Tính kích thước buồng bốc

Điểm bằng số : Điểm bằng chữ

5.1 Tính kích thước buồng bốc

5.1.1 Đường kính buồng bốc

Lượng hơi thứ trong buồng bốc (Db) Vh = Wρ

h = 3600.0,37351326,32 =0,986 m3/s. Trong đó: W suất lượng hơi thứ (kg/h)

h =0,3735 kg/m3 là khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc ở P0= 0,626 at (tra

bảng I.251, trang 314, sổ tay 1) Tốc độ hơi thứ trong buồng bốc: ωh = Vh π . Db2 4 = 4. 0,986π . Db2 = 1,255Db2 (m/s). Trong đó: Db là đường kính buồng bốc (m). Chuẩn số Reynols: Re = wh. d . ρh µh

Re = ωh. d . ρμ h h =1,255.0,0003.0,37350,0000124.D b 2 = 11,34D b 2 (*)

d là đường kính giọt lỏng (m). chọn d= 0,0003 (trang 276, [5])

µh = 0,0124.10-3 (Pa.s) – độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất Po = 0,625 at, tsdm = 86,5oC (tra bảng I.121 trang 121, [1])

Nếu 0,2< ℜ<500 thì hệ số trở lực ξ=18,5 ℜ0,6¿ Từ (*) và (**) suy ra ξ=4,3. Db1,2 Áp dùng điều kiện ωh<(0,7÷0,8).ωo Với wo là tốc độ lắng, ωo=√4.g .(ρ−ρh).d 3.ξ . ρh (công thức 5.14 trang 276, [5]).

Trong đó ρ = 967,68 kg/m3 khối lượng riêng của giọt lỏng ở nhiệt độ tsdm(Po) = 86,5 oC (tra bảng I.249, trang 311, [1])

ωo=√4.9,81.(967,68−3.4,3. Db1,20,3735).0,0003.0,3735 = 1,537D b 0,6  ωh<0,7.1,537 Db0,6  1,255D b 2 < 0,7. 1,537D b 0,6  Db > 1,12

 Db = 1,2 (m) (theo tiêu chuẩn trang 277, [5]) Kiểm tra lại Re:

Re = 11,34

Db2 = 11,34

1,22 = 7,875 (thỏa 0,2 < Re < 500) Vậy đường kính buồng bốc Db = 1,2 m.

5.1.2 Chiều cao buồng bốc (Hb)

Áp dụng công thức VI.33, trang 72, [2]:

Utt=f . Utt(1at)m3/(m3. h)

Trong đó:

Chọn Utt(1at)=1650 m3/(m3. h), f = 1,1 (tra hình VI.3, trang 72, [2]). ⇒ Utt=1,1.1650=1815m3/(m3.h) Thể tích buồng bốc: Vb= W ρh+Utt= 1326,32 0,3735.1815=1,956m 3 (công thức 5.15 trang 277, [5])

⇒ Chiều cao buồng bốc:Hb= Vb π . Db2

4

=4.1,956

π .1,22 =1,73m (công thức VI.34 trang 72, [2])

Để đảm bảo an tồn cho q trình sơi sủi bọt, ta chọn Hb = 2,5 m (điều kiện trang 73, [2]).

5.2 Tính kích thước buồng đốt

5.2.1 Chọn kích thước ống trùn nhiệt:

Thơng số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Chiều dài L M 3

Đường kính trong dt M 0,025

Đường kính ngồi dn M 0,029

Bề dày Δ M 0,002

5.2.2 Số ống truyền nhiệt:

Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III.49, trang 134, [4]) n = π . d .lF

Trong đó:

F = 67,17 m2 – diện tích bề mặt truyền nhiệt l = 3 m – chiều dài ống truyền nhiệt

d – đường kính của ống truyền nhiệt Có α1 > α2 nên ta chọn d = dt = 0,025 m.

Chọn số ống n = 301 và bố trí ống theo hình lục giác đều, gồm 9 vịng lục giác đều (bảng V.II trang 48, [2]).

5.2.3 Đường kính ống tuần hồn trung tâm:

Áp dụng công thức (III.26), trang 121, [6]:

Dth=√4.ft π ; m Chọn ft = 0,3.FD Với FD = π . dn 2 .n 4 = 3,14.0,0292.301 4 =0,172  ft = 0,3.0,172 = 0,051 (m)  Dth = √4.0,0513,14 = 0,255 (m)

 chọn Dth = 0,273 m = 273 mm theo tiêu chuẩn trang 274,[5] Có Ddth

t = 0,2730,025 = 10,92 > 10 (chấp nhận).

