Tỉ số:
Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi theo công thức:
∆ ∗ =
∆ ∗=(∆ +∆
= 34,38 [℃] 297 3,7 2 + 318 5,2 2
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
13. So sánh ∆ ∗và ∆
= 36,93 [℃] 2973,72 + 3185,21
2
1
2
Sai số < 5 %, vậy nên chấp nhận giả thiết phân bố áp suất P
Nồi K
1 2
14. Tính bề mặt truyền nhiệt F
Theo phương pháp phân phối nhiệt độ hữu ích, điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau :
Với nồi cô đặc 1:
1
Với nồi cô đặc 2:
2 ∆ ∗
PHẦN 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
Trong tính toán cơ khí ta chỉ cần tính cho nồi 1, thông số nồi 2 lấy giống nồi 1.
1.Buồng đốt nồi cô đặc
Thiết bị là việc ở điều kiện áp suất thấp (<1,6 N/m2), chọn nhiệt độ thành thiết bị là nhiệt độ môi trường, đối với thiết bị đốt nóng có cách nhiệt bên ngoài. Chọn thân hình trụ hàn, làm việc chịu áp suất trong, kiểu hàn giáp mối hai bên, hàn tay hồ quang điện, vật liệu chế tạo là thép bền không gỉ X18H10T. Khi chế tạo cần chú ý:
-Đảm bảo đường hàn càng ngắn càng tốt. -Chỉ hàn giáp mối.
-Bố trí các đường hàn dọc.
-Bố trí mối hàn ở vị trí dễ quan sát. -Không khoan lỗ qua mối hàn. -Tính số ống trong buồng đốt
1.1 : Tính số ống trong buồng đốt
= . . (ống)
Trong đó:
- dtr: Đường kính trong của ống truyền nhiệt, m - H: Chiều cao của ống, m
- F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, m2 Chọn đường kính ngoài của ống: dn = 38 (mm) [2-81] Bề dày của ống truyền nhiệt: = 2 (mm)
Đường kính trong của ống: dtr = dn ‒ 2. = 38 – 2.2 = 34 (mm)
Thay vào ta có = 86,3 = 161,69
.0,034.5 (ống)
Quy chuẩn theo bảng V.11 [4-48] ta được n = 187 ống. Ta có bảng sau: Số ống Số ống hình trên sáu đường cạnh xuyên tâm của hình sáu cạnh
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
7 15 169 3 - - 18 187
Chọn cách bố trí ống theo đường lục giác đều Diện tích bề mặt truyền nhiệt thực của ống:
= n. π. d. H = 187. .0,034.5= 99,87 (m2)
1.2 :Đường kính trong của buồng đốt
Tính theo công thức: Dt = t. (b – 1) + 4. dn [m] [4 – 49] Trong đó:
-b: số ống trên đường xuyên tâm của hình lục giác, b = 15 -dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 38 mm
-t: bước ống của chùm ống truyền nhiệt trong buồng đốt, t = 1,45. dn Thay số ta có:
Dt = 1,45. 0,038. (15 – 1) + 4.0,038 = 0,9234 (m) Quy chuẩn theo bảng XIII.6 [4 – 359] chọn Dt = 1000 mm
1.3. Tính chiều dày buồng đốt
Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép crôm – niken – titan (X18H10T) và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn.
Bề dày buồng đốt được tính theo công thức XIII.8 [2-360]
= . + ( )
2.[ ]. − Trong đó:
-Dtr: đường kính trong của buồng đốt, m
- φ: hệ số bền hàn của thanh hình trụ theo phương dọc - Pb : áp suất trong của thiết bị, N/m2
- C : hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày, m - b : ứng suất cho phép, N/m2
( Xác định đại lượng C
Theo bảng XIII.8 [2-362] nếu hàn tay bằng hồ quang điện với Dtr ≥ 700 (mm), thép không gỉ thì φ = 0,95
Đại lượng bổ sung C trong công thức XIII.8 [2-362] phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày. Xác định đại lượng C theo công thức
= 1+ 2+ 3,
Trong đó :
- C1 : bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m
3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C1 = 1 (mm)
- C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyến động với tốc độ lớn ở trong thiết bị. Chọn C2 = 0 (mm)
- C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu. Tra bảng XIII.9 [2-364] chọn C3 = 0,4 (mm)
Vậy C = 1 + 0 + 0,4 = 1,40 (mm) = 0,0014 (m)
(*) Xác định ứng suất cho phép b
Khi tính toán sức bền của thiết bị trước hết cần xác định ứng suất cho phép. Đại lượng ứng suất cho phép phụ thuộc vào dạng ứng suất, đặc trưng bền của vật liệu chế tạo, nhiệt độ tính toán, công nghệ chế tạo và điều kiện sản xuất. Ứng suất cho phép được xác định theo các công thức XIII.1, XIII.2 [2-355]:
[ [
Trong đó:
[4-356]
[4-356]
- nk, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy
Tra bảng XIII.3 [2-356] với thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định được nk = 2,6 và nc = 1,5.
- [ k], [ c]: ứng suất cho phép khi kéo, theo giới hạn chảy - k : giới hạn bền khi kéo.
Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày 4 – 25 mm ta được k = 550.106 (N/m2 )
-c : giới hạn chảy. Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày 4 – 25 mm ta được c = 220.106 (N/m2 )
- η : hệ số điều chỉnh. Các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng hay được cách ly với
nguồn đốt nóng trực tiếp (nhóm thiết bị 2). Các thiết bị dùng để sản xuất ở áp suất cao (loại 1). Tra bảng XIII.2 [2-356] ta xác định được η = 0,9
Suy ra : [ ] =550.106.0,9 = 190,38.106 (N/m2) 2.6 [ ] =220.106.0,9 = 132,00.106 (N/m2) 1,5
Vậy ứng suất cho phép của vật liệu:
[ ] = {[ ],[ ]} = 132,00. 106 (N/m2 )
3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
(*) Xác định áp suất làm việc (áp suất trong thiết bị)
Môi trường là hỗn hợp hơi bão hòa – nước ngưng nên áp suất làm việc bằng tổng áp suất hơi (khí) và áp suất thủy tĩnh pl của chất lỏng.
= + ≈ , N/m2
Có Pmt = Phđ = 5,00 (at) = 5,00.98100 = 490500 (N/m2 ) Vậy = 490500 (N/ 2 )
( Xác định chiều dày buồng đốt Ta có:
Vì vậy bỏ qua Pb ở mẫu trong công thức tính S. Vây tính đươc chiều dày buồng đốt:
.
= 2.[ ].
−
Quy chuẩn theo bảng XIII.9 [4-364] lấy S = 4mm
(*) Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử
Trong tất cả mọi trường hợp sau khi đã xác định được chiều tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 [2-365]
= Trong đó:
dày thiết bị, ta cần kiểm 2)
- Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2- 366] = ℎ + 1 , N/m2
Với + Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]. Ta có Pth = 1,5.Pb = 1,5. 490500= 735750 (N/m2 )
+ P1 : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360] P1 = ρ.g.H (N/m2 )
Tra bảng I.5 [1-11] với nước ở 25 oC được khối lượng riêng của nước tại 25 oC là = 997,08 (kg/m³)
Ta có: P1 = 997,08.9,81.(5 + 0,5) =53797,45 (N/m2 ) Suy ra Po = 735750 + 53797,45= 789547,45 (N/m2 )
Vậy ta có:
3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
=
= 183,33. 106
(/2) Vậy chiều dày phòng đốt là S = 4mm
1.4. Tính chiều dày lưới đỡ ống
Chiều dày lưới đỡ ống phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Yêu cầu 1: Giữ chặt ống sau khi nung, bền
′= +5=38+5=9,75( )
8 8
Để đáp ứng yêu cầu này chọn chiều dày tối thiểu của mạng ống là S’ = 10 (mm) - Yêu cầu 2: Chịu ăn mòn tốt
Để đáp ứng yêu cầu này thì chiều dày mạng ống là S = S’ + C = 10 + 1,40 = 11,40 (mm) . Chọn S= 12 mm
- Yêu cầu 3: Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống
Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống là f ≥ fmin Tiết diện dọc giới hạn bởi ống là = . ( − ) ≥ = 4,4 + 12 ( 2)
Trong đó:
-S: Là chiều dày mạng ống, mm
-t: Là bước ống, t = .dn = 1,45. 38 = 55,1 (mm)
-dn: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 38 (mm) Suy ra
f = 12. (55,1 - 38) = 205,2 (mm2) fmin = 4,4.38 + 12 = 179,2 (mm2) Vậy f ≥
fmin
- Yêu cầu 4: Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất
Để thỏa mãn yêu cầu này ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giới hạn bền uốn với
điều kiện
Trong đó:
-Pb: áp suất làm việc, N/m2
-dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m
3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Dựa vào hình vẽ ta có:
AB = t.cos300 = 55,1. √32 = 47,72 (mm)
AD = t + ED = t + t.sin300 = t(1 + sin300 ) = 55,1.(1 + 0,5) = 82,65 (mm) = + = 47,72+82,65 = 65,12 ( )
22 Thay số vào công thức ta được:
σu = 1,4[σ] = 1,4.1,32. 108 = 184,8. 106 (N/m2 ) ′
=3,6(1−0,7. 38 )(12)
1.5. Tính chiều dày đáy buồng đốt
Dtr
hb
Đáy buồng đốt là thiết bị quan trọng của thiết bị thường được chế tạo cùng vật liệu với thân thiết bị, ở đây là thép không gỉ X18H10
Đáy nối với thân thiết bị bằng cách ghép bích.
Đáy chọn elip có gờ đối với thiết bị có thân hàn thẳng đứng chịu áp suất trong Chiều dày đáy phòng đốt được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:
= Với điều kiện:
< ≤2,5
0,6 2ℎ Trong đó
- Dt: Là đường kính trong buồng đốt, Dt= 1 m
- hb: Chiều cao phần lồi của đáy
Theo XIII.10 [4 – 382]: Dt = 1 m → hb = 250 mm
- [ ]: Ứng suất cho phép của vật liệu
- φh: Hệ số bền hàn của mối hàn hướng tâm, φh = 0,95
- k: Hệ số bền của đáy, được xác định theo công thức
k = 1 −
(CT XIII.48 [4-385])
- d: Đường kính lỗ, tính theo đáy buồng đốt có cửa tháo dung dịch: = √ (m)
Trong đó:
0,785.
- ω: Là vận tốc dung dịch ra khỏi nồi 1 => lấy ω = 0,6 (m/s)
- ρ: Khối lượng riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1, ρ = 1006,3 (kg/
Do đó:
√ 1,83.10
−3
Ta có:
- C: Hệ số bổ xung tính theo công thức XIII.17 [4-363], tăng thêm một ít tùy theo chiều dày. Khi 10 ≤ S – C ≤ 20 mm. C = 2 + 1,4 = 3,4 mm
- p: áp suất làm việc của thiết bị (p = p1 + ρdd.g. Hdd)
ρdd.g. Hdd: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong buồng đốt Hdd = Hống + hb + h1= 5 + 0,25 + 0,5 = 5,75 m
p1: áp suất của hơi thứ trong nồi, p1 = 1,59 at = 155979 (N/m2) p = p1 + ρdd.g. Hdd = 155979 + 1006,3.9,81.5,75 = 212741,87
(N/m2) Xét:
Nên có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu, vậy chiều dày đáy lồi phòng đốt là:
Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [4-384] lấy S = 5mm để dễ chế tạo và ghép nối
( Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po.
3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Với Po= 1,5p= 1,5. 212741,87=319112,76 (N/m2 ) Ta có:
=
Độ bền đảm bảo an toàn.
Thoả mãn điều kiện ứng suất thuỷ lực. Vậy chọn S = 5 (mm)
1.6. Tra bích lắp vào thân và đáy, số bu lông cần thiết để lắp ghép
Tra bảng XIII.26 [4-413] bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn
Py.10-6
(N/m2)
0,6
2. Buồng bốc nồi cô đặc2.1. Thể tích không gian hơi 2.1. Thể tích không gian hơi
Thể tích không gian hơi của buồng bốc được tính theo công thức VI.32 [2-71] =
Trong đó:
-W: Là lượng hơi bốc lên trong thiết bị, W = W1 = 4167,02 (kg/h)
-ρh: Khối lượng riêng của hơi thứ tại áp suất P1’= 1,59 (at). Tra theo bảng I.251 [3- 3
314] ta được ρh = 0,806 (kg/m3)
3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
-Un: Cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (m3/m3.h) Cường độ bốc hơi phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch và áp suất hơi thứ. Ở điều kiện
áp suất P = 1(at); (1 )= 1600 ÷ 1700 (m3/m3.h). Khi P ≠ 1 at thì = f. (1 ). Với f là hệ số hiệu chỉnh. Từ đồ thị VI.3 [4-72] có f = 0,97. Chọn (1 ) = 1600
(m3/m3.h)
Suy ra, Un = f.Utt (1at) = 0,97.1600 = 1552 (m3/m3.h) Thay vào ta có:
= 0,806.15524167,02 = 3,33 (m3)
2.2. Tính chiều cao phòng bốc hơi
Chiều cao phòng bốc hơi được xác định theo công thức VI.34 [2-72] : 4
=.2 ( ) Với Dtrbb: Là đường kính trong của buồng bốc Chọn chiều cao phòng bốc hơi H = 2,6 (m).
= √ =
Quy chuẩn theo bảng XIII.6 [2-359], Dtrbb = 1,4 (m).
2.3. Tính chiều dày phòng bốc hơi
Chọn vật liệu làm thân buồng bốc là thép crôm – niken – titan (X18H10T) và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn.
Do vật liệu chế tạo của buồng bốc tương tự với buồng đốt nên một số thông số khi tính toán ta lấy giống với buồng đốt.
Bề dày buồng bốc được tính theo công thức XIII.8 [2-360]: =
Trong đó:
- Dtr: Đường kính trong phòng bốc, Dtr = 1,4 m
- σb: Ứng suất cho phép của vật liệu, σb =132.106 N/m
φ: Hệ số bền hàn của thanh trụ theo phương dọc, ta chọn hàn bằng tay với Dtr
> 700 mm, thép X18H10T nên φ = 0,95
- C: Hệ số bổ xung, C = 1,4 mm
- Pb: Áp suất 6hơi thứ, Pb = 1,59.9,81.104 = 155979(N/m2) Vì . = 132.10 . 0,95 = 717,33 > 50 nên bỏ qua P
3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ở mẫu
Vậy chiều dày là:
= 1,4.155979 + 1,4.10−3 = 2,27.10−3 (m)
2.132.106.0,95
Quy chuẩn theo bảng XIII.9 [4-364] được S = 3 (mm). Ta chọn S = 4mm, cùng độ dày với buồng đốt.
* Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực:
Ta có:
1,2
- p0: Áp suất thử tính toán được theo công thức: p0 = pth + p1
+ pth: Áp suất thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]. Với thiết bị kiểu hàn, làm việc ở điều kiện áp suất từ 0,07 đến 0,5.106 N/m2 ta có :
pth =
1,5. pb = 1,5. 155979 = 233968,5 (N/m2) + p1: Áp suất thủy tĩnh của nước:1 = (N/m2)
p1 = 997,08.9,81.2,6 = 25431,52 (N/m2)
p0 = 233968,5+25431,52 = 259400,02 (N/m2) Thay vào công thức ta được:
[1,4 + (4 − 1,4). 10−3]. 259400,02 =
2. (4 − 1,4). 10−3. = 73,65.106 < 183,33.106 0,95
Vậy chiều dày buồng bốc là S = 4 mm
2.4. Tính chiều dày nắp buồng bốc
Cũng như đáy buồng đốt, ta chọn nắp elip có gờ và vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T.
Chiều dày nắp buồng bốc được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:
Điều kiện: Trong đó:
- Pb: Áp suất buồng bốc. Pb = 155979 (N/m2)
- Dtr: Là đường kính trong buồng bốc, Dtr= 1,4 m
- hb: Chiều cao phần lồi của đáy.
Theo bảng XIII.10 [4-382] do Dtr = 1,4 m nên hb = 350 mm
- φh: Hệ số bền hàn của mối hàn hướng tâm, φh = 0,95
- σbk: Ứng suất cho phép của vật liệu
4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
- k: Hệ số bền của đáy, được xác định theo công thức k = 1 − (CT XIII.48 [4-385])
- C: Hệ số bổ sung. Lấy C = 1,4 mm
Đại lượng bổ sung C khi S – C < 10 do đó phải tăng giá trị C thêm 2mm nên tacó:
C = 1,4 + 2 = 3,4 mm
- d: Đường kính lỗ, tính theo đáy buồng bốc có cửa tháo dung dịch:
Trong đó:
- ω: Là vận tốc thích hợp hơi thứ => lấy ω = 30 (m/s)
- V: Lưu lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1, =
Do đó: => k = 1 − 0.247 Ta có: Vì . =132.10 qua P Thay số: = 1,4.155979 3,8.132.106. 0,824.0,95
Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-384]: S = 5 (mm).
(*) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po.
Theo công thức XIII.49 [2-386]
− 233968,5
3,4).1 7,6.0,824.0,95.0,350. (6 − 3,4).10−3
0−3]. = 84,78.10
< Thỏa mãn điều kiện ứng suất thủy lực. Vậy S = 5 mm
2.5.Tra bích lắp vào thân và đáy, ố bu lông cần thiết để lắp ghép
Chọn bích liền kiểu 1, theo bảng XIII.27 [2–421]. Ta có bảng sau:
4
Py.10-6 (N/m2)
0,3
3.Tính một số chi tiết khác:
3.1 Tính đường kính các ống nối dẫn hơi, dung dịch vào và ra thiết bị Đường kính ống dẫn hơi đốt vào được tính theo công thức: bị Đường kính ống dẫn hơi đốt vào được tính theo công thức:
= √0,785. (m)
3.1.1 Ống dẫn hơi đốt vào
Các đại lượng trong công thức VII.74 [2-74] với hơi đốt
- ω: Là vận tốc thích hợp của hơi đốt trong ống. Đối với hơi đốt, = (20 ÷ 40) m/s => lấy ω = 35(m/s)
- V: Lưu lượng hơi đốt cháy trong ống, =
- D: Lượng hơi đốt đi vào nồi 1, D = 4615,61 (kg/h) - ρ: Khối lượng riêng của hơi đốt,
Tra bảng I.251 [3 – 315] với phđ = 5at => ρ = 2,614 (kg/ 3)
Do đó Quy chuẩn từ [4 – 434] dtr = 150 mm * Tính lại : V 0,49 ω = 0,785. 2 = 0,785. 0,152 = 27,74 (m/s) Vận tốc có nằm trong khuyến cáo. Vậy chọn d = 150 mm