ĐỒ ÁN MÔN HỌC "Ngành công nghiệp sản xuất NaOH'''' docx

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 1

I. MỞ ĐẦU:
Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất hố
chất cơ bản. Nó đóng vai trò rất lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt ,
tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hố dầu, sản xuất phèn
NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao. Vì vậy cần lưu ý đến
việc ăn mòn thiết bị, đảm bả
o an tồn lao động trong quá trình sản xuất.
Trước đây trong công nghiệp NaOH thường được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)
2
tác
dụng với dung dịch Na
2
CO
3
lỗng và nóng
.
Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện
phân dung dịch NaCl bão hòa. Tuy nhiên dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ rất
lỗng , khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng người ta
phải cô đặc dung dịch đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hồ tan trong dung dịch bằng cách tách bớt
một phần dung môi qua dạng hơi hoặc dạng kết tinh.
Trong khuôn khổ đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc theo cách tách dung môi dưới dạng hơi.
Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi
trên mặt thống dung dịch bừng với áp suất làm việc của thiết bị.
Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng
nồng độ các dung dịch lỗng, hoặc để tách các chất rắn hồ tan.

Quá trình cô đặc thường tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường
( áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở , còn khi làm việc ở áp suất khác ( vd áp suất chân không
) người ta dùng thiết bị kín.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể
làm việc liên tục hoặc gián đoạn.
Thiết kế đồ án môn học máy và thiết bị hố chất giúp sinh viên làm quen với phương pháp
tính tốn máy thiết bị hố chất.
Tập đồ án này thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc dung
dịch xút NaOH có nồng độ đầu 15% đến nồng độ cuối 30%. Năng suất đầu vào là 1m
3
/hour.











II. CHỌN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ :
1. Qui trình công nghệ :
Năng suất của qui trình cô đặc là 1m
3
/h. Đây là năng suất nhỏ do đó ta chọn qui trình công
nghệ như sau.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB

Trang 2

2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc:
Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị, từ bồn cao vị dung dịch chảy
xuống qua thiết bị gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất làm việc của nồi I.
Dung dịch sau đó được đưa vào nồi I. Do có sự chênh lệch áp suất giữa nồi I và nồi II nên dung
dịch tiếp tục chảy qua nồi II rồi được bơm hút ra rồi chuyển vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ trong
nồi I dùng làm hơi đốt nồi II để tận dụng nhiệt. Hơi thứ nồi II sẽ được đưa qua thiết bị ngưng tụ
baromet và được chân không hút ra ngồi.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc : phần dưới của thiết bị là buồng đốt gồm có các ống
truyền nhiệt và một ống tuần hồn trung tâm. Dung dịch đi trong ống, hơi đốt sẽ đi trong khoảng
không gian phía ngồi ống. Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hồn trung tâm là : do ống tuần hồn
có đường kính lớn hơn rất nhiều so với các ống truyền nhiệt do đó hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung
dịch sẽ sôi ít hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt. Khi sôi dung dịch sẽ có ρ
ds
= 0.5 ρ
dd

do đó sẽ tạo áp lực đẩy dung dịch từ trong ống tuần hồn sang ống truyền nhiệt. Kết quả là tạo một
dòng chuyển động tuần hồn trong thiết bị. Để ống tuần hồn trung tâm hoạt động có hiệu quả dung
dịch chỉ nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt. Phần phía trên thiết bị là buồng
bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng b
ốc còn có bộ phận tách bọt để tách những giọt
lỏng ra khỏi hơi thứ.

A.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH

III. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

1. Chuyển đơn vị năng suất từ (m

3
/h) sang (kg/h):
Năng suất nhập liệu : G’
D
=1 m
3
/h.
Khối lượng riêng : ρ
NaOH
= 1159 kg/m
3
G
D
= G’
D
∗ ρ
NaOH
= 1159 kg/h

Nồng độ nhập liệu : x
D
= 15 %


Nồng độ cuối của sản phẩm : x
C
= 30%


ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB

Trang 3
Áp dụng phương trình cân bằng vật chất : G
D
∗ x
D
= G
C
∗ x
C
Suy ra: G
C
=
C
DD
x
xG ∗
=
30
151159
∗
= 579.5 kg/h .
2. lượng hơi thứ bốc lên trong tồn hệ thống :
Áp dụng công thức :
)1(
C
D
D
x
x
GW −=

kg/h
Trong đó:
W : Lượng hơi thứ của tồn hệ thống kg/h
G
D
: Lượng dung dịch ban đầu kg/h
x
D
,x
C
: Nồng độ đầu,cuối của dung dịch % khối lượng
Thay số vào ta có:
5.579)
30
15
1.(1159)1( =−=−=
C
D
D
x
x
GW
kg/h.
3. Giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi :
Chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi I và II là : 1.1=
II
I
W
W

Khi đó ta có hệ phương trình:

1.1=
II
I
W
W

W
I
+ W
II
= W
Giải hệ trên có kết quả :
W
I
= 303.5 kg/h
W
II
= 276 kg/h
4. Xác định nồng độ dung dịch từng nồi :
- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi I :
x’
C
=
32.20
5.3031159
15.1159
.
=

−
=
−
ID
DD
WG
xG
%
- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi II :


x’’
C
= 30
2765.3031159
15.1159
.
=
−−
=
−−
IIID
DD
WWG
xG
%

IV.CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
:
1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi:

Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:
Theo đầu bài áp suất ngưng tụ là: P
ng
= 0.5 at
Chọn áp suất của hơi đốt vào nồi I là : P
1
= 3.5 at
Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là :
ΔP
t
=P
1
– P
ng
= 3.5 – 0.5 = 3 at
Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là :
5.1
2
1
=
Δ
Δ
P
P



ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 4
Kết hợp với phương trình : ΔP

1
+ ΔP
2
= ΔP
t
= 3 at
Suy ra : ΔP
1
= 1.8 at
ΔP
2
= 1.2 at
Dựa vào các dữ kiện trên và tra sổ tay qúa trình thiết bị tập I ta có bảng sau đây :

Loại
Nồi I Nồi II Tháp ngưng tụ
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
0
C)
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
0
C)
Áp suất
(at)

Nhiệt độ
(
0
C)
Hơi
đốt
P
1
= 3.50 T
1
=137.9 P
1
=1.70 T
2
=114.5
P
ng
=0.5 t
ng
=80.9
Hơi
thứ
P’
1
=1.76 t’
1
=115.5 P’
2
=0.52 t’
2

=81.9

2. Xác định nhiệt độ tổn thất :
a. Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao (Δ’):
Áp dụng công thức của Tiaxenko:
Δ’ = Δ’
o
. f
Ở đây :
Δ’
o
: Tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường.
f : hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường.

f
i
i
r
t
2
)'273(
2.16
+
=

t’
i
: nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I

r

i
: ẩn nhiệt hố hơi của hơi ở nhiệt độ t’
i
.
Từ các dữ kiện trên ta lập được bảng sau:

Đại
lượng
Nồi I
x
C
(%k.l)
Δ’
o

(
0
C )
t’
(
0
C )
r.10
-3

(j/kg )
Δ’
i

(

0
C )
Nồi I 20.32 8.457 115.5 2218.7 9.33
Nồi II 30.00 17.0 81.9 2304.6 15.05

Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao :
ΣΔ’ = Δ’
I
+Δ’
II
= 9.33 +15.05 = 24.38
0
C
b.
Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh (Δ’’ ):
Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ΔP (N/m
2
), ta có:
ΔP =
2
1
ρ
S
.g.H
op
N/m
2

Trong đó:
ρ

s
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , kg/m
3

ρ
s
=0.5 ρ
dd

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 5
ρ
dd
: Khối lượng riêng của dung dịch ,kg/m
3
H
op
: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m
H
op
= [0.26+0.0014(ρ
dd
-ρ
dm
)].H
o

Từ ΔP ta sẽ tính được áp suất trung bình của dung dịch ở từng nồi thông qua công thức:
P
tbi

= P’
i
+ΔP
i
( i ): nồi thứ i
Tra sổ tay ta có được bảng sau:

x
C
,% t’ ,
0
C
ρ
dd
,
kg/
m
3
ρ
d
m
,kg/
m
3
Nồi I 20.32 115.5 1173.4 958
Nồi II 30.00 81.9 1276 958

Coi ρ
dd
trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến độ sâu

trung bình của chất lỏng.
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là H
o
=1.5 m.
Nồi I:
H
op1
= [0.26+0.0014(ρ
dd
-ρ
dm
)].H
o
=[0.26+0.0014(1173.4-958)]*1.5=0.84234 ,m
Áp suất trung bình:
P
tb1
= P’
1
+ΔP
1
=1.76+0,5.0,5.1173.4.10
-4
.0.84234=1.785 at
Tra sổ tay tại P
tb1
=1.785 (at) ta có

t”
1

=116.03
0
C.
Suy ra : Δ”
1
=(t”
1
+Δ’
1
)

– (t’
1
+Δ’
1
)= 116.03– 115.5 =0.53
0
C

Nồi II:
H
op2
= [0.26+0.0014(ρ
dd
-ρ
dm
)].H
o
=[0.26+0.0014(1276-958)]*1.5=1.0578 ,m

Áp suất trung bình:
P
tb2
= P’
2
+ΔP
2
=0,52+0,5.0,5.1276.10
-4
.1,0578=0,554 at
Tra sổ tay tại P
tb2
= 0.554 (at) ta có t”
2
= 83.37
0
C.
Suy ra : Δ”
2
=(t”
2
+Δ’
2
)

– (t’
2
+Δ’
2

)= 83.37 – 81.9 =1.47
0
C
Vật tổn thất nhiệt của hai nồi là:
ΣΔ” =Δ”
1
+Δ”
2
=0.53+1.47 = 2.00
0
C
c.
Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (Δ”’)
Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nồi
cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1
0
C. Do đó:
Δ”’
1
=1.5
0
C
Δ”’
2
=1.0
0
C
d.
Tổn thất chung trong tồn hệ thống cô đặc:
ΣΔ=ΣΔ’+ΣΔ”+ΣΔ”’=24.38+2.00+2.5=28.88

0
C
3. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:
Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi nồi:
Nồi I: Δt
i1
=T
I
– (T
2
+ΣΔ
1
) =137.9 – (114.5+9.33+0.53+1.5)=12.04
0
C
Nồi II: Δt
i2
=T
2
– (t
ng
+ΣΔ
2
) =114.5– (80.9+15.05+1.47+1)=16.08
0
C
Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi:
Nồi I : Δt
i1
=T

I
–t
S1
suy ra t
S1
=T
1
- Δt
i1
=137.9 – 12.04 = 125.86
0
C

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 6
Nồi II : Δt
i2
=T
2
–t
S2
suy ra t
S2
=T
2
- Δt
i2
=114.5 – 16.08 = 98.42
0
C

4. Cân bằng nhiệt lượng:
a. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi:
Nồi I:
Nồng độ đầu dung dịch x
D
=15%<20% nên ta áp dụng công thức:
C
D
=4186 (1-x
D
) =4186 (1- 0.15) =3558.1 ,j/kg.độ
Nồi II:
Coi C
1 ≈
C
2
. Do x
C
=30%>20% nên áp dụng công thức: C
1
=C
2
=4186 – ( 4186 – C
ht
)x
C1

C
ht
: Nhiệt dung riêng của chất hồ tan ,j/kg.độ

M.C
ht
=n
1
.c
1
+ n
2
.c
2
+ n
3
.c
3
+. . . n
n
.c
n
(*)
Tra sổ tay tập I ta có:
M
NaOH
=40
n
1
=n
2
=n
3
=1

c
1
=c
Na
= 26 j/kg n.tửû.độ

c
2
=c
O
= 16.8 j/kg n.tửû.độ
c
3
=c
H
= 9.6 j/kg n.tửû.độ
Thay vào (*) ta có: C
ht
=
131010.
40
6.98.1626
3
=
+
+
j/kg.độ

Nhiệt dung riêng dung dịch ra khỏi nồi II là:
C

2
=C
1
=4186 – ( 4186 – C
ht
)x
C2
=4186 – (4186 – 1310)0.3
=3323.2 j/kg.độ
b.
Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL):
Nồi I:
D.i+G
D
.C
D
.t
D
=W
1
.i
1
+(G
D
– W
1
)C
1
.t
1

+D.C
ng1
. θ
1
+Q
xq1

Nồi II:
W
1
.i
1
+(G
D
–W
1
)C
1
.t
1
=W
2
.i
2
+(G
D
– W)C
2
.t
2

+W
1
.C
ng2
.θ
2
+Q
xq2

Trong đó:
D: lượng hơi đốt dùng co hệ thống ,kg/h
i,i
1
,i
2
: hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ nồi I và nồi II ,j/kg
t
D
, t
1
, t
2
: nhiệt độ sôi ban đầu, rakhỏi nồi I và nồi II của dung dịch ,
0
C
C
D
, C
1
, C

2
:nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung dịch , j/kg.độ
θ
1,
θ
2
:nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I và nồi II ,
0
C
C
ng1
, C
ng2
: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi I và nồi II ,j/kg.độ.
Q
xq1
,Q
xq2
:nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh , J
G
D
: lượng dung dịch lúc ban đầu ,kg/h


Chọn hơi đốt , hơi thứ là hơi bão hồ, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ, khi đó ta có:
i- C
ng1
. θ
1
=r (θ

1
) và i
1
- C
ng2
. θ
2
=r(θ
2
)
tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây:

đầu vào Đầu ra nồi I Đầu ra nồi II
Dung dịch NaOH :
+ t
D
=125.33
0
C
+ C
D
= 3558.1 j/kg.độ
Dung dịch NaOH :
+ t
1
=125.86
0
C
+ C
1

= 3323.2 j/kg.độ
Dung dịch NaOH:
+ t
2
=98.42
0
C
+ C
2
= 3323.2 j/kg.độ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 7
+ G
D
=1159 kg/h
Hơi đốt:
+ θ
1
=137.9
0
C
+ i= 2737000 j/kg
+ C
n
g
1
=4290 j/kg.độ
Hơi thứ :
+θ

2
=114.5
0
C
+ i
1
=2706000 j/kg
+C
ng2
= 4290 j/kg.độ
+ W
1
=303.5 kg/h
+ G
2
=579.5 kg/h
Hơi thứ :
+ t’
2
=81.9
0
C
+ i
2
=2643740 j/kg
+ W
2
=276 kg/h

Cho : Q

xp1
=0.05.D.(i – C
ng1
. θ
1
) =0.05.D.r(θ
1
).
Q
xp1
=0.05.W.(i
1
– C
ng2
. θ
2
) =0.05.W
1
.r(θ
2
).

Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi I là :
=
−+
−−+
=
1121
11222
1

.)(.95.0
).(.
tCir
tCGtCWGiW
W
DD
θ

=
=
−
+
−
+
86.125*2.332326437402156000*95.0
86.125*2.3323*115942.98*2.3323*5.5792643740*5.579
289.9 kg/h

Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi II là:
W
2
=W-W
1
=579.5 – 289.9 = 289.6 kg/h
Lượng hơi đốt tiêu đốt chung là:
D’=
=
−
−−+
).(95.0

).(.
111
11111
θ
ng
DDDD
Ci
tCGtCWGiW

=
)9.137*42902700600(*95.0
33.125*1.3558*115986.125*2.3323*)9.2891159(2706000*9.289
−
−
−
+

=314.6 kg/h
c. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi:
C%(I) =
%5%5.4%100
5.303
9.2895.303
<=
−

C%(II) =
%5%7.4%100
6.289
2766.289

<=
−

Vậy :
Lượng hơi thứ nồi I là : W
I
= 289.9 kg/h
Lượng hơi thứ nồi II là : W
II
= 289.6 kg/h
Lượng hơi đốt nồi I là : D = 314.6kg/h

V. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT
1. Tính nhiệt lượng do hơt đốt cung cấp:
- Nồi I :
Q
1
= D.r(θ
1
) =314.6*2156=678277.6 kj/h =188.41 kW
- Nồi II:
Q
2
=W
1
.r(θ
2
) = 289.9*2221.5=644012.85 kj/h = 178.89 kW
2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi :
t

m1
T q
2
Công thức tổng quát:
Đáp ứng yêu cầu


ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 8
t
T1
t
T2
K=
i
tb
t
q
Δ
W/m
2
.độ
q
1
t
2
q t
m2

Công thức tính tổng nhiệt trở :
r
Σ
=Σr
cáu1
+
λ
δ
+ Σr
cáu2
Chọn : Σr
cáu1
=Σr
cáu2
=1/5000 m
2
.h.độ / Kcal=1/4300 m
2
.độ /W
δ = 2 mm
Ống làm bằng thép không rỉ mã hiệu 40XH: λ = 44 W/m.độ
Ö r
Σ
= 5.106*10
-04
m
2
.độ /W

Nhiệt tải riêng trung bình:

- Nồi I : q
tb1
=
2
21
qq +

Trong đó :
+ q
1
: nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bị. Ta có công thức tính q
1
:
q
1
=α
1
.Δt
1
(1)
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hồ ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo
công thức của Nusselt:
α
1
=1.13.A.(
1
. tH
r
Δ
)

.025
Kcal/ m
2
.h.độ (*)
Chọn : t
T1
= 137.56
0
C.
Khi đó : Δt
1
= T – t
T1
= 137.9 – 137.54 = 0.36
0
C
T
W
= 0.5(T+t
T1
) =137.72
0
C
r = r(θ
1
)=2156 kj/kg =514.95 Kcal/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt.
H =1.5 m chiều cao bề mặt truyền nhiệt.
A = 2362.02 trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước.

Thay các giá trị vào công thức (*) ta có:

α
1
=1.13*2362.05*(
36.0*5.1
95.514
)
0.25
= 14832.17 Kcal/m
2
.h.độ.
Thay α
1
vào công thức (1) ta có:
q
1
= 14832.17* 0.36 =5339.58 Kcal/m
2
.h = 6199.85 W/m
2

+ q
2
: nhiệt tải phía dung dịch sôi. Ta có công thức tính q
2
:
q
2
=α
2
.Δt

2
(2)
Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch α
2
được tính bởi công thức:
α
2
= 1.6 .ϕ. p
0.4
.q
2

0.7
kcal/m
2
.h.độ (**)
Trong đó :
Δ
T
= q
1
.r
Σ
= 6199.85*5.106.10
-4
=3.16
0
C
ϕ = 0.76 thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH.
p = 1.76 at áp suất hơi trên bề mặt thống của dung dịch sôi

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 9

Thay vào (**) ta có :
α
2
= 1.6*0.76*(1.76)
0.4
.(5339.58)
0.7
=620 Kcal/m
2
.h.độ= 719.89 W/m
2
.độ
Thay vào (2)ta có :
q
2
= 719.89*(137.54 –3.16 – 125.86) =6133.46 W/m
2
+ kiểm tra lại giả thiết Δt
1
:
có
%5%07.1%100
85.6199
46.613385.6199
%100*
1

21
≤=
−
=
−
q
qq
thoả mãn điều kiện sai số.


vậy nhiệt tải trung bình nồi I là:
q
tb1
=
2
21
qq +
=
2
46.613385.6199
+
=6166.65 W/m
2
.
- Nồi II : q
tb2
=
2
21
qq +

Trong đó :
+ q
1
: nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bị. Ta có công thức tính q
1
:
q
1
=α
1
.Δt
1
(3)
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hồ ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo
công thức của Nusselt:
α
1
=1.13.A.(
1
. tH
r
Δ
)
.025
Kcal/ m
2
.h.độ (*)
Chọn : t
T1

= 114.18
0
C.
Khi đó : Δt
1
= T - t
T1
= 114.5 – 114.18 = 0.32
0
C
T
W
= 0.5(T+t
T1
) =114.34
0
C
r = r(θ
1
)=2221.5j/kg=530.6 kcal/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt.
H =1.5 m chiều cao bề mặt truyền nhiệt.
A = 2268.87 trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước.

Thay các giá trị vào công thức (*) ta có:
α
1
=1.13*2268.87(
32.0*5.1
60.530
)

0.25
= 14783.24 Kcal/m
2
.h.độ.
Thay α
1
vào công thức (3) ta có:
q
1
= 14783.24* 0.32 =4730.64 Kcal/m
2
.h =5492.79W/m
2

+ q
2
: nhiệt tải phía dung dịch sôi. Ta có công thức tính q
2
:
q
2
=α
2
.Δt
2
(4)
Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch α
2
được tính bởi công thức:
α

2
= 1.6 .ϕ. p
0.4
.q
2

0.7
kcal/m
2
.h.độ (**)
Trong đó :

Δ
T
= q
1
.r
Σ
=5492.79*5.106.10
-4
=2.8
0
C
ϕ = 0.76 thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH.
p = 0.52 at áp suất hơi trên bề mặt thống của dung dịch sôi
Thay vào (**) ta có :

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 10
α

2
= 1.6*0.76*(0.52)
0.4
.(4730.64)
0.7
=349.77 Kcal/m
2
.h.độ= 406.12 W/m
2
.độ
Thay vào (4)ta có :
q
2
= 406.12.(114.2 – 2.8 – 98.42) =5271.44 W/m
2
+ kiểm tra lại giả thiết Δt
1
:

có
%5%03.4%100
79.5492
44.527179.5492
%100*
2
21
≤=
−
=
−

q
qq
thoả mãn điều kiện sai số.
vậy nhiệt tải trung bình nồi I là:
q
tb1
=
2
21
qq +
=
2
44.527179.5492
+
=5382.1 W/m
2
.

a.
Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi:
- Nồi I :
K
1
=
04.12
6166.65
1
=
Δ
iI

tb
t
q
=512.18 W/m
2
.độ
- Nồi II :
K
2
=
08.16
5382.1
2
=
Δ
iII
tb
t
q
=334.71 W/m
2
.độ
3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi:

- Công thức chung:
∑
∑
Δ
=Δ
i

i
i
m
m
im
K
Q
t
K
Q
t .'

0
C
trong đó :
ΣΔt
i
= Δt
iI
+Δt
iII
= 12.04+16.08=28.12
0
C.
Σ
i
i
K
Q
= 32.90246.53486.367

71.334
178890
18.512
188410
=+=+
- Tính cho nồi I:
46.11
32.902
12.28
*86.367.' ==
Δ
=Δ
∑
∑
i
i
i
I
I
iI
K
Q
t
K
Q
t

0
C
- Tính cho nồi II:

66.16
32.902
12.28
*46.534.' ==
Δ
=Δ
∑
∑
i
i
i
II
II
iII
K
Q
t
K
Q
t

0
C
4. Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích
:
- Nồi I :

%5%8.4%100

04.12
46.1104.12
%100*
'
<=
−
=
Δ
Δ−Δ
iI
iIiI
t
tt

Thoả mãn điều kiện


ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 11
- Nồi II :

%5%5.3%100
66.16
08.1666.16
%100
'
'
<=
−
=

Δ
Δ
−
Δ
iII
iIIiII
t
tt



5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt
:
- Nồi I:
F
!
=
11
1
'.
i
tK
Q
Δ
=
1.32
46.11*18.512
188410
=
m

2
- Nồi II:
F
2
=
22
2
'.
i
tK
Q
Δ
= 08.32
66.16*71.334
178890
= m
2
Chọn : F
1
=F
2
= 40 m
2
.

VI. TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT :
1. Kích thước buồng bốc :
Do lượng hơi thứ bốc lên ở hai nồi gần xấp xỉ bằng nhau, nhiệt độ nồi hai nhỏ hơn nên khối
lượng riêng của hơi ở nồi II sẽ nhỏ hơn nồi I suy ra thể tích hơi thóat ra ở nồi II sẽ lớn hơn nồi I.
Do vậy ta chỉ cần tính đại diện nồi II.
Vận tốc hơi (ω
h
max
) của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 – 80% vận tốc lắng(ω
0
).
ω
0
=
h
hl
dg
ρξ

ρρ
3
) (.4 −
m/s
ρ
l
,ρ
h
: khối lượng riêng của giọt lỏng và hơi thứ (kg/m
3
).
d : đường kính giọt lỏng, chọn d =0.0003 m
ξ : hệ số trở lực
0.2< Re < 500 → ξ=
6.0
Re
5.18


ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 12
500< Re <150000 → ξ =0.44
với : Re=
h
hh
d
μ
ρ
ϖ

chọn đường kính buồng bốc : D
b
=1400 mm
diện tích buồng bốc: F
b
=
4
4.1*14.3
4
.
2
2
=
b
D
π
=1.54 m
2
.
Lưu lượng thể tích :V
b
= 25.0
3600*3158.0
6.289
==
h
l
W
ρ

m
3
/s
Vận tốc hơi : ω
h
= ==
54.1
25.0
b
h
F
V
0.165 m/s
Chuẩn số Reynolds: Re=
h
hh
d
μ
ρ
ϖ

= =
−5
10*29.1
3158.0*0003.0*165.0
1.216
Vì 0.2<Re=1.216<500 nên ξ=
6.0
Re
5.18

=
45.16
216.1
5.18
6.0
=

Vận tốc lắng :
ω
0
=
h
hl
dg
ρξ
ρρ
3
) (.4 −
=
=
−
3158.0*45.16*3
0003.0*)3158.01276(*81.9*4
0.96 m/s
thấy : ω
h
= 0.09 m/s < ω
0
=0.96 m/s ( thoả điều kiện )
chọn U’

t
= 1600m
3
/m
3
.h : cường độ bốc hơi thể tích. Do dung dịch sôi tạo bọt nên cường độ
bốc hơi thể tích giảm còn : U
t
=U’
t
/1.5 = 1066.7 m
3
/m
3
.
h
Thay vào công thức tính V
b
có:
V
b
=
th
U
W
.
ρ
=
86.0
7.1066*3158.0

6.289
=
m
3

Vậy chiều cao buồng bốc là:

H
b
= 56.0
4.1*14.3
86.0*4
.
.4
22
==
b
b
D
V
π
m
Do trong thiết bị có hiện tượng dung dịch sôi tràn cả lên phần buồng bốc do đó đòi hỏi thiết
bị phải cao hơn so với tính tốn .
Vậy đó chọn H
b
=1500 m (QTTB T5 trang 182 ).
2. Kích thước buồng đốt:

a. Xác định số ống truyền nhiệt :

Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức : n=
ld
F

π

F= 40 m
2
: bề mặt truyền nhiệt

l = 1.5m : chiều dài của ống truyền nhiệt
d : đường kính ống truyền nhiệt
chọn loại ống có đường kính : 38 x 2 mm
do
α
1
> α
2
nên lấy d = d
t
= 34 mm.
Vậy số ống truyền nhiệt là :

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 13
n=
ld
F

π

=
250
5.1*034.0*14.3
40
=
ống.
Chọn số ống n= 271 ống ( STQTTB T2 trang 46 )
b. Đường kính ống tuần hồn trung tâm :

π
t
th
f
D
.4
=

Chọn f
t
= 0.3 F
D
=0.3
4

2
nd
π
=0.3
4
271*034.0*14.3

2
=0.0738 m
2
.
Vậy :
π
t
th
f
D
.4
=
=
14.3
0738.0*4
=0.307 m
Chọn D
th
=0.325 m = 325 mm (QTTB T5 trang 180 )
c. Đường kính buồng đốt :
Đối với thiết bị cô đặc tuần hồn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác đều thì đường
kính trong của buồng đốt có thể tính theo công thức :
D
t
=
l
dF
dd
n
nth

.
60sin 4.0
).2(
02
2
ψ
β
β
++ m
Trong đó :

β=
n
d
t
= 1.4 : Hệ số, thường β = 1.3 –1.5.
t =1.4*d
n
: Bước ống , m ( thường t = 1.2 – 1.5d
n
)
d
n
=0.038 m : Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt , m
ψ = 0.8 : Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψ = 0.7 – 0.9

l =1.5 m : Chiều dài của ống truyền nhiệt m
d
th
= 0.325 : Đường kính ngồi của ống tuần hồn trung tâm.

F = 40 m
2
: Diện tích bề mặt truyền nhiệt , m
2
Thay vào ta có :
D
t
= 057.1
5.1*8.0
038.0*40*.60sin*4.1*4.0
)038.0*4.1*2325.0(
02
2
=++ m
Chọn D
t
= 1200 mm (QTTB T5 trang 182 )
Kiểm tra diện tích truyền nhiệt:
D
th
≤ t( b-1 )
Ö b ≥ 1.71
038.0*4.1
325.0
1 =+=+
t
D
th

Chọn b= 9 ống ( STQTTB T2 trang 46 )

Vậy số ống truyền nhiệt đã bị thay thế bởi ống tuần hồn trung tâm là :
n’ = 61 ống( STQTTB T2 trang 46 )
Số ống truyền nhiệt còn lại là:
n” = 271 –61 = 210 ống.
Bề mặt truyền nhiệt F = 3.14*1.5*(210*0.034+0.325)=35.2 m
2
> 32.05 m
2
( thoả mãn )

VII. TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU:
Đường kính các ống được tính theo công thức tổng quat sau đây:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 14
d=
ρπ

.4
v
G
m
Trong đó :
G : lưu lượng lưu chất kg/s
v : vận tốc lưu chất m/s
ρ : khối lượng riêng của lưu chất kg/m
3

1.
Ống nhập liệu nồi I :

G= 1159 kg/h = 0.322 kg/s
Chọn v= 0.4m/s
ρ = 1159 kg/m
3
.
d=
ρπ

.4
v
G
=
1159*4.0*14.3
322.0*4
=0.0297 m
Chọn : d = 0.042m
2.
Ống tháo liệu nồi I ( nhập liệu nồi II ):
G= 869.1 kg/h = 0.2414 kg/s
Chọn v= 0.2m/s
ρ = 1159 kg/m
3
.

d=
ρπ

.4
v
G

=
1159*2.0*14.3
2414.0*4
=0.0366 m
Chọn : d = 0.042m
3.
Ống tháo liệu nồi II:
G
1
= 579.5 kg/h = 0.161 kg/s
Chọn v= 0.1m/s
ρ = 1276 kg/m
3
.
d=
ρπ

.4
v
G
=
1276*1.0*14.3
161.0*4
=0.04 m
Chọn : d = 0.042m
4.
Ống dẫn hơi đốt nồi I:
G= 314.6 kg/h = 0.0874 kg/s
Chọn v= 20 m/s
ρ = 1.869 kg/m

3
.
d=
ρπ

.4
v
G
=
869.1*20*14.3
0874.0*4
=0.0546 m
Chọn : d = 0.146m
5.
Ống dẫn hơi thứ nồi I:
G= 289.9 kg/h = 0.0806 kg/s
Chọn v= 20m/s
ρ = 0.9558 kg/m
3
.
d=
ρπ

.4
v
G
=
9558.0*20*14.3
0806.0*4
=0.0733 m

Chọn : d = 0.146m

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 15
6. Ống dẫn hơi thứ nồi II:
G= 289.6 kg/h = 0. 0804kg/s
Chọn v= 20m/s
ρ = 0.3158 kg/m
3
.
d=
ρπ

.4
v
G
=
3158.0*20*14.3
0804.0*4
=0.1273 m
Chọn : d = 0.146m
7.
Ống dẫn nước ngưng nồi I:
G= 314.6 kg/h = 0.0847 kg/s
Chọn v= 0.4 m/s
ρ = 1000 kg/m
3
.

d=
ρπ

.4
v
G
=
1000*4.0*14.3
0847.0*4
=0.016 m
Chọn : d = 0.042m
8.
Ống dẫn nước ngưng nồi II:
G= 289.9 kg/h = 0.0806 kg/s
Chọn v= 0.2m/s
ρ = 1000 kg/m
3
.
d=
ρπ

.4
v
G
=
1000*4.0*14.3
0806.0*4
=0.016 m
Chọn : d = 0.042m

VIII. TÍNH CƠ KHÍ:
Để thuận tiện trong quá trình tính tốn và chế tạo, ta chọn vật liệu chế tạo hai nồi là như nhau
với bề dày bằng nhau. Chọn vật liệu là thép CT.3 để chế tạo vỏ thiết bị, đáy và nắp.
Tra sổ tay tập 2 có các thông số :

σ
k
=380.10
6
N/m
2


σ
ch
=240.10
6
N/m
2

Hệ số an tồn : n
k
=2.6
n
c
=1.5
Hệ số hiệu chỉnh:
η=1.0
Ứng suất cho phép theo giới hạn bền :

[
σ
k
] =
η
σ
k
k
n
= 0.1*
6.2
10.380
6
=146*10
6
N/m
2

Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy:
[
σ
c
] =
η
σ
c
c
n
= 0.1*
5.1

10.240
6
=160*10
6
N/m
2

Vậy ứng suất cho phép : [
σ]=146*10
6
N/m
2
.
a. tính thân buồng đốt:

Công thức tính chiều dày thân buồng đốt :


ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 16
S= C
p
pD
t
+
−
ϕσ
] [2
.
m

ta có các thông số của nồi I như sau :
D
t
: đường kính trong của thiết bị. D
t
=1200 mm

ϕ : hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc.
Trên thành thiết bị có lỗ d=0.146 m. do đó
ϕ =
l
dl
−
= 0.903


C : số bổ xung do ăn mòn , bào mòn và dung sai âm ,m
C=C
1
+C
2
+C
3

C
1
=1 mm : hệ số bổ xung nhiệt do ăn mòn
C
2
=0 mm : hệ số bổ xung do bào mòn

C
3
=0.6 mm : dung sai âm theo chiều dày.
Ö C=1+0+0.6 =1.6 mm =1.6*10
-3
m
p : áp suất trong thiết bị ,N/m
2
. p =3.5 at =343350 N/m
2
.
Thay vào công thức có :
S=
C
p
pD
t
+
−
ϕσ
] [2
.
=
3
6
10*6.1
343350903.0*10*146*2
343350*2.1
−
+

−
=3.16 mm
Chọn S=6 mm.
Kiểm tra :
1.00042.0
1200
16
1
<=
−
=
−
t
D
CS

Áp suất cho phép bên trong thiết bị :
[p] =
6
6
1
1
10*099.1
)001.0006.0(2.1
)001.0006.0(*907.0*10*146*2
)(
)(**][*2
=
−+
−

=
−+
−
CSD
CS
t
ϕσ
N/m
2

Ta có : p = 0.343 *10
6
N/m
2
< [p] = 1.099 *10
6
N/m
2
( thoả mãn).
Vậy chiều dày buồng đốt là : S= 6 mm.
Do trong buồng đốt nồi II, áp suất hơi thứ nhỏ hơn nồi I nên chắc chắn điều kiện sẽ thoả.
b. tính thân buồng bốc
:
* Nồi I :
Chọn bề dày thân buồng bốc nồi I là S = 6 mm.
Ta có áp suất bên trong buồng bốc nồi I là:
P = 1.76 at = 0.172*10
6
N/m
2

< [p] = 1.099*10
6
N/m
2
.
Vậy chọn bề dày thân buồng bốc là : S=6 mm.
* Nồi II :
Do thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên chịu tác động của áp suất ngồi. Vì vậy bề dày tối
thiểu của thân được tính theo công thức:
S’ = 1.18.D
t
.
4.0
.
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
t
t
n
D
l
E
p

Áp suất làm việc trong buồng bốc : p
o
= 0.52 at=0.051*10
6
N/m
2
.
Tính chiều cao dung dịch trong buồng bốc :
Thể tích của các ống truyền nhiệt và cả ống tuần hồn trung tâm là :
V
1
=0.25.π.H
0
(d
n
2
.n+D
th
2
) =0.25*3.14*1.5*(210*0.034
2
+0.325
2
)=0.41 m
3
.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 17
Thể tích của phần đáy :

Chọn đáy nón có gờ ( D
t
=1200 mm, h=40mm, 2α =90
0
)
V
2
=0.348 m
3
( STQTTB T2 trang 386 )

Thể tích dung dịch trong nồi :
Vận tốc dung dịch cung cấp vào nồi : v = 0.4 m/s
Vận tốc dung dịch trong ống tuần hồn trung tâm :
v’=
00335.0
325.0
4.0*14.3*3600
4
*4.0
.
2
2
2
2
=
⎟
⎟
⎠
⎞

⎜
⎜
⎝
⎛
=
th
D
dv
m/s
Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị :
τ =
8.1700
00335.0
325.0*14.3*25.0
348.0
5,1
'
'
2
=
+
=
+
v
ll
(s)
Ö thể tích dung dịch trong thiết bị :
V = 2.v. τ =2*
3600
1

*1700.8=0.945 m
3
( do dung dịch trong thiết bị sôi bọt nên
ρ
s
=0.5ρ
dd
→ thể tích dung dịch phải tăng hai lần )
Thể tích phần buồng bốc bị chiếm chỗ :
V
3
= V – V
1
– V
2
= 0.945 – 0.41 – 0.348 =0.187 m
3
.
Chiều cao dung dịch trong buồng bốc :
H=
122.0
4.1*25.0*14.3
187.0
4
.
22
3
==
b
D

V
π
m
Chọn H= 0.2 m.
Khối lượng riêng của dung dịch : ρ =1276 kg/m
3
.
Áp suất tính tốn trong buồng bốc:
p=p
o
+ ρ.g.H = 0.051*10
6
+ 1276*9.81*0.2 =0.0535*10
6
N/m
2
.
Áp suất ngồi: p
n
=p
kt
– p =0.1*10
6
– 0.0535*10
6
=0.0465*10
6
N/m
2
Môđun đàn hồi của vật liệu :0.2*10

12
N/m
2
Chiều dài tính tốn của thân: l=1,5 m.
Đường kính thân : D
t
=1.4 m.
Ö S’ = 1.18*1.4*
4.0
12
6
4.1
5.1
10*2.0
10*0465.0
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=3.8 mm
Chọn : C=
ΣC
i
=1.6 mm
Bề dày thực của thân: S=S’+ C =3.8+1.6 = 5.4 mm
Chọn S = 6 mm.

Kiểm tra :
Ta có:
07.1
4.1
5.1
==
t
D
l




ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 18
1.5.
4.1
)001.0006.0(*2
*5.1
)(*2
−
=
−
t
a
D
CS
=0.127
=
−

=
− )001.0006.0(*2
4.1
)(*2
a
t
CS
D
11.832
0.3*
151.0
4.1
005.0*2
*
10*240
10*2.0
*3.0
)(*2
.
3
6
12
3
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡

=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
t
a
c
t
t
D
CS
E
σ

Thoả điều kiện:
0.127<
07.1=
t
D
l
<11.832

07.1=
t
D
l

> 0.151
Áp suất ngồi cho phép :
[p
n
]=0.649.E
t
.
4.1
005.0
.
4.1
005.0
*
5.1
4.1
*10*2.0*649.0
2
12
2
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
−
⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
t
a
t
at
D
CS
D
CS
l
D

=0.92*10
6
N/m
2
Ta có: p
n
= 0.0465*10
6
N/m
2
< [p
n
] = 0.92*10

6
N/m
2
( thoả mãn )
Vậy chọn bề dày thân buồng bốc là : S =6 mm.
c. tính nắp:
Chọn nắp elip có gờ với D
t
=1400 mm.
Ta có :
0=
t
t
D
h
.25 ⇒ h
t
=350 mm ( chiều sâu của elip đo theo mặt trong )
Chiều cao gờ : h= 25 mm
Bán kính cong bên trong ở đỉnh R
t
= ==
35.0*4
4.1
.4
2
2
t
t
h

D
1.4 m
Nếu lỗ có lắp d= d
hơi đốt
=0,146 m.
=> Z=1-
9.0
4.1
146.0
1
=−=
t
D
d

* Nồi I:
Thiết bị làm việc ở áp suất trong p =1,76 at =0.172 *10
6
N/m
2
.
Hệ số bền mối hàn :
ϕ= 0.95
Bề dày tối thiểu của lắp :
S’=
=
−
=
−
66

6
10*172.09.0*95.0*10*146*2
4.1*10*172.0
.] [2
.
pZ
Rp
t
ϕο
0.97 mm
Chọn
ΣC=5.03 mm
Bề dày thực cảu nắp thiết bị : S=6 mm.

Kiểm tra :
125.00036.0
4.1
001.0006.0
<=
−
=
−
t
a
D
CS



ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB

Trang 19
Áp suất trong cho phép :
[p]=
6
6
10*895.0
005.04.1
005.0*9.0*95.0*10*146*2
)(
).(.] [2
=
+
=
−+
−
at
a
CSR
CSZ
ϕσ
N/m
2

Ta có : p=0.172*10
6
N/m
2
< [p] = 0.895810
6
N/m

2
. (thoả mãn).
Vậy chọn bề dày nắp thiết bị là : S= 6 mm.
* Nồi II :
Thiết bị làm việc ở áp suất ngồi, áp suất trong buồng bốc là p=0.52 at .
Aùp suất ngồi p
n
=0.1*10
6
-0.051*10
6
=0.049*10
6
N/m
2
.
Chọn nắp có bề dày S= 6 mm.
Kiểm tra ứng suất cho phép:

σ =
6
62
1
2
10*9.11
)001.0006.0(*35.0*95.0*64.0*6.7
10*049.0*)]001.0006.0(*35.0*24.1[
)( 6.7
)].(.2[
=

−
−+
=
−
−+
CShk
pCShD
t
ntt
ϕ
N/m
2

thấy
σ=11.9*10
6
N/m
2
<
6
6
10*133
2.1
10*160
2.1
==
c
σ
N/m
2

( thoả mãn ).
Vậy bề dày của nắp là : S= 6 mm.
d. tính đáy:
Chọn đáy là hình nón gờ, góc đáy là 2
α =90
0
.
Đường kính đáy : D
t
= 1200 mm
Ö H= 675 mm
h = 40 mm
R
t
= 180 mm.
Chiều cao cột chất lỏng : H’ = H+h+ H
1
+H
2
.
Trong đó :
H
1
: chiều cao cột chất lỏng trong buồng đốt, H
1
= 1,5 m
H
2
: chiều cao cột chất lỏng trong buồng bốc, H
2

= 0.2 m
Ö H= 675+40+1500+200=2415 mm =2.415 m
Nồi I :
Áp suất trong buồng đốt: p
0
= 3.5 at = 0.343*10
6
N/m
2
.
Áp suất tính tốn :
p= p
0
+ρ.g.H’ =( 0.343+1159*9.81*10
-6
*2.415)*10
6
=0.37*10
6
N/m
2
.
Hệ số bền mối hàn:
ϕ =0.95
Bề dày tối thiểu của đáy :
S’ =
)10*37.095.0*10*146(*45cos*2
10*37.0*2.1
)] ([cos.2
.

66
6
−
=
−
p
pD
t
ϕσα
=2.3 mm

Chọn
ΣC= 3.7 mm.
Bề dày thực của đáy : S =S’+
ΣC = 2.3+3.7 = 6 mm.
Kiểm tra :
354.0
45cos
25.0
0019.0
1200
3.2'
=<==
t
D
S

Áp suất cho phép tính tốn:
[p] =
6

6
10*81.0
005.0*707.0*22.1
005.0*95.0*10*146*707.0*2
).(cos.2
).(] [cos.2
=
+
=
−+
−
at
a
CSD
CS
α
ϕσα
N/m
2
ta có : p=0.37*10
6
N/m
2
< [p] =0.81*10
6
N/m
2
( thoả mãn )

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB

Trang 20
Vậy chọn bề dày đáy là : S =6 mm.
Nồi II :
Do nồi II cũng làm việc trong điều kiện áp suất trong (p =1,7 at ) nên các bước tính tốn đều
giống nồi I, nhưng do áp suất nhỏ hơn áp suất nồi I nên chắc chắn các điều kiện về độ bền sẽ
thoả. Vậy nên cũng chọn S = 6 mm.
e. tính bulông và bích:
+ bích nối nắp với buồng bốc
: ( chọn bích theo STQTTB T2 trang 405 - 412)
Chọn bích liền bằng thép kiểu I, các thông số cho trong bảng sau:

D
t

D D
b
D
i
h d
b
1400 1540 1490 1460 30 M20

+ bích nối buồng đốt với đáy
:
Chọn bích liền bằng thép kiểu I, các thông số cho trong bảng sau:

D
t

D D

b
D
i
h d
b
1200 1350 1300 1260 30 M24

+ bích nối buồng bốc và buồng đốt tương tự bích nối đáy và buồng đốt
.
+ tính bulông nối nắp và buồng bốc
:
Lực nén trục sinh ra do xiết bulông: Q
1
=0.25.π.D
t
2
.p+πD
tb
.b
0
.m.p (*)
Với : D
t
=1400 mm
P=0.172 N/mm
2

Đường kính trung bình của đệm : D
tb
= D

t
+ 2(0.5b+2.5 )
Chọn chiều dày thực đệm b= 10 mm , ta có : D
tb
=1400+2(0.5*10+2.5)=1415 mm
Chiều rộng tính tốn của đệm : b
0
=0.8 b =0.8*10 =8 mm
Chọn đệm amiăng có
δ = 3 mm ; m =2
Áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm, q
0
=10 N/mm
2
.


Thay vào (*) :
Q
1
=0.25*3.14*(1400)
2
*0.172+3.14*1415*8*2*0.172=0.277*10
6
N.
Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu :
Q
2
=π.D
tb

.b
0
.q
0
= 3.14*1415*8*10=0.356*10
6
N.
Chọn khoảng cách tương đối giữa tâm các bulông là x =195 mm
Vậy số bulông là : z=
24
195
1490*14.3
.
==
x
D
b
π
con
Lực tác dụng lên một bulông : q
b
=
z
Q

Với: Q= max ( Q
1
,Q
2
) =Q

2
= 0.356*10
6
N
Ö q
b
= 33.14833
24
10*356.0
6
==
z
Q
N
Ứng suất tác dụng lên bulông :

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 21
σ= ==
2
2
20*14.3*25.0
33.14833
.
4
b
b
d
q
π

47.22 N/mm
2
.
Chọn vật liệu làm bulông là thép CT.3 có [
σ]
100
=86 N/mm
2
.

Ö σ =47.22 N/mm
2
< [σ]
100
=86 N/mm
2
( thoả mãn )
+ tính bulông nối đáy và buồng đốt
:
Lực nén trục sinh ra do xiết bulông: Q
1
=0.25.π.D
t
2
.p+πD
tb
.b
0
.m.p (*)
Với : D

t
=1200 mm
p=0.343 N/mm
2
thay vào (*) có:
Q
1
=0.25*3.14*(1200)
2
*0.343+3.14*1215*8*2*0.343=0.409*10
6
N.
Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu :
Q
2
=π.D
tb
.b
0
.q
0
= 3.14*1215*8*10=0.305*10
6
N.
Chọn khoảng cách tương đối giữa tâm các bulông là x =170 mm
Số bulông là : z=
24
170
1300*14.3
.

==
x
D
b
π
con
Lực tác dụng lên một bulông : q
b
=
z
Q

Với: Q= max ( Q
1
,Q
2
) =Q
1
= 0.409*10
6
N
Ö q
b
= 67.17041
24
10*409.0
6
==
z
Q

N
Ứng suất tác dụng lên bulông :
σ= ==
2
2
24*14.3*25.0
67.17041
.
4
b
b
d
q
π
37.67 N/mm
2
< [σ]
100
=86 N/mm
2

f. tính vỉ ống
:
Lấy vỉ ống làm bích
Chọn bề dày vỉ d =30 mm
Ta có đường kíng ngồi của ống truyền nhiệt : d
n
=38 mm
l=
2

3*38*4,1
2
3.
=
t
=46.07 mm
* Nồi I:
p=p
1
-p
1
’=0.343-0.172= 0.171 N/mm
2
.
Có :
174.0
07.46
30
)
07.46
38
*7.01(*6.3
171.0
)7.01(6.3
=
−
=
−
=
l

h
l
d
p
n
σ
N/mm
2
<[σ] =146 N/mm
2
. ( thoả )
* Nồi II :
p= p
1
+(p
kq
–p
2
’) =0.166+(0.1-0.051)=0.215 N/mm
2

Có :

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 22
217.0
07.46
30
)
07.46

38
*7.01(*6.3
215.0
)7.01(6.3
=
−
=
−
=
l
h
l
d
p
n
σ
N/mm
2
<[σ] =146 N/mm
2
. ( thoả )
g. tính tai treo:
Khối lượng tổng cộng : M=M
TB
+M
dd
• Tính M
TB
:
+ Nắp Elipse có h=25 mm

→ m
1
=106 kg
+ Đáy hình nón
α = 45
0
→ m
2
=77 kg
+ Buồng bốc V =
=−=− )4.1412.1(*5.1*
4
14.3
).(.
4
22
22
tn
DDH
π
0.0398 m
3
.
→ m
3
=7850*0.0398=312.07 kg
+ Buồng đốt : V =
=−=− )2.1212.1(*5.1*
4
14.3

).(.
4
22
22
tn
DDH
π
0.0341 m
3
.
→ m
4
=7850*0.0341=267.68 kg
+ Ống đốt : V =
=−+− ).(.
4
.
).(.
4
2222
tnthtthn
ddH
n
DDH
π
π


=
0759.0)034.0038.0(*5.1*

4
210*14.3
)325.0331.0(*5.1*
4
14.3
2222
=−+− m
3

→ m
5
= 7850*1.01*0.0759=601.77 kg
+ Vỉ ống :V =0.25*3.14*0.03*[1.35
2
– 210*0.038
2
-0.331
2
] =0.033 m
3
.
→ m
6
=2*7850*1.01*0.033=526.69 kg
+ Bích :
nắp và buồng bốc : V =
=−=− )49.154.1(*03.0*
4
14.3
).(.

4
22
22
tn
DDH
π
0.00357 m
3
.
→ m
7
=7850*0.00357*2=56.05 kg
Buồng đốt và buồng bốc : V =
=−=− )3.135.1(*3.0*
4
14.3
).(.
4
22
22
tn
DDH
π
0.0312 m
3
.
→ m
8
=7850*0.0312*2=49.02 kg
khối lượng bích : m =m

7
+m
8
=56.05+49.02=105.07 kg.
→ M
TB
=m+m
1
+ m
1
+m
2
+m
3
+m
4
+m
5
+m
6
=
= 105.07+106+77+312.07+267.68+601.77+526.69 =1996.28 kg
• Tính M
dd
:
Thể tích dung dịch trong thiết bị ( tính ở phần trên ) : V=0.945 m
3

Khối lượng dung dịch trong thiết bị là : M
dd

= V.ρ
s
=0.945*0.5*1276=602.91 kg.
Vậy khối lượng tổng cộng :
M=M
TB
+ M
dd
=1996.28+602.91 =2599.19 kg.
Chọn 4 tai treo. Trọng tải đỡ cho mỗi tai treo sẽ là :
G=
5.6374
4
19.2599*81.9
= N
Dự phòng chọn : G=1.0*10
4
N
Tra sổ tay QTTB T2 trang 426 có :

F.10
4
(m
2
) L(mm) B(mm) B
1
(mm) H(mm) S(mm) l(mm) a(mm) d(mm) m(kg

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 23

)
89.5 110 85 90 170 8 45 15 23 2.0















B.TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
1. Tính thiết bị ngưng tụ baromet:
a.
Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ :
G
n
=
).(
) (
22
22
dcn
cn

ttC
tCiW
−
−
kg/s
W
2
: lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ , W
2
=289.6 kg/h =0.0804 kg/s
i : hàm nhiệt của hơi ngưng , i =2643.74 kj/kg
t
2C
,t
2D
: nhiệt độ đầu ,cuối của nước làm nguội, lấy t
2D
=30
0
C.
t
2C
=t
ng
– 10 =80.9 – 10 =70.9
0
C
t
ng
: nhiệt độ hơi bão hồ ngưng tụ

C
n
: nhiệt dung riêng trung bình của nước, tra theo nhiệt độ trung bình.
t
ng
= 45.50
2
9.7030
2
22
=
+
=
+
Dc
tt
0
C
Ö C
n
= 4,18 kj/kg.độ
Ö G
n
= =
−
−
=
−
−
)309.70(*18.4

)9.70*18.474.2643(*0804.0
)(
).(
22
22
Dcn
cn
ttC
tCiW
1.1 kg/s
b.
Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị :
Lượng khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet :
G
kk
=25.10
-6
.(G
n
+W
2
)+10
-2
.W
2
= 25.10
-6
*(1.1+0.0804)+10
-2
*0.0804

=25.10
-6
.0,96+0.0804*10
-2

=8.34*10
-4
kg/s
Thể tích khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị :
V
kk
=
hng
kkkk
pp
tG
−
+ )273(.288

Với t
kk
=t
2D
+4+0.1 (t
2C
– t
2D
)
=30+4+0.1*(70.9-30)=38.09

0
C
p
ng
=0.5 at =49050 N/m
2

: áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ
p
h
=0.0576 at =5652 N/m
2
: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ t
kk
.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 24

Ö V
kk
= =
−
+
−
565249050
)09.38273(10*34.8*288
4
0.0017 m
3

/s
c.
Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ baromet :
+ đường kính trong :
D
t
=1.383
hh
W
ϖρ
2

ρ
h
: khối lượng riêng của hơi, ρ
h
=0.3158 kg/m
3



ω
h
: tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ, ω
h
= 23.5
14.0*25.0*14.3
0804.0
2
= m/s

Ö D
t
=1.383 =
23.5*3158.0
3600/6.289
0.22 m.

Chọn đường kính trong thiết bị ngưng tụ là D
t
= 300 mm
+ kích thước tấm ngăn :
tấm ngăn có dạng viên phân với chiều rộng là :
b=
2
t
D
+50 =150+50=200 mm
tấm ngăn có đục nhiều lỗ , lấy đường kính của lỗ là d
l
=2mm
chiều dày tấm ngăn
δ, chọn δ=4 mm
chiều cao gờ cạnh tấm ngăn , chọn h
0
=40 mm
các lỗ xếp theo hình lục giác đều, ta có bước lỗ :
t=0.866d
l
tb
o

f
f

tb
f
f
0
tỷ số giữa tổng diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết bị ngưng tụ ,
chọn
tb
f
f
0
=0.08
Ö t =0.866*2* 08.0 =0.49 mm ≈ 0.5 mm.
+ chiều cao của thiết bị ngưng tụ :
mức độ đun nóng nước : p=
804.0
309.80
309.70
2
22
=
−
−
=
−
−
Dng
DC

tt
tt

tra bảng VI-7 ( STQTTB T2 trang 80) ta có:
số ngăn n=8
khoảng cách trung bình giữa các ngăn : h
tb
=400 mm
chiều cao của thiết bị ngưng tụ :
H
ng
=n.h
tb
+800 = 8*400+800=4000 mm = 4 m
+ kích thước ống Baromet:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Trang 25
đường kính trong của ống baromet : d
ba
=
πϖ
.
)(004.0
2
WG
n
+

ω : vận tốc của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống baromet,chọn ω=0.7m/s

Ö d
ba
=
14.3*7.0
)0804.01.1(*004.0 +
=0.046 m
lấy đường kính ống baromet là d
ba
= 50 mm
chiều cao ống baromet : h
ba
=h
1
+h
2
+h
3
(m)

h
1
: chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số áp suất khí quyển và áp suất
trong thiết bị ngưng tụ baromet.
h
1
=10.33
760
0
P
m

P
o
: độ chân không trong thiết bị ngưng tụ
P
o
= P
a
-P
ng
=760 –0.5 *735 =392.5 mm Hg
Ö h
1
=10.33*392.5/760 = 5.33 m
h
2
: chiều cao cột nước trong ống baromet cần thiết để khắc phục tồn bộ trở lực khi nước chảy
trong ống.
h
2
=
∑
+ )(
2
2
ζλ
ϖ
ba
ba
d
h

g
(m)
ξ
1
: hệ số trở lực cục bộ khi vào ống , ξ
1
=0.5
ξ
2
: hệ số trở lực cục bộ khi ra khỏi ống , ξ
2
=1
ta có t
tb
= 50.45
0
C
Ö ρ = 990 kg/m
3

Ö μ = 5.4 *10
-4
N.s/m
2
.
Chuẩn số Re : Re =
4
10*4.5
990*05.0*7.0

−
=
μ
ρϖ
ba
d
=64167
Chọn ống thép là CT.3 nên độ nhám
ε = 0.2mm
tính: Re
gh
=6
3301
2.0
50
*6
7/87/8
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

⎛
ε
d

Re
n
= 220 109674
2.0
50
*220
8/98/9
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
ε
d

Vậy: Re
gh

<Re<Re
n
Hệ số ma sát :

λ = 0.1 029.0
64167
100
50
2.0
46.11.0
Re
100
46.1
25.0
25.0
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝

⎛
+
ba
d
ε

Tổng hệ số tổn thất cục bộ :
Σξ=ξ
vào
+ξ
ra
=0.5+1=1.5
Chọn chiều cao ống Baromet h
ba
=6 m
h
2
= )5.1
05.0
6
029.01(
81.9*2
7.0
2
++ =0.15 (m)
h
3
=0.5m chiều cao dự trữ đề phòng trường hợp nước dâng lên chảy tràn vào nồi.
chiều cao ống baromet là :