- Tổng hợp phần kết quả:
4.9. Phần hình nón cụt giữa buồng bốc và buồng đốt
Phần hình nón cụt được làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
Đường kính trong lớn bằng đường kính buồng bốcDtl = 2200 mm. Đường kính trong nhỏ bằng đường kính buồng đốtDtn = 1600 mm
Bề dày của phần hình nón cụt (không tính gờ) bằng với bề dày buồng bốc S = 4 mm. Bề dày của phần gờ hình nón cụt bằng với bề dày buồng đốt S = 4 mm.
Chiều cao của phần hình nón cụt (không tính gờ) làHc = 400 mm Chiều cao của phần gờ nón cụt làHgc = 49.7 mm
Thể tích thép làm phần hình nón cụt: Vc =12 ×π Dnl2 + DnlDnn+ Dnn2 − D2tl + DtlDtn+ Dtn2 × Hc+π4 Dđ2× Hgc Vc =12π × 2.22 + 2.2 × 2.28 + 2.282 − 1.62+ 1.6 × 1.61 + 1.612 × 0.4 +π4 × 1.612− 1.62 × 0.0497 = 9.15 × 10−3m3 Khối lượng thép làm phần hình nón cụt: mc = ρ1 × Vc = 7900 × 9.15 × 10−3 = 72.285 kg 4.10. Thể tích buồng bốc và buồng đốt Thể tích thép buồng đốt VtĐ = �4 × (���2 − ����2) × �đ =�4 × (1.612 − 1.62) × 2 = 0.05m3 Với Dtn= 1.61 m - đường kính ngồi buồng đốt
Dttr =1.6 m - đường kính trong buồng đốt H = 2 m - chiều cao buồng đốt
Thể tích thép buồng bốc Vtbb trụ =�4 × (����2 − �����2) × �trụ=�4 × (2.282− 2.22) × 2.2 = 0.62 m3 Vtbb nón ngoài=12π × 0.4 × (2.282+ 1.612 + 1.61 × 2.28) = 1.2m3 Vtbb nón trong=12π × 0.4 × (2.22 + 1.62 + 2.2 × 1.6) = 1.14m3 Vtbb nón= Vbb nón ngoài -Vbb nón trong= 1.2 - 1.14 = 0.06 m3 Vtbb gờ =�4 × (���2− ����2) ×Hgờ=�4 × (1.612− 1.62) ×0.025 = 0.63×10-3 m3 Vậy thể tích thp buồng bốc Vtbb= 0.62 + 0.06 = 0.68 m3
4.11. Cách nhiệt cho buồng bốc
Bề dày lớp cách nhiệt cho buồng bốc được tính giống theo công thức buồng đốt (VI.66,trang 92, [2])
n( tT2 – tkk ) = ��� ( tT1 – tT2 ) (mm)
Trong đó: tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía không khí, khoảng 40-50oC Chọn tT2 = 40℃, tT1= 129.9℃
tra bảng (VII.1, trang 97, [2] ), chọn nhiệt độ không khí tkk= 27,2℃ Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu amiang có độ ẩm 50%, λc= 0.07 (W/m.độ) Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí: n= 9.3 + 0.058 tT2= 15.065 (W/m2.độ) Bề dày lớp cách nhiệt: δ = c(tT1−tT2) n( tT2 − tkk) = 0,07 × (129.9 − 40 ) 15,065 × (40 − 27.2) = 32.63 (��) 4.12. Bu lông và ren
Bu lông và ren được làm bằng thép CT3
Dùng cho bích nối buồng bốc - buồng đốt và bích nối buồng đốt – đáy: �1' = 2 × � × � × �2 × � + ��2× ℎ4 '+ ℎ'' + ℎ'''
= 40 × � ×[0.0512 × 0.024 + 0.032 × 0.024 + 0.052 + 0.01 ]2 = 0.00879 (m3)
Trong đó: D: đường kính bu lông, D = 1.7 × db= 1.7 × 30 = 51 mm
H: chiều cao phần bu lông không chứa lõi, H = 0.8 × db= 0.8 × 30 = 24 mm h’: chiều cao đai ốc, h’ = 0.8 × db= 0.8 × 20 = 24 mm
