Bảng tính vỉ ống và đĩa phân phối

Bảng 2 .15Các kích thước của buồng đốt

Bảng 2.24 Bảng tính vỉ ống và đĩa phân phối

Đại lƣợng Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú

Vật liệu

Thép X18H10T Xét với bề mặt màng

Đường kính ngồi của ống dn mm 38 28

Bước ống t mm 57 57

Khoảng cách 1 l mm 49,3 49,36

Bề dày tối thiểu h’ mm 9,75 8,5

Bề dày thực h mm 10 10

Áp suất tính tốn p N/m2 0,186 0,186 Áp suất nồi 3

Ứng suất uốn  𝑢 106, N/m2 3,89 3,32 Ứng suất uốn cho phép 𝜍𝑛 106, N/m2 139 139

Kiểm tra điều kiện Đạt Đạt

2.4.5.3Trai Đeo.

Chọn 4 tai treo bằng thépCT3 có khối lượng riêng 7850kg/m3 cho mỗi nồi, ta phải tính tải trọng lên mỗi tai treo.

Tải trọng lên một tai treo là:Q=𝐺 4(N)

Trong q trình tính tổng trọng lượng ta bỏ qua trọng lượng hơi,trọng lượng ống dẫn. trọng lượng lớp cách nhiệt và các chi tiết nhỏ khác, tuy nhiên ta sẽ quy chuẩn trọng lượng tăng hơn so với tính tốn.

 Cách tính trọng lƣợng thân thiết bị:

Tính trọng lượng của thân buồng đốt và buồng bốc theo công thức:

M= 𝜌.𝜋.𝐻

4 . 𝐷𝑛2 − 𝐷𝑡2 (*)

Trong đó:  = 7,85.10-3 kg/m3khối lượng riêng của thép. Dn đường kính ngồi của buồng đốt và buồng bốc,m. Dt đường kính trong của buồng đốt và buồng bốc,m. H chiều cao của buồng đốt và buồng bốc,m.

Tính tải trọng của thân thiết bị:G=g.M, g – gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.

 Cách tính trọng lƣợng của dung dịch:

Tính trọng lượng của dung dịch đi trong thiết bị gồm 2 phần:dung dịch đi trong ống truyền nhiệt,mực dung dịch tràn lên chọn 0.5m.

Vì dung dịch ở nồi thứ 3 có khối lượng riêng lớn nhất nên ta tính khối lượng riêng dunng dịch ở nồi 3.

Chọn trọng lượng dung dịch ở buồng đốt làm trọng lượng dung dịch ở buồng bốc. Cơng thức tính :

𝐺𝑑𝑑 = 𝑛. 𝜋. 𝑑𝑡2

4 − 𝑑𝑚2

4 .H.𝜌𝑑𝑑.g + 𝜋𝐷2

4 . 𝑕𝑡. 𝜌𝑑𝑑. 𝑔. 𝑁

Trong đó: dt, dm, D lần lược là đường kính trong của ống truyền nhiệt, đường kính màng dung dịch ( dm = dt – 3x2 ) và đường kính buồng đốt;

𝜌𝑑𝑑 là khối lượng riêng dung dịch ở nồi 3, 𝜌𝑑𝑑 = 1327,13 kg/m3. ht là chiều cao dung dịch sôi tràn lên, ht = 0,5 m.

 Cách tính khối lƣợng vỉ ống:

Vĩ ống để ghép ống, có 3 vỉ ống trong một buồng đốt:2 vĩ để giữ ống truyền nhiệt,1 vỉ để phân phối dung dịch đều vào các ống truyền nhiệt nên ta chỉ tính trọng lượng vĩ phân phối dung dịch rồi nhân 3.

Tính thể tích vỉ ống: V =h. 𝜋𝐷𝑡2 4 − 𝑛. 𝜋.𝑑𝑛2 4 , m3 Tính trọng lượng của 3 vỉ: Gv =3.V..g,N

 Cách tính trọng lƣợng của ống truyền nhiệt:

Tính thể tích của các ống truyền nhiệt theo công thức:

V = 𝑛. 𝜋 𝑑𝑛2 4 +𝑑𝑡2 4 . 𝐻, m3 Tính trọng lượng của các ống : Gô = V..g, N  Trọng lƣợng của bích : Trọng lượng của 1 bích : Gbd =𝑕. 𝐷 2−𝐷Ơ2 4 . 𝜋. 𝜌. 𝑔 , N Trong đó:

D là đường kính ngồi của bích đã chọn, m Dơ là đường kính trong của bích, m

H là bề dày của bích.

