THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc HAI nồi làm VIỆC LIÊN tục XUÔI CHIỀU cô đặc DUN

Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
I. MỞ ĐẦU:
Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất
hoá 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 hoá dầu, sản xuất phèn...
NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bò cao. Vì vậy cần lưu ý
đến việc ăn mòn thiết bò, đảm bảo an toàn 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 dòch Na 2CO3 loãng và nóng . Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là
điện phân dung dòch NaCl bão hòa. Tuy nhiên dung dòch sản phẩm thu được thường có nồng
độ rất loãng , khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử
dụng người ta phải cô đặc dung dòch đến một nồng độ nhất đònh theo yêu cầu.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dòch 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, nghóa là áp suất hơi riêng phần của
dung môi trên mặt thoáng dung dòch bừng với áp suất làm việc của thiết bò.
Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng
nồng độ các dung dòch loãng, hoặc để tách các chất rắn hoà 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 bò hở , còn khi làm việc ở áp suất khác ( vd áp suất
chân không ) người ta dùng thiết bò 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 bò hoá chất giúp sinh viên làm quen với phương
pháp tính toán máy thiết bò hoá chất.
Tập đồ án này thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc
dung dòch xút NaOH có nồng độ đầu 15% đến nồng độ cuối 30%. Năng suất đầu vào là
1m3/hour.

II.CHỌN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ :
Trang 1


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
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.

2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc:
Dung dòch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vò, từ bồn cao vò dung dòch
chảy xuống qua thiết bò gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất làm việc
của nồi I. Dung dòch sau đó được đưa vào nồi I. Do có sự chênh lệch áp suất giữa nồi I và nồi
II nên dung dòch 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 bò ngưng tụ baromet và được chân không hút ra ngoài.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc : phần dưới của thiết bò là buồng đốt gồm có các ống
truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm. Dung dòch đi trong ống, hơi đốt sẽ đi trong
khoảng không gian phía ngoài ống. Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm là :
do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn rất nhiều so với các ống truyền nhiệt do đó hệ số
truyền nhiệt nhỏ, dung dòch sẽ sôi ít hơn so với dung dòch trong ống truyền nhiệt. Khi sôi dung
dòch sẽ có ρds = 0.5 ρdd do đó sẽ tạo áp lực đẩy dung dòch từ trong ống tuần hoàn sang ống
truyền nhiệt. Kết quả là tạo một dòng chuyển động tuần hoàn trong thiết bò. Để ống tuần
hoàn trung tâm hoạt động có hiệu quả dung dòch chỉ nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao
ống truyền nhiệt. Phần phía trên thiết bò là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dòch, trong
buồng bốc còn có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ.
A.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH

Trang 2

Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
III.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
1. Chuyển đơn vò năng suất từ (m3/h) sang (kg/h):
Năng suất nhập liệu
: G’D =1 m3/h.
Khối lượng riêng
: ρNaOH= 1159 kg/m3
GD = G’D ∗ ρNaOH= 1159 kg/h
Nồng độ nhập liệu
: xD = 15 %
Nồng độ cuối của sản phẩm : xC = 30%
Áp dụng phương trình cân bằng vật chất : GD ∗ xD = GC ∗ xC
GD ∗ xD
1159 ∗ 15
Suy ra:
GC=
=
= 579.5 kg/h .
xC
30
2. lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống :
xD
Áp dụng công thức : W = G D (1 − )
kg/h
xC
Trong đó:
W : Lượng hơi thứ của toàn hệ thống

kg/h
GD : Lượng dung dòch ban đầu
kg/h
xD,xC : Nồng độ đầu,cuối của dung dòch
% khối lượng
Thay số vào ta có:
x
15
W = G D (1 − D ) = 1159.(1 − ) = 579.5 kg/h.
xC
30
3. Giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi :
Chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi I và II là :

WI
= 1.1
WII

Khi đó ta có hệ phương trình:
WI
= 1.1
WII
WI + WII = W

Giải hệ trên có kết quả :
WI = 303.5 kg/h
WII = 276 kg/h
4. Xác đònh nồng độ dung dòch từng nồi :
- Nồng độ cuối của dung dòch ra khỏi nồi I :
G D .x D

1159.15
=
= 20.32 %
x’C=
G D − WI 1159 − 303.5
- Nồng độ cuối của dung dòch ra khỏi nồi II :

x’’C=

G D .x D
1159.15
=
= 30 %
G D − WI − WII 1159 − 303.5 − 276

Trang 3


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
IV.CÂN BẰNG NHIỆT LƯNG:
1. Xác đònh 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: Png = 0.5 at
Chọn áp suất của hơi đốt vào nồi I là : P1= 3.5 at
Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là :
∆Pt =P1 – Png = 3.5 – 0.5 = 3 at
∆P1
= 1.5
Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là :

∆P2
Kết hợp với phương trình : ∆P1 + ∆P2 = ∆Pt = 3 at
Suy ra :
∆P1 = 1.8 at
∆P2 = 1.2 at
Dựa vào các dữ kiện trên và tra sổ tay qúa trình thiết bò tập I ta có bảng sau đây :

Loại

Nồi I
Áp suất
Nhiệt độ
(at)
(0C)

Nồi II
Áp suất
(at)

Nhiệt độ
(0C)

Hơi
đốt

P1= 3.50

P1=1.70

T2=114.5

Hơi
thứ

P’1=1.76

T1=137.9

Tháp ngưng tụ
Áp suất
Nhiệt độ
(at)
(0C)
Png=0.5

t’1 =115.5

P’2=0.52

tng=80.9

t’2 =81.9

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

(273 + t 'i ) 2
f = 16.2
ri
t’i : nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I
ri : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi ở nhiệt độ t’i .
Từ các dữ kiện trên ta lập được bảng sau:

Trang 4


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Đại
lượng
Nồi I
Nồi I
Nồi II

xC (%k.l)

∆’o
(0C )

t’
( 0C )

r.10-3
(j/kg )

∆’i

(0 C )

20.32
30.00

8.457
17.0

115.5
81.9

2218.7
2304.6

9.33
15.05

Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao :
Σ∆’ = ∆’I +∆’II = 9.33 +15.05 = 24.38 0C
b. Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tónh (∆’’ ):
Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dòch đến giữa ống là ∆P (N/m2), ta có:
1
∆P = ρS.g.Hop N/m2
2
Trong đó:
ρs : khối lượng riêng của dung dòch khi sôi , kg/m3
ρs =0.5 ρdd
ρdd : Khối lượng riêng của dung dòch ,kg/m3
Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m
Hop = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho

Từ ∆P ta sẽ tính được áp suất trung bình của dung dòch ở từng nồi thông qua công thức:
Ptbi= P’i+∆Pi
( i ): nồi thứ i
Tra sổ tay ta có được bảng sau:

Nồi I
Nồi II

x C ,%
20.32
30.00

t’ ,0C
115.5
81.9

ρdd , kg/m3
1173.4
1276

ρdm ,kg/m3
958
958

Coi ρdd 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 Ho=1.5 m.
Nồi I:
Hop1 = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho=[0.26+0.0014(1173.4-958)]*1.5=0.84234 ,m
Áp suất trung bình:

Ptb1= P’1+∆P1=1.76+0,5.0,5.1173.4.10-4.0.84234=1.785 at
Tra sổ tay tại Ptb1=1.785 (at) ta có t”1=116.03 0C.
Suy ra : ∆”1=(t”1+∆’1) – (t’1+∆’1)= 116.03– 115.5 =0.53 0C
Nồi II:
Hop2 = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho=[0.26+0.0014(1276-958)]*1.5=1.0578 ,m

Trang 5


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Áp suất trung bình:

Ptb2= P’2+∆P2=0,52+0,5.0,5.1276.10-4.1,0578=0,554 at
Tra sổ tay tại Ptb2 = 0.554 (at) ta có t”2= 83.37 0C.
Suy ra : ∆”2=(t”2+∆’2) – (t’2+∆’2)= 83.37 – 81.9 =1.47 0C
Vật tổn thất nhiệt của hai nồi là:
Σ∆” =∆”1+∆”2 =0.53+1.47 = 2.00 0C
c. Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (∆”’)
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 bò ngưng tụ là 10C. Do đó:
∆”’1=1.50C
∆”’2 =1.0 0C
d. Tổn thất chung trong toàn hệ thống cô đặc:
Σ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’=24.38+2.00+2.5=28.88 0C
3. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:
Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi nồi:
Nồi I: ∆ti1=TI – (T2+Σ∆1) =137.9 – (114.5+9.33+0.53+1.5)=12.04 0C
Nồi II: ∆ti2=T2 – (tng +Σ∆2) =114.5– (80.9+15.05+1.47+1)=16.08 0C
Nhiệt độ sôi thực tế của dung dòch ở mỗi nồi:

Nồi I : ∆ti1=TI –tS1 suy ra tS1=T1 - ∆ti1=137.9 – 12.04 = 125.86 0C
Nồi II : ∆ti2=T2 –tS2 suy ra tS2=T2 - ∆ti2=114.5 – 16.08 = 98.42 0C
4. Cân bằng nhiệt lượng:
a. Tính nhiệt dung riêng của dung dòch ở các nồi:
Nồi I:
Nồng độ đầu dung dòch xD=15%<20% nên ta áp dụng công thức:
CD=4186 (1-xD) =4186 (1- 0.15) =3558.1 ,j/kg.độ
Nồi II:
Coi C1 ≈ C2. Do xC=30%>20% nên áp dụng công thức: C1=C2=4186 – ( 4186 – Cht)xC1
Cht : Nhiệt dung riêng của chất hoà tan ,j/kg.độ
M.Cht =n1.c1+ n2.c2+ n3.c3+. . . nn.cn (*)
Tra sổ tay tập I ta có:
MNaOH =40
n1=n2=n3 =1
c1=cNa = 26 j/kg n.tửû.độ
c2=cO = 16.8 j/kg n.tửû.độ
c3=cH = 9.6 j/kg n.tửû.độ
26 + 16.8 + 9.6 3
.10 = 1310 j/kg.độ
Thay vào (*) ta có: Cht=
40
Nhiệt dung riêng dung dòch ra khỏi nồi II là:
Trang 6


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
C2=C1 =4186 – ( 4186 – Cht )xC2 =4186 – (4186 – 1310)0.3
=3323.2 j/kg.độ
b. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL):

Nồi I:
D.i+GD.CD.tD=W1.i1+(GD – W1)C1.t1+D.Cng1. θ1+Qxq1
Nồi II:
W1.i1+(GD –W1)C1.t1=W2.i2+(GD – W)C2.t2+W1.Cng2.θ2+Qxq2
Trong đó:
D: lượng hơi đốt dùng co hệ thống ,kg/h
i,i1,i2: hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ nồi I và nồi II ,j/kg
tD, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, rakhỏi nồi I và nồi II của dung dòch , 0C
CD, C1, C2:nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung dòch ,
j/kg.độ
θ1, θ2:nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I và nồi II ,0C
Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi I và nồi II ,j/kg.độ.
Qxq1,Qxq2 :nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh , J
GD : lượng dung dòch lúc ban đầu ,kg/h
Chọn hơi đốt , hơi thứ là hơi bão hoà, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ, khi đó ta
có:
i- Cng1. θ1=r (θ1) và
i1- Cng2. θ2=r(θ2)
tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây:
đầu vào
Dung dòch NaOH :
+ tD=125.33 0C
+ CD= 3558.1 j/kg.độ
+ GD=1159 kg/h
Hơi đốt:
+ θ1=137.9 0C
+ i= 2737000 j/kg
+ Cng1=4290 j/kg.độ