h’’: chiều cao phần lõi bu lông, h’’ = h + 2 = 50 + 2 = 52 mm h’’’: kích thước phần ren trống, h’’’= 10 mm
Dùng cho bích nối nắp và buồng bốc:
�2' = � × � × �2× � + ��2 × ℎ'+ ℎ''+ ℎ''' 4
= 56 × � ×[0.04592× 0.0216 + 0.02724× 0.0216 + 0.042 + 0.01 ] = 0.00436 (�3)
Trong đó: D: đường kính bu lông, D = 1.7 × db= 1.7 × 27 = 45.9 mm
H: chiều cao phần bu lông không chứa lõi, H = 0.8 × db = 0.8 × 27 = 21.6 mm
h’: chiều cao đai ốc, h’ = 0.8 × db= 0.8 × 27 = 21.6 mm h’’: chiều cao phần lõi bu lông, h’’ = h + 2 = 40 + 2 = 42 mm h’’’: kích thước phần ren trống, h’’’= 10 mm
Thể tích thép dùng cho bu lông:
V = V1’ + V2’ = 0.00879 + 0.00436 = 0.01315 (m3) Khối lượng thép dùng cho bu lông:
mbu lông= ρCT3 × Vbu lông= 7850 × 0.01315 = 103.22 (kg)
4.13. Đai ốc
Đai ốc được làm bằng thép CT3
Dùng cho bích nối buồng bốc – buồng đốt và bích nối buồng đốt – đáy:
�''1 = 2 × � × � × �'×(��2 − �4 �2)= 40 × � × 0.024 ×(0.048322− 0.0422) = 8.57 × 10−4(m3)
Trong đó: H’: chiều cao đai ốc, H’ = 0.8 × db= 0.8 × 30 = 24 mm
dt: đường kính trong của đai ốc, dt = 1.4 × db = 1.4 × 30 = 42 mm dn: đường kính ngoài của đai ốc, dn= 1.15 × db= 1.15 × 42 = 48.3 mm Dùng cho bích nối nắp và buồng bốc:
�''2 = � × � × �'×(��2 − �4 �2) = 56 × � × 0.0216 ×(0.0434724− 0.03782) = 4.38 × 10−4 (m3)
Trong đó: H’: chiều cao đai ốc, H’ = 0.8 × db= 0.8 × 27 = 21.6 mm
dt: đường kính trong của đai ốc, dt = 1.4 × db = 1.4 × 27 = 37.8 mm
dn: đường kính ngoài của đai ốc, dn= 1.15 × db= 1.15 × 37.8 = 43.47 mm Thể tích thép dùng cho đai ốc:
V = V1’’ + V2’’ =8.57 × 10−4 +4.38 × 10−4=1.295 × 10−3(m3) Khối lượng thép dùng cho bu lông:
mbu lông= ρCT3× Vbu lông= 7850 ×1.295 × 10−3 = 10.17 (kg) Trong đó: Dt: đường kính trong của buồng đốt, Dt= 1800 mm
dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn= 42 mm
Dth: đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm, Dth= 380 mm S: chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống, S = 50mm Khối lượng thép làm vỉ ống:
mvỉ= ρthép× Vvỉ= 7850 × 0.19 = 1491.5 (kg)
Chi tiết Loại thép Khối lượng (kg)
Buồng đốt OX18H10T 450.3
Buồng bốc OX18H10T 329.9
Phần hình nón cụt OX18H10T 96.933
Đáy nón OX18H10T 227.52
Ống truyền nhiệt Ống tuần hoàn trung tâm
OX18H10T 2528 Mặt bích CT3 3556.05 Bu lông Ren CT3 103.22 Đai ốc CT3 10.17 Vỉ ống OX18H10T 1491.5 Tổng 9012.028
4.14. Khối lượng dung dịch trong tháp
Thể tích dung dịch trong phần hình nón cụt: Vc = � × �� 2 + ���đ+ �đ2 12 × Hc + � 4 × �đ2 × Hgc = � × 2.22 + 2.2 × 1.8 + 1.812 2 × 0.45 + �4× 1.82× 0.0497 = 1.54 (m3) Trong đó: Db: đường kính trong của buồng bốc, m
Dđ: đường kính trong của buồng đốt, m