5.2.4 Chiều cao buồng đốt

Chiều cao buồng đốt bằng chiều dài của ống truyền nhiệt H = l = 3 m

5.2.5 Đường kính buồng đốt:

Dt = √0,4.β2. dn.sinα . F

ψ .l +(Dth+2.β . dn)2 (m) (công thức VI.40, trang 74, [2])

Trong đó: Hệ số β = dt

n = 1,3 ÷ 1,5. Chọn β = 1,4

ψ là hệ số sử dụng vỉ ống, ψ = 0,7 ÷ 0,9. Chọn ψ = 0,8

Dnth = Dth + 2.δ = 0,273 + 2.0,002 = 0,277 m - đường kính ngồi của ống tuần hồn trung tâm

 Dt = √0,4.1,42.0,029.sin(60¿).67,¿17

0,8.3 +(0,277+2.1,4 .0,029)

2

= 0,87 (m)

Chọn Dt = 1 m (theo tiêu chuẩn trang 275, [5])

Kiểm tra diện tích truyền nhiệt

Phân bố 301 ống truyền nhiệt theo hình lục giác đều

Số hình lục giác đều 9

Số ống trên đường trịn xuyên tâm 19

Tổng số ống không kể các ống trên hình viên phân 271 Số ống trong các hình viên phân

Dãy 1 5

Dãy 2 0

Dãy 3 0

Tổng số ống trong tất cả hình viên phân 30

Tổng số ống của thiết bị 301

Thay thế các ống truyền nhiệt ở giữa bằng ống tuần hồn trung tâm theo cơng thức: Dnth ≤ t.(b – 1) +4.dn (cơng thức V.140 trang 49, [2]) Trong đó t là bước ống. chọn t= 1,3 dn b>Dth−4dn t +1= 0,273−4.0,029 1,4.0,029 +1=4,8

 Chọn b= 5 ống theo bảng V.11, trang 48, sổ tay 2. Như vậy, vùng ống truyền nhiệt cần được thay thế có 5 ống trên đường xuyên tâm

 Số ống truyền nhiệt được thay thế là

n=3

4(b

2−1)+1=3 4.(5

2−1)+1=19(ống)

 Số ống truyền nhiệt cịn lại là: n’=301-19= 282 (ống) Diện tích bề mặt truyền nhiệt lúc này:

F’= (n’.dt + Dtn)..H¿(282.0,025+0,277).3=69,01 F’ > F= 67,17 (thỏa)

5.3 Tính kích thước các ống dẫn

Đường kính của các ống được tính một cách tổng qt theo cơng thức (VI.41), trang 74,

[2]:

⇒ d= √π . ρ. v4.G

Trong đó:

G – lưu lượng khối lượng của lưu chất; kg/s v – tốc độ của lưu chất; m/s

ρ – khối lượng riêng của lưu chất; kg/m3

5.3.1 Ống nhập liệu

Gđ = 2400 kg/h.

Nhập liệu chất lỏng ít nhớt (dung dịch CaCl2 17% ở 94,5 oC). Chọn v = 1,5 m/s (trang 74, [2]).

ρ=1110,048(kg/m3) bảng I.32, trang 38, [1]

⇒ d= √π . ρ. v4.G = √3,14.1110,048 .1,5.36004.2400 = 0,023 m.

Chọn dt = 25 mm. dn = 32 mm.

Quy chuẩn theo bảng XIII.26, trang 410, QTTB tập 2

5.3.2 Ống tháo liệu

G c=1073,68kg/h

Tháo liệu chất lỏng ít nhớt (dung dịch CaCl2 38% ở 104,42 oC). Chọn v = 1 m/s (trang74, [2]). ρ = 1322,6 kg/m3

⇒ d= √π . ρ. v4.G = √3,14.1322,6 .3600 .14.1073,68 = 0,017 m.

Chọn dt = 20 mm dn = 25 mm.

Quy chuẩn theo bảng XIII.26, trang 410, QTTB tập 2

5.3.3 Ống dẫn hơi đốt

Lượng hơi đốt sử dụng D =2034,97 kg/h.

Dẫn hơi nước bão hoà ở áp suất 2 at. Chọn v = 20 m/s (trang 74, [2]). ρ = 1,107 kg/m3 (tra bảng I.251, trang 315, [1]).

⇒d=√π . ρ . v4.G =√3,14.1,107.20 .36004.2034,97 =0,18m . Chọn dt = 200 mm, dn = 219 mm.

Quy chuẩn theo bảng XIII.26, trang 414, QTTB tập 2 5.3.4 Ống dẫn nước ngưng Chọn GD¿1 3D= 1 3.2034,97=678,32kg/h .

Dẫn nước lỏng cân bằng với hơi nước bão hoà ở 2 at. Chọn v = 20 m/s (trang 74, [2]).

ρ = 1,107 kg/m3 (tra bảng I.251, trang 315, [1]).

⇒ d= √π . ρ. v4.G = √3,14.1,107 .20 .36004.678,32 = 0,010 m.

Chọn dt = 20mm dn = 25mm.

Quy chuẩn theo bảng XIII.26, trang 410, QTTB tập 2

5.3.5 Ống dẫn hơi thứ

W = 1326,32 kg/h

Dẫn hơi nước bão hoà ở áp suất 0,626 at. Chọn v = 20 m/s (trang 74, [2]). ρ = 0,3735 kg/m3 (tra bảng I.251, trang 314, [1]).

⇒ d= √π . ρ. v4.G = √3,14.0,3735 .20 .36004.1326,32 = 0,25 m.

Chọn dt = 250 mm. dn = 273 mm.

Quy chuẩn theo bảng XIII.26, trang 415, QTTB tập 2

5.3.6 Ống dẫn khí khơng ngưng:

Chọn dt = 20 mm; dn = 25 mm.

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Buồng đốt

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Số ống truyền nhiệt N ống 301

Đường kính buồng đốt Dt m 1

Đường kính trong ống tuần hồn trung tâm Dth m 0,273 Đường kính ngồi ống tuần hoàn trung tâm Dnth m 0,277

Chiều cao buồng đốt H m 3

Buồng bốc

Đường kính buồng bốc Db m 1,2

Chiều cao buồng bốc Hb m 2,5

Ống dẫn

Ống nhập liệu Đường kính trong dt m 25

Đường kính ngồi dn m 32

Ống tháo liệu Đường kính trong dt m 20

Đường kính ngồi dn m 25

Ống dẫn hơi đốt Đường kính trong dt m 200

Đường kính ngồi dn m 219

Ống dẫn hơi thứ Đường kính trong dt m 250

Đường kính ngồi dn m 273 Ống dẫn nước ngưng Đường kính trong dt m 20 Đường kính ngồi dn m 25 Ống dẫn khí khơng ngưng Đường kính trong dt m 20 Đường kính ngồi dn m 25

Chương 6 Tính tốn tính bền cơ khí cho các chi tiết thiết bị của cơ đặc

6.1 Tính cho thiết bị buồng đốt

6.1.1 Sơ lược về cấu tạo:

Đường kính trong Dt = 1000 mm, chiều cao Ht = 3000 mm

Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt

6.1.2 Tính toán

Bề dày tối thiểu S’:

Hơi đốt là hơi nước bão hồ có áp suất 2 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là: Pm=PD– Pa=2–1=1at=0,098 N/mm2 Áp suất tính tốn là:

Pt=Pm+ρ . g . H=0,098+1261.9,81.10−6.3=0,135N/mm2

Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD = 119,6 oC, vậy nhiệt độ tính tốn của buồng đốt là:

ttt=tD+20=119,6+20=139,6℃ (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)

Theo hình 1.2, trang 16, [7], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là: [σ]* = 115 N/mm2

Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [7]).

⇒ Ứng suất cho phép của vật liệu là:

[σ]=η .[σ]∗¿0,95.115=109,25N/mm2

Tra bảng 2.12, trang 34, [7]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 1,95.105 N/mm2.

Xét: [σP]. φ

t = 109,25.0,950,135 = 768 > 25 Theo công thức 5-3, trang 96, [7]: S = Dt. Pt

2.[σ]. φ = 2.109,25.0,951000.0,135 = 0,65 mm. Trong đó:

φ = 0,95 – hệ số bền mối hàn (bảng 1-8, trang 19, [7], hàn 1 phía) Dt = 1000 mm – đường kính trong của buồng đốt.

Pt = 0,135 N/mm2 – áp suất tính tốn của buồng đốt. Bề dày thực S:

Dt = 1000 mm ⇒ Smin = 3 mm > 0,65 mm ⇒ chọn S’ = Smin = 3 mm (theo bảng 5.1, trang 94, [7]).

Chọn hệ số ăn mịn hố học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm). Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.

Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,22 mm (theo bảng XIII.9, trang 364, [2]).

⇒ Hệ số bổ sung bề dày là:

C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,22 = 1,22 mm ⇒ Bề dày thực là:

Chọn S = 6 mm.

Kiểm tra bề dày buồng đốt: Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [7]:

S− a

Dt = 10006−1 = 0,005 < 0,1 (thỏa).

Áp suất tính tốn cho phép trong buồng đốt: [P] = 2.[σ]. φ .(S− a)

Dt+(S− a) = 2.109,25.0,95(1000+(6−1)6−1) = 1,032 N/mm2 > 0,135 N/mm2

Vậy bề dày buồng đốt là 6 mm.

⇒ Đường kính ngồi của buồng đốt: Dn = Dt + 2S = 1000 + 2.6 = 1012 mm.

Tính bền cho các lỗ:

Đường kính lỗ cho phép khơng cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [7]): dmax = 3

√Dt.(S− a).(1−k) ; mm. Trong đó:

Dt = 1000 mm – đường kính trong của buồng đốt. S = 6 mm – bề dày của buồng đốt.

k – hệ số bền của lỗ. k= (2,3.[σ Dt. Pt ]−p).(S− a) = (2,3.109,25−0,135).(6−1)1000.0,135 = 0,107 ⇒ dmax = 3 √1000.(109,25−1).(1−0,107) = 45,9 mm. So sánh: Ống dẫn hơi đốt Dt = 200 mm > dmax Ống xả nước ngưng Dt = 20 mm < dmax Ống xả khí khơng ngưng Dt = 20 mm < dmax

⇒ Cần tăng cứng cho lỗ của hơi đốt vào, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng

6.2 Tính cho buồng bốc

6.2.1 Sơ lược về cấu tạo

Buồng bốc có đường kính trong là Db =1200 mm, chiều cao Hb = 2500 mm. Thân gồm: ống nhập liệu, ống thông áp, cửa sửa chữa và 2 kính quan sát. Phía dưới buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ liên kết với buồng đốt. Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.

6.2.2 Tính tốn

Bề dày tối thiểu S’:

Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân không nên chịu áp lực từ bên ngồi. Vì áp suất

tuyệt đối thấp nhất ở bên trong là 0,626 at nên buồng bốc chịu áp suất ngoài là:

Pn=Pm=2. Pa– P0=2.1–0,626=1,374at=0,1347N/mm2 Nhiệt độ của hơi thứ ra là tsdm(P0)=86,5℃

vậy nhiệt độ tính tốn của buồng bốc là: ttt=86,5+20=106,5℃

(trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt).

Chọn hệ số bền mối hàn φh = 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [7], hàn 1 phía).

Theo hình 1.2, trang 16, [7], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là: [σ]* =120 N/mm2

Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [7]). ⇒ Ứng suất cho phép của vật liệu là:

[σ]=η .[σ]∗¿0,95.120=114N/mm2 (Tra bảng 2.12, trang 34, [7]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 1,99.105 N/mm2.)

Chọn hệ số an toàn khi chảy là nc = 1,65 (bảng 1-6, trang 14, [7]). ⇒ Ứng suất chảy của vật liệu là σc

t

Áp dụng công thức 5-14, trang 98,[7]: S ’=1,18.Dt.(Pn E . L Dt)0,4=1,18.1200.(1.99.100,13475. 2500 1200)0,4=5,6mm Trong đó:

Dt = 1200 mm – đường kính trong của buồng bốc. Pn = 0,1347 N/mm2 – áp suất tính tốn của buồng bốc.

L = 2500 mm – chiều dài tính tốn của thân, là khoảng cách giữa hai mặt bích. Bề dày thực S:

Dt = 1200 mm ⇒ Smin = 3 mm < 5,6 mm ⇒ chọn S’ = 5,6 mm (theo bảng 5.1, trang 94, [7]).

Chọn hệ số ăn mịn hố học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm). Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.

Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,5 mm (theo bảng XIII.9, trang 364, [2]).

⇒ Hệ số bổ sung bề dày là:

C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,5 = 1,5 mm ⇒ Bề dày thực là:

S = S’ + C = 5,6 + 1,5 = 7,1 mm Chọn S = 8 mm.

Kiểm tra bề dày buồng bốc:

L Dt=

2500

1200=2,083

Kiểm tra công thức 5-15, trang 99,[7]:

1,5 √2.(S− a) Dt ≤ L Dt ≤1,5√ Dt 2.(S− a)

1,5

√2.(8−1)

1200 ≤2,083 ≤1,5

√2.(12008−1)

 0,052≤1,125 ≤ 19,44 (thỏa).

Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của áp suất ngoài:

So sánh Pn với áp suất tính tốn cho phép trong thiết bị [Pn] theo 5-19, trang 99,[7]: [Pn] = 0,649. Et.Dt L (S− a Dt )2√(S− a) Dt ≥ Pn. 0,649. 1,99.105.12002500 (12008−1)2√(8−1) 1200 ≥0,1347 0,161 N/mm2 ≥0,1347 N/mm2 (thỏa).

Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: Xét: L = 2500 mm ≤ D = 7.900 = 6300 mm

Lực nén chiều trục lên buồng bốc: (công thức 5-30, trang 103, [7])

Pnct=π . Dn2. Pn

4 =

3,14.(1200+2.8)2.0,1347

4 =152976,27N . Theo điều kiện 5-33, trang 103, [7]:

25≤2.(S−D a)2.(8−12001)85,71 ≤ 250. Tra qc = [2.(S−D a)] ở [7] trang 103. D 2.(S− a) 50 100 150 200 250 500 1000 2000 5000 qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055 ⇒qc = 0,0843 ⇒ K =875.σc t Et . q c=875. 198 1,99.105.0,0843=0,073 (công thức 5-34, trang 103, [7]) Điều kiền thỏa mãn độ ổn định của thân (5-32, trang 103, [7]):

S – Ca ≥ √π . K . EP nct t

↔(8 - 1) ≥√3,14.0,073152976,27.1,99.105

↔ 7 ≥ 1,83 (thỏa).

Ứng suất nén được tính theo cơng thức 5-48, trang 107, [7]:

σn = π .(S−P nct

a)(Dt+S) = 3,14.(8−1)(1200+152976,27 7) = 5,77 N/mm2.

Ứng suất nén cho phép được tính theo cơng thức 5-31, trang 103, [7]: [σn] ¿K . Et.(S− a)

Dt =0,073.1,99.10

5.8−1

1200=84,74 N/mm2

Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực nén chiều trục:

Kiểm tra điều kiện 5-47, trang 107, [7]:

σn

[σn] + Pn

[Pn] ≤ 1

↔ 5,77

84,74 + 0,13470,161 = 0,90 ≤ 1 (thỏa) Vậy bề dày buồng bốc là 8 mm.

⇒ Đường kính ngồi của buồng bốc: Dn = Dt + 2S = 1200 + 2.8 = 1216 mm.

Tính bền cho các lỗ:

Đường kính lỗ cho phép khơng cần tăng cứng (cơng thức 8-2, trang 162, [7]) dmax = √3 Dt.(S− a).(1−k) mm.

Trong đó:

Dt = 1200 mm – đường kính trong của buồng bốc. S = 8 mm – bề dày của buồng bốc.

k= (2,3.[σ Dt. Pn ]−Pn).(S− a) = (2,3.114−0,1347.12000,1347).(8−1) = 0,088 dmax = 3 √Dt.(S− a).(1−k) = 3 √1200.(8−1).(1−0,088) = 19,7 mm So sánh: Ống nhập liệu Dt = 20 mm < dmax Cửa sửa chữa Dt = 500 mm > dmax Kính quan sát Dt = 200 mm > dmax

 Không cần tăng cứng cho lỗ hơi đốt vào

6.3 Tính cho đáy thiết bị

6.3.1 Sơ lược về cấu tạo

Chọn đáy nón tiêu chuẩn Dt = 1000 mm.

Đáy nón có phần gờ cao 40 mm và góc ở đáy là 2α = 60o. Tra bảng XIII.21, trang 394, [2]:

Chiều cao của đáy nón (khơng kể phần gờ) là H = 906 mm Thể tích của đáy nón là Vđ = 0,071 m3.

Đáy nón được khoan 1 lỗ để tháo liệu và 1 lỗ để gắn vòi thử sản phẩm. Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T

6.3.2 Tính tốn

Chiều cao phần hình nón cụt nối buồng bốc và buồng đốt Hc:

- Chiều cao này bằng chiều cao của phần dung dịch trong buồng bốc. - Tổng thể tích của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm:

V1 = π .(n¿¿' . dt2+Dth2). l

4 ¿ = 3,14.(283.0,0252+0,2732).3

4 = 0,59 m3.

Với n’ = tổng số ống truyền nhiệt (n) – số ống truyền nhiệt được thay thế (n’’) n’’ = 34 .( b2 -1) = 34 .( 52 -1) = 18 ống. (b ≥ Dth−4.dn t = 5 công thức V.140, trang 49,[2]) ⇒ n’ = 301 – 18 = 283 ống. - Thể tích của phần đáy nón: