2.3.1 Mặt bích
Sử dụng vỉ ống làm mặt bích luôn cho thiết bị nên các kích thước của vỉ ống được tra theo bảng XIII.26 trang 415 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất – Tập 2
Sử dụng kiều bích liền có cổ: Bích liền ngoài kiểu 1 (tra Bảng XIII.26 trang 415 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất – Tập 2).
Áp suất Đường kính trong
Kích thước ống nối Bu lông
P Dt D Db Dl D0 db Z h
N/m2 mm mm mm mm mm mm cái mm
105 400 515 475 450 411 M16 20 20
2.3.2 Đáy và nắp thiết bị
Đáy và nắp có thể nối với thân bằng cách ghép bích hoặc hàn. Đáy và nắp thường dùng trong các thiết bị hóa chất có dạng cầu, elip, nón, phẳng… đối với các thiết bị làm việc ở áp suất thường nên dùng đáy và nắp phẳng vì chế tạo đơn giản giá rẻ.
44
SVTH: Nguyễn Thị Dung
Tra bảng XIII.24 trang 404 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 2.
Thông số Giá trị
Đường kính trong của thiết bị Dt = 400 mm Bán kính cong của đáy R R = 10 mm
Chiều cao đáy ht = 28 mm
Chiều cao gờ đáy h = 15 mm
Bề mặt trong của đáy F = 0,151 m2
45
SVTH: Nguyễn Thị Dung
Khối lượng của đáy và nắp m = 3.69 kg Đường kính phôi đáy, nắp phẳng tròn 477 mm
Bề dày đáy và nắp S= 3 mm
Chú ý: nếu thiết bị không chịu áp lực, thì nên chọn bề dày ống bé đến mức có thể, để đạt hiệu quả truyền nhiệt tốt nhất, giá thành rẻ, nhẹ….
Do đáy làm việc không chịu áp suất nên thông thường ta lấy chiều dày đáy bằng với chiều dày thân thiết bị.
2.3.3 Kích thước trong của ống dẫn nước
Vận tốc nước đi vào trong thiết bị là v= 4,5 m/s. Từ phương trình lưu lượng ta tính được đường kính trong của ống dẫn nước
𝐷1𝑛 = √ 4 × 𝐺𝑛
𝜋 × 𝜌 × 𝑣 = √
4 × 2,08
𝜋 × 992 × 4,5= 0,0243 𝑚
Ta lấy đường kính trong của ống dẫn nước làm mát vào và nước ra là 𝑑1𝑛 = 𝑑2𝑛 = 25 𝑚𝑚 Tra trang 410 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 2.
46
SVTH: Nguyễn Thị Dung
Dy= 25 mm, Dn = 32 mm, D =100 mm, Db = 75 mm, D1 = 60 mm, bu lông M10, 4 cái, h=12 mm
2.3.4 Ống dẫn hơi cồn vào
Chọn vận tốc hơi vào thiết bị là vh1= 10 m/s với lưu lượng Gh1 = 0,0926 (kg/s) Khối lượng riêng của hơi cồn 96% vào tại t = 78,4 0C là:
𝜌 =[46 × 0,96 + (1 − 0,96). 18] × 273
22,4 × (273 + 78,4) = 1,56 𝑘𝑔/𝑚
3
Lưu lượng hơi vào trong thiết bị là:
𝐺ℎ2 =0,0926
1,56 = 0,0594 𝑚
3/𝑠
Đường kính trong của đường hơi cồn vào là
𝑑ℎ1 = √4 × 𝐺ℎ2 𝜋 × 𝑣ℎ = √
4 × 0,0594
𝜋 × 10 = 0,0869 𝑚𝑚
Tra trang 413 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 2.
Dt = 100 mm, Dn = 108 mm, D = 205 mm, Db = 170 mm, D1 = 148 mm, Bulong M16, 4 cái, h=14mm 2.3.5 Đường kính của ống cồn lỏng ra Chọn vận tốc cồn ra là 0,25 m/s lưu lượng G = 0,0926 kg/s, 𝜌 = 765,84 (kg/m3) 𝐷𝑐𝑟 = √ 4 × 𝐺ℎ1 𝜋 × 𝜌 × 𝑣 = √ 4 × 0,0926 𝜋 × 765,84 × 0,25= 0,0248 𝑚
Tra trang 410 Sổ tay QT&TB Công nghệ hoá chất - Tập 2.
Dy = 25 mm, Dn = 32 mm, D = 100 mm, Db = 75 mm, D1 = 60 mm, h=12 mm, Bulong M10, 4 cái
47
SVTH: Nguyễn Thị Dung
2.3.6 Ống tháo khí không ngưng
Chọn theo tham khảo
Dt = 10 mm, D = 90 mm, Db = 60 mm, D1 = 40 mm, h = 12 mm, bulong M12: 4 cái Các thông số:
- Áp suất tính toán là 0,1x 106 N/m2 - Hệ số bền mối hàn là 0,8
- Chiều dày thân thiết bị là 3 mm - Chiều dày đáy và nắp thiết bị 3mm
- Chế tạo bằng cách hàn do làm việc ở áp suất thấp Các chú ý:
- Đảm bảo đường hàn càng ngắn càng tốt. - Chỉ hàn giáp mối (giáp mối một bên)
- Bố trí các đường hàn dọc cách nhau ít nhất là 100 mm. - Bố trí mối hàn ở vị trí dễ quan sát
- Không khoan lỗ qua mối hàn
2.3.7 Tính chân đỡ thiết bị
Khối lượng tải mà chân thiết bị phải chịu là:
tt n c than day nap ong m m m m m m m
Trong đó:
Khối lượng của nước trong ống truyền nhiệt:
𝑚𝑛 = 𝑛.𝑑𝑡
2
4 . 𝜋. 𝐿. 𝜌𝑛 = 48.
0,022452
4 . 3,14.1,5.992 = 28,27 𝑘𝑔
48 SVTH: Nguyễn Thị Dung 𝑚𝑐 = (𝑉𝑡𝑏− 𝑉𝑜𝑛𝑔). 𝜌𝑐 = (𝐷 2 𝑡 4 . 𝜋 − 37. 𝑑𝑛2 4 ) . 𝐿. 𝜌𝑐 = (0, 4 2 4 . 3,14 − 48. 0,026672 4 ) . 1,5. 753 = 132,29 𝑘𝑔
Khối lượng thân thiết bị:
𝑚𝑡ℎ𝑎𝑛=(𝐷2
𝑛− 𝐷2𝑡)
4 . 𝜋. 𝐿. 𝜌𝑡ℎ𝑒𝑝 =
(0,4062− 0, 42)
4 . 3,14. 1,5. 7930 = 45,18 𝑘𝑔
Khối lượng ống truyền nhiệt:
𝑚𝑜𝑛𝑔 = 48.(𝑑𝑛 2− 𝑑2𝑡) 4 . 𝜋. 𝐿. 𝜌𝑜𝑛𝑔 = 48. (0,026672− 0,022452) 4 . 3,14.1,5.7930 = 92,95 𝑘𝑔
Khối lượng nắp và đáy thiết bị:
𝑚𝑑𝑎𝑦 = 𝑚𝑛𝑎𝑝 = 5,86 𝑘𝑔
Thay vào công thức ta có:
𝑚𝑡𝑡 = 28,27 + 132,29 + 45,18 + 92,95 + 5,86 × 2 = 310,41 (𝑘𝑔)
Tải trọng mà chân đỡ thiết bị phải chịu là:
𝑞𝑡𝑡 = 𝑚𝑡𝑡. 9,81 = 310,41 . 9,81 = 3045,12 (𝑁)
Dựa vào tải trọng mà chân đỡ thiết bị phải chịu ta tra bảng XIII.37 Sổ tay hóa công tập 2 trang 439 ta chọn được kích thước của chân đỡ như sau:
49 SVTH: Nguyễn Thị Dung Tải trọng cho phép trên một chân đỡ G.10-4 N Chiều dày tối thiểu của thành thiết bị
khi không có lót
Chiều dày tối thiểu của thiết bị khi có
lót S H B SH
mm
0,25 8 4 260 140 6
Chọn thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, đặt nằm ngang có đường kính trong D = 0,4 m, chiều dài L = 1,5 m, số ống truyền nhiệt n = 37 ống, ống xếp theo hình 6 cạnh (kiểu lục giác). Số ngăn trong thiết bị m = 2 ngăn.
50
SVTH: Nguyễn Thị Dung
3 KẾT LUẬN
Như vậy, hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn định đối với khi sử dụng ống chùm nằm ngang, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Cấu tạo chắc chắn, gọn với suất tiêu hao kim loại nhỏ, hình dạng phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ trong công nghiệp. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm dễ chế tạo, lắp đặt cũng như vệ sinh, bảo dưỡng và vận hành, tuổi thọ cao. Tốc độ ăn mòn diễn ra chậm do thiết bị thường xuyên chứa nước nên không tiếp xúc với không khí. Yêu cầu vệ sinh thiết bị định kì nhằm nâng cao hiệu quả làm việc cũng như tránh được các hư hỏng không đáng có. Khi lau thiết bị cần chú ý tránh làm trầy xước bề mặt trong bình dẫn đến việc khó lau cặn bẩn vào các lần sau. Cách chia ống và kích thước của thiết bị là khá hợp lí, phù hợp với mục đích sủ dụng để đạt được hiệu quả cao nhất.
Thiết kế thiết bị trao đổi nhiêt dạng ống chùm để ngưng tụ hơi cồn đòi hỏi người thiết kế phải nắm rõ về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của thiết bị. Do vậy đối với sinh viên, nhưng người kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế thì việc thiết kế thiết bị cũng gặp không ít khó khăn.
Trong đồ án này em đã cơ bản hoàn thành các yêu cầu của một bài thiết kế bao gồm: - Tổng quan chung về cồn và các thiết bị truyền nhiệt cơ bản.
- Tìm hiểu về thiết bị ngưng tụ ống chùm nằm ngang. - Tính toán thiết bị và cơ khí.
Qua việc thiết kế trong đồ án này giúp em nắm vững được kiến thức môn học, hiểu được vai trò của người thiết kế.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn ThS. Phan Minh Thụy cùng sự giúp đỡ của bạn bè đã giúp em hoàn thành tốt đồ án này.
51
SVTH: Nguyễn Thị Dung
4 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, Tập 1 - Các tác giả - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2006
Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, Tập 2 - Các tác giả - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2006
Thiết bị truyền nhiệt và chuyển khối – Nguyễn Văn May, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2006
Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn etylic – PGS.TS. Nguyễn Đình Thưởng và TS. Nguyễn Thanh Hằng – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005
Tập 2 Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt– PGS.TS. Tôn Thất Minh (Chủ biên), Phạm Anh Tuấn, Nguyễn Tấn Thành – Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, 2015
Cơ sở tính toán thiết kế máy và thiết bị thực phẩm, PGS.TS. Tôn Thất Minh - Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, 2012
Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm - Phạm Xuân Toản – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật