống, Do = 0,133m; h là chiều cao của bích, h = 0,014m
Gbnn =254,14(N)
Bích nối ống tuần hoàn ngoài:
Trọng lượng của 1 cặp bích nối ống tuần hoàn ngoài: Gbth =
Với: D là đường kính của bích, D = 0,515m; Do là đường kính ngoài của ống, Do = 0,426m; h là chiều cao của bích, h = 0,02m
Gbth = 810,04 (N)
Vậy, trọng lượng tổng của bích:
Gb = Gbđ + Gbb + Gbhd +Gbht + Gbdd + Gbnn + Gbth = 11453,72 (N)
8) Trọng lượng của hơi
Lấy hơi có khối lượng riêng lớn nhất là hơi trong nồi 1; hơi đốt có nhiệt độ 142,9oC và hơi thứ có nhiệt độ 123,53oC.
Trọng lượng của hơi đốt:
Phần thể tích không gian hơi đốt: Vhd =
Với: Dt, dn là đường kính trong của buồng đốt và đường kính ngoài của ống Dt = 1,4m, dn = 0,04m
N là số ống, H là chiều cao của ống và buồng đốt Vậy: Vhd = 2,76 (m3)
Suy ra: Ghd = Vhd.ρ.g = 55,48 (N) Trọng lượng của hơi thứ:
Khối lượng riêng của hơi ở 123,53oC (bảng I.250/312-[1]): ρ = 1,3 (kg/m3) Phần thể tích không gian hơin thứ:
Vht =
Vht = 7,88 (m3)
Suy ra: Ght = Vht.ρ.g = 156,033 (N) Trọng lượng của hơi:
Gh = Ghd + Ght = 121144,34 (N)
Bảng 2.19 Tải trọng của thiết bị
Thân Ống TNvà tuần hoàn Dung dịch Vỉ Đáy Nắp Bích Hơi 9483,0 8 57900,85 37597,15 2739,19 689,99 1124,32 11453,72 156,033
Tổng tải trọng của thiết bị: ∑G = 121144,34 (N) Với tải trọng tác dụng lên mỗi tai treo và mỗi chân đỡ: G1 = ∑G/4 = 30286,08(N)
Tra bảng XIII.35/437-[2], ta có bảng sau:
Bảng 2.20 Chân thép CT3 đối với thiết bị thẳng đứng
Tải trọng cho phép trên 1 chân: 3.104(N) Bề mặt đỡ: 514.10-4(m2)
Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ: 3,02.106(N/m2) L (mm) B (mm) B1 (mm) B2 (mm) H (mm) h (mm) s (mm) l (mm) d (mm) Dt/A 260 200 225 330 400 225 16 100 27 200/75
0 Tra bảng XIII.36/438-[2], ta có bảng sau:
Bảng 2.21 Tai treo bằng thép CT3 đối với thiết bị thẳng đứng
Tải trọng cho phép trên 1 tai treo: 4.104(N) Bề mặt đỡ: 297.10-4(m2)
Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ: 1,3.106(N/m2)
L (mm) (mm)B (mm)B1 (mm)H s (mm) l (mm) a (mm) d (mm) KL 1 tai treo (kg) 190 160 170 280 10 80 25 30 735 CHƯƠNG 3: TÍNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ
I. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET
1) Lượng nước lạnh cần để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ
Gn = (kg/s) (VI.51/84-[2])
Trong đó: W là lượng hơi ngưng đi vào thiết bị ngưng tụ (kg/h) Gn là lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ (kg/h) i là nhiệt lượng riêng (hàm nhiệt) của hơi ngưng (J/kg) t2đ, t2c là nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh (oC) Cn là nhiệt dung riêng trung bình của nước (J/kg.độ) Ta chọn: t2đ = 25oC, t2c = 40oC
W = W3 = 0,86 (kg/s); i = 2615,4.103(J/kg); Cn = 4191,85 (J/kg.độ)
Gn = 33,49 (kg/s)
2) Lượng không khí và không khí ngưng cần hút ra khỏi thiết bị
Lượng khí không ngưng và không khí cần hút cụ thể là:
- Có sẵn trong hơi thứ;
- Rò rỉ vào qua những lỗ hở của thiết bị;
- Hòa tan trong nước làm lạnh;
Chính lượng này vào thiết bị ngưng tụ làm giảm độ chân không, áp suất riêng phần và hàm lượng tương đối của hơi trong hỗn hợp giảm đồng thời làm giảm hệ số truyền nhiệt của hơi đốt. Vì vậy cần liên tục hút khí không ngưng và không khí ra khỏi thiết bị.
Đối với thiết bị ngưng trực tiếp, lượng khí không ngưng và không khí hút ra khỏi thiết bị tính theo công thức:
Gkk = 0,000025W + 0,000025Gn + 0,01W (kg/s) (VI.47/48-[2]) = 0,094 (kg/s)
Khi đó thể tích không khí ở 0oC và 760mmHg cần hút là:
Vkk = 0,001[0,02(W + Gn) + 8W] (m3/s) (VI.48/84-[2]) = 0,0075 (m3/s)
3) Đường kính thiết bị ngưng tụ
Đường kính của thiết bị ngưng tụ được xác định theo hơi ngưng tụ và tốc độ hơi qua thiết bị. Tốc độ hơi phụ thuộc cách phân phối nước trong thiết bị, tức là độ lớn của các tia nước. Thiết bị làm việc ở áp suất 0,25 (at) nên tốc độ lựa chọn khoản 25 (m/s).
Thực tế thì người ta lấy năng suất của thiết bị gấp 1,5 lần so với năng suất thực của nó. Khi đó, đường kính của thiết bị tính theo công thức:
Dtr = (VI.52/84-[2])
Với: Dtr là đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (m) W lượng hơi ngưng tụ (kg/s). W = 0,22 (m3/s)
ωh là tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ (m/s), chọn ωh = 25 (m/s) → Dtr = 0,5 (m)
Chọn D = 500 (mm)
4) Kích thước tấm ngăn
Để đảm bảo làm việc tốt, tấm ngăn phải có dạng hình viên phân, do đó chiều rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức sau:
b = (mm) (VI.53/85-[2])
Với: Dtr là đường kính trong của thiết bị ngưng tụ (mm). Vậy: b = 300 (mm)
Trên tấm ngăn có nhiều lỗ nhỏ, lấy nước sạch làm nguội nên chọn đường kính của lỗ là 2mm.
Chiều cao của gờ cạnh tấm ngăn là 40mm. Chiều dày của tấm ngăn lấy bằng 4mm.
Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ nghĩa là trên một cặp tấm ngăn:
(VI/85 – [2]) Với: Gn là lưu lượng nước (m3/s)
Gn: phụ thuộc vào hơi nước được ngưng tụ và thường thay đổi trong (15 – 60) W ωc: tốc độ tia nước chọn ωc = 0,62(m/s) ứng với chiều cao gờ tấm ngăn 0,62(m/s) ρn = 994,55 (kg/m3) (bảng I.249/310-[1] lấy khối lượng riêng trung bình của nước)
→ ƒ = 0,054 (m2)
Các lỗ trên tấm ngăn sắp xếp theo hình lục giác đều nên ta có thể xác định bước
Với d là đường kính của lỗ (mm)
: tỷ số giữa tổng số diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết bị
ngưng tụ, thường lấy 0,025 – 0,1. Ta chọn = 0,1 → t = 0,55 (mm)
5) Chiều cao thiết bị ngưng tụ
Để chọn khoảng cách trung bình giữa các tấm ngăn và tổng chiều cao hữu ích của thiết bị ngưng tụ, ta dựa vào mức độ đun nóng nước và thời gian lưu của nước trong thiết bị ngưng tụ.
Mức độ đun nóng nước được xác định bằng công thức:
P = (VI.56/85-[2])
Với: t2c, t2đ là nhiệt độ cuối, đầu của nước tưới vào thiết bị (oC) tbh là nhiệt độ hơi nước bão hòa ngưng tụ (oC)
→ P = 0,383
Tra bảng (VI.7/86-[2]), ta có:
- Số bậc: 3
- Số ngăn: 6
- Khoảng cách giữa các ngăn: 300 (mm)
- Thời gian rơi qua 1 bậc: 0,35 (s) Tra bảng (VI.8/88-[2]), ta có:
- Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị: 1300(mm)
- Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị: 1200(mm)
- Chiều cao tổng của hệ thống thiết bị: 5080(mm)
- Chiều rộng của hệ thống thiết bị: 2350(mm)
- Bề rộng của tấm ngăn: 500(mm)
- Chiều cao của thiết bị thu hồi: 1350(mm)
- Đường kính của thiết bị thu hồi: 400(mm)
Áp suất trong thiết bị là 0,2 at do đó để tháo nước ngưng và hơi ngưng tụ một cách tự nhiên thì cần phải có ống baromet:
Đường kính ống baromet tính theo công thức:
dB = (m) (VI.57/86-[2])
Trong đó: W là lượng hơi ngưng (kg/s).
Gn là lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s).
ω là tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống boromet (m/s). Thường lấy ω = 0,5 – 0,6 (m/s). Chọn ω = 0,6 (m/s)
→ dB = 0,16 (m)
Theo quy chuẩn d = 0,2 (m)
7) Chiều cao ống Baromet
Được xác định theo công thức sau:
H = h1 + h2 + 0,5m (VI.58/86-[2])
Trong đó: h1 là chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số áp suất khí quyển và áp trong thiết bị ngưng tụ:
h1 = 10,33 (m) (VI.59/86-[2] Với: b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ
b = 0,75at = 551,7 (mmHg)
h2 là chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực → h1 = 7,49 (m)
Và h2 = (VI.60/87-[2])
Hệ số trở lực khi vào đường ống lấy ζ = 0,5; khi ra khỏi ống lấy ζ = 1 thì công
thức trên có dạng như sau: h2 = (m) Với: H là toàn bộ chiều cao ống baromet (m)
D là đường kính trong của ống baromet (m) λ là hệ số ma sát khi nước chảy trong ống
Để tính chuẩn λ ta tính chuẩn số Re khi chất lỏng chảy trong ống Baromet:
Re = (II.58/377-[2])
Với: dB là đường kính ống dẫn (m)
ρn là khối lượng riêng trung bình của nước ρn = 994,55 (kg/m3) tra bảng (I.249/310-[1])
μ là độ nhớt trung bình của nước trong khoảng 25oC đến 40oC tra bảng (I.249/310-[1]): μ = 0,773.10-3 (n.m/s2)
→ Re = 2,32.105>104
Vậy dòng nước trong ống Baromet ở chế độ chảy xoáy. Hệ số ma sát:
(II.65/380-[1])
Trong đó ∆ độ nhám tương đối xác định theo công thức: ∆ = (II.66/380-[1]) Ở đây ε là độ nhám tuyệt đối: ε = 0,2 mm và dtd là đường kính tương đối của ống → ∆ = 2.10-3
→ λ = 0,0023 Nên: h2 = 0,99