4.2.1 Cấu tạo
Hình 4.2 Mặt cắt ngang của nồi hấp
Cấu tạo nồi hấp dạng hình trụ rỗng có ba chân đỡ và đƣợc làm bằng thép tấm CT3. Chân đỡ bằng thép CT3 đƣợc hàn trực tiếp lên nồi hấp. Bên trong nồi hấp có một dàn lƣới có lỗ thƣa đƣờng kính lỗ bằng ϕ10mm để chứa hạt điều bên trong ngăn cách hạt điều tiếp
42
xúc trực tiếp với thành nồi hấp nhằm tăng diện tích tiếp xúc hơi hấp cho hạt điều. Khoảng cách giữa lƣới ngăn này cách thành của nồi hấp 40mm, riêng mặt đáy dàn lƣới này đƣợc thiết kế dạng mặt nghiêng một góc 200 nghiêng về phía cửa tháo liệu để hạt điều sau hấp dễ dàng đƣợc lấy ra ngoài. Cửa nạp liệu nằm phía trên nồi hấp có cấu tạo dạng hình chữ nhật có nắp đậy và có cơ cấu vít me để siết chặt nắp lại khi hấp, một van xả hơi hấp nếu áp suất hơi vƣợt mức quy định, một van cấp hơi từ thiết bị trao đổi nhiệt và một van xả hơi của nồi hấp qua đƣờng ống của bơm hút chân không. Trên nắp nồi hấp còn đƣợc trang bị 1 nhiệt kế, 2 áp kế để quan sát nhiệt độ và áp suất bên trong nồi hấp. Cửa tháo liệu đƣợc đặt tại thành của nồi hấp dạng hình chữ nhật có kích thƣớc bằng với kích thƣớc của cửa nạp liệu và một nắp đậy tƣơng tự nhƣ nắp đậy của cửa nạp liệu. Phía đáy của nồi hấp chính có 1 van cấp hơi hấp từ bình sinh hơi và 1 van xả cặn để vệ sinh nồi hấp sau khi hấp xong.
Hình 4.3 Cấu tạo bên ngoài nồi hấp
43
4.2.2 Xác định kích thƣớc nồi hấp
Theo tài liệu nghiên cứu của Bart-Plange, A., Mohammed-Kamil, A. P., Addo, A. and Teye, E về tính chất vật lý và cơ tính của hạt điều ta biết đƣợc mật độ khối của hạt điều phụ thuộc vào độ ẩm nhƣ sau: Cn = -8,534.c + 666,8. Với Cn là mật độ khối và c là độ ẩm.
Độ ẩm nhỏ nhất của hạt điều ta tiến hành thí nghiệm là 8,9% do đó ta xác định đƣợc mật độ khối của hạt điều là 590,85 kg/m3. Vậy để chứa đƣợc 50kg hạt điều nồi hấp phải có thể tích tối thiểu là 0,0846 m3. Để đảm bảo không gian trống cho dòng hơi bão hòa luân chuyển và không gian chứa lƣợng nƣớc tích tụ sau khi bị giảm nhiệt độ và các không gian cần thiết trong chế tạo ta chọn sơ bộ kích thƣớc bán kính và chiều cao nồi hấp lần lƣợt là R = 300 mm, H = 700 mm.
4.2.3 Xác định chiều dày thân trụ nồi hấp
Kết quả tính toán chiều dày thân bình là: 2m
4.2.4 Xác định chiều dày nắp và đáy nồi hấp
Chiều dày đáy bình: 2m
4.3 TÍNH TOÁN DÀN CALORIFE 4.4.1 Tính toán nhiệt cho hệ thống sấy
Công suất nhiệt của calorifer sẽ là: Q = Q’ + 20%Q’ ≈ 48 kW
4.4.2 Tính toán chọn calorife
Chọn kết cấu calorifer với các đặc trƣng sau:
- Chùm ống có cánh bố trí song song so với bƣớc ống: s1 = 88,31 mm
s2 = 90 mm
44
- Cánh làm bằng nhôm có: đƣờng kính dc = 80 mm, chiều dày δc = 0,5 mm và bƣớc cánh t = 10 mm, λc = 240 W/mK.
- Chiều dài ống l = 0,6 m Nhiệt độ môi trƣờng t0 = 270C
Nhiệt độ không khí ra khỏi calorifer t1 = 800C Số ống cần thiết n = 75 ống Số ống trong một hàng m = 7 Tổng số ống của calorifer N = 77 ống: Kích thƣớc calorifer: - Chiều dài: - Chiều rộng: - Chiều cao:
4.4.3 Cấu tạo dàn calorife
Bên trong thiết bị này có cấu tạo gồm nhiều lá nhôm mỏng đƣợc quấn quanh các ống hơi bằng thép CT3. Ống có đƣờng kính 34 đƣợc cắt thành 77 đoạn. Các ống sau khi cắt đƣợc hàn lại với nhau thành 11 dàn ống riêng (gọi là D1; D2;…D8) mỗi dàn ống có 7 ống đƣợc hàn lần lƣợt đầu ống thứ nhất đƣợc hàn qua 2 co 900 (có cùng đƣờng kính và đƣợc hàn sẵn) rồi hàn với một đầu của ống thứ 2, đầu còn lại của ống thứ 2 đƣợc hàn tiếp với 2 co 900 và hàn tiếp với một đầu của ống thứ 3, và tiếp tục nhƣ vậy hàn đến ống cuối cùng. Mỗi dàn ống D1; D2;… D11 gồm 7 ống có một đầu vào là đầu của ống thứ nhất và một đầu ra là đầu của ống thứ 7 đƣợc đặt tên lần lƣợt (V11; R71); (V12; R72); (V13; R73); …(V1
11; R711). Ta hàn các đầu V1
1; V12; V13… V1
11 vô cùng một ống có đƣờng kính đã hàn bịt kín một đầu và một đầu hàn mặt lỗ để nhận hơi cung cấp từ bình sinh hơi.
45 Tƣơng tự, ta cũng hàn các đầu ra của các dàn ống R7
1; R72; R73…R7
11vô cùng một ống có đƣờng kính bịt kín một đầu và một đầu hàn mặt lỗ và hàn thêm một ống đƣờng kính một đầu ren dài 40 mm để gắn 1 bẩy hơi xả hơi ra khi áp suất vƣợt ngƣỡng cho phép, bẫy hơi mua ngoài thị trƣờng với bộ điều khiển từ đƣợc thiết kế sẵn bên trong. Tất cả các dàn ống D1; D2; D3 và D4 đƣợc hàn chặt lại với nhau chứa trong khung sắt vuông hình hộp chữ nhật để giữ cố định chúng trong lúc di chuyển thiết bị hoặc có va đập xảy ra. Toàn bộ hệ thống này đƣợc bao bọc xung quanh bởi các tấm sắt dày 1mm bao xung quanh và 2 máng hơi đƣợc gia công bằng phƣơng pháp gò.
Hình 4.8 Cấu tạo dàn calorife
Ghi chú: 1. Cửa thổi gió vào; 2. Khí nóng nhận đƣợc;3. Vỏ bao bọc xung quanh; 4. Các ống hơi có lắp các cánh tản nhiệt; 5. Hơi cấp vào; 6. Hơi xả ra ngoài
46 Chọn quạt ly tâm CPL – 1 – 2,8D Lƣu lƣợng 2500 – 2800 m3 /h Cột áp 120 – 90 mmH2O Công suất 1,5 kW Tốc độ 3000 v/p
4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI HƠI
a. Lƣu lƣợng
Tổng nhiệt lƣợng nồi hơi cần cung cấp trong 5 phút (300 giây): Nt = N + Qô = 8505,88 + 316,668.10-3.300 = 8600,88kJ
Lƣu lƣợng nƣớc cần hóa hơi để cung cấp cho nồi hấp trong thời gian 5 phút (300 giây) gia nhiệt hạt điều:
G – lƣu lƣợng nƣớc cần hóa hơi, kg/s Nt – nhiệt lƣợng cần cung cấp, kJ
q – nhiệt lƣợng tỏa ra của hơi nƣớc, kJ/kg b. Tính toán nhiệt nồi hơi
Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho nồi hơi để đạt công suất 0,0151 kg/s hay 54,44 kg/h.
- Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho 0,01354 kg nƣớc lên 133,540 C là Qnn = G.cp.∆t = 0,0151.4,18.106,54 = 6,72 kJ
- Nhiệt lƣợng cần để hóa hơi 0,158kg nƣớc: Qhh = m.r = 0,0151.2164 = 32,68 kJ
Tổng nhiệt lƣợng cần thiết: Q = Qnn + Qhh = 6,72 + 32,68 = 39,4 kJ. Vậy công suất của nồi hơi là: Qnh = Q + 20%Q ≈ 48kW.
Để đạt công suất 48kW ta lắp vào nồi hơi 6 điện trở có công suất 8kW. c. Tính toán sức bền nồi hơi.
47 - Chiều dày thân bình:
Chiều dày thân bình hay thiết bị làm việc với áp suất dƣ đƣợc tính theo công thức:
([12], công thức 8-3, trang 410) P = 0,3 Mpa – áp suất dƣ trong bình.
d = 1,68 m – đƣờng kính trong thân trụ.
η – hệ số hiệu chỉnh tính đến loại thiết bị. Với loại môi chất không nguy hiểm η=1, với môi chất độc hại η = 0,9. Môi chất sử dụng là hơi nƣớc nên η = 1.
σ*
= 134 Mpa - ứng suất định mức ở nhiệt độ đã cho.
φ – hệ số độ bền của các mối hàn phụ thuộc vào cách hàn. Hàn tự động φ = 1, hàn bằng tay φ = 0,9. Nồi hấp đƣợc hàn bằng tay φ = 0,9.
C – hệ số hiệu chỉnh kể đến độ bào mòn và thƣờng đƣợc làm tròn tới kích thƣớc của tấm thép kim loại có sẵn. Thông thƣờng C > 0,0005 m. [12]
Chiều dày thân bình:
- Chiều dày hai đầu nắp:
Nắp đƣợc sử dụng thiết kế là nắp elip. Đây là loại nắp hay đƣợc dùng nhất do chịu đƣợc áp suất cao, đƣờng kính của hình trụ chính là trục lớn của elip, trục nhỏ của elip bằng hai lần chiều cao phần lồi h của đáy, h phải lớn hơn 0,2d.
48
Hình 4.9 Hình dạng nắp nồi hơi. Chiều dày nắp hình elip đƣợc tính theo công thức:
([12], công thức 8-5, trang 412) P = 0,3 Mpa – áp suất dƣ trong bình.
d = 0,9 m – đƣờng kính trong thân trụ.
σ* = 134 Mpa - ứng suất định mức ở nhiệt độ đã cho.
φ – hệ số độ bền của các mối hàn phụ thuộc vào cách hàn. Hàn tự động φ = 1, hàn bằng tay φ = 0,9. Nồi hơi đƣợc hàn bằng tay φ = 0,9.
C – hệ số hiệu chỉnh kể đến độ bào mòn và thƣờng đƣợc làm tròn tới kích thƣớc của tấm thép kim loại có sẵn. Thông thƣờng C > 0,0005 m.
K – hệ số kết cấu, có tính đến hình dạng của đáy. Đáy có khoan lỗ K = 0,95. Đáy không có khoan lỗ K = 1.
z = 1- D/d - hệ số kể đến ảnh hƣởng của lỗ khoan trên đáy. D – đƣờng kính lỗ khoan.
49 Chiều dày đáy bình:
50
4.7 CHỌN BẪY NƢỚC
Hình 4.11 Cấu tạo bẫy nƣớc.
Chú thích: 1- Cơ cấu vòng quay; 2- Chân; 3- Khoang chứa nƣớc giải nhiệt; 4- Cơ cấu chuyển hƣớng dòng chảy; 5- Khoang chứa nƣớc ngƣng tụ.
