Thiết kế cơ khí thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH

ĐẠ
I HỌC QUỐC QIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Đề tài: “Thiết kế cơ khí thiết bị cô đặc chân không 1
nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH”
GVHD: TS. Nguyễn Hữu Hiếu
Môn học: cơ sở thiết kế máy và thiết bị hóa học


1
THÀNH VIÊN NHÓM
1. Nguyễn Yến Linh 61101848
2. Trần Thị Minh Thùy 61103520
3. Bùi Thị Vân 61104179
4. Dương Thắng 61103290
5. Nguyễn Văn Thanh 61103142
6. Nguyễn Đình Vũ Nguyên 61102302

7. Nguyễn Văn Quốc 61102797
8. Trần Sớt 61102969
9. Lê Quốc Hưng 61101468
10. Lê Văn Bốn 61100327
11. Trần Hồ Thịnh 61103436
12. Nguyễn Phan Cát Tường 61104140
Tp.HCM,04/2014
Môn học “cơ sở thiế kế máy và thiết bị hóa học” là cơ hội tốt cho sinh viên biết
về cách tính toán cơ khí cho các quá trình và thiết bị của công nghệ hoá học. Bên
cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán,

thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể, thông dụng.
Thiết kế cơ khí cho thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục dung dịch NaOH
được thực hiện dưới sự hướng dẫn TS. Nguyễn Hữu Hiếu, bộ môn Quá trình và
Thiết bị - khoa Kỹ thuật Hoá học - Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ
Chí Minh. Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Hiếu cũng như các
thầy cô của bộ môn Quá trình và Thiết bị và những người bạn đã nhiệt tình giúp
đỡ trong quá trình thực hiện. Vì đây là lần đầu nhóm thực hiện việc tính toán cơ
khí cho thiết bị có tính hệ thống nên có thể còn có thiếu sót và hạn chế trong quá
trình thực hiện là không tránh khỏi. Do đó, nhóm rất mong nhận được thêm góp ý,
chỉ dẫn từ thầy cô giáo và bạn bè để củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn.
2
LỜI NÓI ĐẦU
LỜI NÓI ĐẦU
Tựa đề 1
Lời nói đầu 2
Mục lục 3
Chương I: Tổng quan 5
I.1. Nhiệm vụ của báo cáo 5
I.2. Giới thiệu nguyên liệu 5
I.3. Quá trình cô đặc 6
I.3.1. Định nghĩa 6
I.3.2. Các phương pháp cô đặc 6
I.3.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 6
I.3.4. Ứng dụng của cô đặc 6
I.4. Thiết bị cô đặc 6
I.3.5 Phân loại và ứng dụng 7
I.3.6 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc 8
Chương II: Thuyết minh quy trình công nghệ 8
Chương III: Tính bền cơ khí cho thiết bị chính 10
III.1. Tính bền cho thân 10

III.1.1. Thân buồng đốt 10
III.1.1.1 Thân buồng đốt theo ASME 10
III.1.1.2 Thân buồng đốt theo Hồ Lê Viên 11
III.1.2. Thân buồng bốc 13
III.1.2.1 Thân buồng bốc theo ASME 13
III.1.2.2 Thân buồng bốc theo Hồ Lê Viên 15
III.2. Tính bền cho đáy và nắp thiết bị 17
III.2.1 Nắp thiết bị 17
III.2.1.1 Tính nắp thiết bị theo ASME 17
III.2.1.2 Tính nắp thiết bị theo theo Hồ Lê Viên 19
III.2.2 Đáy thiết bị 21
3
MỤC LỤC
MỤC LỤC
III.2.2.1 Tính đáy thiết bị theo ASME 21
III.2.2.2 Tính đáy thiết bị theo theo Hồ Lê Viên 22
III.3. Tính bích, bulông 23
III.3.1. Tính bích 23
III.3.1.1. Tính bích theo Hồ Lê Viên 23
III.3.2. Bulông ghép bích 24
III.3.2.1 Tính bích theo Hồ Lê Viên 24
III.4. Tổng kết thiết bị chính 26
Chương IV: Tính thiết bị phụ 27
IV.1. Thiết bị ngưng tụ Baromet 27
IV.1.1. Thiết bị ngưng tụ Baromet tính theo ASME 27
IV.1.2. Thiết bị ngưng tụ Baromet tính theo Hồ Lê Viên 28
IV.2. Tổng kết thiết bị phụ 29
Tài liệu tham khảo 31
4
Chương I: Tổng quan

I.1. Nhiệm vụ của báo cáo
- Thiết kế cơ khí cho thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục dung dịch NaOH
+ Năng suất nhập liệu: 1 m
3
/h
+ Nồng độ đầu: 18% khối lượng
+ Nồng độ cuối: 30% khối lượng
+ Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa có áp suất dư 3 at.
+ Áp suất ngưng tụ ở buồng bốc là áp suất chân không tuyệt đối 0,1346 at.
- Tính toán cơ khí cho thiết bị chính theo 2 phương pháp: ASME và Hồ Lê Viên với các thông
số công nghệ có sẵn. Bao gồm tính cơ khí cho nồi cô đặc: buồng bốc, buồng đốt, đáy, nắp,
bích, bu-lông, đệm với các thông số công nghệ đã có sẵn.
- Tính toán cơ khí cho thiết bị phụ theo 2 phương pháp: ASME và Hồ Lê Viên. Bao gồm tính
cơ khí cho thiết bị ngưng tụ bảomet: thân, đáy, nắp với các thông số công nghệ đã có sẵn.
- So sánh kết quả tính toán cơ khí thiết bị chính và thiết bị phụ theo 2 phương pháp ASME và
Hồ Lê Viên với đồ án.
I.2. Giới thiệu nguyên liệu
- Natri hydroxid NaOH nguyên chất là chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối lượng riêng
2,13 g/ml, nóng chảy ở 318
0
C và sôi ở 1388
0
C dưới áp suất khí quyển. NaOH tan tốt trong
nước (1110 g/l ở 20
0
C) và sự hoà tan toả nhiệt mạnh. NaOH ít tan hơn trong các dung môi
hữu cơ như methanol, ethanol… NaOH rắn và dung dịch NaOH đều dễ hấp thụ CO
2
từ không khí nên chúng cần được chứa trong các thùng kín.
- Dung dịch NaOH là một base mạnh, có tính ăn da và có khả năng ăn mòn cao. Vì vậy, ta cần

lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị và đảm bảo an toàn lao động trong quá trình sản xuất NaOH.
- Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành sản xuất hoá chất cơ bản và
lâu năm. Nó đóng vai trò to lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt,
tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn
- Trước đây trong công nghiệp, NaOH được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)
2
tác dụng với
dung dịch Na
2
CO
3
loãng và nóng. Ngày nay, người ta dùng phương pháp hiện đại là điện
5
phân dung dịch NaCl bão hoà. Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ
rất loãng, gây khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử
dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu.
I.3. Quá trình cô đặc
I.3.1. Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch gồm 2
hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch
nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay
hơi hơn); đó là các quá trình vật lý – hoá lý. Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay
không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn)
bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh.
I.3.2. Các phương pháp cô đặc
- Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới
tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt
thoáng chất lỏng.
- Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng
tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tuỳ

tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra
ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh.
I.3.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt
Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần
mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên
kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ
năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí
hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng
các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách
không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.
I.3.4. Ứng dụng của cô đặc
Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái cây…
Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl
2
, các muối vô cơ…
6
Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc
như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn. Mặc dù cô đặc chỉ là một
hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với
sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi
hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu được
đặt ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám
phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.
I.3.5 Phân loại và ứng dụng
a. Theo cấu tạo và tính chất của đối tượng cô đặc:
- Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá
loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt.
- Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5
m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung
dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.

- Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm
biến chất sản phẩm. Thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả
ép…
b. Theo phương pháp thực hiện quá trình:
- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô
đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, đạt năng suất cực đại và thời gian
cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao.
- Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi thấp hơn do có áp suất chân
không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.
- Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ
làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi so với chi phí bỏ ra. Có thể cô đặc chân không, cô đặc áp
lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác
để nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn, có thể tự động hóa.
7
⇒ Tùy điều kiện kỹ thuật, tính chất dung dịch để lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp.
I.3.6 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc
 Thiết bị chính:
• Ống nhập liệu, ống tháo liệu
• Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt
• Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp
• Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng
 Thiết bị phụ:
• Bể chứa nguyên liệu
• Bể chứa sản phẩm
• Bồn cao vị
• Lưu lượng kế
• Thiết bị gia nhiệt
• Thiết bị ngưng tụ baromet
• Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị

• Bơm tháo liệu
• Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ
• Bơm chân không
• Các van
• Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất
Chương II: Thuyết minh quy trình công nghệ
Nguyên liệu ban đầu là dung dịch NaOH có nồng độ 18%. Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu
được bơm lên bồn cao vị. Từ bồn cao vị, dung dịch chảy qua lưu lượng kế rồi đi vào thiết bị
gia nhiệt và được đun nóng đến nhiệt độ sôi. Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng
ống chùm: thân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ được bố trí theo đỉnh hình
tam giác đều. Các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân.
Nguồn nhiệt là hơi nước bão hoà có áp suất 4 at đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch đi từ
8
dưới lên ở bên trong ống. Hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp
nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi. Dung dịch sau khi được
gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi nước ngưng tụ thành
nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài.
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 hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão
hoà) đi trong khoảng không gian ngoài ống. Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt
cho dung dịch đang chuyển động trong ống. Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên xuống
và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hoá hơi một phần dung môi. Hơi
ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài.
Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm:Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống
truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới
lên trên miệng ống. Đối với ống tuầ n hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền
nhiệt lớn hơn so với trong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn
hơn. Vì lý do trên, khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với
ở ống truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới. Kết quả là có dòng chuyển động
tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị: từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong

ống tuần hoàn.
Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành 2 dòng. Hơi thứ đi lên
phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi dòng.
Giọt lỏng chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên. Dung dịch còn lại được hoàn lưu.
Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể chứa sản phẩm nhờ
bơm ly tâm. Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên của buồng bốc đi
vào thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp). Chất làm lạnh là nước
được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn vào ngăn dưới cùng của thiết bị.
Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống
bồn chứa qua ống baromet. Khí không ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phận
tách giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài. Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể
tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ giảm. Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet
là thiết bị ổn định chân không, duy trì áp suất chân không trong hệ thống. Thiết bị làm việc ở
9
áp suất chân không nên nó phải được lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy
ra ngoài khí quyển mà không cần bơm. Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách
những giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng.
Bơm chân không có nhiệm vụ hút khí không ngưng ra ngoài để tránh trường hợp khí
không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất trong thiết bị và
nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc.
Chương III: Tính bền cơ khí cho thiết bị chính
III.1. Tính bền cho thân
III.1.1. Thân buồng đốt
III.1.1.1 Thân buồng đốt theo ASME
Sơ lượt về cấu tạo
+ Buồng đốt có đường kính trong D
t
= 600mm, chiều cao
H = 1500mm
+ Vật liệu chế tạo là thép 304

- Tính toán bề dày tối thiểu t
min
+ Buồng đốt làm việc ở điều kiện áp suất dư nên chịu
áp suất trong
+ Hơi đốt là hơi nước bõa hòa ở áp suất tuyệt đối 4at
nên buồng đốt chịu áp suất trong P
m
= 3at, bỏ qua áp
suât thủy tĩnh
 áp suất tính toán P= 3at
+ Nhiệt độ của hơi đốt vào lò là t
D
= 143
0
C ( tra “ bảng
I.251. Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa phụ
thuộc vào áp suất “, ở 4at, trang 314 “ sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập
1 “)
+ Nhiệt độ tính toán của buồng đốt là t
tt
= 143
0
C
+ Với các thông số trên ta tra được
• Bán kính trong của thân
10
• Áp suất tính toán, thân chịu áp suât trong

• Ứng suất cho phép lớn nhất
( tra ở bảng TABLE 1A trang 90 và 92, Line No: 1 cho thép 304 ở nhiệt độ làm việc

143
0
C “ ASME 2012 section II – part D – Material “ )
• hệ số bền môi hàn E= 0,95
- Các bước tiến hành
+ Bước 1: Thân chịu ứng suất vòng: điều kiện là và
+ Bước 2: Tính bề dày tối thiểu

+ Bước 3: Tính bề dày thực
- Tiến hành:
Thân chịu ứng suất vòng: thỏa điều kiện là và
 Bề dày tối thiểu


- Tính toán bề dày thực
Chọn thép tấm 3mm theo tiêu chuẩn bề dày thép có trên thị trường
 Bề dày thực buồng đốt t= 3mm
III.1.1.2 Thân buồng đốt theo Hồ Lê Viên
- Sơ lượt về cấu tạo
+ Buồng đốt có đường kính trong D
t
= 600mm, chiều cao H = 1500mm
+ Vật liệu chế tạo là thép 304
- Tính toán bề dày tối thiểu s
min
+ Buồng đốt làm việc ở điều kiện áp suất dư nên chịu áp suất trong
+ Hơi đốt là hơi nước bõa hòa ở áp suất tuyệt đối 4at nên buồng đốt chịu áp suất trong
P
m
= 3at, bỏ qua áp suât thủy tĩnh  áp suất tính toán P= 3at

11
+ Nhiệt độ của hơi đốt vào lò là t
D
= 143
0
C ( tra “ bảng I.251. Tính chất lý hóa của hơi nước
bão hòa phụ thuộc vào áp suất “, ở 4at, trang 314 “ sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ
hóa chất – tập 1 “)
+ Nhiệt độ tính toán của buồng đốt là t
tt
= 143
0
C
+ Với các thông số trên ta tra được
• Áp suất tính toán, thân chịu áp suât trong

• Ứng suất cho phép chịu nén [σ]= 131,12 N/mm
2
• Hệ số bền môi hàn E=0,95
- Các bước tiến hành:
+ Bước 1: Tỉ lệ
+ Bước 2: Tính bề dày tối thiểu
+ Bước 3: Tính bề dày thực s
+ Bước 4: Kiểm tra bề dày
• Áp suất tính toán cho phép
• Điều kiện [P] > P : thỏa
- Tiến hành:
Vì nên ta có công thức tính bề dày tối thiểu
- Tính toán bề dày thực
+ Chọn hệ số ăn mòn hóa học C

a
=1 ( thời gian làm việc 10 năm )
+ Vật liệu được xem là bền cơ học C
b
=C
c
=0
+ Chọn hệ số bổ sung quy tròn kích thướt là C
0
=1,29 ( chọn thép tấm 3mm theo tiêu chuẩn
bề dày thép có trên thị trường và theo yêu cầu bảng 5-1 trang 94 sách Hồ Lê Viên)
 Bề dày thực buồng đốt s= 3mm
- Kiểm tra lại bề dày
+ Áp suất tính toán cho phép
12
+ Điều kiện [P] > P : thỏa
 Bề dày thực buồng đốt s= 3mm
III.1.2. Thân buồng bốc
III.1.2.1 Thân buồng bốc theo ASME
- Sơ lượt về cấu tạo
+ Buồng bốc có đường kính trong D
t
= 800mm, chiều cao
H = 2000mm
+ Vật liệu chế tạo là thép 304
- Tính toán bề dày tối thiểu t
min
+ Buồng bốc làm viêc ở điều kiện chân không nên chịu
áp suất ngoài 1at, áp suất tính toán P=1at
+ Áp suất chân không tuyệt đối trong buồng bốc

P
m
=0.1346 at
+ Nhiệt độ của hơi thứ ra là t
t
= 51,5
0
C ( tra “ bảng I.251.
Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp
suất “, ở 0,1346 at, trang 314 “ sổ tay quá trình và thiết bị
công nghệ hóa chất – tập 1 “)
+ Nhiệt độ tính toán của buồng bốc là t
tt
= 51,5
0
C
- Với các thông số trên ta tra được
+ Giả sử bề dày tối thiểu của thân t
min
= 0.2 in
+ Đường kính trong của thân
+ Đường kính ngoài của thân D
0
= 31,5 in + 0,2×2 in = 31,9 in
+ Chiều dài tính toán của thân
+ Áp suất tính toán
- Các bước tiến hành
+ Bước 1: Lập tỉ số và từ đó suy ra được hệ số A
+ Bước 2:
13

Công thức tính áp suất lơn nhất cho phép
+ Bước 3: Dựa vào nhiệt độ làm việc và hệ số A, từ đó tra ra hệ số B
+ Bước 4: Kiểm tra điều kiện
- Tíến hành
+ Ta có các tỉ lệ và
+ Vì D
o
/ t
min
=158,5 >10 nên ta có công thức tính áp suất lơn nhất cho phép
+ Tra hệ số A dựa vào Fig.G (Subpart 3, section II part D , P.748-749).
 A= 0,000257
+ Tra hệ số B dựa vào FIG. HA1 (Section II, part D, P.754). thép 304, nhiệt độ làm việc
51,5
0
C 
+ Áp suất lơn nhất cho phép thỏa điều kiện bền
+ Bề dày tối thiểu của thân là
- Tính toán bề dày thực
Chọn thép tấm 6mm theo tiêu chuẩn bề dày thép có trên thị trường
 Bề dày thực buồng bốc t= 6mm
III.1.2.2 Thân buồng bốc theo Hồ Lê Viên
- Sơ lượt về cấu tạo
+ Buồng bốc có đường kính trong D
t
= 800mm, chiều cao H = 2000mm
+ Vật liệu chế tạo là thép 304
- Tính toán bề dày tối thiểu t
min
14

+ Buồng bốc làm viêc ở điều kiện chân không nên chịu áp suất ngoài 1at, áp suất tính
toán P=1at
+ Áp suất chân không tuyệt đối trong buồng bốc P
m
=0.1346 at
+ Nhiệt độ của hơi thứ ra là t
t
= 51,5
0
C ( tra “ bảng I.251. Tính chất lý hóa của hơi nước
bão hòa phụ thuộc vào áp suất “, ở 0,1346 at, trang 314 “ sổ tay quá trình và thiết bị công
nghệ hóa chất – tập 1 “)
+ Nhiệt độ tính toán của buồng bốc là t
tt
= 51,5
0
C
+ Với các thông số trên ta tra được
• Áp suất tính toán

• Mô đun đàn hồi của vật liệu ở 51,5
0
C E
t
=193000 N/mm
2
• Giới hạn chảy của vật liệu ở 51,5
0
C
• Ứng suất cho phép chịu nén [σ]=131,12 N/mm

2
- Các bước tiến hành:
+ Bước 1: Tính bề dày tối thiểu
+ Bước 2: Tính bề dày thực s
+ Bước 3: Kiểm tra bề dày
(2)
 Thỏa điều kiện (1) (2)
 Áp suất ngoài cho phép
 [P] > P thỏa điều kiện bền
- Tiến hành
Bề dày tối thiểu của thân là
- Tính toán bề dày thực
+ Chọn hệ số ăn mòn hóa học C
a
=1 ( thời gian làm việc 10 năm )
+ Vật liệu được xem là bền cơ học C
b
=C
c
=0
15
+ Chọn hệ số bổ sung quy tròn kích thướt là C
0
= 0,81 ( chọn thép tấm 6mm theo tiêu
chuẩn bề dày thép có trên thị trường)
 Bề dày thực buồng bốc s= 6mm
- Kiểm tra bề dày
+
+ (2)
+

 Thỏa điều kiện (1) (2)
 Áp suất ngoài cho phép
 [P] > P thỏa điều kiện bền
 Bề dày thực buồng bốc s= 6mm
III.2. Tính bền cho đáy và nắp thiết bị
III.2.1 Nắp thiết bị
III.2.1.1 Tính nắp thiết bị theo ASME
TÍNH NẮP ELIP
(Hình (a))
16
• Bước 1:
Chọn bề dày tối thiểu t của nắp bằng với của thân hoặc tính theo công thức:
Với: P – áp suất tính toán (bằng áp suất khí quyển, psi)
D – đường kính trong thiết bị (in)
E – hệ số bền mối hàn, E=1
S – ứng suất cho phép tối đa (psi)
• Bước 2:
Tính tỷ số A theo công thức:
17
Với: t – bề dày tối thiểu
R
o
– bán kính tương đương của nắp elip tính theo tích
o o o
R K D=
, với K
o
tra theo bảng TABLE UG-33.1
D
o

/2h
o
3 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0
K
o
1,36 1,27 1,18 1,08 0,99 0,9 0,81 0,73 0,65 0,57 0,50
Chọn nắp có
Suy ra:
• Bước 3:
Sử dụng giản đồ FIG HA-1 hoặc bảng TABLE HA-1 (subpart 3 – Section VIII,
part D) cho vật liệu thép 304 tại nhiệt độ làm việc 51,5
0
C. Tìm được giá trị tỷ số B cần
tìm. Hoặc nếu A nằm ngoài giản đồ về phía bên phải, thì tra B theo giá trị cuối cùng của
A trên giản đồ. Kiểm tra áp suất cho phép theo công thức (a). Nếu giá trị A nằm ngoài
(phía bên trái) đường cong, thì ở bước 4, kiểm tra áp suất cho phép theo công thức (b).
• Bước 4:
Kiểm tra áp suất cho phép theo công thức:
(a)
(b)
2
0
0,0625
( / )
a
E
P
R t
=

So sánh với giá trị áp suát tính toán P, cần tăng bề dày rồi tính toán
lại theo các bước trên.
• Bước 5:
Chọn bề dày tối thiểu bằng với bề dày tối thiểu của của thân buồng bốc
18
• Bước 6:
Tính tỷ số A theo công thức:
• Bước 7:
Sử dụng giản đồ FIG HA-1 hoặc bảng TABLE HA-1 (subpart 3 – Section VIII,
part D) cho vật liệu thép 304 tại nhiệt độ làm việc 51,5
0
C. Tìm được giá trị tỷ số B cần
tìm là
• Bước 8:
Kiểm tra áp suất cho phép theo công thức:
(a)
Vậy bề dày tối thiểu cho kiểu nắp đã chọn là t=0,2 in.
III.2.1.2 Tính nắp thiết bị theo theo Hồ Lê Viên
TÍNH NẮP ELLIPSE:
Sơ lược về cấu tạo:
- Chọn nắp ellipse tiêu chuẩn
- Nắp có gờ và chiều cao gờ là
- Nắp có lỗ thoát hơi thứ
- Vật liệu chế tạo thép 304
Tính toán:
• Bước 1: Chọn bề dày nắp ellipse
Chọn bề dày tính toán nắp , bằng với bề dày thực buồng bốc.
Nắp có áp suất trong giống như buồng bốc N/mm
2
, nên nắp sẽ chịu áp suất

ngoài N/mm
2
19
• Bước 2: Tính các thông số cơ bản
Xét tỉ số
Bán kính cong bên trong ở đỉnh nắp,
Xét tỉ số:
Trong đó:
E
t
= 193000 (N/mm
2
) : Modun đàn hồi của vật liệu làm nắp ở nhiệt độ tính toán, T=
51,5
o
C
σ
t
c
= 220,8 (N/mm
2
): Giới hạn chảy của vật liệu làm đáy (nắp)
[σ
n
] = 138 (N/mm
2
): Ứng suất cho phép của vật liệu làm đáy (nắp),
Tỉ số giới hạn đàn hồi của vật liệu x = 0,7 với thép không gỉ
Với và ta chọn
• Bước 3: Kiểm tra áp suất tính toán cho phép

Do ta chọn công thức xác định áp suất tính toán theo
20
(6-13)
Nhận xét: → THỎA
Vậy bề dày nắp ellipse là 6mm
III.2.2 Đáy thiết bị
III.2.2.1 Tính đáy thiết bị theo ASME
TÍNH ĐÁY NÓN
(Hình (e) – Đáy nón có đoạn uốn chuyển tiếp)
Đối với đáy nón có đoạn chuyển tiếp, ta thực hiện tính bề dày tối thiểu tương tự
khi tính cho đáy côn không có đoạn chuyển tiếp. Tuy nhiên, ta cần thực hiện thêm bước
chọn bán kính cong của đoạn uốn r sao cho:
− r không nhỏ hơn 6% đường kính ngoài của thân thiết bị
− r không nhỏ hơn 3 lần bán kính ngoài của thân thiết bị.
Chọn đáy nón tiêu chuẩn
Góc ở đáy là
Chiều cao của đáy nón (không kể phần gờ) là
• Bước 1:
Tính bề dày tối thiểu của đáy nón theo công thức giống như khi tính đáy nón
không có đoạn chuyển tiếp, nhưng thay bằng
21
• Bước 2:
Tính bán kính cong đoạn chuyển tiếp, theo công thức:
• Bước 3:
Kiểm tra 2 điều kiện của bán kính cong đã nêu trên. Nếu không thỏa, cần thay đổi
thông số H để tính lại D
i
và r.
Các điều kiện này thỏa, vì vậy, bề dày tối thiểu của kiểu đáy đã chọn là 0,032 in.
III.2.2.2 Tính đáy thiết bị theo theo Hồ Lê Viên

TÍNH ĐÁY NÓN :
Sơ lược cấu tạo:
- Chọn đáy nón tiêu chuẩn
- Đáy nón có phần gờ cao 40mm và góc ở đáy là
- Chiều cao của đáy nón (không kể phần gờ) là
- Vật liệu chế tạo thép 304, các thông số tính toán:
Ứng suất cho phép của thép 304, tại nhiệt độ làm việc T=143oC
: Hệ số bền mối hàn
: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học
- Xác định hệ số hình dạng y
Căn cứ vào và nên ta chọn hệ số hình dáng
22
Đáy chịu áp suất ngoài,
• Bước 1: Tình bề dày tối thiểu S’

Nên bề dày đáy nón được tính theo công thức
Trong đó: D là đường kính tính toán, đối với đáy nón kiểu I và III ta có:
• Bước 2: Tính bề dày thực
Chọn hệ số bổ sung bề dày:
- Xem vật liệu như bền cơ học:
- Chọn hệ số ăn mòn hóa học là
- Chọn hệ số quy tròn kích thước
Bề dày thực của đáy nón:
• Bước 3: Kiểm tra áp suất tính toán cho phép, [p]
Xác định áp suất cho phép ở đáy theo công thức (6-24) và (6-25)
23
Ta chọn giá trí bé trong giá trị [p] và đem so sánh
(thỏa)
Vậy bề dày đáy nón là
III.3. Tính bích, bulông

III.3.1. Tính bích
III.3.1.1. Tính bích theo Hồ Lê Viên
- Bước 1: Tính các thông số cơ bản
+ Dn: đường kính ngoài mặt bích , mm
+ Do: đường kính ngoài vòng đệm, mm
+ Dt : đường kính trong thân thiết bị, mm
+ Db : đường kính vòng bulong , mm
+ s : bề dày thân thiết bị , mm
+ l : cánh tay đòn của moment gây uốn bích
+ t : bề dày bích, mm
• Chọn sơ bộ các kích thước: theo sổ tay QTTB tập 2/p427
A (D
n
) = 515 mm, B (D
t
) = 400 mm
C (D
b
) = 475 mm, D
0
= 450 mm
t
1
= 11mm, s = 3mm
• Tính cánh tay đòn của moment gây uốn bích:

và

• Tính các hệ số:

24

Ψ =
Ψ =
- Bước 2: Tính bề dày bích:
(mm)


 t
2
= 11,30326 mm
- Bước 3: Kiểm tra- tính lặp:
Ta có:
 tt = 11,303 mm
III.3.2. Bulông ghép bích
III.3.2.1 Tính bulong theo Hồ Lê Viên
- Mục đích là xác định đường kính và số lượng bulong
- Bước 1: Xác định lực nén chiều trục sinh ra do xiết bulong, lực này khắc phục được tải
trọng do áp suất trong thiết bị và áp suất phụ sinh ra ở trên đệm để giữ cho mối ghép
được kín:
(N)
Với: là lực do áp suất trong thiết bị gây ra, N

25