Cách nhiệt cho thân hình trụ

4.6 Tính toán mặt bích:

Mặt bích là một bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác của thiết bị.

Mặt bích có yêu cầu: mối ghép phải luôn kín ở áp suất và nhiệt độ làm việc, luôn bền, tháo lắp nhanh, đảm bảo sản xuất hàng loạt, giá thành rẻ.

4.6.1 Mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp

Chọn loại bích liền bằng thép loại 1:

Hình 4.1. Hình mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp

Thông số các bích tra ở bảng XIII.27/417[2]. Ta có bảng số liệu sau:

Bảng 4.11. Thông số bích nối thân thiết bị với nắp

Bích nối nắp với Bích nối buồng đốt với đáy buồng đốc Bích nối buồng đốt với buồng bốc

Đường kính trong của thân Dt(mm) 1400 1300

Đường kính vành ngoài bích D (mm) 1550 1450

Đường kính cho đến tâm bu lông Db (mm) 1500 1400

Đường kính đến vành ngoài đệm D1 (mm) 1460 1360

Đường kính đến vành trong đệm Do (mm) 1413 1313

Bề dày bích h (mm) 35 35

Đường kính bu lông db (mm) M24 M24

4.6.2 Mặt bích nối thành thiết bị với ống dẫn

Dựa vào đường kính của các ống trên, ta tra bảng XIII.26/411 [2] ta được các thông số sau:

Chọn loại bích liền bằng kim loại đen loại 1:

Hình 4.2. Hình mặt bích nối thành thiết bị với ống dẫn Bảng 4.12. Thông số mặt bích ống dẫn

Ống Nồi Đường kính Kích thước nối Bulông

ống Dt Dn D Db Dδ db Z H Hơi đốt I 150 159 260 225 202 M16 8 20 II 200 219 290 255 232 M16 8 22 III 400 426 535 495 465 M20 16 28 Hơi thứ I 200 219 290 255 232 M16 8 22 II 400 426 535 495 465 M20 16 28

Dug dịch vào III 40 45 130 100 80 M12 4 16

I 40 45 130 100 80 M12 4 16 II 50 57 140 110 90 M12 4 16 Dung dịch ra I 32 38 120 90 70 M12 4 16 II 40 45 130 100 80 M12 4 16 III 40 45 130 100 80 M12 4 16 Tháo nước I 32 38 120 90 70 M12 4 16 ngưng II 25 32 100 75 60 M10 4 14 III 25 32 100 75 60 M10 4 14

4.7 Tính tai treo

Vì kích thước buồng đốt và buồng bốc tương tự nhau, tổng trọng lượng của buồng bốc nhỏ hơn buồng đốt, nên để tiện tính toán và chế tạo ta chọn kích thước buồng đốt và buồng bốc bằng nhau.



Tai treo của buồng đốt:



Chọn số tai treo cho buồng đốt của thiết bị cô đặc thẳng đứng là 4, tai treo làm bằng thép CT3.



Tải trọng tác dụng lên một tai treo Q: Q =4 , N Với:



• G là tải trọng toàn bộ của thiết bị

• Gth: Trọng lượng thân buồng đốt.

• Gth = .Dđ.S.H.g. t = 3,14. 1,3. 7.10-3. 3.1.7,85.103.9,81= 6821,37 N Với:

• ρt: khối lượng riêng của thép, t = 7,85.103 kg/m3

• Dđ: Đường kính của buồng đốt, Dt = 1,3 m

• S: Bề dày của đáy buồng đốt, S = 7.10-3 m

• H: Chiều cao của buồng đốt, H = 3,1m

• g = 9,81 m/s2



Trọng lượng của ống truyền nhiệt: Gtn

Gtn = n.d. .h.S. t.g = 331.0,038.3,14.3.0,002.7,85.103.9,81 = 18257,92 N Với:

• n: Số ống truyền nhiệt, n= 331

• d: đường kính ống, dt = 0,038 m

• h: Chiều cao của ống, h = 3 m

• S: Bề dày của ống, S = 0,002 m Trọng lượng chất lỏng trong ống: G1

G1 = .n. .h. đ.g = 3,14.331. 0 038 . 3.1407,0.9,81= 15536,36 (N)

4 4

Với: ρđ lấy bằng ddtại nồi I, dd= 1407,0 kg /m3

 Trọng lượng vỉ ống: Gv Gv = – n. ).S. t.g = 3,14. 1 305 – 331. 0 042 ).0,01.7,85.103.9,81 = 676,88 N 4 4 4 4 Với D = Dng = 1,3 m d = dng = 0,042 m S: chiều dày ống vỉ: S = 10mm = 0,01 m 

Trọng lượng đáy của buồng đốt: Gđ.

G đ

=F.S. .g = 3,054. 0,007. 7,85.103.9,81 = 1646, 29 (N) đ đ t

Với

• Fđ: là bề mặt trong của thiết bị, Fđ được tính bằng cách tra bảng XIII.21/394[2] dựa vào đường kính buồng đốt.

• Dđ = 1,3 m , nên Fđ = 3,054 m2

• Sđ là bề dày của đáy buồng đốt, Sđ = 0,007 m



Trọng lượng nắp của buồng đốt: Gn

G n

=F.S. .g = 2,31. 0,006.7,85.103.9,81 = 1067,33 (N) n nt

Với

• Fn: là bề mặt trong của nắp buồng đốt, Fn được xác định bằng cách tra bảng XIII.10/382[2] dựa vào đường kính buồng bốc.

• Db = 1,4 m , nên Fn = 2,31 m2

• Sn là bề dày của nắp buồng bốc, Sn = 0,006 m



Trọng lượng của thân buồng bốc: Gthb  Gthb = .D.H.S.g. t = 3,14. 1,4. 2,5.0,005.7,85.103.9,81 = 4231,62 (N) Với D = 1,4 m  H = 2,5 m S = 0,005 m 

Glb = . 4 .h1. đ.g = 3,14.144 .0,5.1407,0.9,81 = 10618,39 (N) Với h1= 0,5 m  Trọng lượng của bích:Gb Gb = ; . .g. t = 0 035 1 53 ;1 413 .3,14.9,81.7,85.103 = 728,91 (N) 4 4 Trong đó : h = 0,035 m, D = 1,53 m, Do = 1,413 m, 

Vậy trọng lượng thiết bị G:

G = Gth + Gtn + G1+ Gv + Gđ + Gn+ Gthb+ Glb+ Gb

G = 6821,37 + 18257,92 + 15536,36 + 676,88 + 1646,29 + 1067,33 + 4231,62 +10618,39 + 728,91 = 59585,07 (N).



Tải trọng lên một tai treo:

Q = =59585 07 = 14896,27 N

4 4

Hay Q = 1,49.104

Tra bảng XIII.36/438 [5], ta chọn tai treo chịu tải trọng là 2,5.104 N, với các thông số sau:

F = 173.10-4 m2 H = 215 mm

L = 150 mm S = 8 mm

B = 120 mm a = 20 mm

B1 = 130 mm d = 30 mm

4.8 Kính quan sát

Ta dùng cửa để quan sát kiểm tra chất lỏng bên trong. Cửa quan sát hình tròn có đường kính là 200 mm được lắp vào thân buồng bốc.

4.9 Tổng kết các thông số kích thước thiết bị chính

Bảng 4.13. Bảng tổng kế các thông số kích thƣớc thiết bị chính

Buồng Ống truyền nhiệt Số ống truyền nhiệt 331 ống

đốt Hình Lục giác

6 cạnh: 10

Số ống trên đường xuyên tâm 21 ống của hình 6 cạnh

Ở dãy thứ nhất 6 ống

Tổng số ống trong tất cả các 36 ống viên phân

Bề dày ống truyền nhiệt 0,002m 2mm

Đường kính ngoài ống truyền 0,042m 42mm nhiệt

Đường kính trong buồng đốt 1,3m 1300mm

Bề dày thân Bề dày thân buồng đốt nồi I 0,005m 5mm

buồng đốt Bề dày thân buồng đốt nồi II 0,005m 5mm

Bề dày thân buồng đốt nồi III 0,005m 5mm

Bề dày của vỉ ống 0,01m 10mm

Bề dày đáy buồng đốt 0,007m 7mm

Chiều cao buồng đốt 3,1m 3100mm

Khoảng trống vành khăn 1,34m 1340mm

Buồng Đường kính buồng bốc 1,4m 1400mm

bốc Chiều cao buồng Chiều cao buồng bốc nồi I 2,5m 2500mm

bốc Chiều cao buồng bốc nồi II 2,5m 2500mm

Chiều cao buồng bốc nồi III 2,5m 2500mm

Bề dày thân Bề dày thân buồng bốc nồi I 0,005m 5mm

buồng bốc Bề dày thân buồng bốc nồi II 0,005m 5mm

Bề dày thân buồng bốc nồi III 0,005m 5mm

Bề dày nắp Bề dày nắp buồng bốc nồi I 0,006m 6mm

buồng bốc Bề dày nắp buồng bốc nồi II 0,006m 6mm

Bề dày nắp buồng bốc nồi III 0,006m 6mm

Đường kính cửa sửa chữa và vs 0,5m 500mm

Đường Đg kính ống dẫn Đg kính ống dẫn hơi đốt nồi I 0,15m 150mm

kính hơi đốt

Đg kính ống dẫn hơi đốt nồi II 0,2m 200mm

dẫn Đg kính ống dẫn Đg kính ống dẫn hơi thứ nồi I 0,3m 300mm

hơi thứ Đg kính ống dẫn hơi thứ nồi II 0,15m 150mm

Đg kính ống dẫn hơi thứ nồi III 0,2m 200mm

Đường kính ống Ống dẫn dd Nồi I 0,04m 40mm dẩn dd vào Nồi II 0,04m 40mm Nồi III 0,05m 50mm Ống dẫn dd ra Nồi I 0,06m 60mm Nồi II 0,04m 40mm Nồi III 0,04m 40mm Đường kính ống Nồi I 0,025m 25mm

dẫn nước ngưng Nồi II 0,025m 25mm

Nồi III 0,025m 25mm

Bề dày Cách nhiệt ống Ống dẫn hơi đốt Nồi I 0,01m 10mm

lớp dẫn Nồi II 0,008m 8mm

cách Nồi III 0,008m 8mm

nhiệt Ống dẫn hơi thứ Nồi I 0,008m 8mm

Nồi II 0,006m 6mm Nồi III 0,008m 8mm Ống dẫn dd vào Nồi I 0,005m 5mm Nồi II 0,005m 5mm Nồi III 0,005m 5mm Ống dẫn dd ra Nồi I 0,005m 5mm Nồi II 0,005m 5mm Nồi III 0,005m 5mm Thân hình trụ Nồi I 0,013m 13mm Nồi II 0,013m 13mm Nồi III 0,013m 13mm Tai 4 Thép CT3 treo Đường kính kính quan sát 0,2m 200mm

CHƢƠNG 5TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

5.1 Tính thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu:

5.1.1 Dữ kiện đã chọn ban đầu:

Năng suất nhập liệu: 5000 kg/h Nhiệt độ dung dịch vào: 25oC Nhiệt độ dung dịch ra: 61oC

Áp suất hơi đốt (hơi nước bão hòa): 4 at

Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống, để gia nhiệt nguyên liệu từ 25oC đến 61oC.

