Nghiên cứu về thiết bị cô đặc dạng màng và ứng dụng nó để cô đặc nước dứa trong công nghệ sản xuất nước dứa.(Full cad )

GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Phần I:
MỞ ĐẦU
1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN:
1.1.1 Khái quát về cô đặc:
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch bằng cách
tách một phần dung môi ở dạng hơi.
Trang 1
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Cô đặc là phương pháp thường được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hóa học và
Thực phẩm với mục đích:
• Làm tăng nồng độ chất hoà tan trong dung dịch (làm đậm đặc)
• Tách các chất hoà tan ở dạng rắn (kết tinh)
• Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất)
• Lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái của tác nhân làm lạnh.
Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng
phần của dung môi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.
Quá trình cô đặc có thể 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 thì ta dùng
thiết bị kín.
Quá trình cô đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, có thể tiến hành ở hệ thống
cô đặc 1 nồi hoặc nhiều nồi.
Người ta thường tiến hành phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:
• Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng
• Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi nước bão hoà, hơi quá nhiệt),
bằng khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất cao…), bằng
dòng điện …
• Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức
• Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm…

1.1.2 Nhiệm vụ của đồ án:
Hiện nay có rất nhiều loại thiết bị được sử dụng trong công nghiệp sản xuất hoá chất
và thực phẩm với những mục đích khác nhau. Nhưng do thời gian nghiên cứu có hạn nên
nhiệm vụ của đồ án này chỉ nghiên cứu về thiết bị cô đặc dạng màng và ứng dụng nó để
cô đặc nước dứa trong công nghệ sản xuất nước dứa.
1.2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU:
1.2.1 Giới thiệu về dứa:
Cây dứa là loại cây ăn trái có giá trị kinh tế cao. Cây dứa không kén đất, có thể
trồng dứa trên cả loại đất chua mặn, đất phèn, đất đồi dốc, sỏi đá … Ở những vùng mới
khai hoang, người ta còn trồng dứa như là một loại cây để cải tạo đất.
Dứa là một loại trái cây có giá trị dinh dưỡng cao, có vị ngọt, hương thơm và màu
sắc đẹp. Trong trái dứa tươi chứa nhiều hàm lượng đường, vitamin C, các acid amin dễ
tiêu, đặc biệt có enzym Bromelin là 1 loại enzym phân giải protein rất tốt. Trong lĩnh vực
y học, từ trái dứa người ta tách được một chất biệt dược dùng trong các ca đại phẫu thuật,
điều trị bệnh ung thư, nội tạng…
Hiện nay trên thị trường thế giới, dứa là một loại trái cây có giá trị xuất khẩu cao.
Từ trái dứa tươi, qua công nghiệp chế biến có thể sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khác
nhau như: dứa đóng hộp, nước dứa có ga, mứt dứa, rượu vang dứa, xirô dứa, dứa sấy khô,
nước dứa …
* Thành phần hoá học của dứa:
Trang 2
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí


Thành phần Hàm lượng (%)
Nước 72 – 88 %
Đường tổng
• Đường saccharoza
• Đường khử
8 – 12 %, có nơi 15-16 %

64% (lượng đường tổng)
34 % (lượng đường tổng)
Protein 0,25 – 0,5 %
Acid 0,6 % (87% là acid citric)
Muối khoáng 0,4-0,6% (chủ yếu là K,Mg,Ca)
Vitamin C,A,B
1
,B
2…
Enzym Bromelin
1.2.2 Giới thiệu về nước dứa và đặc tính của dung dịch cô đặc:
Nước dứa là dịch dứa có pha thêm đường, hàm lượng đường trong sản phẩm khoảng
40 %. Khác với xirô dứa, sản phẩm nước dứa được dùng uống ngay mà không cần pha
loãng với nước.Sản phẩm phải có hương vị và màu sắc của nguyên liệu ban đầu. Yếu tố
quan trọng có tác dụng bảo quản trong nước dứa là độ đường khá cao và độ acid tương
đối cao.
Nước dứa là một sản phẩm giàu sinh tố nên không chịu được nhiệt độ cao (thành
phần trong dịch quả dễ bị thuỷ phân dưới tác dụng của nhiệt).
Phần II:
Trang 3
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

THUYẾT MINH QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ
Dung dịch nước dứa có nồng độ đầu 15% ở 30
0
C từ bồn chứa nguyên liệu được 2 bơm
mắc song song bơm qua lưu lượng kế lên qua thiết bị gia nhiệt, lưu lượng luôn đảm bảo là
0,5 m
3

/h. Tại thiết bị gia nhiệt, dung dịch được đun nóng đến 70
0
C bằng hơi nước bão hòa
có nhiệt độ là 119,6
0
C (2 at) lấy từ lò hơi. Thiết bị gia nhiệt được thiết kế theo kiểu ống
chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống hơi đốt đi ngoài ống, đường kính của thiết bị
gia nhiệt là 0,4m, chiều dài ống truyền nhiệt 2m, đường kính ống 38mm.
Sau đó dung dịch tiếp tục chảy vào nồi cô đặc. Tại đây dung dịch được cô đặc đến
nồng độ 30% nhờ hơi đốt là hơi bão hòa ở 119,6
0
C được cấp từ lò hơi như thiết bị gia
nhiệt (lượng hơi đốt cần sử dụng là 305,2 kg/h). Đây là thiết bị cô đặc loại màng, đường
kính buồng đốt 0,6m, chiều dài ống ống truyền nhiệt là 5m, đường kính ống 38mm,
đường kính buồng bốc 0,6m, chiều cao buồng bốc là 2,5m. Nhiệt độ sôi của dung dịch
trong nồi cô đặc là 70,375
0
C, áp suất của hơi thứ là 0,314 at.Vì đây là thiết bị cô đặc dạng
màng nên ta phải thiết kế thêm một chén phân phối lỏng hàn trên vỉ ống có đường kính
100 mm để tạo điều kiện cho dung dịch nước dứa có thể chảy màng trong ống truyền
nhiệt. Dung dịch sau khi được cô đặc đến nồng độ 30% được bơm khỏi nồi cô đặc vào
bồn chứa sản phẩm.Ở đáy nồi cô đặc có lắp một đầu dò để kiểm tra nồng độ của dung
dịch sau khi cô đặc. Nếu dung dịch chưa đạt đến nồng độ cần thiết thì sẽ được bơm trở lại
nồi cô đặc để cô đặc tiếp.
Lượng hơi thứ trong nồi được dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet với đường kính
thiết bị là 0,2 m, chiều cao 4 m, số ngăn là 8, áp suất trong thiết bị ngưng tụ là 0,3 at.
Trang 4
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Phần hơi không ngưng được đưa qua thiết bị tách lỏng rồi được hút ra ngoài bằng bơm

chân không. Nước cung cấp cho thiết bị ngưng tụ Baromet được bơm trực tiếp từ bể nước
sạch, nhiệt độ của nước là 30
0
C.
Phần khí không ngưng của thiết bị gia nhiệt, nồi cô đặc được thải bỏ. Còn nước
ngưng thì được dẫn qua các bẫy hơi đến bể chứa nước để đưa về lò hơi.
Phần III:
TÍNH CÂN BẰNG VẬT
CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Trang 5
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

YÊU CẦU:
Thiết kế thiết bị cô đặc lọai màng để cô dung dịch nước dứa.
Năng suất nhập liệu : 0.5 m
3
/h
Nồng độ nhập liệu : 15% (khối lượng)
Nồng độ sản phẩm : 30 % (khối lượng)
Aùp suất ngưng tụ : P
ck
= 0.7 at
3.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT:[2]
Khối lượng riêng của dung dịch nhập liệu : ρ = 1061,04 (kg/m
3
) (Bảng I.86 – trang
58 – Sổ tay QT& TB CN Hóa chất – Tập 1).
Suất lượng dung dịch ban đầu:
G
d

= 0,5 . 1061,04 = 530,52 (kg/h)
Lượng hơi thứ bay lên :
h)265,26(kg/)
30
15
530,52.(1)(1GW
x
x
c
d
d
=−=−=
Suất lượng dung dịch sau khi cô đặc:
G
c
= G
đ
– W = 530,52 – 265.26 = 265.26 (kg/h)
Trong đó:
x
d
: Nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng) => x
d
= 0,15
x
c
: Nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng) => x
c
= 0,30
Bảng III.1:Lượng hơi thứ, nồng độ và suất lượng vào, ra của dung dịch cô đặc

Đại lượng Nồi cô đặc
Suất lượng dung dịch Vào G
d
= 530,52
(kg/h) Ra G
c
= 265,26
Nồng độ dung dịch Vào X
d
= 15
(% khối lượng) Ra X
c
= 30
Lượng hơi thứ (kg/h) W = 265,26
3.2 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:
3.2.1 Các thông số cần xác định :
Trang 6
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

 Nhiệt độ nước ngưng ở thiết bị ngưng tụ Baromet : t
c
= 68,7
o
C ( tra ở áp suất của
hơi nước là 0,3 at - Bảng I.251 – trang 314 – Sổ tay QT&TBCN Hóa chất –Tập 1 )
 Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc : t
w
= t
c
+ ∆’’’ = 68,7 + 1 = 69,7

o
C ( Nhiệt độ hơi thứ
trong buồng bốc bằng nhiệt độ nước ngưng ở thiết bị Baromet cộng với 1
0
C - 1
0
C chính
là tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên ống dẫn).
 Chọn hơi đốt là hơi bão hòa ở áp suất 2 at ⇒ t
D
= 119,6
o
C (Bảng I.250 – trang 312 –
Sổ tay QT&TBCN Hóa chất –Tập 1).
Bảng III.2: Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt sử dụng và hơi thứ trong buồng bốc
Loại Nồi cô đặc Thiết bị ngưng tụ
Áp suất
(at)
Nhiệtđộ
(
0
C)
Aùp suất
(at)
Nhiệtđộ
(
0
C)
Hơi đốt P
1

= 2 t
D
= 119,6 P
ng
= 0,3 t
c
= 68,7
Hơi thứ P = 0,314 t
w
=69,7
3.2.2 Xác định tổn thất nhiệt độ:
3.2.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ :[2]
Ta sử dụng phương pháp Babô để xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ :
Ở 1,034 at → t
sdd
= 100,9
o
C.Ở nhiệt độ này

P
nước
= 1,073 at
Ta có :
0377,1
034,1
073,1
9,100
=







=
C
O
K
Vậy :
0377,1
314,0
'
=






=
sdd
t
nuoc
P
K
⇒ P’
nước
= 1,0377 . 0.314 = 0,326 at
Suy ra :
t

sdd
ở áp suất P
o
= 0,314 at là 70,375
o
C
Do đó tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao là :
∆’ = t
sdd(Po)
– t
sdm(Po)
= 70,375 – 69,7 = 0,675
0
C
3.2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh :
Trong thiết bị cô đặc loại màng, quá trình bốc hơi tiến hành trong lớp dung dịch rất
mỏng nên ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh thực tế không đáng kể.
Vậy : ∆’’ = 0
3.2.2.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống : [1]
Thường chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi cô đặc đến
thiết bị ngưng tụ là 1
0
C.
Do đó: ∆’’’ = 1
0
C
Trang 7
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

3.2.2.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc:

Σ∆ = ∆’+ ∆” + ∆”’ = 0,675 + 0 + 1 = 1,675 (
0
C)

3.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích : [2]
∆t
hi
= ∆t - Σ∆ = t
D
– t
c
- Σ∆ = 119,6 – 68,7 – 1,675 = 49,225
o
C
3.2.4 Cân bằng nhiệt lượng:
3.2.4.1 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch : [3]
Vì ta lấy sản phẩm ra ở đáy buồng bốc nên t
2
= t
sdd(Po)
= 70,375
o
C
Chọn nhiệt độ dung dịch nhập liệu là t
1
= 70
O
C
Nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu
(1)

:
C
d
= 4190 -(2514 – 7,542t
1
)x
đ
= 4190 - (2514 – 7,542.70).0,15 = 3892 (j/kgđộ)
Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi cô đặc
(1)
:
C
c
= 4190 - (2514 – 7,542.t
2
)x
c
= 4190 - (2514 – 7,542.70,375).0,3 = 3595(j/kgđộ)
3.2.4.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng : [2]
W , i
w

Q
m


D , i
D
, ϕ

G
d
,C
d
,t
1
(G
d
– W)C
c
t
2

D , C
ng
, θ
Giải thích các đại lượng trên sơ đồ:
D: Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống (kg/h)
ϕ: Độ ẩm của hơi đốt . Chọn ϕ = 0,05
i
D
, i
w
: Hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ (j/kg)
t
1
, t
2
: Nhiệt độ vào và ra khỏi nồi của dung dịch (
0

C)
C
d
, C
c
: Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi của dung dịch (j/kg.độ)
θ : Nhiệt độ nước ngưng tụ (
0
C) – lấy bằng nhiệt độ hơi đốt
C
ng
: Nhiệt dung riêng của nước ngưng (j/kg.độ)
Q
m
: Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh (J) – Q
m
= 0,03Q
D
G
d
: Lượng dung dịch ban đầu (kg/h)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
(1-ϕ).D.i + ϕ.D.C
ng
.θ + G
d
.C
d
.t
d

= W.i
w
+ G
c
C
c
.t
2
+ D.C
ng
. θ

+ Q
m
(2)

Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hòa. Các thông số gồm có :
• Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ :
i
D
= 2710 kj/kg
i
w
= 2626,3 kj/kg
(Bảng I.251 – trang 314 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập1)
Trang 8
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

• Nhiệt độ của dung dịch:
t

1
= 70
0
C
t
2
= 70,375
0
C
• Nhiệt dung riêng của dung dịch:
C
d
= 3,892 kj/kg.độ
C
c
= 3,595 kj/kg.độ
• Nhiệt độ nước ngưng: (Xem như bằng nhiệt độ hơi đốt)
θ = 119,6
0
C
• Nhiệt dung riêng của nước ngưng:
C
ng
= 4250 j/kg.độ (Bảng I.249 – trang 310 – Sổ tay QT&TB CN
Hóa chất – Tập 1)
Lượng hơi đốt tiêu tốn ở buồng đốt:
)6,19.10425000710(20,97.0,95.
6000265,26.2622.70530,52.3895.70,375265,26.359
θ))(0,97.(1
W

D
Ci
i
tCGtCG
ng
D
w
1dd2cc
−
+−
=
−−
+−
=
ϕ

= 305,2 (kg/h)
Trang 9
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Phần IV:
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
CHÍNH
4.1 TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT:
Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng , dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài
ống.
Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể được tính theo công thức tổng quát như
sau: [1]
F =
t

hi
D
Δ.K
Q
(m
2
)
Trong đó:
Q
D
: Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (W)
Q
D
= D.r (Nếu chất tải nhiệt là hơi nước bão hòa)
D : Lượng hơi đốt (kg/s)
r : Ẩn nhiệt ngưng tụ (j/kg)
K : Hệ số truyền nhiệt (W/m
2
.độ)
∆t
hi
: Hiệu số nhiệt độ hữu ích (
0
C)
Trang 10
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

4.1.1 Tính hệ số truyền nhiệt K :
4.1.1.1 Tính nhiệt tải riêng trung bình: [2]
Giả thiết quá trình là liên tục và ổn định.

Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị:
q
1
= α
1
.(t
D
– t
w1
) = α
1
.∆t
1
Nhiệt tải riêng của thành thiết bị:
q =
1
r
∑
.(t
w1
– t
w2
) =
)(
1
λ
δ1
1
tt
rr

2w1w
2cau1cau
−
++
Nhiệt tải riêng của phía dung dịch sôi:
q
2
= α
2
.(t
w2
– t
dd
) = α
2
.∆t
2
Trong đó:
t
D
: Nhiệt độ hơi đốt (
0
C)
t
dd
: Nhiệt độ của dung dịch trong nồi (
0
C)
t
w1

, t
w2
: Nhiệt độ 2 bên thành ống (
0
C)
α
1
: Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ (W/m
2
.độ)
α
2
: Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch (W/m
2
.độ)
r
cau1
: Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt
(3)
=> r
cau1
= 0,348.10
-3
m
2
.độ/W
r
cau2
: Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch
(3)

=> r
cau2
= 0,387.10
-3
m
2
.độ/W
δ
λ
: Nhiệt trở thành thiết bị (m
2
.độ/W)
Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉ X18H10T có hệ số dẫn
nhiệt là: λ = 16,3 W/m.độ. ( Bảng 2-12 – trang 45 – Thiết kế tính toán cac chi tiết
thiết bị hóa chất)
Chọn bề dày thành ống là: δ = 2 mm.

r∑
=
1 2
( )
cau cau
r r
δ
λ
+ +
= 8,577.10
-4
(m
2

.độ/W)
 Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ
α

1
: [4]
Khi tốc độ của hơi nhỏ (ω
≤
10 m/s , chính xác hơn khi ρω
2

≤
30) và màng nước
ngưng chuyển động dòng (Re
m
<100) thì hệ số cấp nhiệt α
1
đối với ống thẳng đứng được
tính theo công thức sau:
α
1
= 2,04.A.
4
1
.
r
t H∆
(W/m
2
.độ)

(4)

Trong đó:
A =
2 3
0,25
.
( )
ρ λ
µ
, đối với nước giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng
.
(trang 29 –
Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2)
Công thức tính nhiệt độ màng t
m
:
t
m
= 0,5.(t
w1
+ t
D
)

Trang 11
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

∆t
1

: Hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị (
0
C)
r: Ẩn nhiệt ngưng tụ tính theo hơi bão hòa (j/kg)
H: Chiều cao ống truyền nhiệt (m)
** Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là H = 6m.
 q
1
= α
1
.∆t
1
Xem như sự mất mát nhiệt không đáng kể:
q = q
1
= q
2
 t
w2
= t
w1
– q
1
.
r∑
 Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch
α

2
: [1] [4]

Hệ số cấp nhiệt α
2
(hệ số phim) từ bề mặt ống vào dung dịch chảy dọc từ trên xuống
được tính như sau:
Màng chảy màng:
Nu
e
= 0,01.Re
1/3
.Pr
1/3

(5)
Mặt khác:
Nu
e
=
2
.
e
l
α θ
λ

(6)
Trong đó:
Nhiệt độ trung bình của dung dịch trong ống :
70,1875
2
70,37570

2
tt
t
21
dd
=
+
=
+
=
o
C
Khối lượng riêng dung dịch ở nồng độ trung bình 22,5% :
ρ
dd
= 1094,04 (kg/m
3
)(Bảng I.86–trang 58- Sổ tay QT&CN Hóa chất–Tập 1)
Độ nhớt dung dịch ở nồng độ trung bình 22,5% :
µ
dd
= 0,8715.10
-3
(Ns/m
2
) (tra ở nhiệt độ dung dịch là 70,1875
o
C – Bảng I.112 –
trang 114 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 1).
Nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch

(1)
:
C
dd
= 4190 – (2514 – 7,542t
dd
)x
tb
= 4190 – (2514 – 7,542.70,1875).0,225
= 3743 (J/kg.độ)
Bề dày màng
(7)
:
(m)4.10
.9,811094,04
)(0,8715.10
g.
θ
5
2
23
3/1
2
2
e
ρ
μ
−
−
=







=






=
Khối lượng dung dịch M
dd
:
18
0,2251
342
0,225
M
x1
M
x
M
1
OH
tb
saccaroz

tb
dd
2
−
+=
−
+=
⇒M
dd
= 22,7 (kg)
λ
l
của dung dịch được tính theo công thức sau:
λ
l
= 3,58 .10
-8
.C
dd
.ρ
dd
.
3
dd
dd
M
ρ
(W/m.độ)
(8)
Chuẩn số Prandl được xác định theo công thức :

Trang 12
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Pr =
.
l
C
µ
λ
Chuẩn số Renolds xác định theo công thức :
Re =
μ
U4
(Hướng dẫn làm Đồ án môn học)
Với:
Chọn ống truyền nhiệt :
d
tr
= 0,034 m
δ = 2 mm
Số ống truyền nhiệt : n = 37 ống
Chu vi ướt : Π = 3,14.d
tr
.n = 3,14.0,034.37 = 3,95 (m)
Khối lượng chất lỏng chảy theo bề mặt thẳng đứng theo một đơn vị chiều
dài ống trong một đơn vị thời gian :
s).m0,0373(kg/
3600.3,95
530,52
Π

G
U ===
với G : Khối lượng chất lỏng chảy theo bề mặt thẳng đứng trong 1 đơn vị thời gian
(kg/s)
Do đó :
Re =
171,23
0,8715.10
4.0,0373
μ
U4
3
==
−
Xác định Nu
e
:
Nu
e
= 0,01.171,23
1/3
.6,154
1/3
= 0,101765
Vậy :
α
2
=
1348,384
4.10

,530,101765.0
5
=
−
(W/m
2
K)
Suy ra :
q
2
= α
2
.(t
w2
– t
2
)
 Kiểm tra sai số :
∆q =
1 2
1
.100%
q q
q
−
Nếu ∆q < 5% thì thỏa.
 Nhiệt tải trung bình :
q
tb
=

1 2
2
q q+
Bảng IV.1: Hệ số cấp nhiệt và nhiệt tải riêng
Thông số Giá trị
Trang 13
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

t
D
(
0
C) 119,6
t
dd
(
0
C) 70,1875
r (j/kg) 2208.10
3
H (m) 5
t
1
(
0
C) 4,1
t
w1
(
0

C) 115,5
t
m
(
0
C) 117,55
A 186,875
α
1
(W/m
2
.ñoä) 6906,256
q
1
(W/m
2
) 28315,65
t
w2
(
0
C) 91,2
∆t
2
(
0
C) 21
µ
dd
(N.s/m

2
) 0,8715.10
-3
C
dd
(j/kg.ñoä) 3743
ρ
dd
(kg/m
3
) 1094,04
d
tr
(m) 0,034
n 37
G
d
(kg/s) 0,147
Re 171,23
M
dd
(kg) 22,7
g (m/s
2
) 9,81
λ
l
(W/m
2
.ñoä) 0,53

θ
e
(m) 4.10
-5
Pr 6,154
α
2
(W/m
2
.ñoä) 1348,384
q
2
(W/m
2
) 28351,34
∆q (%) 0,13
q
tb
(W/m
2
) 28333,5
4.1.1.2 Tính hệ số truyền nhiệt :
K =
hi
tb
Δt
q
=
225,49
5,28333

= 575,6 (W/m
2
.độ)

4.1.2 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt :
F =
25575,6.49,2
187170,6
KΔΔ
Q
hi
D
=
= 6,6 (m
2
)
Trang 14
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Chọn bề mặt truyền nhiệt chuẩn là: F = 10 m
2
(Trang 156 – QT&TB CN Hóa học –
Tập 5 ).

4.2 TÍNH KÍCH THƯỚC CỦA BUỒNG ĐỐT VÀ BUỒNG BỐC:
4.2.1 Kích thước buồng đốt:
4.2.1.1 Số ống truyền nhiệt :
. .
F
n

d l
π
=
(ống)
Trong đó:
F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m
2
) => F = 10 m
2

d: Đường kính ống truyền nhiệt (m) => d = 0,034m
(Do α
1
> α
2
nên d là đường kính trong của ống truyền nhiệt )
l: Chiều dài ống truyền nhiệt (m) => l = 5m
Vậy:
5.034,0.14,3
10
=n
= 19 (ống)
Chọn loại ống chùm và bố trí ống theo hình 6 cạnh đều nên số ống truyền nhiệt
chuẩn là: n = 37 ống. (Bảng V.11 – trang 48 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2).
 Thỏa điều kiện số ống ban đầu đã chọn.
***BỘ PHẬN PHÂN PHỐI DUNG DỊCH : [4]
Vì thiết bị là thiết bị cô đặc màng nên ta phảøi sử dụng bộ phận phân phối lỏng.
Như vậy trên vỉ ống ta sẽ bỏ bớt 1 số ống truyền nhiệt để lấy vị trí đặt thiết bị phân
phối lỏng.
Tổng diện tích của 19 ống truyền nhiệt :

022,0
4
3,14.0,034
.19
4
d.π
.nF
22
===
(m
2
)
Chọn diện tích của bộ phận phân phối lỏng bằng 20% tổng diện tích ống truyền
nhiệt.(Trang 75 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2)
Vậy diện tích bộ phận phân phối lỏng :
F
C
= 0,2.F = 0,2.0,022 = 4,4.10
-3
(m
2
)
Diện tích một ống truyền nhiệt :
f =
4
22
9,075.10
4
0,034
3,14.

4
d
.π
−
==
(m
2
)
Số ống truyền nhiệt được thay thế bằng bộ phận phân phối lỏng :
n’ =
5
9,075.10
,4.104
f
F
4
3
C
==
−
−
(ống)
Số ống truyền nhiệt còn lại :
n’’ = n – n’ = 19 – 5 = 14 (ống)
Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt :
F’’ = n’’.π.d.H = 14.3,14.0,034.5 = 7,5 (m
2
) < F = 10 m
2
(không thỏa điều

kiện)
Trang 15
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Vậy nếu ta chọn n = 19 ống thì vừa không đảm bảo bề mặt truyền nhiệt vừa khó sắp
xếp chén phân phối và các ống truyền nhiệt do đó ta sẽ chọn n = 37 ống theo giả thiết ban
đầu.
**Ta kiểm tra lại :
Tổng diện tích của 37 ống truyền nhiệt :
0336,0
4
3,14.0,034
.37
4
d.π
.nF
22
===
(m
2
)
Chọn diện tích của bộ phận phân phối lỏng bằng 19% tổng diện tích ống truyền
nhiệt.(Trang 75 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2)
Vậy diện tích bộ phận phân phối lỏng :
F
C
= 0,19.F = 0,19.0,0336 = 6,4.10
-3
(m
2

)
Đường kính bộ phận phân phối lỏng :
0,09
3,14
.1044.6,
π
F4.
D
3
C
C
===
−
(m)
Số ống truyền nhiệt được thay thế bằng bộ phận phân phối lỏng :
n’ =
7
9,075.10
,4.106
f
F
4
3
C
==
−
−
(ống)
Số ống truyền nhiệt còn lại :
n’’ = n – n’ = 37 – 7 = 30 (ống)

Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt :
F’’ = n’’.π.d.H = 30.3,14.0,034.5 = 16 (m
2
) > F = 10 m
2
( thỏa điều kiện)
Vậy kích thước bộ phận phân phối lỏng :
D
C
= 0,1 (m) δ
C
= 2 mm
h
C
= 25 mm
4.2.1.2 Đường kính buồng đốt : [4]
Đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức sau:
(9)
D
t
= t.(b – 1) + 4.d (m)
Trong đó:
d: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m) – d = 0,034 + 0,004 = 0,038 m
t: Bước ống (m) => Chọn t = 2d =2.0,038 = 0,076 m
b: Số ống trên đường chéo của hình lục giác đều, b được tính theo công thức
sau
(10)
:
b = 2.a – 1
Ta lại có : n = 3.a.(a – 1) +1 => a = 4  b = 7

Vậy: D
t
= 0,076.(7 – 1) + 4.0,038 = 0,608 (m)
Chọn D
t
chuẩn cho buồng đốt là 0,6m.

4.2.2 Kích thước buồng bốc: [1]
Chọn chiều cao không gian hơi là: H
h
= 2m
Công thức tính đường kính buồng bốc:
Trang 16
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

D
b
=
h
b
H.π
V4.
(m)
Trong đó:
V
b
là thể tích không gian hơi được tính theo công thức sau
(11)
:
V

b
=
.
h p
W
U
ρ
(m
3
)
Với:
W: Lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/g)
ρ
h
: Khối lượng riêng của hơi thứ (kg/m
3
) (Bảng I.251 – trang 314 – Sổ tay
QT&TB CN Hóa Chất – Tập 1).
U
p
: Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khác 1 at (m
3
/m
3
.h)
U
p
= f
p
. U

t
(m
3
/m
3
.h)
U
t
: Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất 1at (m
3
/m
3
.h)
 Chọn U
t
= 1600m
3
/m
3
.h (Trang 72–Sổ tay QT&TB CN Hóa chất–Tập 2)
f
p
: Hệ số hiệu chỉnh (Hình VI.3–trang 72–Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2).
Bảng IV.2: Kích thước buồng bốc của nồi cô đặc
W
(kg/h)

h
(kg/m
3

)
f
p
U
p
(m
3
/m
3
.h)
V
h
(m
3
)
H
h
(m)
D
b
(m)
265,26 0,1979 1,6 2560 0,52 2 0,57
Chọn đường kính buồng bốc là: D
b
= 0,6 m
 Tính vận tốc hơi (
ω

h
max

) và vận tốc lắng (
ω

0
): [1]
Vận tốc hơi (ω
h
max
) của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 – 80 % vận tốc lắng
(ω
0
).
Vận tốc lắng (ω
0
) được tính như sau:
ω
0
=
h
hl
dg
ρξ
ρρ
3
) (.4 −
(m/s)
(12)
Với:
ρ
l

, ρ
h
: Khối lượng riêng của giọt lỏng và của hơi thứ (kg/m
3
)
d: Đường kính giọt lỏng => Chọn d = 0,0003 m
ξ: Hệ số trở lực phụ thuộc vào Re
0,2 < Re < 500 : ξ =
0,6
18, 5
Re
500 < Re < 150000 : ξ = 0,44
với :
Re =
h
h
ν
d.ω
=
h
hh
μ
ρ.d.ω
Trang 17
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Trong đó:
µ
h
: Độ nhớt của hơi thứ (N.s/m

2
) (Hình I.35 – trang 117 – Sổ tay QT&TB
CN Hóa chất – Tập 1).
ω
h
: Vận tốc của hơi (m/s)
ω
h
=
b
b
F
V
(m/s)
V
h
=
0,37
93600.0,197
265,26
ρ
W
h
==
(m
3
/s)
F
b
=

4
π.0,6
4
D.π
22
b
=
= 0,2826 (m
2
)
Bảng IV.4: Vận tốc hơi (ω
h
max
) và vận tốc lắng (ω
0
)
ρ
l
(kg/m
3
)
ρ
h
(kg/m
3
)
µ
h
(N.s/m
2

)
Re
ξ
V
h
(m
3
/s)
F
b
(m
2
)
ω
h
(m/s)
ω
0
(m/s)
977,8 0,1979 1,18.10
-5
6,6 5,7 0,37 0,2826 1,31 1,84
Vaäy vaän toác hôi (ω
h
max
) của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 – 80 % vận tốc
lắng (ω
0
) nên thỏa điều kiện.
*** Kích thước nồi cô đặc :

Buồng đốt: H = 5 m
D
t
= 0,6 m
n’’ = 30 ống với d
n
= 0,038 m
1 chén phân phối lỏng có D
C
= 0,1 m
Buồng bốc: H
kgh
= 2 m
D
b
= 0,6 m
Trang 18
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Phần V:
TÍNH CƠ KHÍ
5.1THÂN THIẾT BỊ:[4] [7]
5.1.1 Thân buồng đốt:
Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3.
Thông số làm việc:
D
t
= 600 mm
p
tt

= 0 N/mm
2

t
tt
= 119,6

+ 20 = 139,6
o
C ( thiết bị có bọc cách nhiệt)
Vì buồng đốt làm việc với áp suất dư p
tt
= 0,1 N/mm
2
nên buồng đốt chịu áp suất
trong.
Các thông số cần tra :
ϕ
h
= 0,8 (Bảng 1-7 – trang 25 – Tính toán thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất).
Trang 19
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

[σ]* = 132 N/mm
2
( Hình 1-1 – trang 18 – Tính toán thiết kế các chi tiết thiết
bị hóa chất)
[σ] = [σ]*.η = 132.0,95 = 125,4 N/mm
2
Ta có :

[ ]
21003,.0,8
0,1
125,4
.
p
σ
h
==
ϕ
> 25
Do đó bề dày buồng đốt tính theo công thức :
[ ]
0,3(mm)
82.125,4.0,
600.0,1
.σ2.
p.D
S'
h
t
===
ϕ
Hệ số bổ sung bề dày :
C = C
a
+ C
b
+ C
c

= 1 + 0 + 0,5 = 1,5 (mm)
Bề dày thực của buồng đốt là :
S = S’ + C = 0,06 + 1,5 = 1,56 (mm) → Chọn S = 2 mm
Kiểm tra áp suất tính toán bên trong thiết bị :
4,0
12600
)12.(4,125.2
)(
)].(.[2
][ =
−+
−
=
−+
−
=
at
a
CSD
CS
p
σ
(N/mm
2
) > 0,1 N/mm
2
Vậy chọn bề dày buồng đốt là : S = 2 mm.
5.1.2 Thân buồng bốc:
Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng bốc là thép không rỉ X18H10T.
a. Xác dịnh chiều cao phần trụ buồng bốc :

Thể tích phần trụ buồng bốc :
V
TBB
= V
kgh
+ 0,25.V
kgh
= 0,52 + 0,25.0,52 = 0,7065 (m
3
)
Chiều cao phần trụ buồng bốc :
H
TBB
=
2,5
.0,6π
4.0,7065
D.π
V4.
22
BB
TBB
==
(m)
b. Thông số làm việc :
D
b
= 600 mm
p
tt

= 1 + 0,686 = 1,686 (at) = 0,1686 (N/mm
2
) (áp suất chân không)
t
tt
= 70,375 + 20 = 90,375
0
C
Áp suất bên trong thiết bị là áp suất chân không nên thân chịu áp suất ngoài.
c. Tính bề dày buồng bốc :
Chọn vật liều làm thân buồng bốc là thép X18H10T.
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn

: [σ]* = 143 (N/mm
2
) (Hình 1-2 – trang 22 – Thiết
kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất).
Hệ số hiệu chỉnh : η = 0,95 (thiết bị có bọc cách nhiệt). (trang 26 - Thiết kế tính
toán các chi tiết thiết bị hóa chất ).
Ứng suất cho phép
(13)
: [σ] = [σ]*.η = 143.0,95 = 135,85 (N/mm
2
)
Ứng suất chảy cho phép : [σ]
c
= [σ]*.n
c
= 143.1,65 = 235,95 (N/mm
2

)
với n
c
= 1,65 (Bảng XIII.3–trang 356–Sổ tay QT&TB CN Hóa chất–Tập 2)
E
t
: Mođun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc của nó (N/mm
2
)
Trang 20
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

=> E
t
= 2,05.10
5
N/mm
2
(Bảng 2-12 – trang 45 – Tính toán thiết kế các chi tiết thiết
bị hóa chất).
Hệ số bền mối hàn : ϕ
h
= 0,8 (Bảng 1-7 – trang 25 – Tính toán thiết kế các chi tiết
thiết bị hóa chất).
Chiều dày tối thiểu của thân buồng bốc
(14)
:
S’ =
4,61
.6002,05.10

00,1686.250
1,18.600.
D
l'
.
E
p
.D1,18.
0,4
5
0,4
b
t
b
=






=






n
(mm)

Trong đó:
D
b
: Đường kính thân buồng bốc (mm) => D
b
= 600 mm
p
n
: Áp suất ngoài tính toán (N/mm
2
) => p
n
= 0,1686 N/mm
2
l’: Chiều dài tính toán của thân (mm)
l’ = H
TBB
= 2500 (mm)
Với:
H
TBB
: chiều cao phần trụ buồng bốc (mm) => H
b
= 2500mm
Suy ra: S’ = 4,61 mm
Chiều dày thực của thân buồng bốc:
S = S’ + C (mm)
Với C : Hệ số bổ sung bề dày tính toán (mm)
C = C
a

+ C
b
+C
c

Trong đó:
C
a
: Hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học của môi trường (mm)
=> Chọn C
a
= 1 mm
C
b
: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường (mm)
=> Chọn C
b
= 0
C
c
: Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp (mm)
=> Chọn C
c
= 0,5 mm
Suy ra: C = 1,5 mm
Vậy:S = 6,11 mm ⇒ Chọn bề dày chuẩn là : S = 6 (mm)
* Kiểm tra điều kiện 1
(15)
:
)C2.(S

D
D
l'
D
)C2(S
1,5.
a
b
bb
a
−
≤≤
−
⇔
1)62.(
600
600
2500
600
1)64(
1,5.
−
≤≤
−
⇔
74,73,332740, ≤≤
(thỏa)
* Kiểm tra điều kiện 2
(16)
:

3
5
3
b
a
t
c
t
b
600
1)62.(
235,95
2,05.10
0,3.
600
2500
D
)C2.(S
.
σ
E
0,3.
D
l'







−
≥⇔






−
≥

⇔
560,4,16 ≥
(thỏa)
Trong đó:
t
c
σ
: Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm
2
)
Trang 21
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

=>
t
c
σ
= 235,95 N/mm
2

=> Thỏa cả 2 điều kiện
* Kiểm tra áp suất ngoài tính toán cho phép
(17)
:
600
16
600
16
2500
600
100,649.2,05
D
CS
D
CS
l'
D
.E0,649.][p
2
5
b
a
2
b
at
t
n
−







−
=
−






−
=
= 0,2 (N/mm
2
)
Ta có: [p
n
] = 0,2 N/mm
2
> p
n
= 0,1686N/mm
2
(thỏa)
Vậy chiều dày thân buồng bốc : S = 8 mm
* Kiểm tra thân buồng bốc chịu tác dụng đồng thời của lực nén chiều trục của và áp
suất ngoài :

Ta có :
60
1)62(
600
)C2.(S
D
a
b
=
−
=
−
⇒ k
c
= 0,0596 (trang 140 – Thiết kế tính toán các chi
tiết thiết bị hóa chất)
Do đó :
60,096.0,05
2,05.10
235,95
875.k.
E
σ
875.K
5
c
t
t
c
c

===
(N/mm
2
)
(18)
Lực nén chiều trục tác dụng lên thân :
P
nct
=
27,49571
4
.0,1686)62 (600π
4
p.S)2 (Dπ
2
n
2
b
=
+
=
+
(N)
(19)
Thân sẽ ổn định nếu thõa mãn
(20)
:
131,5
.2,05.106.0,0π
27,49571

16
E.K.π
P
CS
5t
c
nct
a
≥⇔≥−⇔≥−
(thỏa)
Ứng suất cho phép khi nén trong thân
(21)
:
102,5
600
16
.100,06.2,05.
D
CS
.E.K][σ
5
b
a
t
cn
=
−
=
−
=

(N/mm
2
)
Ứng suất nén trong thân dưới tác dụng của lực nén chiều trục
(22)
:
5,21
1)6)(6.(600π
49571,27
)CS).(S.(Dπ
P
σ
ab
nct
n
=
−+
=
−+
=
(N/mm
2
)
Vậy thân buồng bốc làm việc ổn định dưới tác dụng của áp suất ngoài và lực nén
chiều trục khi thỏa điều kiện
(23)
:
18940,1
20,
0,1686

5,021
21,5
1
][p
p
][σ
σ
n
n
n
n
<⇔<+⇔<+
(thỏa)
Vậy thân làm việc ổn định dứơi tác dụng đồng thời của lực nén chiều trục và áp
suất ngoài.
5.2NẮP VÀ ĐÁY THIẾT BỊ:[4] [7]
5.2.1 Nắp:
Trang 22
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

Chọn nắp elip và vật liệu là thép không rỉ X18H10T.
p
tt
= 0,1686 N/mm
2
(áp suất dư)
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn

: [σ]* = 146 (N/mm
2

) (Hình 1-2 – trang 22 – Thiết kế
tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất).
Hệ số hiệu chỉnh : η = 0,95 (thiết bị có bọc cách nhiệt). (trang 26 - Thiết kế tính toán
các chi tiết thiết bị hóa chất ).
Ứng suất cho phép
(13)
: [σ] = [σ]*.η = 146.0,95 = 138,7 (N/mm
2
)
Ứng suất chảy cho phép : [σ]
c
= [σ]*.n
c
= 146.1,65 = 240,9 (N/mm
2
)
với n
c
= 1,65 (Bảng XIII.3–trang 356–Sổ tay QT&TB CN Hóa chất–Tập 2)
Áp suất bên trong thiết bị là áp suất chân không nên nắp chịu áp suất ngoài.
Chọn bề dày nắp bằng bề dày thân => S = 6 mm
* Kiểm tra điều kiện ổn định của nắp theo công thức
(24)
:
t
c
t
t
σ.x
E0,15.

S
R
<

Trong đó :
R
t
: Bán kính cong bên trong ở đỉnh nắp (mm) , đối với nắp elip tiêu chuẩn
thì R
t
= D
t
= 600mm
E
t
: Mođun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc của nó (N/mm
2
)
=> E
t
= 2,05.10
5
N/mm
2

t
c
σ
: Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm
2

)
=>
t
c
σ
= 240,9 N/mm
2
x =
t
c
t
y
σ
σ
: Tỷ số giới hạn đàn hồi của vật liệu làm nắp với giới hạn chảy của nó ở
nhiệt độ tính toán . Đối với thép không rỉ x = 0,7 (Trang 167 – Thiết kế tính toán các chi tiết
thiết bị hóa chất). 1530890
Suy ra:
t
R
S
=
100
6
600
=
0,7.240,9
100,15.2,05.
σ.x
E0,15.

5
t
c
t
=
= 182,35
 Thỏa điều kiện
* Kiểm tra áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị
(24)
:

.600631,8
.562.14
R.β
)C].(S2.[σ
][p
t
an
n
=
−
=
= 1,3 (N/mm
2
)
Với:
x)(1R.σ.x6,7.)C.(SE
R.σ.x5.)C.(SE
β
t

t
ca
t
t
t
ca
t
−−−
+−
=
= 1,863 (Trang 167 – Thiết kế tính toán
các chi tiết thiết bị hóa chất).
[σ]: Ứng suất cho phép khi kéo (N/mm
2
)
Trang 23
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

[σ] = η . [σ]
*
= 1. 146 = 146 (N/mm
2
)
với : [σ]
*
:Ứng suất cho phép tiêu chuẩn (N/mm
2
) => [σ]
*
= 146 N/mm

2

Ta có: [p
n
] = 1,3 N/mm
2
> p
n
= 0,1686 N/mm
2
(thỏa)
Vậy chiều dày nắp được chọn là S = 6 mm.
Chiều cao nắp elip h
t
= 150mm , chiều cao gờ h
g
= 25mm ,thể tích nắp V
n
= 0,0352
m
3
. (Bảng XIII.10 – trang 382 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2).

5.2.2 Đáy:
Để đảm bảo tháo liệu tốt ta chọn đáy nón và vật liệu làm đáy là thép không rỉ
X18H10T.
Chọn góc ở đỉnh α = 30
0
C ,
t

t
R
D
= 0,15.
p
n
= 0,1686 N/mm
2

Áp suất bên trong thiết bị là áp suất chân không nên đáy chịu áp suất ngoài.
Chọn bề dày nắp bằng bề dày thân trụ chịu áp suất ngoài => S = 6mm
Lực tính toán P nén đáy
(25)
:
.0,16862.61
4
π
p.D.
4
π
P
2
n
2
n
==
= 49571,27 (N)
Trong đó:
D
n

: Đường kính ngoài của đáy nón (mm)
p
n
: Áp suất làm việc (N/mm
2
)
Lực nén chiều trục cho phép của đáy nón
(26)
:
αcos).C.(SE.K.π][P
2
a
t
cnct
−=
Trong đó:
K
c
= 0,06
k
c
: Hệ số phụ thuộc vào tỷ số
2.( )
a
D
S C-
= 60 => k
c
= 0,0596
E

t
: Mođun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc của nó (N/mm
2
)
=> E
t
= 2,05.10
5
N/mm
2

t
c
σ
: Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm
2
)
=>
t
c
σ
= 240,9 N/mm
2
Suy ra: [P
nct
] = 144832,5 (N)
* Kiểm tra điều kiện 1
(15)
:
)C2.(S

D
D
l'
D
)C2(S
1,5.
a
a
−
≤≤
−
t
tt
⇔
1)62.(
600
600
584
600
1)64(
1,5.
−
≤≤
−
⇔
74,797,0270, ≤≤
(thỏa)
* Kiểm tra điều kiện 2
(16)
:

Trang 24
GVHD : HOÀNG MINH NAM SVTH: La Lễ Quí

3
5
3
a
t
c
t
600
1)62.(
,9402
2,05.10
0,3.
600
584
D
)C2.(S
.
σ
E
0,3.
D
l'







−
≥⇔






−
≥
tt
⇔
550,97,0 ≥
(thỏa)
* Kiểm tra áp suất ngoài tính toán cho phép
(17)
:
600
16
600
16
584
600
100,649.2,05
D
CS
D
CS
l'

D
.E0,649.][p
2
5
a
2
at
t
n
−






−
=
−






−
=
tt
= 0,866 (N/mm
2

)
Vậy [p
n
] = 0,866 > p
n
= 0,1686 (N/mm
2
)
* Điều kiện ổn định của đáy nón được xác định theo công thức
(27)
:
15370,
866,0
0,1686
5,448321
27,49571
][p
p
][P
P
n
n
nct
<=+=+
(thỏa)
Vậy chiều dày đáy buồng bốc : S = 6 mm
Chiều cao đáy nón H = 540 mm , chiều cao gờ h = 40 mm , thể tích đáy V
đ
= 0,071
m

3
. (Bảng XIII.21 – trang 394 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2)
5.3VỈ ỐNG:[7]
Chọn vỉ ống hình tròn phẳng và vật liệu làm vỉ ống là thép không rỉ X18H10T.
Bề dày vỉ ống được tính theo công thức sau
(28)
:
38
' 5 5
8 8
n
d
h = + = +
= 9,75 (mm)
Trong đó:
d
n
: Đường kính ngoài của ống (mm) => d
n
= 38mm
Bề dày thực của vỉ ống:
S = h’ + C = 10 (mm)
Với C: Hệ số quy tròn kích thước (mm) => C = 0,25mm
 Kiểm tra ứng suất uốn của vỉ ống
(29)
:
2
n
n
u

l
h'
l
d
0,7.13,6.
p
σ












−
=
Trong đó:
p:Áp suất tính toán lớn nhất trong ống hoặc ở không gian ngoài ống(N/mm
2
)
=> p = 0,1686 N/mm
2
l = t.sin60
0
= t.

3
2
=1,5 . 38 .
3
2
= 49,363 mm
Với t: Bước ống trên lỗ đường kính xuyên của hình 6 cạnh (mm) => t =1,5d
n
Suy ra: σ
u
= 1,74 N/mm
2
Ta có: σ
u
= 1,74 N/mm
2
< [σ
u
] = 130 N/mm
2
(thỏa)
[σ
u
]: Ứng suất cho phép khi vật liệu chịu uốn (N/mm
2
)
Vậy bề dày của vỉ ống S = 10mm.
Trang 25