Ở buồng đốt có 3 mối nối nên có 6 bích, buồng bốc có 4 bích.

 Trọng lƣợng của đáy, nắp :

Trọng lượng của đáy và nắp tra bảng :

Đáy, nắp của buồng đốt và nắp của buồng bốc (elip ) tra bảng XIII.11/T384- 2 . Đáy của buồng bốc (đáy tròn )tra bảng XIII.21/T394- 2 .

Bảng 2.25: Khối lƣợng thiết bị chính. Bộ phận Vật liệu Trọng lƣợng Số lƣợng Buồng đốt Thân chính CT3 4303,8 1 Thân phụ X18H10T 2381,7 1 Nắp/đáy X18H10T 784,8 2 Bích CT3 275,5 6 Vĩ ống X18H10T 454,4 3 Ống truyền nhiệt X18H10T 87,1 127

Khối lượng dung dịch 6864,8

Buồng bốc

Thân X18H10T 11967,0 1

Đáp X18H10T 2531,0 1

Nắp X18H10T 3894,6 1

Bích CT3 502,4 4

Khối lượng dung dịch 6864,8

Bảng 2.26 : Kết quả tính tai treo

Đại lƣợng Buồng đốt Buồng bốc

Tổng tải trọng ( N ) 29191,1 27266,9

Số tai treo 4 4

Tải trọng lên 1 tai treo 7297,8 6816,7

Chọn tai treo chung có tải trọng 1.104N (tra bảng XIII.36/T438- 2

Hình 2.5: Thiết bị tai đỡ đặt đứng Bảng 2.27: Các thông số của tai treo : Bảng 2.27: Các thông số của tai treo :

L B B1 H S L a D

110 85 90 170 8 45 15 23

2.4.5.4. Tính bề dày lớp cách nhiệt

Buồng đốt và buồng bốc đều được chọn cách nhiệt với bề dày lớp cách nhiệt được tính theo cơng thức sau:

𝛼𝑛. 𝑡𝑇2− 𝑡𝑘𝑘 = λ𝑐

Trong đó hệ số cấp nhiệt 𝛼𝑛 từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt được tính theo cơng thức sau :

𝛼𝑛 = 9,3 + 0,058. 𝑡𝑇2 , W/m2.K

Tính bề dày lớp cách nhiệt cho nồi 1, còn lớp cách nhiệt cho nồi sau lấy như nồi 1. Với tT2 là nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị, vì trở lực nhiệt tường rất nhỏ so vơi trở lực nhiệt của lớp cách nhiệt cho nên tT2 có thể lấy bằng nhiệt độ của hơi đốt, tT2 = 132,9◦C.

tT2 : là nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phái khơng khí, chọn tT2 = 40◦C. tKK: nhiệt độ khơng khí trung bình năm tkk =27,2◦C

λ𝑐 : là hệ số dẫn nhiệt của vậy liệu cách nhiệt. Chọn vật liệu cách nhiệt là tấm polystirol:

λ𝑐 = 0,047 W/m.K 𝛼𝑛 = 11,62 W/m2.K Suy ra : 𝛿𝑐 = 0,029 m

Chọn bề dày cách nhiệt theo tấm tiêu chuẩn,do đó ta chọn tấm polystirol cơ bản là 0,05m.

2.5 THIẾT BỊ NGƢNG TỤ BAROMET

Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp, được sử dụng khi hơi đi ra là nước hoặc chất lỏng không được sử dụng.

Hơi thứ sẽ được dẫn vào và đi từ dưới lên,nước làm lạnh đi từ trên xuống,hơi thứ sẽ ngưng tụ thành nước và cùng chảy xuống dưới,ra ngồi.Khí khơng ngưng sẽ đi từ dưới lên và được bơm chân khơng hút ra ngồi.