5.1.2 Tính lượng hơi đốt cần dùng:

Phương trình cân bằng vật liệu:

ΣQvào = ΣQra Lượng hơi đốt cần dùng:

D = ;

0 95 ;

Trong đó:

• Gđ: Lưu lượng dung dịch cần đun nóng, kg/h

• Cdd, C: Nhiệt dung riêng của dung dịch và nước ngưng, j/kg.độ

• Qtt = 0,05D.(ih – Cq): Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh, W

• ih: Hàm nhiệt của hơi nước, j/kg

• q: Nhiệt độ của nước ngưng, oC

 D =

5000 3767 4 61;25

= 418,85 kg/h = 0,116 kg/s

5.2 Thiết bị ngưng tụ

5.2.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ

Gn =

;

(Kg/s) [5]

;

Trong đó:

• W: Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s.

• i: Hàm nhiệt của hơi ngưng tụ, J/kg.

• t2đ, t2c: nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, oC • Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ Chọn: t2đ = 25oC t2c = 61oC Ta có: W= W3 = 1217,47 kg/h i = 2610300 J/kg Cn = Cn3 = 4265 J/kg.độ Gn = 25342,68 kg/h

5.2.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet

Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: Gkk = 0,000025.W + 0,000025. Gn + 0,01W

Gkk = 12,84 kg/h

Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: Vkk = 0,001.[0,02.(W+Gn) + 8W] VI.48/84[5]

= 0,001.[0,02. (1217,47 + 25342,68) + 8. 1217,47] = 10,27 m3/h = 2,8.10-3 m3/s

5.3 Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

5.3.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Baromet

Dtr = 1,383.√ m, VI.52/84 [5] Trong đó:

• W: Lượng hơi ngưng tụ, W = 1217.47/3600 = 0,34 Kg/m

• ρh: Khối lượng riêng của hơi, kg/m3

.

 ρ h = 0,158 kg/m

3

bảng I.250/312 [4] Tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ, m/s.

Do thiết bị làm việc với áp suất Pn = 0,21at, nên ta có thể chọn wh = 25m/s.

Dtr = 0,405 m

Chọn đường kính của thiết bị ngưng tụ Baromet: Dtr = 0,6 m.

5.3.2 Kích thước tấm ngăn

Tấm ngăn có dạng hình viên phân với chiều rộng là: b = 50 mm, VI.53/85 [5]

2

Chọn nước làm nguội là nươc sạch thì đường kính lỗ là: d = 2 mm [5] Trong đó: Dtr là đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, mm

Suy ra: b = 600/2 + 50 = 350 mm, Tốc độ của tia nước là 0,62 m/s

Chọn chiều dày của tấm ngăn (3 5 mm): chọn = 4 mm. [5]

Chọn chiều cao gờ tấm ngăn: ho = 40 mm. t85 [5]

5.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ

Mức độ đun nóng nước được xác định theo công thức:

;

m, VI.56/85 [5]

;

Trong đó:

• t2đ, t2c : nhiệt độ đầu và cuối của nước tưới vào thiết bị, 0C.

• tbh : Nhiệt độ của hơi bão hòa ngưng tụ, oC Ta có: t2đ = 23oC , t2c = 50oC, tbh = 61oC P =

50;23

= 0,71 m,

61;23

Ta có số sau [5]: chọn P theo quy chuẩn P = 0,687

 Số bậc: 3 

 Số tấm ngăn: n = 6 

 Khoảng cách giữa các ngăn: htb = 400 mm 

 Thời gian rơi qua 1 bậc: t = 0,41s

Chiều cao hữu ích của thiết bị : [2]

H = ( số ngăn -1)*khoảng cách giữa 2 ngăn Suy ra H = 5.400 = 2000, mm

Tra bảng VI.8/88 ta có:

 Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị : 1300 mm 

 Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị là 1200 mm 

5.3.4 Kích thước ống Baromet

TBNT Baromet làm việc ở áp suất chân không 0.21 at. Do đó, để đảm bảo thiết bị làm việc bình thường, cần phải tháo hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng tụ ra ngoài bằng ống Baromet.