Đầu ra nồi I

Dung dòch NaOH :
+ t1=125.86 0C
+ C1= 3323.2 j/kg.độ
Hơi thứ :
+θ2 =114.5 0C
+ i1 =2706000 j/kg
+Cng2 = 4290 j/kg.độ
+ W1=303.5 kg/h

Đầu ra nồi II
Dung dòch NaOH:
+ t2=98.42 0C
+ C2= 3323.2 j/kg.độ
+ G2=579.5 kg/h
Hơi thứ :
+ t’2=81.9 0C
+ i2=2643740 j/kg
+ W2=276 kg/h

Cho : Qxp1=0.05.D.(i – Cng1. θ1) =0.05.D.r(θ1).
Qxp1=0.05.W.(i1 – Cng2. θ2) =0.05.W1.r(θ2).
Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi I là :
W .i 2 + (G D − W ).C 2 .t 2 − G D .C1 .t1
W1 =
=
0.95.r (θ 1 ) + i2 − C1 .t1
579.5 * 2643740 + 579.5 * 3323.2 * 98.42 − 1159 * 3323.2 *125.86
= 289.9 kg/h
=
0.95 * 2156000 + 2643740 − 3323.2 * 125.86

Trang 7


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi II là:
W2=W-W1=579.5 – 289.9 = 289.6 kg/h
Lượng hơi đốt tiêu đốt chung là:
W1 .i1 + (G D − W1 ).C1 .t1 − G D .C D .t D
=
D’=
0.95(i1 − C ng1 .θ 1 )
289.9 * 2706000 + (1159 − 289.9) * 3323.2 * 125.86 − 1159 * 3558.1 * 125.33
=
0.95 * (2700600 − 4290 * 137.9)
=314.6 kg/h
c. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi:
303.5 − 289.9
100% = 4.5% < 5%
C%(I) =
303.5
Đáp ứng
289.6 − 276
yêu cầu
100% = 4.7% < 5%
C%(II) =
289.6
Vậy :
Lượng hơi thứ nồi I là : WI = 289.9 kg/h

Lượng hơi thứ nồi II là : WII = 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 :
Q1= D.r(θ1) =314.6*2156=678277.6 kj/h =188.41 kW
- Nồi II:
Q2=W1.r(θ2) = 289.9*2221.5=644012.85 kj/h = 178.89 kW
2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi :
tm1
T
q2
Công thức tổng quát:
qtb
tT1
tT2
K=
W/m2.độ
∆t i
q1
q

tm2

t2

Công thức tính tổng nhiệt trở :

δ
+ Σrcáu2

λ
Chọn : Σrcáu1 =Σrcáu2 =1/5000 m2.h.độ / Kcal=1/4300 m2 .độ /W
δ = 2 mm
Ống làm bằng thép không rỉ mã hiệu 40XH: λ = 44 W/m.độ

rΣ = 5.106*10-04 m2.độ /W
rΣ =Σrcáu1 +

Trang 8


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Nhiệt tải riêng trung bình:
q + q2
- Nồi I : qtb1= 1
2
Trong đó :
+ q1 : nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bò. Ta có công thức tính q 1:
q1=α1.∆t1 (1)
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo
công thức của Nusselt:
r
α1=1.13.A.(
).025 Kcal/ m2.h.độ (*)
H .∆t1
Chọn : tT1 = 137.56 0C.
Khi đó :
∆t1= T – tT1 = 137.9 – 137.54 = 0.36 0C
TW = 0.5(T+tT1) =137.72 0C

r = r(θ1)=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
trò số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của
nước.
Thay các giá trò vào công thức (*) ta có:
514.95 0.25
α1=1.13*2362.05*(
) = 14832.17 Kcal/m2.h.độ.
1.5 * 0.36
Thay α1 vào công thức (1) ta có:
q1 = 14832.17* 0.36 =5339.58 Kcal/m2.h = 6199.85 W/m2
+ q2 : nhiệt tải phía dung dòch sôi. Ta có công thức tính q2:
q2=α2.∆t2 (2)
Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bò đến dung dòch α2 được tính bởi công thức:
α2 = 1.6 .ϕ. p0.4.q2 0.7 kcal/m2.h.độ (**)
Trong đó :
∆T = q1.rΣ= 6199.85*5.106.10-4=3.16 0C
ϕ = 0.76
thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH.
p = 1.76 at
áp suất hơi trên bề mặt thoáng của dung dòch sôi
Thay vào (**) ta có :
α2= 1.6*0.76*(1.76)0.4.(5339.58) 0.7=620 Kcal/m2.h.độ= 719.89 W/m2.độ
Thay vào (2)ta có :
q2 = 719.89*(137.54 –3.16 – 125.86) =6133.46 W/m2
+ kiểm tra lại giả thiết ∆t1:
q1 − q 2

6199.85 − 6133.46
* 100% =
100% = 1.07% ≤ 5% thoả mãn điều kiện sai số.
có
q1
6199.85

Trang 9


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
vậy nhiệt tải trung bình nồi I là:
q + q 2 6199.85 + 6133.46
qtb1= 1
=
=6166.65 W/m2.
2
2
q + q2
- Nồi II : qtb2= 1
2
Trong đó :
+ q1 : nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bò. Ta có công thức tính q 1:
q1=α1.∆t1 (3)
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo
công thức của Nusselt:
r
α1=1.13.A.(
).025 Kcal/ m2.h.độ (*)

H .∆t1
Chọn : tT1 = 114.18 0C.
Khi đó :
∆t1= T - tT1= 114.5 – 114.18 = 0.32 0C
TW = 0.5(T+tT1) =114.34 0C
r = r(θ1)=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
trò số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của
nước.
Thay các giá trò vào công thức (*) ta có:
530.60 0.25
α1=1.13*2268.87(
) = 14783.24 Kcal/m2.h.độ.
1.5 * 0.32
Thay α1 vào công thức (3) ta có:
q1 = 14783.24* 0.32 =4730.64 Kcal/m2.h =5492.79W/m2
+ q2 : nhiệt tải phía dung dòch sôi. Ta có công thức tính q2:
q2=α2.∆t2 (4)
Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bò đến dung dòch α2 được tính bởi công thức:
α2 = 1.6 .ϕ. p0.4.q2 0.7 kcal/m2.h.độ (**)
Trong đó :
∆T = q1.rΣ=5492.79*5.106.10-4=2.8 0C
ϕ = 0.76
thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH.
p = 0.52 at
áp suất hơi trên bề mặt thoáng của dung dòch sôi
Thay vào (**) ta có :
α2= 1.6*0.76*(0.52)0.4.(4730.64) 0.7=349.77 Kcal/m2.h.độ= 406.12 W/m2.độ

Thay vào (4)ta có :
q2 = 406.12.(114.2 – 2.8 – 98.42) =5271.44 W/m2
+ kiểm tra lại giả thiết ∆t1:

Trang 10


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
có

q1 − q 2
5492.79 − 5271.44
* 100% =
100% = 4.03% ≤ 5% thoả mãn điều kiện sai số.
q2
5492.79

vậy nhiệt tải trung bình nồi I là:
q + q 2 5492.79 + 5271.44
qtb1= 1
=
=5382.1 W/m2.
2
2
a. Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi:
- Nồi I :
qtb1 6166.65
=
K1=

=512.18 W/m2.độ
∆t iI
12.04
- Nồi II :
K2=

qtb 2 5382.1
=
=334.71 W/m2.độ
∆t iII
16.08

3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi:
- Công thức chung:
Q ∑ ∆t i
∆t ' im = m .
Q
Km
∑ Ki
i
trong đó :

0

C

Σ∆ti = ∆tiI+∆tiII = 12.04+16.08=28.12 0C.
Qi 188410 178890
+
= 367.86 + 534.46 = 902.32

Σ
=
K i 512.18 334.71

- Tính cho nồi I:
∆t ' iI =

QI ∑ ∆t i
28.12
.
= 367.86 *
= 11.46
Qi
KI
902.32
∑K
i

0

QII ∑ ∆t i
28.12
.
= 534.46 *
= 16.66
Qi
K II
902.32
∑K
i

0

C

- Tính cho nồi II:

∆t 'iII =

4. Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích :
- Nồi I :
∆t iI − ∆t 'iI
12.04 − 11.46
*100% =
100% = 4.8% < 5%
∆t iI
12.04
- Nồi II :

Trang 11

C

Thoả mãn
điều kiện


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
∆t ' iII −∆t iII

16.66 − 16.08
100% =
100% = 3.5% < 5%
∆t 'iII
16.66

5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
- Nồi I:
Q1
188410
= 32.1 m2
F! =
=
K 1 .∆t 'i1 512.18 * 11.46
- Nồi II:
Q2
178890
= 32.08 m2
F2 =
=
K 2 .∆t 'i 2 334.71 * 16.66
Chọn : F1=F2 = 40 m2.

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 (ωhmax) của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 – 80% vận tốc lắng(ω0).
4.g .( ρ l − ρ h ).d

ω0=
m/s
3.ξ .ρ h
ρl,ρh : khối lượng riêng của giọt lỏng và hơi thứ (kg/m3).
d : đường kính giọt lỏng, chọn d =0.0003 m
Trang 12


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
ξ : hệ số trở lực
0.2< Re < 500 → ξ=
500< Re <150000
ϖ h .d .ρ h
với : Re=
µh

18.5
Re 0.6
→ ξ =0.44

chọn đường kính buồng bốc : Db =1400 mm
π .Db 2 3.14 * 1.4 2
diện tích buồng bốc: Fb=
=
=1.54 m2.
4
4
Wl
289.6

=
= 0.25 m3/s
Lưu lượng thể tích :Vb=
ρ h 0.3158 * 3600
Vh 0.25
=
= 0.165 m/s
Vận tốc hơi : ωh=
Fb 1.54
ϖ h .d .ρ h 0.165 * 0.0003 * 0.3158
= 1.216
Chuẩn số Reynolds: Re=
=
µh
1.29 *10 −5
18.5
18.5
= 16.45
Vì 0.2Re
1.216 0.6
Vận tốc lắng :
4.g .( ρ l − ρ h ).d
4 * 9.81 * (1276 − 0.3158) * 0.0003
= 0.96 m/s
ω0=
=
3.ξ .ρ h
3 *16.45 * 0.3158
thấy : ωh = 0.09 m/s < ω0=0.96 m/s ( thoả điều kiện )

chọn U’t= 1600m3/m3.h
: cường độ bốc hơi thể tích. Do dung dòch sôi tạo bọt nên cường
độ bốc hơi thể tích giảm còn : Ut=U’t/1.5 = 1066.7 m3/m3.h
Thay vào công thức tính Vb có:
W
289.6
= 0.86 m3
Vb=
=
ρ h .U t
0.3158 * 1066.7
Vậy chiều cao buồng bốc là:
Hb=

4.Vb

=

4 * 0.86
= 0.56 m
3.14 * 1.4 2

π .Db
Do trong thiết bò có hiện tượng dung dòch sôi tràn cả lên phần buồng bốc do đó đòi hỏi
thiết bò phải cao hơn so với tính toán .
Vậy đó chọn Hb=1500 m (QTTB T5 trang 182 ).
2. Kích thước buồng đốt:
a. Xác đònh số ống truyền nhiệt :
F
Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức : n=

π .d .l
2
F= 40 m
: bề mặt truyền nhiệt
l = 1.5m
: chiều dài của ống truyền nhiệt
2

Trang 13


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
d

: đường kính ống truyền nhiệt
chọn loại ống có đường kính : 38 x 2 mm
do α1> α2 nên lấy d = dt = 34 mm.
Vậy số ống truyền nhiệt là :
F
40
= 250 ống.
n=
=
π .d .l 3.14 * 0.034 * 1.5
Chọn số ống n= 271 ống ( STQTTB T2 trang 46 )
b. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm :
4. f t
Dth =
π

π .d 2 .n
3.14 * 0.034 2 * 271
Chọn ft = 0.3 FD =0.3
=0.3
=0.0738 m2.
4
4
4. f t
4 * 0.0738
Dth =
Vậy :
=
=0.307 m
π
3.14
Chọn Dth=0.325 m = 325 mm (QTTB T5 trang 180 )
c. Đường kính buồng đốt :
Đối với thiết bò cô đặc tuần hoàn 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 :
Dt= (d th + 2 β .d n ) 2 +

0.4.β 2 . sin 60 0.F .d n
ψ .l

m

Trong đó :
t
β=
= 1.4 : Hệ số, thường β = 1.3 –1.5.

dn
t =1.4*dn
dn =0.038 m
ψ = 0.8

: Bước ống , m ( thường t = 1.2 – 1.5dn)
: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt , m
: Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψ = 0.7 – 0.9

l =1.5 m
dth = 0.325
F = 40 m2
Thay vào ta có :

: Chiều dài của ống truyền nhiệt m
: Đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm.
: Diện tích bề mặt truyền nhiệt , m2

0.4 * 1.4 2 * sin 60 0. * 40 * 0.038
= 1.057
0.8 * 1.5
Chọn Dt = 1200 mm (QTTB T5 trang 182 )
Kiểm tra diện tích truyền nhiệt:
Dth ≤ t( b-1 )
D
0.325
+ 1 = 7.1
 b ≥ th + 1 =
t
1.4 * 0.038

Chọn b= 9 ống ( STQTTB T2 trang 46 )
Dt= (0.325 + 2 * 1.4 * 0.038) 2 +

Trang 14

m


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Vậy số ống truyền nhiệt đã bò thay thế bởi ống tuần hoàn 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 m2 > 32.05 m2 ( 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:
4.G
d=
m
π .v.ρ
Trong đó :
G : lưu lượng lưu chất
kg/s
v : vận tốc lưu chất
m/s
ρ : khối lượng riêng của lưu chất kg/m3
1. Ống nhập liệu nồi I :
G= 1159 kg/h = 0.322 kg/s
Chọn v= 0.4m/s

ρ = 1159 kg/m3.
4.G
4 * 0.322
d=
=
=0.0297 m
π .v.ρ
3.14 * 0.4 *1159
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/m3.
4.G
4 * 0.2414
=
=0.0366 m
π .v.ρ
3.14 * 0.2 *1159
Chọn : d = 0.042m
3. Ống tháo liệu nồi II:
G1= 579.5 kg/h = 0.161 kg/s
Chọn v= 0.1m/s
ρ = 1276 kg/m3.
4.G
4 * 0.161
d=
=
=0.04 m
π .v.ρ

3.14 * 0.1 *1276
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/m3.
d=

Trang 15


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
4.G
4 * 0.0874
=
=0.0546 m
π .v.ρ
3.14 * 20 *1.869
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/m3.
4.G
4 * 0.0806
d=
=
=0.0733 m
π .v.ρ

3.14 * 20 * 0.9558
Chọn : d = 0.146m
6. Ống dẫn hơi thứ nồi II:
G= 289.6 kg/h = 0. 0804kg/s
Chọn v= 20m/s
ρ = 0.3158 kg/m3.
4.G
4 * 0.0804
d=
=
=0.1273 m
π .v.ρ
3.14 * 20 * 0.3158
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/m3.
d=

4.G
4 * 0.0847
=
=0.016 m
π .v.ρ
3.14 * 0.4 *1000
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/m3.
4.G
4 * 0.0806
d=
=
=0.016 m
π .v.ρ
3.14 * 0.4 *1000
Chọn : d = 0.042m
d=

VIII. TÍNH CƠ KHÍ:

Trang 16


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Để thuận tiện trong quá trình tính toán 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 bò, đáy và nắp.
Tra sổ tay tập 2 có các thông số :
σk=380.106 N/m2
σch=240.106 N/m2
Hệ số an toàn :
nk=2.6
nc=1.5
Hệ số hiệu chỉnh:
η=1.0
Ứng suất cho phép theo giới hạn bền :
σk

380.10 6
* 1.0 =146*106 N/m2
[σk] = η =
nk
2.6
Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy:
σc
240.10 6
*1.0 =160*106 N/m2
[σc] = η =
nc
1.5
Vậy ứng suất cho phép : [σ]=146*106 N/m2.
a. tính thân buồng đốt:
Công thức tính chiều dày thân buồng đốt :
Dt . p
+C m
S=
2.[σ ].ϕ − p
ta có các thông số của nồi I như sau :
Dt : đường kính trong của thiết bò. Dt=1200 mm
ϕ : hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc.
l−d
Trên thành thiết bò có lỗ d=0.146 m. do đó ϕ =
= 0.903
l

C : số bổ xung do ăn mòn , bào mòn và dung sai âm ,m
C=C1+C2+C3
C1=1 mm

: hệ số bổ xung nhiệt do ăn mòn
C2=0 mm
: hệ số bổ xung do bào mòn
C3=0.6 mm : dung sai âm theo chiều dày.

C=1+0+0.6 =1.6 mm =1.6*10-3 m
p : áp suất trong thiết bò ,N/m2. p =3.5 at =343350 N/m2.
Thay vào công thức có :
Dt . p
1.2 * 343350
+C=
+ 1.6 * 10 −3 =3.16 mm
S=
2.[σ ].ϕ − p
2 * 146 * 10 6 * 0.903 − 343350
Chọn S=6 mm.
S − C1 6 − 1
=
= 0.0042 < 0.1
Kiểm tra :
Dt
1200
Áp suất cho phép bên trong thiết bò :
Trang 17


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
2 * [σ ] * ϕ * ( S − C1 ) 2 * 146 *10 6 * 0.907 * (0.006 − 0.001)
=

= 1.099 *10 6 N/m2
[p] =
Dt + ( S − C1 )
1.2 + (0.006 − 0.001)
Ta có : p = 0.343 *106 N/m2 < [p] = 1.099 *106 N/m2 ( 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*106 N/m2 < [p] = 1.099*106 N/m2.
Vậy chọn bề dày thân buồng bốc là : S=6 mm.
* Nồi II :
Do thiết bò làm việc ở áp suất chân không nên chòu tác động của áp suất ngoài. Vì vậy bề dày
tối thiểu của thân được tính theo công thức:
0.4

p l 
S’ = 1.18.Dt.  nt . 
 E Dt 
Áp suất làm việc trong buồng bốc : po = 0.52 at=0.051*106 N/m2.
Tính chiều cao dung dòch trong buồng bốc :
Thể tích của các ống truyền nhiệt và cả ống tuần hoàn trung tâm là :
V1=0.25..H0 (dn2.n+Dth2) =0.25*3.14*1.5*(210*0.0342+0.3252)=0.41 m3.
Thể tích của phần đáy :
Chọn đáy nón có gờ ( Dt=1200 mm, h=40mm, 2α =900)
V2 =0.348 m3 ( STQTTB T2 trang 386 )
Thể tích dung dòch trong nồi :
Vận tốc dung dòch cung cấp vào nồi : v = 0.4 m/s

Vận tốc dung dòch trong ống tuần hoàn trung tâm :
2



4

0.4 * 
3600 * 3.14 * 0.4 
v’= v.d 2
m/s

=
=
0
.
00335
2
0.325 2
Dth
Thời gian lưu của dung dòch trong thiết bò :
0.348
1,5 +
l
+
l
'
τ=
0.25 * 3.14 * 0.325 2 = 1700.8 (s)
=

v'
0.00335
 thể tích dung dòch trong thiết bò :
1
V = 2.v. τ =2*
*1700.8=0.945 m3 ( do dung dòch trong thiết bò sôi bọt nên
3600
ρs=0.5ρdd → thể tích dung dòch phải tăng hai lần )
Thể tích phần buồng bốc bò chiếm chỗ :

Trang 18


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
V3 = V – V1 – V2 = 0.945 – 0.41 – 0.348 =0.187 m3.
Chiều cao dung dòch trong buồng bốc :
V3
0.187
=
= 0.122
2
3.14 * 0.25 * 1.4 2
H= Db
m
π.
4
Chọn H= 0.2 m.
Khối lượng riêng của dung dòch : ρ =1276 kg/m3.
Áp suất tính toán trong buồng bốc:

p=po+ ρ.g.H = 0.051*106+ 1276*9.81*0.2 =0.0535*106 N/m2.
Áp suất ngoài: pn=pkt – p =0.1*106 – 0.0535*106=0.0465*106 N/m2
Môđun đàn hồi của vật liệu :0.2*1012 N/m2
Chiều dài tính toán của thân: l=1,5 m.
Đường kính thân : Dt=1.4 m.
0.4

 0.0465 *10 6 1.5 
 =3.8 mm
 S’ = 1.18*1.4* 
12
1.4 
 0.2 *10
Chọn : C=ΣCi =1.6 mm
Bề dày thực của thân: S=S’+ C =3.8+1.6 = 5.4 mm
Chọn S = 6 mm.
Kiểm tra :
l
1.5
=
= 1.07
Ta có:
Dt 1.4

1.5.

2 * (S − C a )
2 * (0.006 − 0.001)
= 1.5 *
=0.127

Dt
1.4

Dt
=
2 * (S − C a )

1.4
= 11.832
2 * (0.006 − 0.001)
3

3

E t  2 * (S − Ca ) 
0.2 * 1012
 2 * 0.005 
0.3* t . 
=
0
.
3
*
* 
= 0.151

6
Dt
σ c 
240 * 10

 1.4 

Thoả điều kiện:
l
= 1.07 <11.832
0.127<
Dt
l
= 1.07 > 0.151
Dt
Áp suất ngoài cho phép :
D
[pn]=0.649.E . t
l
t

 S − Ca
.
 Dt

2

2

 S − Ca
1.4  0.005  0.005
 .
= 0.649 * 0.2 * 1012 *
*
 .

Dt
1.5  1.4 
1.4


Trang 19


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
=0.92*106N/m2
Ta có: pn = 0.0465*106 N/m2 < [pn] = 0.92*106 N/m2 ( thoả mãn )
Vậy chọn bề dày thân buồng bốc là : S =6 mm.
c. tính nắp:
Chọn nắp elip có gờ với Dt =1400 mm.
ht
= 0 .25 ⇒ ht=350 mm ( chiều sâu của elip đo theo mặt trong )
Ta có :
Dt
Chiều cao gờ : h= 25 mm
2

Dt
1.4 2
=
= 1.4 m
Bán kính cong bên trong ở đỉnh Rt=
4.ht 4 * 0.35
Nếu lỗ có lắp d= dhơi đốt =0,146 m.
d

0.146
=1−
= 0.9
=> Z=1Dt
1.4
* Nồi I:
Thiết bò làm việc ở áp suất trong p =1,76 at =0.172 *10 6 N/m2.
Hệ số bền mối hàn : ϕ= 0.95
Bề dày tối thiểu của lắp :
p.Rt
0.172 * 10 6 * 1.4
=
= 0.97 mm
S’=
2.[ο ].ϕ .Z − p 2 * 146 * 10 6 * 0.95 * 0.9 − 0.172 * 10 6
Chọn ΣC=5.03 mm
Bề dày thực cảu nắp thiết bò : S=6 mm.
Kiểm tra :
S − C a 0.006 − 0.001
=
= 0.0036 < 0.125
Dt
1.4
Áp suất trong cho phép :
2.[σ ].ϕ .Z .( S − C a ) 2 * 146 * 10 6 * 0.95 * 0.9 * 0.005
=
= 0.895 * 10 6 N/m2
[p]=
Rt + ( S − C a )
1.4 + 0.005

Ta có : p=0.172*106 N/m2 < [p] = 0.8958106 N/m2. (thoả mãn).
Vậy chọn bề dày nắp thiết bò là : S= 6 mm.
* Nồi II :
Thiết bò làm việc ở áp suất ngoài, áp suất trong buồng bốc là p=0.52 at .
p suất ngoài pn=0.1*106-0.051*106 =0.049*106 N/m2.
Chọn nắp có bề dày S= 6 mm.
Kiểm tra ứng suất cho phép:
2
[ Dt + 2.ht ( S − C )]. p n [1.4 2 + 2 * 0.35 * (0.006 − 0.001)] * 0.049 * 10 6
=
= 11.9 * 10 6 N/m2
σ=
7.6.k1 .ϕ .ht ( S − C )
7.6 * 0.64 * 0.95 * 0.35 * (0.006 − 0.001)
thấy σ=11.9*106 N/m2 <

σ c 160 * 10 6
=
= 133 * 10 6 N/m2
1.2
1.2
Trang 20

( thoả mãn ).


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Vậy bề dày của nắp là : S= 6 mm.
d. tính đáy:

Chọn đáy là hình nón gờ, góc đáy là 2α =900.
Đường kính đáy : Dt= 1200 mm
 H= 675 mm
h = 40 mm
Rt= 180 mm.
Chiều cao cột chất lỏng : H’ = H+h+ H1+H2.
Trong đó :
H1 : chiều cao cột chất lỏng trong buồng đốt, H1= 1,5 m
H2 : chiều cao cột chất lỏng trong buồng bốc, H2 = 0.2 m
 H= 675+40+1500+200=2415 mm =2.415 m
Nồi I :
Áp suất trong buồng đốt: p0= 3.5 at = 0.343*106 N/m2.
Áp suất tính toán :
p= p0 +ρ.g.H’ =( 0.343+1159*9.81*10-6*2.415)*106=0.37*106 N/m2.
Hệ số bền mối hàn: ϕ =0.95
Bề dày tối thiểu của đáy :
Dt . p
1.2 * 0.37 * 10 6
=
S’ =
=2.3 mm
2. cos α .([σ ].ϕ − p ) 2 * cos 45 * (146 * 10 6 * 0.95 − 0.37 * 10 6 )
Chọn ΣC= 3.7 mm.
Bề dày thực của đáy : S =S’+ ΣC = 2.3+3.7 = 6 mm.
S'
2.3
0.25
=
= 0.0019 <
= 0.354

Kiểm tra :
Dt 1200
cos 45
Áp suất cho phép tính toán:
2. cos α .[σ ].ϕ .( S − C a ) 2 * 0.707 * 146 * 10 6 * 0.95 * 0.005
=
= 0.81 * 10 6 N/m2
[p] =
Dt + 2. cos α .( S − C a )
1.2 + 2 * 0.707 * 0.005
ta có : p=0.37*106 N/m2< [p] =0.81*106 N/m2 ( thoả mãn )
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 toán
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:
Dt
1400

D
1540

Db
1490

Di
1460

Trang 21

h
30

db
M20


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
+ bích nối buồng đốt với đáy :
Chọn bích liền bằng thép kiểu I, các thông số cho trong bảng sau:
Dt
1200

D
1350

Db
1300

Di
1260

h
30

db

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: Q1=0.25..Dt2.p+Dtb.b0.m.p (*)
Với :
Dt=1400 mm
P=0.172 N/mm2
Đường kính trung bình của đệm : Dtb= Dt + 2(0.5b+2.5 )
Chọn chiều dày thực đệm b= 10 mm , ta có : Dtb=1400+2(0.5*10+2.5)=1415 mm
Chiều rộng tính toán của đệm : b0=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/mm2.

Thay vào (*) :
Q1=0.25*3.14*(1400)2*0.172+3.14*1415*8*2*0.172=0.277*106 N.
Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu :
Q2=.Dtb.b0.q0 = 3.14*1415*8*10=0.356*106 N.
Chọn khoảng cách tương đối giữa tâm các bulông là x =195 mm
π .Db 3.14 *1490
=
= 24 con
Vậy số bulông là : z=
x
195
Q
Lực tác dụng lên một bulông : qb=
z
Với: Q= max ( Q1,Q2) =Q2= 0.356*106 N
Q 0.356 * 10 6

= 14833.33 N
 qb= =
z
24
Ứng suất tác dụng lên bulông :
qb
14833.33
=
=
σ= π 2 0.25 * 3.14 * 20 2 47.22 N/mm2.
.d b
4
Chọn vật liệu làm bulông là thép CT.3 có [σ]100=86 N/mm2.
 σ =47.22 N/mm2< [σ]100=86 N/mm2 ( thoả mãn )
+ tính bulông nối đáy và buồng đốt:
Lực nén trục sinh ra do xiết bulông: Q1=0.25..Dt2.p+Dtb.b0.m.p (*)
Với :
Dt=1200 mm
p=0.343 N/mm2
Trang 22


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
thay vào (*) có:
Q1=0.25*3.14*(1200)2*0.343+3.14*1215*8*2*0.343=0.409*106 N.
Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu :
Q2=.Dtb.b0.q0 = 3.14*1215*8*10=0.305*106 N.
Chọn khoảng cách tương đối giữa tâm các bulông là x =170 mm
π .Db 3.14 * 1300

=
= 24 con
Số bulông là : z=
x
170
Q
Lực tác dụng lên một bulông : qb=
z
Với: Q= max ( Q1,Q2) =Q1= 0.409*106 N
Q 0.409 * 10 6
= 17041.67 N
 qb= =
z
24
Ứng suất tác dụng lên bulông :
qb
17041.67
=
=
σ= π 2 0.25 * 3.14 * 24 2 37.67 N/mm2< [σ]100 =86 N/mm2
.d b
4
f. tính vỉ ống:
Lấy vỉ ống làm bích
Chọn bề dày vỉ d =30 mm
Ta có đường kíng ngoài của ống truyền nhiệt : dn=38 mm
t. 3 1,4 * 38 * 3
l=
=
=46.07 mm

2
2
* Nồi I:
p=p1-p1’=0.343-0.172= 0.171 N/mm2.
Có :
p
0.171
σ=
=
= 0.174
dn h
38
30
N/mm2 <[σ] =146 N/mm2. ( thoả )
3.6 * (1 − 0.7 *
)
3.6(1 − 0.7 )
46.07 46.07
l l
* Nồi II :
p= p1+(pkq –p2’) =0.166+(0.1-0.051)=0.215 N/mm2
Có :
p
0.215
σ=
=
= 0.217
dn h
38
30

N/mm2 <[σ] =146 N/mm2. ( thoả )
3.6 * (1 − 0.7 *
)
3.6(1 − 0.7 )
46.07 46.07
l l
g. tính tai treo:
Khối lượng tổng cộng : M=MTB+Mdd
• Tính MTB :
+ Nắp Elipse có h=25 mm → m1=106 kg
+ Đáy hình nón α = 450 → m2 =77 kg

Trang 23


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB

π
3.14
2
2
.H .( Dn − Dt ) =
* 1.5 * (1.412 2 − 1.4 2 ) = 0.0398 m3.
4
4
→ m3=7850*0.0398=312.07 kg
π
3.14
2

2
* 1.5 * (1.212 2 − 1.2 2 ) = 0.0341 m3.
+ Buồng đốt : V = .H .( Dn − Dt ) =
4
4
→ m4=7850*0.0341=267.68 kg
π
π .n
2
2
2
2
.H .(d n − d t ) =
+ Ống đốt : V = .H .( Dthn − Dtht ) +
4
4
3.14
3.14 * 210
* 1.5 * (0.3312 − 0.325 2 ) +
* 1.5 * (0.038 2 − 0.034 2 ) = 0.0759
=
4
4
m3
→ m5= 7850*1.01*0.0759=601.77 kg
+ Vỉ ống :V =0.25*3.14*0.03*[1.352 – 210*0.0382-0.3312] =0.033 m3.
→ m6=2*7850*1.01*0.033=526.69 kg
+ Bích :
π
3.14

2
2
* 0.03 * (1.54 2 − 1.49 2 ) = 0.00357 m3.
nắp và buồng bốc : V = .H .( Dn − Dt ) =
4
4
→ m7=7850*0.00357*2=56.05 kg
π
3.14
2
2
* 0.3 * (1.35 2 − 1.3 2 ) = 0.0312 m3.
Buồng đốt và buồng bốc : V = .H .( Dn − Dt ) =
4
4
→ m8=7850*0.0312*2=49.02 kg
khối lượng bích : m =m7+m8=56.05+49.02=105.07 kg.
→ MTB =m+m1+ m1 +m2 +m3 +m4 +m5 +m6 =
= 105.07+106+77+312.07+267.68+601.77+526.69 =1996.28 kg
• Tính Mdd:
Thể tích dung dòch trong thiết bò ( tính ở phần trên ) : V=0.945 m 3
Khối lượng dung dòch trong thiết bò là : Mdd = V.ρs=0.945*0.5*1276=602.91 kg.
Vậy khối lượng tổng cộng :
M=MTB+ Mdd=1996.28+602.91 =2599.19 kg.
Chọn 4 tai treo. Trọng tải đỡ cho mỗi tai treo sẽ là :
9.81 * 2599.19
= 6374.5 N
G=
4
Dự phòng chọn : G=1.0*104N

Tra sổ tay QTTB T2 trang 426 có :
+ Buồng bốc V =

F.104(m2) L(mm) B(mm) B1(mm) H(mm) S(mm) l(mm) a(mm) d(mm) m(kg
)
89.5
110
85
90
170
8
45
15
23
2.0

Trang 24


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB

B.TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
1. Tính thiết bò ngưng tụ baromet:
a. Lượng nước lạnh tưới vào thiết bò ngưng tụ :
W2 .(i − C n .t 2 c )
Gn=
kg/s
C n .(t 2 c − t 2 d )
W2

: lượng hơi đi vào thiết bò ngưng tụ , W2=289.6 kg/h =0.0804 kg/s
i
: hàm nhiệt của hơi ngưng , i =2643.74 kj/kg
t2C,t2D : nhiệt độ đầu ,cuối của nước làm nguội, lấy t2D=300C.
t2C=tng – 10 =80.9 – 10 =70.9 0C
tng
: nhiệt độ hơi bão hoà ngưng tụ
Cn
: nhiệt dung riêng trung bình của nước, tra theo nhiệt độ trung bình.
t +t
30 + 70.9
= 50.45 0C
tng= 2c 2 D =
2
2
 Cn = 4,18 kj/kg.độ
W2 (i − C n .t 2 c ) 0.0804 * (2643.74 − 4.18 * 70.9)
=
= 1.1 kg/s
 Gn=
C n (t 2 c − t 2 D )
4.18 * (70.9 − 30)
b. Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bò :
Lượng khí cần hút ra khỏi thiết bò ngưng tụ baromet :
Gkk=25.10-6.(Gn+W2)+10-2.W2
= 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 bò :
288.Gkk (273 + t kk )
Vkk=

p ng − p h
Với tkk =t2D+4+0.1 (t2C – t2D)
=30+4+0.1*(70.9-30)=38.09 0C
png=0.5 at =49050 N/m2 : áp suất làm việc của thiết bò ngưng tụ
ph =0.0576 at =5652 N/m2 : áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ t kk.
Trang 25