Baromet đặt cao hơn mặt đất(chiều cao baromet phụ thuộc vào áp suât ngưng tụ) . Áp suất ngưng tụ càng thấp,chiều cao càng lớn,áp suất làm việc của thiết bị là áp suất chân khơng,do đó nó được đặt ở một nơi cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngồi khí quyển mà không cần bơm.

Ƣu điểm:

Hiệu suất truyền nhiệt trực tiếp rất cao,ổn định áp suất tốt. Kết cấu thiết bị đơn giản, hoạt động ổn định

Ít tốn năng lượng

Trong thiết bị ngưng tụ baromet,hơi thứ ngưng tụ chuyển từ hơi sang lỏng,làm giảm thể tích,dẫn đến áp suất giảm. Do đó có sự chênh lệch áp suất giữa buồng bốc và thiết bị ngưng tụ,nên hơi tự động đi qua mà không cần dùng bơm hay quạt, khơng tốn chi phí năng lượng

Bảng 2.28:Kí hiệu các đại lƣợng

Kí hiệu Đơn vị Ý nghĩa

G kg/h Lưu lượng

i kJ/kg Entapi

t 0C Nhiệt độ

c kJ/kg.K Nhiệt dung riêng

“ v” m/s Vận tốc dòng lưu chất

“h” Ký hiệu ứng với dòng hơi thứ

“t” Ký hiệu ứng với dòng hơi nước làm nguội

“v” Ký hiệu ứng với dòng vào

“r” Ký hiệu ứng với dòng ra

“kk” Ký hiệu ứng với dịng khí khơng ngưng

Dt m Đường kính trong thiết bị

b mm Chiều rộng tấm ngăn

hg mm Chiều cao gờ tấm ngăn

z Cái Số tấm ngăn

de mm Đường kính lỗ

fe m2 Tổng diện tích lỗ trên tấm ngăn

ftb m2 Diện tích tiết diện ngang thiết bị

t mm Bước lỗ

E Mức độ đun nóng

Htb mm Chiều cao thiết bị

Hb M Chiều cao ống baromet

dt m Đường kính ống baromet

 Hệ số ma sát

 Chiều dày tấm ngăn

Cân bằng vật chất năng lƣợng:

Dịng hơi thứ từ nồi cơ đặc 3:

Lưu lượng: W = 548,49kg/h =kg/s Áp suất : Pw1 =0,1 at

Nhiệt độ: tw2 =45,40C

Nhiệt độ dòng hơi vào thiết bị ngưng tụ: thv =tw3 =45,40C Chọn:nhiệt độ của nước làm nguội:t1 =300C

Nhiệt độ của dòng nước ngưng ra khỏi thiết bị:t2 =500C

Khí khơng ngưng được bơm chân khơng hút ra ngồi.Thường thường trong hơi thứ có lẫn khơng khí và các khí khơng ngưng khác, có thể xem rằng trong 1kg nước ở điều kiện tiêu chuẩn(00

C ,1at )có chứa khoảng 2% thể tích (tức 25.10-6 kg)khơng khí có khối lượng riêng 1,25kg/m3

Tính trung bình cứ 1kg hơi nước thì bị khơng khí bên ngồi loạt thêm vào hệ thống là 0,001 kg.

Lượng khơng khí và khí khơng ngưng được hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ: Gkk=25.10-6 (Gn +W2) +0,01W2 , kg/s

Thể tích khí khơng ngưng:(CT VI.49/84-4) Vkk = 288.𝐺𝑘𝑘 . (273+𝑡𝑘𝑘 )

𝑃− 𝑃𝑕

Với Ph là áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp và được lấy bằng áp suất bão hịa ở nhiệt độ khơng khí tkk.

Nhiệt độ của khơng khí lấy bằng nhiệt độ ra của nước làm nguội tkk = t2 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ: (CT VI.51/84-2)

Gn =𝑊2 (𝑖3 −𝐶2 𝑡2 )

Bảng 2.30:kết quả cân bằng vật chất và năng lƣợng đối với thiết bị ngƣng tụ

Đại lƣợng Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú Hơi vào

Suất lượng W3 kg/s 0,15

Nhiệt độ th 0C 45,5

Áp suất p at 0,1

Entapi i”3 kJ/kg 2624

Khối lượng riêng h Kg/m3 0,188

Vận tốc h m/s 25

Nƣớc làm nguội

Nhiệt độ đầu t1 oC 30

Nhiệt độ cuối t2 oC 50

Nhiệt dung riêng c 4,18

Suất lượng Gn kg/s 9,53

Áp suất riêng phần hơi nước Ph at 0,1258 Khối lượng riêng  Kg/m3

Vận tốc m/s Khí khơng ngƣng Suất lượng Gkk kg/s 3,55.10-3 Thể tích Vkk m3 0,0189 Nhiệt độ tkk 0C 50 Dòng nƣớc ra Suất lượng G kg/s 9,856 Nhiệt độ t2 0C 50

Khối lượng riêng  kg/m3

988

Độ nhớt  Pa.s 0,549.10-3

Kích thƣớc của thiết bị

Đường kính trong của thiết bị tính từ điều kiện vận tốc hơi cho phép sao cho không kéo theo các giọt nước nhỏ, tốc độ hơi phụ thục vào cách phân phối nước trong thiết bị,tức là theo độ lớn của các tia nước. Khi tính tốn chọn:

Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ:(VT VI.53/84 -4 ) Dt = 1,383  𝑊

𝑕 𝑕 ,(m)

Kích thước tấm ngăn:tấm ngăn có dạng hình viên phân để đảm bảo làm việc tốt. Chiều rộng của tấm ngăn: (CT VI.53/85-4)

b = 𝐷𝑡

2 +50,(mm)

Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ,chọn đường kính lỗ nhỏ là 2mm,chiều dày tấm ngăn là  = 4mm

Chiều cao gờ tấm ngăn:hg =40mm.

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: (CT VI.54-4)

f = 𝐺𝑛

𝑛 .𝑐 , m

2

Với tốc độ của tia nước có thể lấy c=0,62 m/s

Các lỗ trên tấm ngăn xếp theo hình lục giác đều,với bước lỗ: t= 0,866.d .( 𝑓

𝑓𝑡𝑏

)1/2 ,mm

với ftb là diện tích tiết diện của thiết bị ngưng tụ: Mức độ đun nóng nước:( CT VI.56/85-4)

E = 𝑡2 −𝑡1 𝑡𝑕 𝑣−𝑡1

Dựa vào mức độ đun nóng ta xác định số ngăn n và khoảng cách trung bình giữa các ngăn.(bảng VI.7/86 -4). Thực tế khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thỉ tích của nó sẽ giảm dần,do đó khoảng cách hợp lý nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng chừng 50mm cho mỗi ngăn.

Dựa vào đường kính trong của thiết bị ngưng tụ,ta chọn chiều dày của thành thiết bị,khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị,khoảng cách giữa các ngăn(bảng VI.8/88-4)

Chiều cao thiết bi ngưng tụ: H = 𝑛𝑖=0. 𝑎𝑖,mm Kích thước ống baromet.

Đường kính trong của ống baromet :d = 0,004 (𝐺𝜋 𝑛 +𝑊) ,m

với là vận tốc của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, chọn =0,5 m/s

Chiều cao của ống baromet :Hb = h1 +h2 + 0,5 , m

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=𝑃𝑎 −𝑃𝑔𝑛𝑔 =𝑃𝑐𝑘𝑔 ,m

Chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy Trong ống : h2=(2,5 +𝐻𝑏 𝑑 ) 2 2𝑔 ,m h2=(2,5 +𝑕1+ h2+ 0,5 𝑑 ) 2 2𝑔 , m

Với hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống phụ thuộc vào chuẩn số Re Chuẩn số Re: Re =𝑑 



Hệ số ma sát :đối với trường hợp chảy tầng :

 =64

𝑅𝑒

Đối với trường hợp chảy rối trong ống nhám : 1

 = -2lg



3,7𝑑 +(6,81

Đại lƣợng Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú Thiết bị ngƣng tụ và thiết bị thu hồi

Đường kính trong thiết bị ngưng tụTBNT(tính) Dt mm 366 Đường kính trong thiết bị ngưng tụ TBNT(thực) Dt mm 500

Chiều dày của thành TB S mm 5

Khoảng cách giữa tâm TBNT và TB thu hồi K mm 675

Đường kính TB thu hồi D mm 400

Chiều cao TB thu hồi Ht mm 1440

Đƣờng kính các cửa ra và vào

Hơi vào d1 mm 300

Nước vào d2 mm 100

Hỗn hợp khí và hơi ra d3 mm 80

Nối với ống baromet d4 mm 125

Hỗn hợp khí và hơi vào TB thu hồi d5 mm 80

Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d6 mm 50

Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 mm 50

ống khơng khí d8 mm 25 Tấm ngăn Chiều rộng b mm 300 Chiều dày  mm 4 Chiều cao gờ hg mm 40 Đường kính lỗ dc mm 2 Tổng diện tích lỗ f m2

Diện tích tiết diện thiết bị ftb m2

Bước lỗ t mm

Mức độ đun nóng E 0,53

Số ngăn z cái 4

Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiế bị a0 mm 1300 Khoảng cách giữa các ngăn

a1 mm 220

a2 mm 260

a3 mm 320

Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị a4 mm 1200

Chiều cao TB ngưng tụ H mm 3300

ống baromet

Đường kính trong d mm 25

Độ nhám  mm 0,5

Chuẩn số Re Re 22495

Hệ số trở lực do ma sát  0,051

Chiều cao cột nước h1 m 7

h2 m 0,13

Chiều cao ống baromet Hb m 7,63

2.6.THIẾT BỊ GIA NHIỆT Bảng Kí hiệu các đại lƣợng Bảng Kí hiệu các đại lƣợng

G kg/h suất lượng dung dịch sữa

rh kJ/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hào t 0Cnhiệt độ dung dịch sữa

C kJ/kg.K nhiệt dung riêng của dung dịch sữa “h” ký hiệu dòng hơi đốt

“đ” ký hiệu ứng với dòng vào “c” ký hiệu ứng với dòng ra

độ ẩm hơi bão hòa

Vai trò của thiết bị gia nhiệt là đun nóng dung dịch sữa từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ sôi của nồi cô đặc.Tác nhân gia nhiệt là dòng hơi nước bão hòa.

Các thơng số của dung dịch mía đường : - Suất lượng : 2000kg/h - Nồng độ : 10% - Nhiệt độ đầu: 300C - Nhiệt độ cuối : 700C

Các thơng số của dịng hơi nước bão hịa : - Áp suất : 3 at

- Độ ẩm : 5% Nước ngưng ở trạng thái lỏng sơi. Phương trình cân bằng năng lượng: Ghrh .(1-) =G. ( Cctc – Cctđ )+ Qn Giả sử: Qtt = 0,05.Gh.rh.(1 -)

Phương trình thành:

0,9Ghrh =G. ( Cctc – Cctđ) Lượng hơi đốt cần thiết:

Gh =G.( Cctc – Cctđ) 0,9rh

Bảng 2.29: Kết quả tính cân bằng năng lƣợng của thiết bị gia nhiệt

Đặc lƣợng Ký hiệu Đơn vị Giá trị Chi chú

Dung dịch mía đƣờng

Nồng độ x 0,1

Suất lượng G Kg/h 2000

Nhiệt độ dòng vào tđ 0C 30

Nhiệt dung riêng dòng vào Cđ J/kg.K 4007

Nhiệt dung riêng ra Cc J/kg.K 4051 Hơi đốt Áp suất P at 3 Nhiệt độ th 0C 132.9 ẩn nhiệt ngưng tụ rhv kJ/kg 2171 Suất lượng Gh Kg/h 532 2.7TÍNH VÀ CHỌN BƠM.

Ký hiệu các đại lượng :

Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa

G kg/s Lưu lượng

Q m3/s Năng suất bơm

N kW Công suất bơm

Hb m Cột áp bơm

𝜌 kg/m3 Khối lượng riêng của dòng lưu chất.

𝜂 Hiệu suất bơm

Bơm chất lỏng.

Theo phương trình becnulli : Hb + Z1 + 𝑃1

𝜌𝑔 + 𝑣1 2 2𝑔 = Z2 + 𝑃2 𝜌𝑔 + 𝑣2 2 2𝑔 + hf Suy ra: Hb = ( Z2 - Z1 ) + 𝑃2−𝑃1 𝜌𝑔 + 𝑣2 2−𝑣12 2𝑔 +hf

Chọn đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy, nên vận tốc trung bình trên