Đường kính trong của ống Baromet được tính bằng công thức:

√0 004 : m VI.57/86[5]

Trong đó:

• Gn: Lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/s => Gn = 25342,68 (kg/s)

• W: Lượng hơi ngưng tụ, kg/s => W3 = 0,1217 (kg/s)

• ω: Tốc độ của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống Baromet. Chọn w = 0,6 m/s

dba = 0,125 m

Chọn theo qui chuẩn dba = 0,2 ,m

Chiều cao của ống Baromet được xác định theo công thức sau [5]: hba = h1 + h2 + 0,5 (m)

Trong đó: h1 là 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..

h1 = 10,33 m, VI.59/86 [5].

760

Với b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, mmHg.

[5]

b = Pa – Png = 1 – 0,21 = 0,79 at = 0,79.760 mmHg

 h = 10,33. 0 79 760 8,16( m)

1 760

h2 là chiều cao cột nước trong ống Baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống [2]:

2 H   h 1   ( d 2 2g  Trong đó:

 λ: Hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống 

 Σξ: Tổng trở lực cục bộ 

 H : là toàn bộ chiều cao của ống Baromet, H = Hba= 4,5 m

Chọn hệ số trở lực cục bộ khi vào ống là ξ1 = 0,5 và hệ số trở lực cục bộ khi ra khỏi ống

2

là=1

=> = 1,5

Tính hệ số trở lực do ma sát :

Có khối lượng riêng của nước: ρ = 988,1 kg/m3, bảng I.249/311 [4] Độ nhớt của nước ở 50oC: μ = 0,549.10-3 N.m/s bảng I.249/311 [4] Chuẩn số Re: Re = 02988106 215978 14 0 549 10 3 Re > 4000.

Chọn vật liệu làm ống Baromet là thép CT3 – ( tính Hệ số nhám với ống dẫn nước trong điều kiện ít rò nên độ nhám = 2 mm [4]:

Δ = 2

0 0025 80

Độ nhám tương đối:

Theo công thức Cônacốp (Re > 100000): 

1 (1.8 log Re1.5)2

 = 0,015

Giả sử chiều cao của ống Baromet là: hba = 9 m. Vậy: h2 = 0,016

Suy ra: hba = 8,16 + 0,016 + 0,5 = 8,68 (m)

Nhận. Vậy chiều cao của ống Baromet là: hba = 9 m

Bảng 5.1. Thông số của thiết bị ngƣng tụ Baromet

Lượng nước lạnh cần tưới vào TBNT Gn = 25342,68kg/h

Thể tích không khí cần hút ra khỏi TBNT Vkk = 2,8.10-3 m3

/s

Thiết bị Đường kính trong Dba = 0,6 m

Chiều cao Hba = 4,5 m

Số ngăn n = 6

Khoảng cách giữa các htb = 0,4 m

ngăn

Số bậc K = 3

Thời gian rơi qua 1 bậc t = 0,41 s

Ống Đường kính trong dba = 0.2 m

Chiều cao hba = 9 m

Tổng chiều cao TBNT h = 9 + 4,5 = 13,5 m

5.4 Chọn bơm

5.4.1 Bơm ly tâm để bơm nước lên thiết bị

5.4.1.1 Công suất của bơm

Công suất bơm được tính theo công thức:

N = 1000 KW Trong đó:

• Q: năng suất bơm, m3/s Q = = = 0,007 m3

/s

H: áp suất toàn phần lên bơm

H = Với

;

+ Ho+ hms+ hi

• p2- p1: áp suất trên mặt thoáng ở chỗ hút và đẩy

• P1= 0,21at

• P2= 1at

• H0: Chiều cao hình học đưa chất lỏng lên tháp

• H0 = H1+ H2