Chọn đáy và nắp cĩ dạng là ellipise tiêu chuẩn, cĩ gờ bằng thép X18H10T.
Các kích thước của đáy và nắp ellipise tiêu chuẩn, cĩ gờ ( [4]-tập2- trang 382)
+ Đường kính trong: Dt = 1000 (mm).
+ Chiều cao phần lồi của đáy : hb = 250 (mm)
+ Chiều cao gờ: hgờ = h = 25 (mm). (Bảng XIII.11- [4]-tập2- trang384) + Thể tích đáy : V = 151 . 10-3 (m3)
Chiều dày S của đáy và nắp làm việc chịu áp suất trong: ► S = . + C (với k =1 do đáy khơng cĩ lỗ)
= . + 0,0024
= 0,0032 (m) = 3,2 (mm)
→ Chọn bề dày của đáy và nắp là Sđ = Sn = 4 (mm)
3 . Bích ghép thân, đáy và nắp :
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng:
+ Bích liền: là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ yếu dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.
+ Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ bằng kim loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu bền hơn thiết bị.
+ Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao.
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền khơng cổ.
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 420, ứng với Dt = 1000 (mm) và áp suất tính tốn Ptt = 0,212 (N/mm2) ta chọn bích cĩ các thơng số sau : Ptt Dt Kích thước nối h Bu lơng D Db D1 D0 db Z (N/mm2) (mm) (Cái) 0,3 1000 1140 1090 1060 1013 22 M20 28
Bảng IX.5[4] (tập 2)- trang 170, chọn số mâm giữa hai mặt bích là 6 mâm, ứng với đường kính trong của tháp Dt =1000m và khồng cách giữa hai đĩa Hđ = 300mm.Vậy, số bích ghép thân-đáy-nắp là 7 bích.
Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định. Đệm làm bằng các vật liệu mềm hơn so với vật liệu bích. Khi xiết bu lơng, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên bề mặt của bích. Vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm là Paronit, cĩ bề dày là 3(mm).
4 . Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn :
Bích được làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền khơng cổ.
4.1 Ống dẫn dịng nhập liệu :
Suất lượng nhập liệu: GF = 2910,025 (kg/h). Dịng lỏng nhập liệu
tF = 86oC và
tF = 86oC tra bảng 1.2 [4] – tập 1 –trang 9
→ Khối lượng riêng của nước : ρN = 967,8 (kg/m3) → Khối lượng riêng của rượu : ρR = 729,3 (kg/m3)
► ρxtb = = = 894,115 (kg/h)
► Lưu lượng chất lỏng nhập liệu đi vào tháp: = = 3,255 (m3/h).
► Chọn vận tốc chất lỏng nhập liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm nhập liệu): vF = 0,2 (m/s).
► Đường kính ống nhập liệu: dF = (m).
Chọn đường kính ống nhập liệu: dF = 0,08 (m).
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dt = 1000 (mm) và áp suất tính tốn Ptt = 0,212 (N/mm2)
Các thơng số của bích ghép ống dẫn nhập liệu:
Ptt Dy Ống Kích thước nối h Bu lơng Dn D Db D1 db Z (N/mm 2) (mm) (Cái) 0,25 80 89 185 150 128 14 M16 4 4.2 Ống hơi ở đỉnh tháp:
Suất lượng hơi ở đỉnh tháp: gd = GD . (R+1) = 805,771.(1,3153+1) = 1865,602 (kg/h). ►Khối lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp được tính theo cơng thức (xác định ở
= = 1,404 (kg/m3).
►Lưu lượng hơi ra khỏi tháp: = = 1328,776 (m3/h). ►Chọn vận tốc hơi ở đỉnh tháp: vh = 30 (m/s).
►Đường kính ống dẫn hơi: dh = (m).
Chọn đường kính ống dẫn hơi: dh = 0,15 (m).
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dt = 1000 (mm) và áp suất tính tốn Ptt = 0,212 (N/mm2)
Các thơng số của bích ghép ống hơi ở đỉnh tháp:
Ptt Dy Ống Kích thước nối h Bu lơng Dn D Db D1 db Z (N/mm 2) (mm) (Cái) 0,25 150 156 260 225 16 10 M16 8 4.3 Ống dẫn dịng hồn lưu:
►Suất lượng hồn lưu: Ghl = GD . R = 805,771 . 8,7604 = 7058,876 (kg/h). ►Dịng lỏng hồn lưu
tF = 79oC và
tF = 79oC tra bảng 1.2 [4] – tập 1 –trang 9
→ Khối lượng riêng của nước : ρN = 972,55 (kg/m3) → Khối lượng riêng của rượu : ρR = 735,95 (kg/m3)
► ρxhl = = = 754,112 (kg/m3)
►Lưu lượng chất lỏng hồn lưu: = = 9,361 (m3/h).
►Chọn vận tốc chất lỏng hồn lưu (tự chảy từ bộ phận tách lỏng ngưng tụ vào tháp): vhl = 0,2 (m/s).
►Đường kính ống hồn lưu: dhl = 0,129 (m).
Chọn đường kính ống hồn lưu: dhl = 0,15 (m).
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dt = 1000 (mm) và áp suất tính tốn Ptt = 0,212 (N/mm2)
Các thơng số của bích ghép ống dẫn dịng hồn lưu:
Ptt Dy Ống Kích thước nối h Bu lơng Dn D Db D1 db Z (N/mm 2) (mm) (Cái) 0,25 150 159 260 225 202 16 M16 8
4.4Ống dẫn từ nồi đun qua tháp:
►Khối lượng riêng của hơi vào tháp
(kg/m3) ► Lưu lượng hơi vào tháp:
QL = = = 0,586 (m3/s)
►Chọn vận tốc chất lỏng vL = 35 (m/s).
► Đường kính ống dẫn chất lỏng: dL= (m)
Chọn đường kính ống dẫn: dL = 150 (mm).
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dt = 1000 (mm) và áp suất tính tốn Ptt = 0,212 (N/mm2)
Ptt Dy Ống Kích thước nối h Bu lơng Dn D Db D1 db Z (N/mm 2) (mm) (Cái) 0,25 150 159 260 225 202 16 M16 8 4.5 Ống dẫn dịng sản phẩm đáy:
Suất lượng sản phẩm đáy: GW = 2104,281 (kg/h). ►Dịng sản phẩm đáy:
tW = 100oC và
tW = 100oC tra bảng 1.2 [4] – tập 1 –trang 9
→ Khối lượng riêng của nước : ρN = 958 (kg/m3) → Khối lượng riêng của rượu : ρR = 716 (kg/m3)
► ρxW = = = 956,873 (kg/m3)
►Lưu lượng sản phẩm đáy: = = 2,195 (m3/h).
► Chọn vận tốc sản phẩm đáy (chất lỏng tự chảy): vW = 0,12 (m/s).
► Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: dW= =0,08(m).
Chọn đường kính ống dẫn: dW = 0,08 (m).
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dt = 1000 (mm) và áp suất tính tốn Ptt = 0,212 (N/mm2)
Các thơng số của bích ghép ống dẫn dịng sản phẩm đáy:
Ptt Dy Ống Kích thước nối h Bu lơng Dn D Db D1 db Z (N/mm (mm) (Cái)
2)
0,25 80 89 185 150 128 14 M16 4
5. Tai treo và chân đỡ:
• Tính khối lượng của tồn tháp:
► Khối lượng của một bích ghép thân: (thép CT3: ρCT3 = 7850 (Kg/m3)). m1 =
D = 1,14 (m) : Đường kính ngồi của bích.
Dt = 1 (m) : Đường kính trong của thân tháp.
h = 0,22 (m) : Chiều cao của bích.
ρCT3 = 7850 (Kg/m3) : Khối lượng riêng của théo CT3.
m1 =
= . () . 0,22 . 7850 = 406,372 (kg).
► Khối lượng của một mâm: (thép X18H10T: ρX18H10T = 7900 (Kg/m3)). m2 = (F – z . π . - n . π . ) . δmâm . ρX18H10T
F = 0,785 (m2) : Tiết diện tháp
z = 1 (m) : Số ống chảy chuyền ở một mâm.
dc = 0,0717 (m) :Đường kính ống chảy chuyền.
dh = 0,05 (m): Đường kính ống hơi.
δmâm = 0,004: Chiều dày mâm.
ρX18H10T = 7900 (Kg/m3) : Khối lượng riêng của thép X18H10T.
m2 = (F – z . π . - n . π . ) . δmâm . ρX18H10T = (0,785 – 1 . π . – 40 . π .). 0,004 . 7900 = 22,197 (kg)
► Khối lượng của thân tháp:
= π . 1 . 11,844 . 0,004 . 7900 = 1175,805 (kg)
Dt = 1 (m) : Đường kính trong của thân tháp.
Hthân = 11,844 (m) : Chiều cao thân tháp
δthân= 0,004 (m) : Chiều dày thân tháp.
ρX18H10T = 7900 (kg/m3) : Khối lượng riêng của thép X18H10T.
m3 = . Dt . Hthân. . ρX18H10T = π . 1 . 11,844 . 0,004 . 7900 = 1175,805 (kg)
► Khối lượng của đáy (nắp) tháp: m4 =Sđáy .δđáy . ρX18H10T
Dt = 1 (m) : Đường kính trong của thân tháp.
Sđáy = 1,16 (m2) : Diện tích trong của đáy (nắp)
δđáy = 0,004 (m) : Chiều dày đáy (nắp).
ρX18H10T = 7900 (kg/m3) : Khối lượng riêng của thép X18H10T.
m4 =Sđáy .δđáy . ρX18H10T = 1,16 . 0,004 . 7900 = 36,656 (kg)
► Khối lượng chĩp trên mâm của tồn tháp :
Mchĩp = Ntt .n .(π . d2ch. hch .δch + π.d2ch.δch – i . δch b.a ) . ρX18H10T
= 36 . 40 . (π . 0,082 . 0,0625 . 0,002 + π . 0,082 . 0,002 - 39. 0,002 . 0,02 . 0,004) . 7900 = 415,061 (kg)
Ntt = 36 mâm : Số mâm thực tế.
n = 40 chĩp : Số chĩp phân bố trên đĩa.
dch = 0,08 (m): Đường kính chĩp.
hch = 0,0625 (m) : Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa.
δch = 0,002 (m) : Chiều dày chĩp.
i = 39 khe : Số khe hở của mỗi chĩp.
b = 0,02 (m) : Chiều cao khe chĩp.
a = 0,004 (m) : Chiều rộng khe chĩp.
ρX18H10T = 7900 (kg/m3) : Khối lượng riêng của thép X18H10T.
= 36 . 40 . (π . 0,082 . 0,0625 . 0,002 + π . 0,082 . 0,002 - 39. 0,002 . 0,02 . 0,004) . 7900 = 415,061 (kg)
► Khối lượng ống hơi :
Mống hơi = π . dh . hh .δch . n . Ntt . ρX18H10T
dh = 0,05 (m) : đường kính ống hơi.
hh = hch – h2 - δch + δhơi = 0.0625 – 0.0125 - 0.002 + 0.002 = 0.05 (m) hch = 0,0625 (m) : Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa.
h2 = 0,0125 (m): Chiều cao chĩp phía trên ống hơi.
δch = 0,002 (m) : Chiều dày chĩp.
δhơi = 0,002 (m) : Chiều dày ống hơi.
→ hh = hch – h2 - δch + δhơi = 0.0625 – 0.0125 - 0.002 + 0.002 = 0.05 (m)
δch = 0,002 (m) : Chiều dày chĩp.
n = 40 : Số chĩp phân bố trên đĩa.
Ntt = 36 mâm : Số mâm thực tế.
ρX18H10T = 7900 kg/m3 : Khối lượng riêng của thép X18H10T.
Mống hơi = π . dh . hh .δch . n . Ntt . ρX18H10T
= π . 0,05 . 0,05 . 0,002 . 34 . 36 . 7900 = 151,89 (kg)
► Khối lượng ống chảy chuyền :
Mchảy chuyền = . dc . δc . hch . Ntt . ρX18H10T
dtb = 0,0717 m : đường kính trung bình ống chảy chuyền
δc = 0,003 m : chiều dày ống chảy chuyền
hch = 0,0625 (m) : Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa.
ρX18H10T = 7900 kg/m3 : Khối lượng riêng của thép X18H10T.
Mchảy chuyền = . dc . δc . hch . Ntt . ρX18H10T
= . 0,0717 . 0,003 . 0,0625 . 7900 . 36 = 6,006 (kg)
► Khối lượng bích nối các ống dẫn :
Mống dẫn = π/4 . 2 . [(0,1852 – 0,082) . 0,014 + (0,082 – 0,0152) . 0,01 +
(0,262 – 0,0152) . 0,016 + ( 0,262 – 0,0152) . 0,016 + (0,1852 - 0,082) . 0,014] . 7850 = 36,953 (kg)
► Khối lượng dung dịch trong tháp ( xem Vdung dịch = 0,5 Vtháp ) Mdd = 0,5 ( π.D2t. H/4 + Vđáy ) . ρx
= 0,5 . ( π . 12. + 0,151) . 894,115 = 4226,149 (kg)
Khối lượng của tồn tháp:
m = 7 . m1 + Ntt . m2 + m3 + 2 . m4 + Mchĩp + Mống hơi + Mchảy chuyền + Mống dẫn + Mdd = 7.406,372 + 36.22,197 + 1175,805 + 2.36,656 + 415,061 + 151,89 + 6,006 + 36,953 + 4226,149
=9728,872 (kg)
a. Chọn tai treo :
o Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3 . Tấm lĩt là vật liệu làm thân: [σCT3]= 130.106 (N/m2)
o Chọn số tai treo : n = 4
o Tải trọng lên một tai treo ( 4 tai treo và 4 chân đỡ):
Q0 = = = 11930(N)
oChọn tải trọng cho phép lên một tai treo là 2,5.104 N
Theo Bảng XIII.36 [4] (tập 2)- trang 438: tai treo thiết bị thẳng đứng. Kích thước tai treo : cho ở bảng sau (tính theo mm)
L B B1 H S l a d
b. Chọn chân đỡ:
- Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3 .
- Tải trọng cho phép lên một chân đỡ: 2,5.104 N
Theo bảng XIII.35 STT2 . Chân thép đối với thiết bị thẳng đứng (Đơn vị là : mm)
L B B1 B2 H h s l d
250 180 215 290 350 185 16 90 27
c. Tính chiều dày lớp cách nhiệt
- Trong quá trình hoạt động cua tháp, do tháp tiếp xúc với khơng khí nên nhiêt lượng tổn thất ra mơi trường rất lớn. Làm chi phí vận hành cao, và tháp hoạt động khơng ổn định. Do đĩ cần bọc cách nhiệt cho tháp.
- Chọn vât liệu cách nhiệt cho than tháp là amiăng cĩ bề dày là . - Hệ số dẫn nhiệt của amiăng là λa = 0,151
Qm = 0,05.Qđ = 0,05. 2315,101 = 115,755 (kW) = 115755 (W) - Nhiệt tải mất mát riêng:
Trong đĩ:
tv1 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngồi của tháp. tv2 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với khơng khí.
∆tv : hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt của lớp cách nhiệt. Để an tồn ta lấy ∆tv = ∆tmax = tđáy – tkk
Chọn tkk = 300C → ∆tv = ∆tmax = 100 – 30 = 70 (K)
ƒtb : diện tích bề mặt trung bình của tháp (kể cả lớp cách nhiệt); m2 ƒtb = .Dtb.H = . = π . = .(Dtb+Sthân+ ).H
Ta cĩ phương trình: = . 70
→ = 3,423 mm
Vậy chọn bề dày lớp cách nhiệt là = 5 mm - Thể tích vật liệu cần dùng:
V = . Dt . (Sthân+ ) . H
= . 1 . (0,004 + 0,005) . 11,844 = 0,335 (m3)
CHƯƠNG V: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ.
1. Các thiết bị truyền nhiệt:
1.1. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh:
Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống trong: 16x1,6 ; kích thước ống ngồi: 25x2,5.
Chọn: + Nước làm lạnh đi trong ống trong (Φ14/16) với nhiệt độ đầu: tN = 28oC, nhiệt độ cuối: t’N = 40oC.
+ Sản phẩm đỉnh đi trong ống ống ngồi(Φ26/28) với nhiệt độ đầu:tD = 79oC, nhiệt độ cuối: t’D = 35oC.
Cc tính chất lý học của nước làm lạnh được tra ở [4- (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình
t2 = =34oC:
+ Nhiệt dung riêng: cN = 4,181 (KJ/kg.độ). + Khối lượng riêng: ρN = 994,4 (Kg/m3). + Độ nhớt động lực: µN = 0,5811.10-3 (N.s/m2). + Hệ số dẫn nhiệt: λN = 0,629 (W/moK).
Các tính chất lý học của sản phẩm đỉnh được tra ở tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với
nhiệt độ trung bình t1 = oC:
+ Nhiệt dung riêng: cD= 3055,418 (J/kg.độ). + Khối lượng riêng: ρD = 779,237 (kg/m3). + Độ nhớt động lực: µD = 0,6911.10-3 (N.s/m2). + Hệ số dẫn nhiệt: λD = 0,214 (W/moK).
a . Suất lượng nước cần dùng để làm mát sản phẩm đỉnh:
Suất lượng sản phẩm đỉnh:
GD = 805,771 (kg/h) = 0,224 (Kg/s). Lượng nhiệt cần tải:
QD = GD.cD.(tD-t’D) = 0,224 . 2889,184 . (79 - 35) = 28475,798 (J/s) = 28,476 (kJ/s). Suất lượng nước cần dùng:
GN = = 0,567 (kg/s).
b . Xác định bề mặt truyền nhiệt :
790C
350C
Ftb = ,(m2) (IV.7). Với: + K : hệ số truyền nhiệt.
+ ∆tlog : nhiệt độ trung bình logarit.
• Xác định ∆tlog :
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều.
(oK).
• Xác định hệ số truyền nhiệt K:
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức: K = (W/m2.oK)
Với: + αN : hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m2.oK). + αD : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh (W/m2.oK). + δ: bề dày lớp cáu (m).
* Dịng nĩng (sản phẩm đỉnh ở ống ngồi)
Vận tốc của sản phẩm đỉnh đi trong ống ngồi:
0,871 (m/s). Đường kính tương đương: dtd = Dtr –dng = 0,026 - 0,016 = 0,01 (m).
Chuẩn số Reynolds :
9820,799 > 2320 : chế độ quá độ.
Chuẩn số Nusselt cĩ dạng:
Trong đĩ:
εl : hệ số hiệu chỉnh, giá trị của ε1 phụ thuộc vào tỉ lệ L/d khi Re < 104. Ta cĩ = = 58 → εl =1.
C : hệ số phụ thuộc vo chuẩn số Reynolds, ReD = 9820,799 → C = 32,462.
PrD : chuẩn số Prandlt của sản phẩm đỉnh ở 57oC,
= 9,867
Prv1 : chuẩn số Prandlt của sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ trung bình của vách. ►NuD = 32,462 . 9,8670,43 . =
* Dịng lạnh (nước trong ống nhỏ)
Vận tốc nước đi trong ống:
3,704 (m/s).
Chuẩn số Reynolds :
88737,922 > 104 : chế độ chảy rối.
tN tw2 tw1 tD Δtlog ΔtV Δt1 Δt2 Trong đĩ:
εl : hệ số hiệu chỉnh, giá trị của ε1 phụ thuộc vào tỉ lệ L/d và ReN. Ta cĩ = = 107 và ReN = → εl =1.
PrN : chuẩn số Prandlt của nước ở 34oC → PrN = 4,976
Prw2 : chuẩn số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bình của vách. ►
= 0,021 . 88737,9220,8 . 4,9760,43 .
=
● Nhiệt độ thành ống tw1 và tw2
Sơ đồ phân bố nhiệt độ khi truyền nhiệt giữa các lưu chất qua vách ngăn.
Ta thực hiện phép tính lặp.
Khởi điểm ta chọn gần đúng hiệu số giữa nhiệt độ lưu chất và vách ngăn như sau: ~
Suy ra: = = 15,4230C = 1,7060C → tv1 = t1 - Δt1 = 57 – 15,423 = 41,5770C → tv2 = Δt2 + t2 = 1,706 + 34 = 35,7060C * Dịng nĩng (sản phẩm đỉnh ở ống lớn) Prv1 = Nhiệt độ tv1 = 41,5770C
Nhiệt dung riêng: cv1= 2460,595 (J/kg.độ).
Độ nhớt động lực: µv1 = 0,789.10-3 (N.s/m2).
Hệ số dẫn nhiệt: λv1 = 0,214 (W/moK).
Prv1 = = = 9,073
NuD = = 88,712
Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh trong ống lớn:
αD = = = 1898,437
* Dịng lạnh (nước trong ống nhỏ)
Prv2 =4,787
NuN = = 384,211
Hệ số cấp nhiệt của nước làm nguội trong ống nhỏ:
αN = = = 17262,051 K =