Hc: chiều cao của phần hình nón cụt không có gờ, m Hgc: chiều cao của gờ nón cụt, m
Thể tích dung dịch trong thiết bị:
Vdd= Vc+ Vống TN+ Vống TH+ Vđ = 1.54 + 0.32 + 0.057 = 1.917 (m3) Trong đó: Vc: thể tích dung dịch trong phần hình nón cụt, m3
VốngTH: thể tích dung dịch trong ống tuần hoàn trung tâm; m3
VốngTN: thể tích dung dịch trong ống truyền nhiệt; m3
Vđ: thể tích dung dịch trong đáy nón; m3
Khối lượng lớn nhất có thể có của dung dịch trong thiết bị:
mddmax=ddmax× Vdd= 2160 × 1.917 = 4140.72 (kg) Tổng tải trọng của thiết bị:
Chọn 4 tai treo thẳng đứng, được làm bằng thép CT3 Trọng lượng trên mỗi tai treo:
G = g × M
4 = 9.81 × 13152.754 = 32257.12 (N) Các thông số của tai treo được chọn từ bảng XIII.36, st.QTTB, t.2/438:
Bảng 4.7. Thông số tai treo của thiết bị nằm đứng
G.10-4 F.10-4 q.10-6 L B B1 H S l a d mt
N/mm2 m2 N/m2 mm Kg
4 297 1.34 190 160 170 280 10 80 25 30 7.35
Trong đó: G: tải trọng cho phép trên một tai treo, N F: bề mặt đỡ, N
q: tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ, N/m2
CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 5.1. Thiết bị ngưng tụ:
5.1.1. Chọn thiết bị ngưng tụ
Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm: Hơi nước (chủ yếu)
Dung môi dễ bay hơi Khí không ngưng
Khí bổ sung cần được giải phóng để tạo chân không. Thiết bị ngưng tụ được kết hợp với bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu quả nhất.
Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet). Trong đó,nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm hút ra từ phần trên của thiết bị qua bộ phận tách lỏng.
Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và cột áp thuỷ tĩnh bằng với áp suất khí quyển.
5.1.1.1. Tính thiết bị ngưng tụ
Theo bảng (VII.1, trang 97, [2]): nhiệt độ không khí trung bình ở TPHCM là
t = 27.2℃ độ ẩm tương đối là φ = 77 %. Theo giản đồ h – x của không khí ẩm, h = 72.5 kJ/kg không khí ẩm.
Nhiệt độ bầu ướt được chọn là tư= 23oC.
Nhiệt độ đầu của nước lạnh được chọn là t2d= 23 + 3 = 26oC. Với pc= 0.65 at và tc = 88.5oC:
Nhiệt độ cuối của nước lạnh được chọn là t2c= tc– 10 = 88.5 – 10 =78.5oC.
Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp, lượng không khí cần hút được tính theo công thức (VI.47, trang 84, [2]):
Gkk = 0,000025. W + 0,000025. Gn + 0,01. W; kg/s.
Gn– lượng nước được tưới vào thiết bị ngưng tụ; kg/s, được tính theo công thức (VI.51, trang 84, [2]):
Gn = W. i− cnt2c cn t2c− t2đ
Với: W = 7200 kg/h – lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ.
i = 2657.5 kJ/kg – nhiệt lượng riêng của hơi nước.(bảng I.251,trang314,[1]) cn= 4186 J/(kg.K) – nhiệt dung riêng trung bình của nước.
