3. Tính một số chi tiết khác:
3.1.2. Ống dẫn dung dịch vào
Gđ: lưu lượng dung dịch đầu, Gđ = 10800 kg/h
ρ: khối lượng riêng của dung dịch đầu, dung dịch vào ở nhiệt độ sôi tso = 116,04oC, nồng độ đầu 5%, tra bảng I.46 [1-42] và nội suy ρ = 987,6(kg/m3)
: là vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, với dung dịch KNO3 là chất lỏng nhớt = (0,5 ÷ 1) m/s chọn = 1,2 (m/s)
=
Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được dtr = 70mm * Tính lặp: giả thiết
V 3,038.10−3
ω = 0,785. 2=
0,785. 0,072= 0,89 (m/s)
Vận tốc có nằm trong khuyến cáo. Vậy chọn d = 70 mm
Áp suất làm việc P = Ptb1 =1,74 (at) = 0,17.106 (N/m2). Quy chuẩn P = 0,25.106 (N/m2). Tra bích ống nối dẫn hơi thứ với hệ thống bên ngoài, bảng XIII.26 [4-414]:
.10−6
0,25
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 110 mm
3.1.3: Ống dẫn hơi thứ ra
Đã tính ở phần buồng bốc d = 0,247m. Quy chuẩn d = 250mm
Tra bảng XIII.26 [2-413] bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn
Pb.10-6
(N/ 2)
0,25
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống l = 140 mm
3.1.4 Ống dẫn dung dịch ra
Đã tính ở phần buồng đốt d = 0,062 m. Quy chuẩn d = 70 mm
Tra bảng XIII.26 [2-412] bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn
Pb.10-6
(N/ 2) (mm)
0,25
Tra bảng XIII.32 [4-434] lấy chiều dài ống L = 110 mm
3.1.5. Ống tháo nước ngưng
Vì nước ngưng là chất lỏng ít nhớt nên = 1 ÷ 2 (m/s), chọn = 1,2 (m/s). Coi lượng nước ngưng bằng lượng hơi đốt vào
Tng = 151,1oC Tra bảng khối lượng riêng của nước (I.5 [3 – 11])
=
D
43
1,398.10−3 Do đó: = √ 0,785.1,2 = 0,039(m) Quy chuẩn từ [4 – 434] d = 40 (mm) * Tính lặp: giả thiết V 1,389. 10−3 ω = 0,785. 2= 0,785. 0,042= 1.11 (m/s)
Vận tốc có nằm trong khuyến cáo. Vậy chọn d = 40 mm
Áp suất làm việc P = P1 = 5 (at) = 0,4905.106 (N/m2). Quy chuẩn P = 0,6.106 (N/m2).
Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,6.106 (N/m2) và dtr5 = 40 (mm) ta có thông số của
bích như sau: P.106 (N/m2) 0,6 Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 100 (mm). 3.2Tính và chọn tai treo
Tính khối lượng mỗi nồi khi thử thủy lực :
Gtl = Gnk + Gnd [N] Trong đó:
-Gnk: khối lượng nồi không
-Gnd: khối lượng nước được đổ đầy trong nồ
3.2.1 Tính Gnk
•Khối lượng nắp đáy buồng đốt:
- Đường kính trong của đáy buồng đốt: Dtr = 1000 (mm)
- Chiều dày: S = 5 (mm)
- Chiều cao gờ: h = 25 (mm)
Tra bảng XIII.11 [4 – 384] ta có khối lượng của đáy elip có gờ: m= 47,9 kg
Do khối lượng ở bảng tra tính với thép cacbon, với thép không gỉ cần nhân thêm hệ số 1,01 nên m1 =2. 47,9.1,01 = 96,76 (kg)
•Khối lượng thân buồng đốt:
44
2= .V (kg)
Trong đó:
- : là khối lượng riêng của thép X18H10T, =7900 kg/m3
-h: chiều cao buồng đốt là tổng chiều cao ống truyền nhiệt và chiều cao đáy nắp