Cấu tạo bẫy nƣớc có dạng hình trụ, có ba chân đỡ và đƣợc làm bằng thép tấm CT3. Chân đỡ bằng thép CT3 đƣợc hàn trực tiếp với bẫy nƣớc. Bên trong bẫy nƣớc có một dàn ống thép CT3 dạng xoắn lò xo liên kết với cơ cấu thay đổi hƣớng dòng chảy; Bẫy nƣớc có 2 khoang chứa nƣớc. Khoang lớn phía trên chứa nƣớc để hạ nhiệt dòng khí. Khoang nhỏ bên dƣới chứa lƣợng nƣớc ngƣng tụ. Đáy khoang chứa lớn nghiêng từ 3 ÷ 50 tạo điều kiện thuận lợi cho việc xả nƣớc và vệ sinh. Có ba van đƣợc lắp tại 3 vị trí: đỉnh, đáy và thân bẫy nƣớc để đóng và xả nƣớc.
51
4.8 TÍNH TOÁN BƠM HÚT CHÂN KHÔNG
Bơm chân không là loại bơm dùng để hút khí hoặc hơi ra khỏi một thiết bị nào đó, tạo nên áp suất trong đó nhỏ hơn áp suất không khí.
Tùy theo khả năng tạo nên độ chân không, bơm chân không chia làm hai nhóm: nhóm tạo nên độ chân không thấp và trung bình, nhóm tạo nên độ chân không cao. Nhóm thƣ nhất là nhóm bơm chân không thấp, tạo nên áp suất từ 760 đến 10-3
mmHg. Nhóm này gồm:
b. Bơm chân không kiểu pittong, loại này đƣợc dùng tƣơng đối rộng rãi khi yêu cầu lƣu lƣợng lớn. Nó thƣờng cho lƣu lƣợng khí bơm ra từ 45 đến 3500 m3/h, áp suất đến 0,05 mmHg.
c. Bơm chân không kiểu bánh răng. Loại này cho áp suất đến 0,1 mmHg.
d. Bơm chân không kiểu vòng nƣớc, nguyên tắc làm việc cũng giống nhƣ bơm chân không kiểu roto nhƣng nó hút khí và đẩy ra hỗn hợp khí - nƣớc. Loại này cho lƣu lƣợng từ 0,25 đến 465 m3/phút. Áp suất làm việc đến 10 mmHg.
e. Bơm chân không kiểu phun tia, nguyên tắc làm việc cũng giống nhƣ bơm phun tia nhƣng ở đây dùng chất khí hoặc hơi làm chất công tác. Bơm này cho lƣu lƣợng đến 300 l/s và áp suất đến 0,5 mmHg. Thƣờng sử dụng trong công nghiệp luyện kim, hóa chất và dƣợc.
Nhóm thứ hai là nhóm bơm tạo nên độ chân không cao, áp suất có thể đạt đƣợc từ 10-3 đến 10-6mmHg. Nhóm này gồm các bơm:
a. Bơm chân không roto dầu, lƣu lƣợng 0,1 – 350 l/s và áp suất đến 10-4
mmHg. b. Bơm chân không kiểu roto cánh trƣợt lƣu lƣợng từ 200 đến 5350 m3
/h và áp suất đến 0,005 mmHg. [15]
Để tạo chân không cho nồi hấp, hút hơi nƣớc ra ngoài nhanh chóng ta cần bơm chân không tạo đƣợc độ chân không cao lƣu lƣợng phù hợp với thể tích nồi hấp. Vì thế, ta sẽ chọn loại bơm chân không roto dầu.
Dựa vào small vacuum pumps catalog tại www.ulvac-kiko.com/en ta chọn bơm chân không loại tiêu chuẩn GLD – 201A với các thông số kỹ thuật:
- Tốc độ bơm thực tế: 200 l/phút
- Áp suất đạt đƣợc: 6,7 Pa (van cân bằng mở); 0,67 Pa (van cân bằng đóng) - Dung tích dầu: 1100 ml
52 - Khối lƣợng: 26 Kg
- Kích thƣớc bao: 170(rộng) x 513,5(dài) x 240(cao)
Hình 4.12 Bơm hút chân không
53
Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn tốc độ bơm
Thời gian để bơm chân không hoạt động đạt đƣợc áp suất 10 Pa:
t0 = t1 + t2 + t3 +… t – thời gian bơm, phút
V – thể tích bể chứa, l S – tốc độ bơm, l/phút P1 – áp suất lúc đầu
54 Áp suất từ 105 – 103 Pa: S1 = 200 l/phút Áp suất từ 103 – 102 Pa: S2 = 190 l/phút Áp suất từ 102 – 101 Pa: S3 = 200 l/phút Tổng thời gian để đạt đƣợc áp 10 Pa là: t0 = t1 + t2 + t3 = 4,15 + 2,18 + 2,59 = 8,92 phút.
55
CHƢƠNG 5: CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ HẤP HẠT ĐIỀU NĂNG SUẤT 50KG/MẺ
Phần này trình bày các vấn đề liên quan đến trình tự chế tạo, lắp ráp các chi tiết và lựa chọn các thiết bị.
5.1 NHỮNG YÊU CẦU CỦA QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO
Thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của bản vẽ thiết kế. - Vật liệu.
- Độ chính xác (dung sai và chi tiết lắp ghép)
5.2 MÔ HÌNH THIẾT BỊ HẤP 4 5 6 4 5 6 3 2 7 1 8 Hình 5.1 Mô hình cụm thiết bị hấp
Ghi chú: 1- Quạt ly tâm; 2- Dàn Calorife; 3- Nồi hơi; 4- Tủ điện; 5- Bồn chứa nƣớc; 6-
56
5.3 CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG THIẾT BỊ HẤP 5.3.1 Nồi hấp 5.3.1 Nồi hấp
57 11 12 10 9 8 13 7 14 6 15 5 16 4 17 3 18 2 19 20 1 21 22 23 24 25 Hình 5.25 Bản vẽ đánh số các chi tiết.
58
5.3.2 Lựa chọn 1 số thiết bị
a. Chọn áp kế đo áp suất hơi trong nồi hấp hạt điều
Áp kế lò xo ống Áp kế lò xo xoắn Áp kế màng,
kiểu biến dạng
Áp kế màng hộp kết hợp
Áp kế dùng ống Shiphon
Hình 5.26 Một số áp kế thông dụng
- Áp kế dạng lò xo ống là loại áp kế đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Lò xo ống là chi tiết quan trọng trong dụng cụ, nó có thể có tiết diện ngang khác nhau tùy thuộc vào giá trị áp suất cần đo. Phạm vi đo từ (0,05÷40)Mpa, có khi tới 1000Mpa. Độ chính xác 0,1%. Cấp chính xác từ 1÷2,5. Dụng cụ này ổn định ở nhiệt độ đo (-30÷50)0C.
- Áp kế lò xo xoắn: Đối với loại áp kế lò xo ống thì độ dịch chuyển khi bị biến dạng rất ít, để tăng góc biến dạng ngƣời ta dùng một ống nhiều vòng xoắn theo dạng đƣờng ren vít hoặc dạng tự ghi. Loại này có thể đo áp suất từ (8÷160) at.
59
- Áp kế màng thƣờng ở dạng tấm tròn, dƣới tác dụng của áp suất của chất khí hoặc chất lỏng màng sẽ bị biến dạng. Sự biến dạng của màng tỉ lệ với áp suất cần đo, màng có thể làm bằng kim loại nhƣ: thép y10, y10A, chất dẻo, cao su. Chiều dày của màng (0,06÷1,5) mm đối với màng kim loại còn phi kim loại có chiều dày từ (0,1÷5) mm. Màng có thể có nhiều dạng khác nhau. Giới hạn đo của áp kế màng thƣờng bị hạn chế từ 0,2 đến 25at.
- Áp kế màng hộp kết hợp: Ở một số dụng cụ đo áp suất ngƣời ta sử dụng màng hộp làm phần tử đàn hồi. Màng hộp dùng đo áp suất từ (0,5÷6) at, có thể thay đổi giới hạn