⇒ Gn = 7200 3600 × (2657500 − 4186 × 78.5) 4186 × (78.52 − 26) = 21.19 kg/s ⇒ Gkk = 0,000025 × 7200 3600 + 0,000025 × 21.19 + 0,01 × 7200 3600 = 0,02kg/s.
Đối với thiệt bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, nhiệt độ không khí được tính theo công thức (VI.50, trang 84, [2]):
��� = �2� + 4 + 0,1. (�2�– �2�) = 26 + 4 + 0,1 × (78.5– 26) = 35.25 ℃. ⇒ph= 0,055 at (tra giản đồ h – x của không khí ẩm)
Thể tích không khí cần hút được tính theo công thức (VI.49, trang 84, [2]): ��� = 288. Gkk. 273 + �� − � �� ℎ =288 × 0.02 × ( 273 + 35.25) 0.65 − 0,055 . 9,81. 104 = 0,03 �3/s. Thể tích không khí cần hút ở 0oC và 760 mmHg Vkk = 0.001 × 0.02 × W + Gn + 8W = 0.001 × 0.02 × 72003600+ 21.19 + 8 ×72003600 = 0.016 �3
5.1.1.2. Kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ:
Thông thường, năng suất tính toán được chọn lớn hơn 1,5 lần so với năng suất thực tế. Khi đó, đường kính trong của thiết bị được tính theo công thức (VI.52, trang 84, [2]):
Dtr = 1,383 ρW hωh
ρh = 0,3868 kg/m3 – khối lượng riêng của hơi thứ ở 0.65 at tra (bảng I.251, trang 314, [1]).
Chọn ωh= 35 m/s – tốc độ của hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ ( nếu áp suất làm việc khảng 0.2-0.4 at thì ta có thể chọn ωh=35-15 m/s)
⇒ ��� = 1,383
7200 3600
0.3868 × 35 = 0.5 m Chọn���= 0.5 m = 500 mm.
Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet được chọn theo ( bảng VI.8, trang 88, [2]) :
Bảng 5.1. Bảng kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet
Kích thước Ký hiệu Giá trị (mm)
Đường kính trong của thiết bị Dtr 500
Chiều dày của thành thiết bị S 5
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị ao 1300 Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến nắp thiết bị an 1200
Bề rộng của tấm ngăn b -
Khoảng cách từ giữa tâm thiết bị ngưng tụ và thiết bị thu hồi
K1 675
Chiều cao của hệ thống thiết bị K2 -
Đường kính của thiết bị thu hồi T 1300
Chiều cao của thiết bị thu hồi h1 1440
Đường kính của thiết bị thu hồi D1 400
Đường kính các cửa ra và vào D2 -
Nước vào d2 100
Hỗn hợp khí và hơi vào d3 80
Nối với ống baromet d4 125
Hỗn hợp khí và hơi ra thiết bị thu hồi d6 50
Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 50
ống thông thiết bị d8 -
5.1.2. Kích thước tấm ngăn:
Tấm ngăn có dạng hình viên phân để bảo đảm làm việc tốt. Chiều rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức ( VI.53, trang 85, [2]):
b =�2��+ 50 = 5002 + 50 = 300 mm.
Trên tấm ngăn có nhiều lỗ nhỏ được đục trên tấm ngăn, nước làm nguội là nước sạch nên đường kính lỗ được chọn là d = 2 mm
Chọn chiều dày tấm ngăn là � = 4��, tùy điều kiện cụ thể mà chọn; thường trong khoảng� = 3 − 5��. Trong tính toán người ta thường lấy� = 4��
Chọn chiều cao gờ cạnh tấm ngăn là 40mm, tốc độ của tia nước là ωc= 0,62 m/s. Lưu lượng thể tích của nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ:
Nhiệt độ trung bình của nước:
ttb = �2� − �2 2đ = 78.5 + 262 = 52.25 ℃. ⇒ρn = 986.85 kg/m3(bảng I.249, trang 310, [1])
⇒ Vn = ��
�� = 21.19
986.85 = 0.021 �3/s
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 là:
f = ���
� = 21.190,62 = 34.18 �2 .
Chọn tỷ số giữa tổng số diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết bị ngưng tụ là f�
f tb = 0,1 . Các lỗ được xếp theo hình lục giác đều. Bước của các lỗ được xác định bằng công thức (VI.55, trang 85, [2]):
t = 0,866 × � f� f tb
0,5
f�
f tb- tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ với diện tích của thiết bị ngưng tụ. Chọn f� f tb= 0.1 t = 0.866 × 2 × 0.10.5 ≈ 0,00055m = 0,55mm Mức độ đun nóng nước: P = ��2� − �2đ �ℎ − �2đ = 78.5 − 26 88.5 − 26 = 0.84 Tra bảng (VI.7, trang 86, [2]) với d = 2 mm và P =0.84
Bảng 5.2. Trị số mức độ đun nóng nước trong thiết bị ngưng tự baromet
Số bậc Số ngăn Khoảng cách
giữa các ngăn Thời gianrơi qua 1 bậc
Mức độ đun
nóng của tia nướcĐường kính
4 8 400 0.41 0.568 2
Trong thực tế, khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó giảm dần. Do đó, khoảng cách hợp lý nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng 50 mm cho mỗi ngăn.
Chọn khoảng cách giữa các ngăn giảm dần từ dưới lên như sau 400 mm, 350 mm, 300 mm, 250mm, 200 mm, 150mm, 100 mm
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là 1300 mm. Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị là 1200 mm. Chiều cao phần gờ của nắp là 50 mm.
Chiều cao phần nắp ellipse là 125 mm. Chiều cao phần đáy nón là 175 mm. ⇒Chiều cao của thiết bị ngưng tụ:
H = 400 + 350 + 300 + 250 + 200 + 150 + 100 + 125+ 50 + 1300 + 1200 + 175 = 4600 mm.
5.1.3. Đường kính ống baromet
�� = 0.004 × �� × ��+ � = 0.004 × 21.19 + 7200 3600
� × 0.55 = 0.232 �
Với db: đường kính trong ống baramet, m
W: lưu lượng hơi ngưng, kg/s
Gn: lưu lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/s
: tốc độ hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống, thường lấy = 0.50.6 m/s. Chọn = 0.55 m/s
5.1.4. Chiều cao ống baromet
Theo công thức VI.59, st.QTTB, t.2/86
h1 = 10.33 × 760 = 10.33 ×� 478.22760 = 6.5 (�) Với b: độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, b = 0.65 at = 478.22 mmHg Theo công thức VI.60, st.QTTB, t.2/87
ℎ2 =�2�2 1 + ��� � + ��
Nếu như hệ số trở lực khi vào ống �1 = 0.5 và khi ra khỏi ống �2 = 1 thì công thức VI.60 sẽ có dạng:
ℎ2 =�2�2 2.5 + ���
� =2 × 9.810.552 2.5 + 0.014 × 0.232 = 0.0388 + 0.066�� Trong đó: = 0.55 m/s vận tốc nước chảy trong ống
H: chiều cao ống baromet, m
db: đường kính trong ống baromet, db= 0.232 m : hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống
Re = � × � × �� = 0.55 × 972.3 × 0.232
0.3664 × 10−3 = 338606.66 > 105 → chế độ chảy rối
�:độ nhớt động lực của nước ở 60oC,� = 0.3664 × 10−3Ns/m2
→ � = 1
(1.8 × ����� − 1.5)2 = 1
(1.8 × ���338606.66 − 1.5)2 = 0.014 Theo công thức VI.58, st.QTTB, t.2/86
H = h1+ h2+ 0.5 = 6.5 +0.0388 + 0.066�+ 0.5 = 7.54 m Với
h1- chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ
h2 - chiều cao cột nước trong ống dẫn cần để khác phục toàn bộ trở lực khi nước