đồ an quá trình thiết bị tổng hợp nhôm hydroxyt

Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
MỤC LỤC
2. Nguyên liệu sản xuất nhôm hydroxit 3
2.1 Quặng Bôxit: (47% Al2O3) 3
2.2.NaOH 4
2.3.Vôi CaCO3(dạng bột) 4
2.4.Các nguyên liệu phụ khác 4
1.2.1.Giai đoạn nghiền quặng 6
1.2.2.Giai đoạn gia nhiệt dòng huyền phù 6
1.2.3.Giai đoạn phản ứng 7
1.2.4.Giai đoạn pha loãng: 7
1.2.5.Giai đoạn lắng 7
1.2.6. Giai đoạn lọc aluminat 8
1.2.7.Giai đoạn làm nguội dung dịch aluminat 8
1.2.8. Giai đoạn phân ly 9
1.2.9.Giai đoạn lọc thành phẩm 9
1.2.10.Giai đoạn rửa bã 9
1.2.11.Quá trình cô đặc nước cái số #3 9
1.2.12.Giai đoạn gia nhiệt hỗn hợp xút 10
2. Tính toán nguyên liệu: 10
2.1 Quặng bauxite: 10
3. TÍNH TOÁN CỤM THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 14
3.1. Đề bài và giả thiết 14
3.2. Cân bằng vật chất – Cân bằng năng lượng: 14
3.2.1. Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống và lượng hơi bốc ra ở mỗi nồi 14
14
3.2.2. Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại mỗi nồi 15
3.2.3 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống và xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi
nồi 15
3.3. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi mỗi nồi 16
3.4. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi 16

3.4.1. Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ () 16
3.4.3. Tổn thất nhiệt của toàn bộ hệ thống 18
3.5. Hiệu số nhiệt hữu ích của hệ thống 18
3.6. Phương trình cân bằng nhiệt lượng 19
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 1
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
KẾT LUẬN 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 2
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN
1. Tổng quan về sản phẩm:
Nhôm hydroxyt là một nghuyên liệu quan trọng trong các ngành công nghiệp
như công nghiệp nhôm và các sản phẩm của nhôm, công nghiệp polymer, công
nghiệp dược phẩm, …
Các tính chất vật lý cơ bản của AL(OH)3

Bề ngoài: bột màu trắng, hơi ngã vàng

Phân tử lượng: 78 g/mol

Tỷ trọng: 2,42 g/cm
3

Điểm nóng chảy: 300
0
C (573 K)

Độ tan trong nước:0,0001 g/100 ml (20
0

C)

Entanpi hòa tan: ΔH
0
= -1277 kJ/mol
Ứng dụng
Nhôm hydroxyt là nguyên liệu để sản xuất nhôm kim loại, phèn nhôm, được
dung để lọc nước, vật liệu chịu lửa,…
2. Nguyên liệu sản xuất nhôm hydroxit
2.1 Quặng Bôxit: (47% Al
2
O
3
)
Quặng Bôxit thuộc loại khoáng ghixit có chất lượng cao.
Thành phần chủ yếu.
Al
2
O
3
: 47-52%.
SiO
2
: ~5%.
SiO
2
hoạt tính: chưa xác định.
Fe
2
O

3
: 18-22%.
Các thông số khác.
Độ ẩm: 12%.
Màu sắc: nâu đỏ.
Kích thước: dạng hạt từ 10cm trở lên. Trước khi đưa vào sản xuất quặng
Bôxit được nghiền đến một kích thước nhất định.
Tồn trữ - bảo quản – vận chuyển: Quặng Bôxit sau khi khai thác từ mỏ được vận
chuyển bằng xe tải đến bãi chứa để tách ẩm tự nhiên. Sau đó được đưa lên phễu
định lượng để vận chuyển vào máy nghiền bi.
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 3
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Khả năng thay thế:
Nước ta có nhiều quặng Bôxit. Thành phần Al
2
O
3
trong quặng khá lớn so với
các quặng khác, nên không cần thay thế nguyên liệu khác cho quặng Bôxit.
2.2.NaOH
Sử dụng để hòa tan quặng Bôxit tạo hỗn hợp Aluminat.
Nguồn cung cấp là nhà máy hóa chất Biên Hòa. Nồng độ yêu cầu là 320g/l.
Trong quá trình sản xuất ngoài việc cung cấp lượng dư NaOH, nhà máy cũng
tận dụng nguồng tái sinh từ các quá trình cô đặc.
Tồn trữ: NaOH được chứa trong bồn 1, lượng xút này được hòa với xút tái sử
dụng để đạt nồng độ theo yêu cầu trước khi cho vào các bồn phản ứng.
Khả năng thay thế: so với những loại bazơ khác thì NaOH rẻ tiền, dễ kiếm,
cho phản ứng hiệu suất cao nên không cần thiết phải thay thế nguyên liệu khác.
2.3.Vôi CaCO
3

(dạng bột)
Làm tăng độ hòa tan SiO
2
trong quặng Bôxit, cho vào quặng với hàm lượng
rất thấp (1 – 2% quặng nghiền) trong quá trình nghiền.
Khả năng thay thế: có thể thay thế bằng các chất khác có khả năng hòa tách
quặng Bôxit nhưng do vôi rẻ tiền, thông dụng nên trong sản xuất vẫn dùng CaCO
3
.
Trong quá trình sản xuất, sự xuất hiện của ion Ca
2+
cũng ngăn cản sự khoáng
hóa của Al(OH)
3
. Do đó tăng hiệu suất quá trình sản xuất.
2.4.Các nguyên liệu phụ khác
Các nguyên liệu phụ khác.
Bột mì: có tác dụng làm chất trơ lắng.
Nước: đã qua xử lí.
3. Phương pháp sản xuất:
Ngày nay nhôm hydroxyt được sản xuất từ quặng bauxite bằng phương pháp
thủy luyện (hay phương pháp Bayer). Trong phương pháp này bauxite được chuyển
hóa thành nhôm hydroxyt bằng dung dịch NaOH tạo thành dung dịch natri
aluminat. Các oxit khác trong quặng bauxite không phản ứng với NaOH và được
tách ra ngoài dưới dạng bùn đỏ. Dung dịch natri aluminat sau khi được lọc sẽ được
đem đi kết tinh. Nhôm hydroxyt được sản xuất bằng phương pháp Bayer kết tinh ở
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 4
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
dạng tinh thể rắn nên rất dễ để lắng lọc thành phấm và có độ tinh khiết cao.
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 5

Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ QUY TRÌNH
1. Thiết kế quy trình công nghệ:
1.1 Bản vẽ sơ đồ công nghệ:
1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ:
1.2.1.Giai đoạn nghiền quặng
Quặng từ bải chứa cho vào phểu định lượng, nhờ vít tải xoắn đưa vào máy
nghiền bi với năng suất nghiền: khoảng 4,5 tấn/giờ (giá trị này có thể thay đổi tùy
thuộc vào độ cứng của quặng).
Hoạt động:
Trước quặng cho vào máy nghiền bi, nó được trộn với một lượng bột
vôi( theo tỉ lệ 1-2% nguyên liệu : khoảng 40kg/4.5 tấn quặng).
Quặng sẽ được nghiền ướt với dung dịch cái số # 2 và một phần vôi được
tái sử dụng sau quá trình rửa bã quá trình lọc aluminat ( được dẫn từ bồn chứa bã
lọc sau lọc).
Quặng sau khi nghiền có dạng huyền phù chảy ra bồn trung gian (vách 1).
Phần hạt quặng không đạt tiêu chuẩn được vít xoắn đưa trởi lại máy nghiền.
Phần huyền phù được máy bơm đẩy lên cyclon phân cấp, tại đây:các hạt quặng
không đạt tiêu chuẩn đươc rớt về thùng nghiền, các hạt nhẹ được đẩy lên cyclone
theo ống dẩn về bồn trung gian (vách 2).
Huyền phù từ bồn trung gian được bơm qua bồn (M),khuấy liên tục với tốc
độ 21 vòng/phút dêr tránh lắng động.
1.2.2.Giai đoạn gia nhiệt dòng huyền phù
Từ bồn trung gian (M), huyền phù được bơm vào thiết bị truyền nhiệt để
nâng nhiệt độ lên khoảng 100
o
C trước khi cho vào bồn phản ứng.
+ Dung dịch huyền phù đi trong ống.
+ Hơi ấp nhiệt ( hơi bão hòa lấy từ lò hơi) đi ngoài ống.
Dòng huyền phù sau gia nhiệt được bơm lên bồn trung gian chuẩn bị đưa vào

bồn phản ứng.
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 6
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
1.2.3.Giai đoạn phản ứng
Huyền phù từ bồn trung gian sẽ được bơm vào bình phản ứng. Gia nhiệt của
xút ban đầu ( nồng độ 320 g/l NaOH) với dung dich #2 sau cô đặc. Cả 2 dòng
nguyên liệu trên được pha trộn với tỷ lệ :
2
2 3
1,645
Na O
Al O
α
= ×
Đề phòng trường hợp các xúc tác không cấp đủ nhiệt dẫn đến phản ứng kém,
có một dòng hơi bão hòa cấp trực tiếp cho các bình hơi = 150
o
C ÷ 160
o
C. Nhiệt độ
này Al
2
O
3
tách ra khỏi quặng Bauxite tạo thành dung dịch natri aluminat theo phản
ứng sau:
Al
2
O
3

+ 2NaOH  2NaAlO
2
+ H
2
O
Sắt oxít (Fe
2
O
3
),oxít titan (TiO
2
) không tham gia phản ứng.
Dung dịch phản ứng sau khi được bơm vào bình phản ứng sẽ được khuấy
trộn liên tục. Trong thiết bị hệ thống cánh khuấy trộn liên tục với tốc độ khoảng 20
vòng/phút nhằm đảo trộn đồng đều dung dịch, tăng bề mặt tiếp xúc pha,tránh tình
trạng phản ứng sảy ra cục bộ và đóng cặn xuống đáy thiết bị. Sau đó, phần đáy thiết
bị có mức chuyển hóa cao dưới tác dụng của áp suất được đẩy theo ống tháo liệu ra
ngoài.
Dung dịch từ bình phản ứng sẽ được ép qua bồn pha loãng.
1.2.4.Giai đoạn pha loãng:
Dung dịch từ bình phản ứng được ép qua bồn pha loãng với 180
o
C và được
pha loãng với dung dịch #4 (nước sau quá trình rữa bã) theo tỉ lệ pha loãng 1,16-
2,08 và kết hợp với việc khuấy trộn khoảng 25 vòng/phút đảm bảo sự đồng nhất của
dung dịch. Nồng độ pha loãng thích hợp vào khoảng 110-120 g/l NaOH. Dung dịch
sau pha loãng được bơm qua thiết bị tách cát trước khi vào quá trình lắng.
1.2.5.Giai đoạn lắng
Trong giai đoạn này ta sử dụng bột mì làm chất trợ lắng với hàm lượng thích
hợp.

Nguyên lí hoạt động của thiết bị lắng:
Đây là quá trình hoạt động liên tục: nhập liệu - tháo liệu liên tục, lấy bã gián
đoạn.
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 7
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Đầu tiên dung dịch bột mì được hòa tan với nước nóng, sau đó trộn với dung
dịch natri aluminat (đã được tách cát). Hỗn hợp này được thùng trung gian phân
phối cho bồn lắng.
Ở bồn lắng: dòng hỗn hợp được đưa vào ống trung tâm để đi sâu vào lòng
bồn , nhờ ống trung tâm nên dòng chảy không bị sáo trộn nhiều. Dưới tác dụng của
lực trọng trường và tác dụng của bột mì, phần quặng không phản ứng tồm tại ở
dạng rắn (gọi là “bã đỏ”) sẽ bị lắng xuống đáy thiết bị và được khuấy đảo trộn đều
để tránh đóng lớp dưới đáy thiết bị. Phần dung dịch chứa một lượng nhỏ đổi chiều
nổi lên trên, tràn qua lổ chảy vào gờ xung quanh thiết bị, sau đó theo ống chảy
chuyền chảy vào bồn chứa trung gian. Đồng thời cánh khuấy răng bừa cũng cạo
phần cặn đáy xuống rửa tháo cặn bã sẽ được lấy ra gián đoạn rồi đưa ra thiết bị rửa
để rửa.
1.2.6. Giai đoạn lọc aluminat
Để tăng hiệu suất lọc phần rắn không tan dạng bùn đỏ (bao gồm Fe
2
O
3
,các
tạp chất khác….) và tăng độ sạch của sản phẩm: trước khi kết tinh, dung dịch từ bồn
lắng được qua quá trình lọc.
Dung dịch aluminat được bơm vào thiết bị lọc dể quá trình lọc ở nhiệt độ
khoảng 95
o
C÷98
o

C
Dung dịch sau khi lọc được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt (trao đổi dung dịch
với nước cái số #3) để giảm nhiệt độ trước khi đem kết tinh.
1.2.7.Giai đoạn làm nguội dung dịch aluminat
Quá trình trao đổi nhiệt là ngược chiều, hai dòng được bố trí sen kẽ nhau.
Dung dịch aluminat sau khi lọc được làm nguội đến nhiệt độ kết tinh khoảng
65
o
C÷68
o
C rồi mới kết tinh.
Tại bồn kết tinh công nhận vận hành sẽ bổ sung thêm mầm kết tinh Al(OH)
3
với một lượng thích hợp từ bồn phân ly để tăng hiệu quả kết tinh.
NaAlO
2
+2H
2
O  Al(OH)
3
+ NaOH
- Dung dịch aluminat sau lọc đã được làm nguội sẻ bơm vào thiết bị kết tinh và
được trộn với mầm kết tinh.
- Thiết bị kết tinh đều có cánh khuấy(n=10÷14vòng/phút) nhờ vậy dung dịch được
giải nhiệt và mầm kết tinh được trộn đều.
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 8
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
1.2.8. Giai đoạn phân ly
Sau khi dung dịch ở thiết bị kết tinh đạt yêu cầu thì sẽ được bơm lên xyclon
lắng. Trong xyclon, huyền phù được lắng theo phương vuông góc với vận tốc

25m/s. Dòng hỗn hợp quay tròn trong rãnh giữa ống tâm và vỏ trụ. Dưới tác dụng
của lực ly tâm, các hạt nhôm hydroxyt văng ra thành mất động năng và lắng xuống
đáy, nhờ van đưa vào bồn phân ly. Dung dịch theo ống trung tâm vào bồn phân ly,
các hạt to nặng sẽ lắng xuống đáy nhờ trọng lực và xuống bồn chứa trung gian. Còn
các hạt nhỏ ra khỏi ống . Nước cái từ bồn phân ly sẽ được cho hoàn lưu về bồn chứa
trung tâm sẽ cuốn theo dòng nước cái nước cái tràn qua hai bồn phân ly. Tại hai bồn
này, hỗn hợp tiếp tục được phân ly, các hạt nhỏ lắng xuống đáy bồn, qua van xả đáy
được bơm vào bồn chứa. Một phần được đưa vào bồn chứa để tạo mầm kết tinh. #3
1.2.9.Giai đoạn lọc thành phẩm
Hydroxit nhôm ở dạng huyền phù từ bồn chứa được bơm vào máng của
thiết bị lọc hút chân không kiểu tang trống. Do chênh lệch áp suất giữa áp suất lọc
và áp suất khí quyển do bơm hút chân không tạo ra, bột hydroxit nhôm được hút
nước, rửa kiềm bằng giàn phun nước nóng. Nước nóng rửa sản phẩm được lấy từ
nước ngưng của quá trình cô đặc hoặc của các thiết bị phản ứng. Nước sau lọc có
chứa xút được thu hồi. Sản phẩm hydroxit nhôm bám trên bề mặt lọc vẫn còn chứa
nhiều ẩm nên phải dùng hơi nước phun vào để lôi cuốn ẩm bay hơi. Bột hydroxit
nhôm sau khi sấy được gạt xuống máng thành phẩm và đem đóng bao với trọng
lượng 50kg.
1.2.10.Giai đoạn rửa bã
Bùn đỏ sau quá trình lắng được đưa vào bồn rửa bã để tiến hành rửa bã.
Bùn đỏ từ bồn lắng bơm qua bồn rửa bã đồng thời sử dụng nước để rửa. Bã sau
cùng sau khi ra khỏi thiết bị rửa bã sẽ được xử lí, khi đạt tiêu chuẩn sẽ thải ra sân
chứa bã. Bã khô được dùng làm bột màu trong vật liệu xây dựng.
1.2.11.Quá trình cô đặc nước cái số #3
Nước cái #3 sau khi phân ly còn chứa một hàm lượng xút đáng kể, được
tuần hoàn trở lại để tái sử dụng. Sau khi đã trao đổi nhiệt với dung dịch aluminat
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 9
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
sau lọc để tăng nhiệt độ, nước cái #3 nồng độ 110-120 g/l sẽ được cô đặc để tăng
nồng độ lên 170-190 g/l NaOH. Sử dụng thiết bị cô đặc 3 nồi xuôi chiều. Dung dịch

cô đặc và hơi gia nhiệt vào nồi đầu và ra nồi cuối. Dung dịch cô đặc tự di chuyển
giữa các nồi do chênh lệch áp suất.
1.2.12.Giai đoạn gia nhiệt hỗn hợp xút
Nước cái #2 sau cô đặc được pha chung với hỗn hợp ban đầu. Nước cái chia
làm hai phần :
− Một phần tuần hoàn lại quá trình nghiền .
− Phần lớn nước cái còn lại sử dụng cho quá trình phản ứng tạo Natri aluminat
(trước khi đi vào phản ứng phải gia nhiệt cho phần nước cái này).
− 2 thiết bị tận dụng lại nguồn hơi còn dư trong các quá trình khác để gia nhiệt.
2. Tính toán nguyên liệu:
- Công suất thiết kế của dây quy trình này là 10 tấn nhôm hydroxyt/ ngày.
-Thời gian làm việc là 24h/ ngày.
2.1 Quặng bauxite:
-Để đạt sản lượng như trên ta cần 1 lượng quặng bauxite, lượng sản phẩm tao thành
sẽ hao hụt qua từng công đoạn sản xuất. lượng quặng thực tế đưa vào sản xuất lớn
hơn nhiều so với lý thuyết. Lượng sản phẩm thất thoát qua từng công đoạn như sau:
• Công đoạn lọc, sấy và đóng gói sản phẩm:
Công đoạn này bao gồm các quy trình lọc, sấy và đóng gói thành phẩm trước
khi đưa đi tiêu thụ. Tiêu hao sản phẩm qua công đoạn này dự kiến là khoảng
1% lượng sản phẩm.
10000 . 1,01 = 10100 (kg).
Lượng sản phẩm tiêu hao qua công đoạn này là: 100 kg.
• Công đoạn phân ly nhôm hydroxyt:
Nhiệm vụ chính của công đoạn này là phân ly tinh thể nhôm hydroxyt ra
khỏi dung dịch. Tiêu hao qua công đoạn này dự kiến là 0,5% sản phẩm :
10100 . 1,005 = 10150,5(kg)
Lượng sản phẩm tiêu hao qua công đoạn này là: 50,5 kg.
• Công đoạn kết tinh:
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 10
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Công đoạn này có nhiệm vụ là kết tinh nhôm hydroxyt dưới dạng tinh thể từ
dung dịch natri aluminat, lượng tiêu hao sản phẩm qua công đoạn này dự kiến là
0,5% và hiệu suất của quá trình kết tinh là 70%.
10150,5 . 1,005 = 10201,25 (kg)
Lượng sản phẩm tiêu hao qua công đoạn này là: 50,75 kg.
Phản ứng kết tinh nhôm hydroxyt từ dung dịch natri aluminat:
Na AlO
2
+ 2H
2
O = Al(OH)
3
+ NaOH
82 (g/mol)  78(g/mol)
m
NaAlO2
= = 15320,56 (kg)
• Công đoạn làm nguội:
Công đoạn này chủ yếu là làm giảm nhiệt độ của dung dịch natri aluminat trước
khi đem đi kết tinh nên lượng tiêu hao qua công đoạn này là không đáng kể nên ta
có thể bỏ qua.
• Công đoạn lọc dung dịch natri aluminat:
Nhiệm vụ của công đoạn này là tách các cặn nhỏ còn sót lại trong dung dịch
aluminat sau quá trình lắng giúp tăng độ tinh khiết của sản phẩm. tiêu hao dự kiến
qua công đoạn này là 1%:
15320,56 . 1,01 = 15473,77 (kg)
Lượng tiêu hao qua công đoạn này là: 153,21 kg.
• Công đoạn lắng bã:
Công đoạn có nhiệm vụ là tách cặn có trong dung dịch natri aluminat. Tiêu hao
qua công đoạn này là 5%:

15473,77 . 1,05 = 16247,46 (kg)
Tiêu hao qua công đoạn này là: 773,69 kg.
• Công đoạn pha loãng:
Công đoạn này có nhiệm vụ là pha loãng dung dịch natri aluminat sau khi ra
khỏi thiết bị phản ứng bằng nước rửa bã trước khi đưa qua công đoạn lắng. Tiêu hao
qua công đoạn này là không đáng kể nên ta có thể bỏ qua.
• Công đoạn phản ứng:
Ở công đoạn này quặng bauxite sau khi nghiền sẽ được cho phản ứng với dung
dịch xút để tạo thành dung dịch natri aluminat, lượng tiêu hao qua công đoạn này
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 11
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
chủ yếu phụ thuộc vào hiệu suất của quá trình phản ứng giữa quặng bauxite và xút.
Giả sử hiệu suất của quá trình phản ứng đạt 80%, thì lượng tiêu hao sẽ là:
Phương trình phản ứng:
Al
2
O
3
+ 2NaOH = 2NaAlO
2
+ H
2
O
102(g/mol)  2.82(g/mol)
m
Al2O3
= 12631,41 (kg)
Mà hàm lượng Al
2
O

3
có trong quặng bauxite thường là từ 46 – 53%. Giả sử hàm
lượng Al
2
O
3
trong quặng bauxite là 50% thì lượng quặng bauxite cần là:
m
bauxite
= 12631,41 . = 25262,82 (kg)
• Công đoạn nghiền quặng:
Công đoạn này có nhiệm vụ là nghiền nhỏ quặng bauxite đến kích cỡ phù hợp
trước khi đưa đi phản ứng để tăng hiệu suất của quá trình phản ứng. Tiêu hao qua
công đoạn này dự kiến là 0,5% nên lượng bauxite cần là:
25262,82 . 1,005 = 25389,13 (kg)
Vậy để sản xuất được 10000kg nhôm hydroxyt/ ngày thì ta cần 1 lượng quặng
khoảng 25389,13 kg quặng bauxite/ngày (ta có thể lấy 25400 kg quặng
bauxite/ngày).
2.2 Xút:
• Phản ứng của xút với nhôm oxit trong quặng bauxite:
Lượng nhôm oxit có trong 25400 kg quặng:
25400 . 50% = 12700 (kg)
Phản ứng: Al
2
O
3
+ 2NaOH = 2NaAlO
2
+ H
2

O
102(g/mol) 2.40(g/mol)
m
NaOH(1)
= = 9960,78 (kg)
• Phản ứng của xút với các khoáng silicat có trong quặng bauxite:
Lượng silicat có trong 25400 kg quặng: (giả sử hàm lượng silicat trong
quặng bauxite chiếm 5% khối lượng)
25400 . 5% = 1270 (kg)
Phản ứng: 2NaOH + SiO
2
= Na
2
SiO
3
+ H
2
O
2.40(g/mol) 60(g/mol)
m
NaOH(2)
= = 1693,33 (kg)
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 12
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
• Các oxit khác trong quặng bauxite như oxit sắt, oxit titan,… không phản ứng
với xút.
Vậy tổng lượng xút cần dùng là:
m
NaOH
= 9960,78 + 1693,33 = 11654,11 (kg)

Để tăng hiệu suất phản ứng cũng như tránh sự thiếu hụt xút ta lấy lượng xút thực
tế cao hơn tính toán 10%. Vậy lượng xút thực tế cần là:
11654,11 . 1,1 = 12819,52 (kg)
Dung dịch xút ban đầu với nồng độ 320 g/lít NaOH được pha trộn với dòng xút
sau cô đặc có nồng độ 190 g/lít NaOH với tỷ lệ:
2
2 3
1,645
Na O
Al O
α
= ×
Na
2
O + 2H
2
O = 2NaOH
 m
Na2O
= = 9935,128 (kg)
 α = 1,287.
 Nồng độ xút sau pha trộn sẽ là:
= 263,157 (g/lít)
 Thể tích xút đi vào cụm thiết bị phản ứng:
V
NaOH
= = 48,714 (m
3
)
Sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng. Dung dịch huyền phù sẽ đi vào thiết bị pha

loãng. Tại đây, huyền phù sẽ được pha loãng bằng nước rửa bã và làm giảm nồng
dộ xút xuống còn khoảng 110 g/lít (nồng độ C% khoảng 10%) trước khi đi qua thiết
bị lắng.
Thể tích NaOH sau khi pha loãng:
V
NaOH
= = 116,541 (m
3
)
Thể tích nước rửa bã thêm vào:
V
nước rửa
= 116,541 – 48,714 = 67,827 (m
3
)
Ta có nồng độ xút sau pha loãng là 10%. Vậy khối lượng dung dịch xút sau
pha loãng:
m
dd
= V
dd
. d
Với: d là khối lượng riêng của dung dịch xút 10% ở 20
o
C và áp suất khí
quyển , tra bảng 4/11[4], ta được d = 1109 kg/m
3
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 13
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
V

dd
là thể tích dung dịch xút 10%.
 m
dd xút
= 116,541 . 1109 = 129243,969 (kg)
Vậy lưu lượng xút là:
Q
NaOH
= = 5385,165 (kg/h)
Vậy lưu lượng xút đi qua thiết bị cô đặc sẽ là 5400 kg/h.
3. TÍNH TOÁN CỤM THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
3.1. Đề bài và giả thiết
Năng suất dung dịch đầu: G
d
= 5400 kg/h
Nồng độ đầu: x
đ
= 10% (khối lượng)
Nồng độ cuối: x
c
= 20% (khối lượng)
Áp suất hơi đốt: P
1
= 3 at
Ấp suất hơi trong thiết bị ngưng tụ: P
ng
= 0,04 at
Tự chọn:
Chiều cao ống truyền nhiệt: H
2

= 3m
3.2. Cân bằng vật chất – Cân bằng năng lượng:
3.2.1. Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống và lượng hơi bốc ra ở mỗi
nồi
10
W .(1 ) 5400.(1 ) 2700 ( / )
20
d
d
c
x
G kg h
x
= − = − =
Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1,2,3 tương ứng tỷ lệ
1 2 3
W : W :W 1:1,1:1,2=

w 2700
1 1,1 1,2 3,3
1,1.w 1,1.2700
1 1,1 1,2 3,3
1,2.w 1,2.2700
1 1,1 1,2 3,3
W 818,182( / )
W 900,000( / )
W 981,818( / )
kg h
kg h
kg h

+ +
+ +
+ +
= = =
= = =
= = =
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 14
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
3.2.2. Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại mỗi nồi
1
1
2
3
.
W
10
5400. 11,786%
5400 818,182
10
x 5400. 14,667%
5400 818,182 900
10
5400 20%
5400 818,182 900 981,818
d
i d
i
d i
i
x

x G
G
x
x
=
=
−
= =
−
= =
− −
= =
− − −
∑
3.2.3 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống và xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt
cho mỗi nồi

1
3 0,04 2,96 ( )
ng
P P P at∆ = − = − =
Giả sử sự giảm áp xảy ra giữa các nồi là không bằng nhau và giảm theo tỷ lệ

1
1 2 3
1
2
3
1,5
2,96 ( )

1,400 ( )
0,935 ( )
0,623 ( )
i
i
P
P
P P P P at
P at
P at
P at
+
∆
=
∆
∆ = ∆ + ∆ + ∆ =
∆ =
 
 
⇒ ∆ =
 
 
∆ =
 
Áp suất hơi đốt
P
hd1
= 3 (at)
P
hd2

= P
hd1
-
1
P∆
= 3-1,4 = 1,6 (at)
P
hd3
= P
hd2
-
2
P∆
= 1,6 – 0,935 = 0,665 (at)
Theo [1-314] ta tìm được nhiệt độ hơi đốt T
hdi
, nhiệt lượng riêng hơi đốt i
hdi
và nhiệt
hóa hơi r
hdi
tương ứng với P
hdi
T
hd1
= 132,9
0
C; i
hd1
= 2730 kj/kg; r

dh1
=2171 kj/kg
T
hd2
= 112,7
0
C; i
hd2
= 2703 kj/kg; r
dh3
=2227 kj/kg
T
hd3
= 89,3
0
C; i
hd3
= 2657 kj/kg; r
dh3
=2286 kj/kg
Đối với hơi ngưng tụ tại Baromet, P
ng
=0,04 at nên T
ng
=28,6
o
C
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 15
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
3.3. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi mỗi nồi

t
hti
= T
hdi
+
'''
i
∆
;
o
C [2-67]
''
i
∆
: tổng thất nhiệt độ do trở lực đường ống, thường chọn từ 1-1,5 [3-147]
Vậy chọn:
''' ''' '''
1 2 3
1∆ = ∆ = ∆ =
o
C
t
ht1
= T
hd2
+
'''
1
∆
= 112,7 +1 = 113,7

o
C
t
ht2
= T
hd3
+
'''
2
∆
= 89,3 + 1=90,3
o
C
t
ht3
= T
ng
+
'''
3
∆
= 28,6 + 29,6
o
C
Tương ứng với nhiệt độ hơi thứ , tra theo [1-314] ta xác định áp suất hơi thứ , nhiệt
độ riêng hơi thứ , nhiệt hóa hơi hơi thứ r
ht1
.
p
ht1

= 1,66at; i
ht1
= 2701,92 kj/kg; r
ht1
= 2224,38 kj/kg
p
ht2
= 0,715at; i
ht2
= 2662 kj/kg; r
ht2
= 2285 kj/kg
p
ht3
= 0,0433at; i
ht3
= 2551,3 kj/kg; r
ht3
= 2425 kj/kg
Bảng tổng hợp số liệu 1
Nồ
i
X%
Hơi đốt Hơi thứ
P
hd
(at)
T
hd
(

o
C)
i
hd
(kj/kg)
r
hd1
(kj/kg)
P
ht
(at)
T
ht
(
o
C)
i
ht
(kj/kg)
r
ht
(kj/kg)
1 11,786 3 132,9 2730 2171 1,66 113,7 2701,92 2224,38
2 14,667 1,6 112,7 2703 2227 0,715 90,3 2662 2285
3 20 0,665 98,3 2657 2286 0,043 29,6 2551,3 2425,6
3.4. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi
3.4.1. Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ (
'
i
∆

)

' '
0
2
. ( )
16,2.
o
f C
T
f
r
∆ = ∆
=
'
0
∆
: tổng thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung
môi ở áp suất khí quuyển.
f
: hệ số hiệu chỉnh.
T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho,
r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 16
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Theo [2-67] ta có:
x
d
= 10%
→

'
00
∆
= 2,8
o
C

'
1 01
'
2 02
'
3 03
11,786% 3,59
14,667% 4,85
20% 8,2
o
o
o
x C
x C
x C
= → ∆ =
= → ∆ =
= → ∆ =

2
2
' '
1

1 01
3
1
2
2
' '
2
2 02
3
2
2
2
' '
3
3 03
3
2
(113,7 273)
.16,2 3,59.16,2. 3,91
2224,38.10
(90,3 273)
.16,2. 4,85.16,2. 4,54
2285.10
(29,6 273)
.16,2. 8,2.16,2. 5,02
2425,6.10
o
ht
ht
o

ht
ht
o
ht
ht
t
C
r
t
C
r
t
C
r
+
∆ = ∆ = =
+
∆ = ∆ = =
+
∆ = ∆ = =
3.4.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao

''
2
2
0 1
4
2
0 1
[ ]

( ). . [ / ]
2
( ). .10 [ ]
2
o
i tbi hti
tbi si
tbi si
t t C
h
p p h g N m
h
p p h at
ρ
ρ
−
∆ = −
= + +
= + +

0
p
: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch.
1
h
: chiều cao của lớp dụng dịch sôi từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng dung dịch.
h
2
: chiều cao ống truyền nhiệt.

si
ρ
: khối lượng riêng của dung dịch ki sôi.
g: gia tốc trọng trường, chọn .
Chọn khối lượng riêng của dung dịch sôi ở 100 áp suất thường.
Theo [1-34]

3
1 1
3
2 2
3
3 3
11,786% 1128,65 /
14,667% 1160,34 /
20% 1219 /
s
s
s
x kg m
x kg m
x kg m
ρ
ρ
ρ
= → =
= → =
= → =
Áp suất trung bình của từng nồi:
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 17

Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

4
1
4
2
4
3
3
1,66 (0,5 ).1128,65.10 1,89(at)
2
3
p 0,715 (0,5 ).1160,34.10 0,95( )
2
3
0,043 (0,5 ).1219.10 0,29( )
2
tb
tb
tb
p
at
p at
−
−
−
= + + =
= + + =
= + + =
Theo [1-314] ta tìm được:

1 1
2 2
3 3
1,89 116,8
p 0,95 96
0,29 62,4
o
tb tb
o
tb tb
o
tb tb
p at t C
at t C
p at t C
= → =
= → =
= → =
Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:

''
1 1 1
''
2 2 2
''
3 3 3
116,8 113,7 3,1
96 90,3 5,7
62,4 29,6 32,8

o
tb ht
o
tb ht
o
tb ht
t t C
t t C
t t C
∆ = − = − =
∆ = − = − =
∆ = − = − =
3.4.3. Tổn thất nhiệt của toàn bộ hệ thống

' '' '''
1 1 1 1
3
1
3
1
3,91 4,54 5,02 3,1 5,7 32,8 1 1 1
58,07 ( )
n n n n
i i i i
i
o
i
C
= = = =
=

=
∆ = ∆ + ∆ + ∆
∆ = + + + + + + + +
∆ =
∑ ∑ ∑ ∑
∑
∑
3.5. Hiệu số nhiệt hữu ích của hệ thống

1
1 1
132,9 28,6 58,07 46,23
n n
o
i ng
i i
T T T C
= =
∆ = − − ∆ = − − =
∑ ∑
Hiệu số nhiệt hữ ích tại mỗi nồi

( )
o
i i si
T T t C∆ = −
i hdi
T t=
( )
o

si
t C
t
si
: nhiệt độ sôi của dung dịch tại mỗi nồi.
Ta có:
' ''
si hti i i
t t= + ∆ + ∆

1
2
3
113,7 3,91 3,1 120,71
90,3 4,54 5,7 100,54
29,6 5,02 32,8 67,42
100 2,8 102,8
o
s
o
s
o
s
o
sd
t C
t C
t C
t C
= + + =

= + + =
= + + =
= + =
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 18
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Vậy hiệu số nhiệt hữu ích tại mỗi nồi là:

1 1 1
132,9 120,71 12,19
o
hd s
T t t C∆ = − = − =

2 2 2
112,7 100,54 12,16
o
hd
T t t C∆ = − = − =

3 3 3
89,3 67, 42 21,88
o
hd s
T t t C∆ = − = − =
Bảng tổng hợp số liệu 2
Nồ
i
'
( )
o

i
C∆
''
( )
o
i
C∆
'''
( )
o
i
C∆
( )
o
T C∆
( )
o
s
t C
1 3,91 3,1 1 12,19 120,71
2 4,54 5,7 1 12,16 100,54
3 5,02 32,8 1 21,88 67,42
3.6. Phương trình cân bằng nhiệt lượng
G
d
.C
0
.t
sd
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Nồi 1:
D.i
hd1
+G
d
.C
0
.t
sd
= W
1
.i
ht1
+ (G
d
-W
1
).C
1
.t
s1
+ D.C
nc
.
θ
1
+
θ
m1
Nồi 2:

W
1
.i
ht1
+ (G
d
-W
1
).C
1
.t
s1
= W
2
.i
ht2
+(G
d
-W
1
-W
2
).C
2
.t
s2
+ W
1
.C
nc

.
θ
2
+ Q
m2
Nồi 3:
W
2
.i
ht2
+ (G
d
-W
1
-W
2
).C
2
.t
s2
= W
3
.i
ht3
+ (G
d
-W).C
3
.t
s3

+ W
2
.C
nc
.
θ
3
+ Q
m3
W = W
1
+ W
2
+ W
3
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 19
D.i
hd1
D.C
nc
.
1
W
1
.C
nc
.
2
W
2

.C
nc
.
3
W
1
.i
ht1
W
2
.i
ht2
W
3
.i
ht3
Q
m1
Q
m2
Q
m3
(G
d
-W
1
).C
1
.t
s1

(G
d
-W
1
-W
2
).C
2
.t
s2
(G
d
-W).C
3
.t
s3
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Trong đó:
D (kg/h): lượng hơi đốt vào nồi 1.
θ
i
= t
hdi
(
0
C): nhiệt độ hơi nước ngưng ở nồi 1, 2, 3.
D.C
nc
.
θ

1
= D.il
1
W
1
.C
nc
.
θ
2
= W
1
.il
2
W
2
.C
nc
.
θ
3
= W
2
.il
2
il
2
: nhiệt lượng riêng của hơi nước ngưng ở nồi 1, 2, 3.
Theo [1-314] tương ứng với áp suất hơi đốt ta tìm được
P

hd1
= 3 at
→
i
l1
= 558,9 kJ/kg
P
hd2
= 1,6 at
→
i
l2
= 473,1 kJ/kg
P
hd3
= 0,665 at
→
i
l3
= 369,12 kJ/kg
C
j
(J/kg): nhiệt dung riêng của dung dịch.
+ Đối với dung dịch có nồng độ x < 20%
Ta dùng công thức : C = 4186.(1-x)
+ Đối với dung dịch có nồng độ x > 20%
Ta dùng công thức : C = C
ht
.x + 4186.(1-x)
C

ht
: nhiệt dung riêng chất hòa tan khan
Cht =
1
1
. .
n
i i
i
n C
M
=
∑
Đối với chất tan là NaOH => M=40 kg/mol
Dựa vào [1-152] ta có :
n
1
= 1; C
Na
= 26000
n
2
= 1; C
O
= 16800
n
3
= 1; C
H
= 9630

C
ht
=
1
.(1.26000 1.16800 1.9630) 1310,75( / .d)
40
J kg+ + =
+ Dung dịch đầu : x
d
= 10% < 20%
C
0
= 4186.(1-0,1)= 3736,4
( / .d)J kg
+ Dung dịch 1 : x
1
= 11,786% < 20%
C
1
= 4186.(1-0,11786) = 3962,64
( / .d)J kg
+ Dung dịch 2 : x
2
= 14,667% < 20%
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 20
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
C
2
= 4186.(1-0,14667) = 3508,71
( / .d)J kg

+ Dung dịch 3 : x
3
= 20% = 20%
C
3
= 1310,75.0,25 + 4186.(1-0,2) = 3348,8
( / .d)J kg
Q
mi
: lượng nhiệt mất mát, lấy 5% lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi ở từng nồi
Q
m1
= 0,05.(D.i
hd1
– D.i
l1
)
Q
m2
= 0,05.(D.i
hd2
– D.i
l2
)
Q
m3
= 0,05.(D.
ihd3
– D.i
l3

)
Chuyển hệ phương trình nhiệt lượng về hệ phương trình tuyến tính với ẩn là:
D,W
1
,W
2
,W
3.
Ta có hệ phương trình mới :
W
1
.(i
ht1
– c
1
.t
s1
) + 0,95.(i
l1
– i
hd1
).D = G
d
.(C
0
.t
sd
– C
1
.t

s1
) (1)
W
1
.[0,95.(i
l2
– i
hd2
) + C
1
.t
s1
– C
2
.t
s2
] + W
2
.(i
ht2
– C
2
.t
s2
)
= G
d
.(C
1
.t

s1
– C
2
.t
s2
) (2)
W
1
.( C
2
.t
s2
– C
3
.t
s3
)+ W
2
.[0,95.(i
l3
– i
hd3
] + (C
2
.t
s2
– C
3
.t
s3

) (3)
W
1
+ W
2
+ W
3
= W = 2700 (kg/h) (4)
Từ (1), (2), (3) và (4) suy ra :

1
2
3
W 825,53 ( / )
W 889,96( / )
W 984,51( / )
1364,47( / )
kg h
kg h
kg h
D kg h
=


=


=



=

Tính sai số theo công thức :

( ) ( )
( )
W W
%W
W
i giathiet i tinhtoan
i
i giathiet
−
=
Ta có bảng tính toán sai số sau:
W
giả thiết
W
tính toán
Sai số (%)
818,182 825,53 0,9
900 889,96 1,12
981,818 984,51 0,3
4. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 21
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Do tính thống nhất hóa trong thiết kế, nên ở đây trong phân tính toán cơ khí chỉ
tính toán cho nồi cô đặc thứ nhất làm cơ sở cho các nồi còn lại.
Theo yêu cầu của đồ án môn học là không thể hiện vè các chi tiết của nồi cô đặc
nên một số chi tiết không được tính toán thiết kế đến :

− Chọn kính quan sát
− Phần lồi của buồng đốt
Tổng quan :
− Thiết bị làm việc ở áp suất P
max
=3at=294,3.10
3
nN/m
2
, nên coi là làm việc ở
áp suất thấp.
− Các chi tiết bộ phận không bị đốt nóng, được cách ly với nguồn đốt trực tiếp.
− Thiết bị không sản xuất và không chứa các chất dễ cháy nổ, độc hại ở áp suất
thường.
− Thiết bị thuộc nhóm 2 loại II, có hệ số hiệu chỉnh [2-356].
− Vật liệu chế tạo : thép CT3
Tính toán :
4.1. Buồng đốt
4.1.1 Số ống trong buồng đốt

[4 20]
. .
F
n
d H
π
= −
Trong đó : F : tổng bề mặt truyền nhiệt, m
2
. F=123,4 m

2
.
d : đường kính của ống truyền nhiệt, m.
Do đó cả 3 nồi, hệ số cấp nhiệt của hơi đốt
1 2
α α
>
: hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt
đến chất lỏng sôi.
Ống truyền nhiệt loại 38.3, tức là :
− Đường kính ngoài : d
n
= 0,038m
− Độ dày :
δ
= 0,003m
− Đường kính trong : d
t
= d
n
- 2
δ
= 0,038-0,003.2 = 0.032m
− Chiều cao ống truyền nhiệt : H=3m.
−
123,4
409
. . 3,14.0,032.3
F
n ng

d H
π
= = =
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 22
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Quy chuẩn theo bảng VII/48-[2] :
− Xếp ống theo hình 6 cạnh.
− Số hình 6 cạnh : 11.
− Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh : 23 ống
− Tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân : 397 ống
− Số ống trong hình viên phân ở dãy 1 : 7 ống
− Tổng số ống trong các hình viên phân : 42 ống
− Tổng số ống của thiết bị : 439 ống
 Thiết bị ống tuần hoàn trung tâm (tính theo bề mặt trong)
Tiết diện của ống tuần hoàn trung tâm F
th
lấy bằng 25-35% tổng bề mặt diện tích
ống truyền nhiệt. [4-20]
Tổng bề mặt tiết diện các ống truyền nhiệt F
tổng
, m
2

2
2
2
.
3,14.0,032
. 439. 0,353
4 4

t
tng
d
F n m
π
= = =
Lấy
2
30%. 0,30.0,353 0,106
th tng
F F m= = =
Vậy :

0,106
0,368
3,14
4 4
th
th
F
d m
π
= = =
Quy chuẩn theo [2-417]
− Đường kính trong của ống tuần hoàn : d
th
=0,40m
− Đường kinh ngoài của ống tuần hoàn : d
n
= 0,426m

− Độ dày ống :
δ
=0,013m
Tính lại :
2 2
3,14
. .0,40 0,1256
4 4
th th
F d
π
= = =
.
.
0,1256
.100% .100% 35% (25 35%) : ph
0,353
th
tng
F
u hp
F
→ = = ∈
4.1.2 Đường kính trong buồng đốt : D
tr
Đối với thiết bị ống tuần hoàn trung tâm :
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 23
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

2

2
0,4. . .sin .
(d 2. . ) , . [4 20].
.
n
tr th n
d F
D d m
H
β α
β
ψ
= + + −
Thường lấy
1,3 1,5, chon 1,3
β β
= − =B
− d
n
: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt. d
n
=0,038m
−
0
3
sin sin 60
2
α
= =

− F : tổng bề mặt đốt

2
. . . 439.4.3,14.0,032 132,33
t
F n H d m
π
= = =
−
ψ
: hệ số sử dụng lưới đỡ ống.
0,7 0,9
ψ
= −
Chọn
0,85.
ψ
=
− H : chiều cao ống truyền nhiệt. H=3m
− d
th
: đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm. d
th
=0,476m
−
2
2
0,4.(1,3) .0,038.132,33. 3 / 2
(0,476 2.1,3.0,038) 1,22
0,85.3

tr
D m= + + =
Quy chuẩn D
tr
=1,4m.
4.1.3 Chiều dày buồng đốt

.
, [2 360]
2[ ].
tr
D p
S C m
p
δ ϕ
= + −
−
Trong đó : D
tr
: đường kính trong của buồng đốt. D
tr
=1,4m.
: hệ số bền của thanh trụ theo phương dọc.
0,95 [2 362]
h
ϕ ϕ
= = −
p : áp suất làm việc, N/m
2
.

Do môi trường làm việc là hơi bão hòa nên :
P = p
hd1
= 3at = 294,3.10
3
N/m
2
C : hệ số bổ sung ăn mòn, m.
C=C
1
+C
2
+C
3
C
1
: bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và
thời gian làm việc của thiết bị, m. Đối với thép CT3, C
1
=0.
C
2
: bổ sung do ăn mòn khi nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ
lớn, ở đây môi trường là hơi bão hòa => C
2
=0.
C
3
: bổ sung do dung sai phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu. Chọn C
3

= 2mm =
2.10
-3
m.
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 24
Đồ Án Công Nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
[ ]
σ
: ứng cho phép của vật liệu N/m
2
Đối với thép CT3
Giới hạn bền kéo :
6 2
380.10 ( / )
k
N m
σ
=
Giới hạn bền chảy :
6 2
240.10 ( / )
c
N m
σ
=
[ ]
σ
được tính theo công thức :
[ ] .
k

k
k
n
σ
σ η
=

[ ] .
c
c
c
n
σ
σ η
=
n
k
: hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo. n
k
=2,6 [2-356]
n
c
: hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy. n
c
=1,5 [2-356]
η
: hệ số hiệu chỉnh,
η
=1

6
6 2
380.10
[ ] . .1 146,135.10 /
2,6
k
k
k
N m
n
σ
σ η
= = =

6
6 2
240.10
[ ] . .1 160.10 /
1,5
c
c
c
N m
n
σ
σ η
= = =
Ta lấy giá trị bé hơn trong 2 kết quả vừa tính dược của ứng suất để tính toán tiếp :
Vì :
6

3
[ ]
146,153.10
. .0,95 353,84 50
392,4.10
k
p
σ
ϕ
= = >
Vậy có thể bỏ qua p ở mẫu số của công thức tính và khi đó chiều dày buồng đốt
tính bằng :

6
3 3
6
.
1,4.153.10
2.10 3,48.10
2[ ]. 2.146,153.10 .0,95
tr
D p
S C m
δ ϕ
− −
= + = + =
Chọn S=4mm=0,004m
Kiểm tra ứng suất theo công thức :

2

0
[ ( )].
( / )
2( ). 1,2
tr c
D S C p
N m
S C
σ
σ
ϕ
+ −
= ≤
−

6
8 2
240.10
2.10 ( / )
1,2 1,2
c
N m
σ
= =
P
0
: áp suất thử, N/m
2
. Tính theo công thức :
P

0
= P
th
= 1,5P = 1,5.294,3.10
3
= 441,45.10
3
N/m
2
SVTH: Nhóm 08 - Lớp DH10H2 Trang 25