buồng đốt: h = 5 + 0,5+ 0,4+0,8 = 6,2 (m)
-V: thể tích thân buồng đốt, V = h.4.( 2 - 2 ) ( 3)
- : đường kính trong buồng đốt, = 1 m
- : đường kính ngoài buồng đốt,= + 2.S = 1+ 2.0,004 = 1,008m V = 6,2.0,785.(1,0082 - 12) = 0,078 ( 3
)
Vậy m2= 7900.0,078= 616,2 (kg)
•Khối lượng 2 lưới đỡ ống:
m3 = 2.ρ.V (kg) Trong đó
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T, =7900 kg/m3
- = .4 . ( 2 − . 2 ) (m3)
S: chiều dày lưới đỡ ống, S = 0,012(m)
D:đường kính trong thân buồng đốt, D = 1 (m) n: số ống truyền nhiệt, n = 187 (ống)
dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn= 0,038(m) Thay vào ta có: V = 0,012.0,785.(12 –187.0,0382) (m3)
= 6,88.10−3(m3) Vậy m3 = 2. 6,88.10−3.7900 = 108,7 (kg)
•Khối lượng các ống truyền nhiệt
m4= n.ρ.V (kg) Trong đó:
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T, =7900 kg/m3
- n: số ống truyền nhiệt, n = 187 (ống)
- V = h.4.( 2 - 2 ) ( 3)
h: chiều cao ống truyền nhiệt, h = 5(m)
dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 0,038(m) dtr: đường kính trong của ống truyền nhiệt, dtr = 0,034(m)
Thay vào ta có: V = 5.0,785.(0,0382 -0,0342) = 1,13.10−3 (m3)
Vậy m4 = 187.1,13. 10−3.7900 = 1669,35 (kg)
45
• Khối lượng thân buồng bốc:
5= .V (kg)
Trong đó:
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T, =7900 kg/m3 -V: thể tích thân buồng bốc, V = h.4.( 2 - 2 ) ( 3)
-h: chiều cao buồng bốc, h = 2.6 m
-Dtr: đường kính trong buồng bốc, = 1,4 m
-Dn: đường kính ngoài buồng bốc, = + 2.S = 1,4 + 2.0,004 = 1,408 m
V = 2,6.0,785.(1,4082 - 1,42) = 0,046 (3) Vậy m5 = 0,046.7900 = 363,4 (kg)
•Khối lượng nắp buồng bốc:
Kích thước nắp:
- Đường kính trong: Dtr = 1,4 m
- Chiều dày: S = 6 mm
- Chiều cao gờ: h = 25 mm
Tra bảng XIII.11 [4 – 384] ta có khối lượng của nắp elip” m6 = 106.1,01 = 107,06 kg
•Khối lượng phần nón cụt
Chọn chiều dày phần nón cụt bằng chiều dày buồng bốc: S= 4mm
Lấy tiết diện ống tuần hoàn bằng 10% tổng diện tích các ống truyền nhiệt ( lấy theo kinh nghiệm )
2
= 10%. .
Trong đó:
A: Tiết diện trong ống tuần hoàn
dtr: Đường kính trong của ông truyền nhiệt, dtr= 0,034m n: Số ống truyền nhiệt, n=187 ống0,034
2
=> = 10%. . . 187 = 0,017 ( 2)
Đường kính ống tuần hoàn:
ℎ=√
Chọn dth= 150 mm
46
Chiều cao hình nón cụt: ℎ=− ℎ =1,4 − 0,15= 0,625 ( )22 Thể tích nón cụt: 1 =3. .ℎ.( 2 + 2+ . ) Trong đó: h: chiều cao phần nón cụt R,r: bán kính 2 đáy của nón cụt Thay số ta đc: = 0,625.1 3 . [(1,42)2 + (0,152)2 +1,42 .0,152 ] = 0,358( 3) à = 0,625. = 0,423 ( 3) = à − = 0,065( 3) Vậy m7 = 7900. 0,065 = 513,5 (kg) • Khối lượng 4 bích ghép nắp, thân và đáy buồng đốt m8= 4.ρ.V (kg) Trong đó:
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T, =7900 kg/m3
- V: Thể tích các bích = ℎ.4 . ( 2 − 2 0 − . 2 ) (m3): h: chiều cao các bích. Chọn h = 0,026 m -> V = 0,026.0,785.(1,142 – 1,0132 – 28.0.022) = 5,35.10−3 (m3) Vậy 8= 4.7900.5,35.10−3 = 169.06 (kg) •Khối lượng 2 mặt bích ghép nắp và đáy buồng bốc m9= 2.ρ.V (kg) Trong đó:
- ρ: là khối lượng riêng của thép X18H10T, =7900 kg/m3
- = ℎ.4 . ( 2 − 2 0 − . 2 ) (m3)
V = 0,021.0,785.(1,142–1,0132– 28.0,022)
47
= 4,323. 10−3 (m3)
Vậy m9= 2.7900.4,323. 10−3 = 68,3 (kg)
Vậy tổng khối lượng nồi khi chưa tính bu lông, đai ốc là:
Gnk = . ∑9 =1 (N) G: là gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s2) ∑9 =1= 96,76+616,2+108,7+1669,35+363,4+107,06+513,5+169,06+68,3 = 3712,33 (kg) Vậy Gnk = 9,81. 3712,33 = 36417,96 (N) 3.2.2 Tính Gnd
a. Thể tích không gian buồng đốt và buồng bốc:
=4 . ( 2 . ℎ + 2 . ℎ ) + ó (m3)
Trong đó:
- hb: chiều cao buồng bốc, hb = 2.6(m)
- Dtrbb: đường kính trong buồng bốc, Dtrbb = 1,4(m)
- hd: chiều cao buồng đốt, hd = 6,2 (m)
- Dtrbd: đường kính trong buồng đốt, Dtrbd = 1(m) Thay vào ta có: V = 0,785.(1,42.2,6+12.6,2) + 0,065= 8,93 (m3) Khối lượng nước chứa đầy trong nồi là:
Gnd = g.ρ.V = 9,81.1000.8,93 =87603,3 (N) Khối lượng nồi khi thử thủy lực là:
Gtl = Gnk + Gnd = 36417,96 +87603,3 = 124021,26 (N)
Ta chọn số tai treo và chân đỡ là 8, khi đó tải trọng một tai treo, chân đỡ phải chịu là:
G = =124021,26= 15502,66 (N)
4 8
48
Chọn tai treo :
Tra bảng XIII.36 tai treo thiết bị thẳng đứng [4-438] Tải trọng cho phép trên một tai treo G.10-4, N
Bề mặt đỡ F.104(m2)
Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6(N) L B B1 H S l a d
Khối lượng một tai treo, kg
Tra bảng XIII.35 [4 – 437] Chân thép đối với thiết bị thẳng đứng:
Tải trọng cho phép 1 chân đỡ G.104 N
2,5
3.3.3 Chọn kính quan sát
Ta chọn kính quan sát làm bằng thủy tinh silicat dày: δ = 15mm, đường kính d = 200mm. Áp suất làm việc nhỏ hơn 6 at.
Chọn bích kiểu 1, bảng XIII.26 [2 – 415], bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị:
49
Py.10-6 (N/m2)
0,6
3.3 Chọn kính quan sát
Ta chọn kính quan sát làm bằng thủy tinh silicat dày: δ = 15mm, đường kính d = 300mm. Áp suất làm việc nhỏ hơn 6 at.
Chọn bích kiểu 1, bảng XIII.26 [2 – 415], bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị:
Py.10-6 (N/m2)
0,6
3.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt
Bề dày lớp cách nhiệt cho thiết bị được tính theo công thức: (2− )= λ (t 1− t 2) δ = α (t 2 − t ) Trong đó:
- tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí, khoảng 40 – 50oC, chọn tT2 = 45oC
- tT1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị vì trở lực tường trong thiết bị rất nhỏ
so với trở lực của lớp cách nhiệt cho nên tT có thể lấy gần nhiệt độ hơi đốt, tT1 = 151,1
oC
- tkk: nhiệt độ môi trường xung quanh. Tra bảng VII.1 [4 – 97], chọn tkk = 23,4 oC, lấy nhiệt độ trung bình cả năm tại Hà Nội.
- c: hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhiệt, chọn vật liệu lớp cách nhiệt là sợi bông
thủy
tinh:= 0,0372 W/m.độ (bảng PL.14 [1 – 348])
- : hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến không khí: = 9,3 + 0,058.tT2 = 9,3 + 0,058.45 = 11,91 (W/m2 .độ) Thay số vào ta có: δ = λ (t 1 α (t 2
51
Các thông số kỹ thuật của hệ thống thiết bị cô đặc
phòng đốt ngoài với dung dịch KNO3
Nồng độ dung dịch
Lượng hơi thứ bốc ra
Nhiệt độ sôi của dung dịch
Hệ số truyền nhiệt
Hiệu số nhiệt hữu ích
Bề mặt truyền nhiệt Buồng đốt Buồng bốc Kính quan sát Ống dẫn hơi đốt vào Ống dẫn dung dịch vào Ống dẫn dung dịch ra 53
Ống dẫn hơi thứ ra Ống tháo nước ngưng
PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 1.Thiết bị ngưng tụ baromet
Hơi thứ sau khi đi ra khỏi nồi cô đặc cuối cùng được dẫn vào thiết bị ngưng tụ baromet để thu hồi lượng nước trong hơi, đồng thời tách khí không ngưng dung dịch mang vào hoặc do khe hở của thiết bị. Hơi vào thiết bị ngưng tụ đi từ dưới lên, nước lạnh, nước ngưng tụ chảy xuống ống baromet.
Hệ thống thiết bị: Chọn thiết bị ngưng tụ baromet - thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao.
Sơ đồ như sau:
1.Thân.
2.Thiết bị thu hồi bọt.
3.Ống baromet.
4.Tấm ngăn.
5.Cửa hút chân không.
Trong thân 1 gồm có những tấm ngăn hình bán nguyệt.
Nguyên lí làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là phun nước lạnh vào trong hơi, hơi tỏa nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại. Do đó thiết bị ngưng tụ trực
55
tiếp chỉ để ngưng tụ hơi nước hoặc hơi của các chất lỏng không có giá trị hoặc không tan trong nước vì chất lỏng sẽ trộn lẫn với nước làm nguội
Sơ đồ nguyên lí làm việc của thiết bị ngưng tụ baromet ngược chiều loại khô được mô tả như hình vẽ. Thiết bị gồm thân hình trụ (1) có gắn những tấm ngăn hình bán nguyệt (4) có lỗ nhỏ và ống baromet (3) để tháo nước và chất lỏng đã ngưng tụ ra ngoài. Hơi vào thiết bị đi từ dưới lên, nước chảy tử trên xuống, chảy tràn qua cạnh tấm ngăn, đồng thời một phần chui qua các lỗ của tấm ngăn. Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng tụ chảy xuống ống baromet, khí không ngưng đi lên sang thiết bị thu hồi bọt (2) và tập trung chảy xuống ống baromet. Khí không ngưng được hút ra qua phía trên bằng bơm chân không
Ống baromet thường cao H > 11 m [3 – 106] để khi độ chân không trong thiết bị có tăng thì nước cũng không dâng lên ngập thiết bị.
Loại này có ưu điểm là nước tự chảy ra mà không cần bơm nên tốn ít năng lượng, năng suất lớn.
Trong công nghiệp hóa chất, thiết bị ngưng tụ baromet chân cao ngược chiều loại khô thường được sử dụng trong hệ thống cô đặc nhiều nồi, đặt ở vị trí cuối hệ thống vì nồi cuối thường làm việc ở áp suất chân không
Các số liệu cần biết:
- Hơi thứ ở nồi cuối trong hệ thống cô đặc: W2 = 4285,15kg/h
- Áp suất ở thiết bị ngưng tụ: png = 0,2 at => Tng = 59,7 oC
- Các thông số vật lý của hơi thứ ra khỏi nồi cuối của hệ thống: t2’ = 60,7 oCi2’ = 2608444 (J/kg.độ)
p2’= 0,21 at r2’ = 2355556 (J/kg.độ)
1.1. Tính toán lượng hơi nước ngưng tụ
Công thức VI.51 [2– 84]:
Gn
Trong đó:
Gn: lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ, kg/s
W:lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s i: nhiệt lượng riêng (hàm nhiệt) của hơi ngưng, J/kg i = i2’ = 2608444 J/kg
t2đ, t2c: nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, oC Chọn t2đ = 25 oC, t2c = 50 oC
=>Nhiệt độ trung bình: ttb = 2đ+ 2 = 25+50 = 37,5 oC 2
56
Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ
Tra theo nhiệt độ trung bình I.147 [3 – 165]: Cn (tại 37,5oC) = 4181,04 (J/kg.độ)
= 2( − ⋅ 2 )=4285,15(2608444−4181,04.50)= 98365,52 (kg/h)
( 2 − 2đ) 4181,04.(50−25)
1.2. Tính đường kính trong của thiết bị ngưng tụ
Theo công thức VI.52 [2 – 84]:
Dtr = 0,02305. √W2
ρh ωh
Trong đó:
Dtr: đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, m
W2: lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s, W2 = 4258,15 (kg/h) ρh: khối lượng riêng của hơi ngưng tụ ở 59,7 oC.
Tra bảng I.250 [1-312] ta có ρh = 0,1286 kg/m3
ωh: tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ. Nó phụ thuộc vào cách phân phối nước trong thiết bị, tức là theo độ lớn của các tia nước. Khi tính toán với áp suất làm việc là png= 0,2 at ta có thể chọn ωh = 35 m/s
Do đó ta có: Dtr = 0.02305. √0,12864285,15.35 = 0,711
Quy chuẩn theo bảng VI.8 [4-88], Dtr = 800 mm
1.3. Tính kích thước tấm ngăn
Chiều rộng tấm ngăn có dạng hình viên phân b xác định theo công thức:
b =D
2tr + 50 (mm)
Trong đó:
Dtr: đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, mm
800 b = 2 + 50 = 450 mm
-Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ.
-Nước làm nguội là nước sạch nên lấy đường kính lỗ là dlỗ = 2mm. -Chiều dày tấm ngăn chọn = 4mm.
-Chiều cao gờ cạnh tấm ngăn = 40mm
ωc: tốc độ của tia nước, m/s. Khi chiều cao của gờ tấm ngăn là 40 mm, ω c
57
= 0,62 m/s
Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ bề mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ:
f = Gn. 10−3
=98365,06. 10−3= 0,044 m2 3600ωc3600.0,62
Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, bước của các lỗ được xác định theo công thức VI.55
[2 – 85]:
t = 0,886. dlỗ. (
dlỗ : đường kính của lỗ đĩa đã chọn, dlỗ = 2mm
( f ): tỉ số giữa tổng số diện tích tiết diện của các lỗ với diện tích tiết diện
f
tb
của thiết bị ngưng tụ, thường lấy ≈ 0,025 ÷ 0,1. Ở đây ta chọn (f )= 0,03
f
tb
Thay số ta được: = 0,866.2. 0,030,5 + 2= 2,3 (mm)
1.4. Tính chiều cao của thiết bị ngưng tụ
Chiều cao thiết bị ngưng tụ phụ thuộc mức độ đun nóng. Mức độ đun nóng được xác định theo công thức:
β =
Trong đó:
2 , 2đ: là nhiệt độ đầu và cuối của nước làm lạnh,oC
ℎ: là nhiệt độ của hơi nước bão hòa ngưng tụ,oC
β =
Dựa vào mức độ đun nóng với điều kiện lỗ dlỗ = 2mm, tra bảng VI.7 [2-86]. Quy chuẩn = 0,727
Số Số
bậc ngăn
4 8
58
Thực tế khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó sẽ giảm dần, do đó khoảng cách hợp lí nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng chừng 50mm cho mỗi ngăn. Theo bảng trên ta có 8 ngăn, khoảng cách trung bình giữa các ngăn là 300mm, ta chọn khoảng cách giữa 2 ngăn dưới cùng là 400mm.
Chiều cao hữu ích của thiết bị ngưng tụ sẽ là:
Hhi = 400 + 350 + 300 + 250 + 200 + 150 + 100 + 50 = 1800 (mm)
1.5. Tính kích thước đường kính trong ống baromet
Đường kính ống Baromet được xác định theo công thức VI.57 [2 – 86]:
0,004. (G
n+ W
2)
= √
: tốc độ của hỗn hợp nước làm lạnh và nước ngưng chảy trong ống Baromet, m/s Lấy ω = 0,5m/s
d = √0,004. (98365,06 + 4285,13) = 0,27 m3600. . 0,5
1.6. Tính chiều cao ống baromet
Xác định chiều cao ống baromet theo công thức VI.58 [2 – 86]: