Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaCl, 1 nồi liên tục

ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
I. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN:
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dòch NaCl, 1 nồi, liên tục.
Yêu cầu thiết kế:
- Năng suất sản phẩm: 3000 kg/h.
- Nồng độ nhập liệu:
10%kl
- Nồng độ sản phẩm:
20%kl
- p suất hơi đốt:
3 at
- p suất ngưng tụ:
0.3 at
II. CHỌN LỰA CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ:
2.1. Sơ lược về nguyên liệu:
Dung dòch NaCl không màu, có vò mặn.
Tinh thể NaCl dễ tan trong nước, độ tan ít thay đổi theo nhiệt độ.
Ở 100 0C dung dòch bão hòa là 28.15%, ở 20 0C là 26.4%
Nhiệt độ sôi của dung dòch muối ăn là 109 0C
Dung dòch NaCl được dùng để sản xuất NaOH và các hợp chất có chứa Clo,
ngoài ra NaCl còn được dùng làm chất tải lạnh.
2.2. Phân loại thiết bò công nghệ:
Nhóm 1: Dung dòch được đối lưu tự nhiên hay tuần hoàn tự nhiên. Thiết bò dạng
này dùng để cô đặc các dung dòch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn
tự nhiên của dung dòch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 2: Dung dòch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức. Thiết bò trong

nhóm này dùng cho các dung dòch khá sệt, độ nhớt cao, giảm được sự bám cặn hay
kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 3: Dung dòch chảy thành màng mỏng, màng có thể chảy ngược lên hay
xuôi xuống. Thiết bò dạng này chỉ cho phép dung dòch chảy dạng màng qua bề mặt
truyền nhiệt 1 lần để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành
phần của dung dòch.
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Trang 1


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

Đối với mỗi nhóm thiết bò đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài,
có ống tuần hoàn hay không. Tùy theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung
dòch mà ta có thể sử dụng chế độ cô đặc ở điều kiện chân không, áp suất thường
hay áp suất dư.
2.3. Lựa chọn thiết bò cô đặc:
Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bò cô đặc 1 nồi, làm việc liên tục, áp
suất chân không, có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm.
- Thiết bò cô đặc dạng này có cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa và sửa chữa.
- Cô đặc ở áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi của dung dòch, giảm được
chi phí năng lượng, hạn chế không cho NaCl bò lôi cuốn theo và bám lại trên thành
thiết bò, làm hư thiết bò.
- Tuy nhiên tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp.
III. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:
Nguyên liệu đầu tiên là NaCl có nồng độ 10%, nhiệt độ 250C được bơm từ bồn
chứa vào thiết bò gia nhiệt với suất lượng 6000 kg/h để gia nhiệt lên đến nhiệt độ

sôi là 73.590C.
* Thiết bò gia nhiệt là thiết bò trao đổ 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 vó ống và vó ống được hàn dính vào thân. Hơi nước
bão hòa có áp suất 3 at đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dòch được bơm vào thiết
bò, đi bên trong ống, từ dưới đi lên. Hơi nước bão hòa sẽ ngưng tụ trên các bề mặt
ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dich nâng nhiệt độ của dung dòch lên đến
nhiệt độ sôi.
Dung dòch sau khi được gia nhiệt, sẽ được đưa vào thiết bò cô đặc, gồm có 3 phần
chính.
* Buồng đốt: Bộ phận nhận nhiệt là dàn ống, gồm nhiều ống nhỏ, được bố
trí theo đỉnh hình tam giác đều, các đầu ống được giữ chặt trên vó ống. Trong đó,
hơi đốt sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dòch
chuyển động bên trong ống. Dung dòch đi bên trong ống từ trên xuống và sẽ nhận
nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi, làm hóa hơi một phần dung môi.
Điều kiện cần thiết để quá trình truyền nhiệt xảy ra là phải có sự chênh lệch nhiệt
độ giữa hơi đốt và dung dòch.
Hỗn hợp hơi lỏng đi qua khỏi dàn ống đến buồng bốc.
* Buồng bốc: Là phần không gian rộng lớn để tách hỗn hợp lỏng hơi thành
2 dòng, dòng hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc đến bộ phận phân ly, dung dòch
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Trang 2


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

còn lại sẽ được hoàn lưu trở lại. Nhờ lưc trọng trường, các hạt chất lỏng to sẽ rơi

xuống, tách khỏi dòng hơi thứ và chảy xuống dưới, dòng hơi thứ tiếp tục đi lên.
* Bộ phận phân ly: Trong quá trình bốc hơi dung dòch, dòng hơi thứ được tạo
thành khi tách khỏi bề mặt dung dòch luôn kéo theo 1 lượng nhất đònh các hạt lỏng,
gây tổn thất dung dòch. Do đó, nhiệm vụ của bộ phận phân ly là phải tách các hạt
chất lỏng dung dòch còn lại ra khỏi hơi thứ.
Dung dòch sau khi ra khỏi nồi cô đặc đạt đến nồng độ 20% được bơm vào bốn
chứa. Hơi thứ có áp suất 0.314 at được tách lỏng rồi đi đến thiết bò ngưng tụ.
* Thiết bò ngưng tụ Baromet là thiết bò ngưng tụ kiểu trực tiếp. Chất làm
lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng của thiết bò, dòng hơi thứ được dẫn vào
mâm cuối của thiết bò. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt, nó sẽ ngưng tụ
thành lỏng rơi xuống trở lại, khí không ngưng tiếp tục đi lên trên và được dẫn qua
bình tách. Khi ngưng tụ chuyển từ hơi thành lỏng thì thể tích của hơi sẽ giảm, làm
áp suất giảm, do đó tự bản thân thiết bò áp suất sẽ giảm. Vì vậy thiết bò ngưng tụ
Baromet là thiết bò ổn đònh chân không, nó duy trì áp suất chân không trong hệ hệ
thống.
* Bình tách là một vách ngăn, có nhiệm vụ là tách những giọt lỏng bò lôi
cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa trở về bồn chứa nước ngưng, còn khí
không ngưng sẽ được bơm chân không hút ra ngoài.
* Quá trình tách nước ra khỏi khí không ngưng để tránh trường hợp nước bò
hút vào bơm chân không gây va đập thủy lực. p suất làm việc của thiết bò
Baromet là áp suất chân không, do đó nó phải được lắp đặt ở một độ cao cần thiết
để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần dùng máy bơm
* Bơm chân không có nhiệm vụ là hút khí không ngưng ra ngoài để tránh
trường hợp khí không ngưng tồn tại trong thiết bò ngưng tụ quá nhiều, làm cho áp
suất của thiết bò ngưng tụ tăng lên, có thể làm cho nước chảy ngược lại sang nồi cô
đặc.

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Trang 3

ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG:
Ký hiệu
G
W
D
x
i
rD
c
Qtt
QD
p
∆p
t
∆t
tsdd
tsdm
∆th.i
ϕ
∆'
∆"
∆'''

∑∆
H0
Hop
“c”
“o”
“D”
“đ”
“c”

Đơn vò
kg/g, kg/s
kg/g, kg/s
kg/g, kg/s
%kl
kj/kg
kj/kg
kj/kgđộ
kj/kg
kj/kg
at
at
0
C
0
C
0
C
0
C
0

C
%
0
C
0
C
0
C
0
C
m
m
Ngưng tụ
Hơi thứ
Hơi đốt
Đầu
Cuối

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Ý nghóa
Lưu lượng dung dòch
Lưu lượng hơi thứ
Lưu lượng hơi đốt
Nồng độ khối lượng
Entanpi
Nhiệt hóa hơi của hơi đốt
Nhiệt dung riêng
Nhiệt lượng tổn thất
Nhiệt lượng hơi đốt

p suất
Chênh lệch áp suất
Nhiệt độ
Chênh lệch nhiệt độ
Nhiệt độ sôi dung dòch
Nhiệt độ sôi dung môi
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
Độ ẩm hơi đốt
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ
Tổn thấ t0 do cột thủy tónh
Tổn thất t0 trên đường ống
Tổng tổn thất nhiệt độ
Chiều cao ống truyền nhiệt
Chiều cao chất lỏng theo kính QS

Trang 4


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

1.1. Cân bằng vật chất:
* Phương trình Cân bằng vật chất: (CT 4.1-[4])
Gđ = Gc + W

(1)

* Lượng hơi thứ



W = GC  xC − 1


 xd


(2)

1.2. Tổn thất nhiệt độ:
0
Ở áp suất khí quyển pk dung dòch xđ =10% có nhiệt độ sôi t dd =104.88 C
Ở nhiệt độ đó áp suất hơi nước bão hoà là p2=1.2272 at

* Phương pháp Babo: (CT 5.9-[3])

 p0 
 
p 
 1 t

 pk 

p 
 2 t

=
1

(3)

ss

p1 ⇒ tsdd(p0) (Bảng 57-[4])
mà tsdm(p0) = t0
* Tổng thất nhiệt độ do nồng độ:
∆' = tsdd(p0) – tsdm(p0)

(4)

* Chiều cao thích hợp của mức chất lỏng theo kính quan sát: (CT4.20-[4])

H

op

[

(

= 0.26 + 0.004 ρ − ρ

ρ

hh

=

1
2

dd

dm

)] H

(5)

0

ρ

(6)

dd

* p suất ở lớp trung bình:

p

tb

=

p

0

+∆

p=p
0

0

+ 0.5 g ρ

hh

(CT 4.19-[4])

H

op

(7)

ptb ⇒ tsdm(ptb) (Bảng 57-[4])
* Độ tăng nhiệt độ sôi của dung dòch do cột thủy tónh:
∆" = tsdm(ptb) - tsdm(p0)
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

(8)
Trang 5


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

* Nhiệt độ sôi của dung dòch ở áp suất trung bình:
tsdd(ptb) = ∆" + tsdd(p0) = ∆" + (tsdm(p0) + ∆' )

(9)

* Tổn thất nhiệt độ trên đường dẫn hơi thứ: chọn ∆''' = 1 0C
* Tổng tổn thất nhiệt độ:
∑∆ = ∆' + ∆" + ∆'''
* Chênh lệch nhiệt độ hữu ích:
∆th.i = ∆T - ∑∆ = tD - tC - ∑∆

Thông số

(10)
(CT 4.23-[4])
(11)

Ký
hiệu

Đơn vò

Giá trò

Nồng độ NaCl đầu
Nồng độ NaCl cuối
Năng suất nhập liệu
Năng suất sản phẩm

xđ

xC
Gđ
Gc

Pha lỏng
%kl
%kl
Kg/h
kg/h

10
20
6000
3000

Lương hơi thứ thoát ra
p suất
Nhiệt độ
Entanpi

Hơi thứ
W
Kg/h
p0
at
0
t0
C
iw
Kj/kg

3000
0.314
69.7
2626

Hơi đốt
at
0
C
Kj/kg

3
132.9
2171

p suất
Nhiệt độ
n nhiệt ngưng tụ

pD
tD
rD

Tổn thất nhiệt độ
0
Nhiệt độ sôi dd áp suất p0
tsdd(p0)
C
0

∆'
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ
C
p suất ở lớp trung bình
ptb
at

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

73.59
3.89
0.34

Ghi chú

(2)
Bảng 56-[4]
Trang 161-[1]

(3)
(4)
(7)

Trang 6


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

Nhiệt độ sôi trung bình dm
Tổn thất t0 do cột thủy tónh

Nhiệt độ sôi dd ở áp suất
TB
Tổn thất t0 trên đường ống
Tổng tổn thất nhiệt độ
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

ttbdm
∆"
tsdd(p0)

0

∆'''
∑∆
∆th.i

0

C
C
0
C
0

C
C
0
C

0

71.38
1.68
75.27

Bảng 57-[10]
(8)
(9)

1
6.57
57.629

Chọn
(10)
(11)

1.3. Cân bằng năng lương:
* Nhiệt độ đầu ra lấy tại đáy thiết bò:(CT4.15-[4])
tC = tsdd(p0) + 2 ∆" = (tsdm(p0) + ∆' ) + 2 ∆"

(12)

* Nhiệt dung riêng của dung dòch: (CT4.10-[4])
C = 4190x(1-x%)

(13)

* Phương trình cân bằng năng lượng: (CT 4.5b-[4])

QD = GcCctc – GđCđtđ – W x iw+ Qt
Với Qt = 0.05QD

(14)

* Chi phí hơi đốt cho quá trình cô đặc:

G

D

=

Q

D

rx(1 − ε )

(15)

* Lượng tiêu hao riêng: (CT 4.8-[4])
d =

D

G

W

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

(16)

Trang 7


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

Thông số

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

Ký
Đơn vò
Giá trò
hiệu
Cân bằng năng lượng
0
Nhiệt độ vào BB
tđ
C
73.59
0
Nhiệt độ ra lấy tại đáy BD
tC
C
76.95
Nhiệt dung riêng dd 10%
xđ

Kj/kgđo
3771
ä
Nhiệt dung riêng dd 20%
xC
Kj/kgđo
3352
ä
Entanpi hơi thứ
iw
Kj/kg
2626
Nhiệt lượng do hơi đốt cung
QD
w
2042913
cấp
Chi phí hơi đốt
GD
Kg/s
0.99
Lượng tiêu hao riêng
d
Kg/kg
1.188

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Ghi chú

tđ = tsdd(p0)
(12)
(13)
(14)
Tra ở 69.7 0C
(14)

Trang 8


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

II. KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH:
Ký hiệu
q
K
r
H
D
F
d
dtr
n
V
v
Utt
α
t

δ
λ
μ
ρ
β

Đơn vò
w/m2
w/m2 độ
m2 độ/w
m
m
m2
m
m
ống
m3
m/s
m3/m2h
w/m2 độ
m
m
w/mđộ
Ns/m2
kg/m3

Ý nghóa
Cường độ dòng nhiệt
Hệ số truyền nhiệt tổng quát
Nhiệt trở

Chiều cao thân TB
Đường kính thân TB
Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Đường kính ngoài ống truyền nhiệt
Đường kính trong ống truyền nhiệt
Tổng số ống truyền nhiệt
Thể tích thiết bò
vận tốc
Cường độ bốc hơi thể tích
Hệ số cấp nhiệt
Bước ống truyền nhiệt
Bề dày ống truyền nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt
Độ nhớt tuyệt đối
Khối lượng riêng
Hệ số dãn nở thể tích

2.1. Diện tích bề mặt truyền nhiệt :
tm1
T

q2
tT2

tT1
q1
q

t2
tm2

2.1.1. Hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ:

α = 2.04 A
1

4

r
H∆t1

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

( V.101-[1])

(17)

Trang 9


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

với ∆t1= tD – tv1

(18)

= tD

(19)

t

m1

+ t v1
2

q1 = α1∆t1

(20)

2.1.2 Nhiệt trở tổng:

ΣR = r1 + r 2 +

δ
λ

(21)

2.1.3. Hệ số cấp nhiệt phía ống:

d ρ β∆t
Gr =
3

Tính các chuẩn số

2

µ
cµ
=
λ

2

Pr
với ∆t2 = tv2 - tsdd
ta có

q2 =q

1

=

2

g

(22)
(23)
(24)

∆t
ΣR

⇒ ∆t = q1∑R

(25)

∆t = tv1 –tv2

(26)

∆t2 = tv2 - tsdd(p0)

(27)

t

m2

= t v2

+ t sdd
2

Xét GrxPr > 2x107 ⇒ chảy rối
Nu = 0.135(GrxPr)0.33
(CT 3.57-[4])

α

2

=

λNu
d

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

(28)

(29)
(30)
Trang 10


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

q2 = α2∆t2

(31)

* so sánh
q2 − q1
x100% < 5%

q

(thỏa)

(32)

1

* Thuật toán:
Chọn giá trò tv1
Tính các giá trò q1 và q2 , so sánh theo (33)
Nếu không thỏa, ta chọn lại tv1 khác
* Hệ số truyền nhiệt:
K=

1
1

α

+ ΣR +
1

1

α

(33)
2

2.1.4. Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
F =

Q
K ∆t

(34)

D

h .i

* Số ống truyền nhiệt:

n=

F
Π dH

* Bước ống t = 1.2÷1.5d
Chọn t = 1.4d
Thông số

Ký
Đơn vò
Giá trò
hiệu
Hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ
0
Nhiệt độ vách ngoài
tv1
C
129.4
0
Chênh lệch nhiệt độ giữa

∆t1
C
3.5
hơi đốt và vách ngoài
0
Nhiệt độ trung bình giữa hơi
tm1
C
131.15
đốt và vách ngoài
Hệ số
A
191.345
n nhiệt ngưng tụ
r
Kj/kg
2175.9x103
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

(35)
(36)

Ghi chú

Chọn
(18)
(19)
Trang 29-[2]
Bảng 56-[2]
Trang 11

ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu
2

Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ

α1

w/m độ

9151.47

(17)

Cường độ dòng nhiệt

q1

w/m2

32258.53

(20)

Nhiệt trở lớp cặn phía trong
Nhiệt trở nước
Bề dày lớp truyền nhiệt

Hệ số dẫn nhiệt của VL
Nhiệt trở tổng

Nhiệt trở tổng
r1
m2độ/w 0.193x10-3
r2
m2độ/w 0.464x10-3
δ
m
0.002
λ
w/mđộ
17.5
2
∑R m độ/w
0.771x10-3

Hệ số cấp nhiệt phía bốc hơi
0
Chênh lệch t giữa 2 vách
t∆
C
24.87
0
Nhiệt độ vách trong
tv2
C
104.53
0

Chênh lệch nhiệt độ giữa
∆t2
C
29.26
vách trong và dung dòch
0
Nhiệt độ tb vách ngoài & dd
tm2
C
89.9
3
ρ
Khối lượng riêng
Kg/m
1115.05
β
Hệ số dãn nở thể tích
560x10-3
μ
Độ nhớt của dung dòch
Ns/m2
516x10-3
Nhiệt dung riêng
c
j/kgđộ
3875.2
λ
Hệ số dẫn nhiệt
w/mđộ
0.6764

Chuẩn số
Gr
29540908
Chuẩn số
Pr
2.949
Chuẩn số
Nu
51.195
2
Hệ số cấp nhiệt phía bốc hơi
α2
w/m độ
1121.933
0

Cường độ dòng nhiệt
So sánh
Hệ số truyền nhiệt

q2
K

w/m2
%
w/m2độ

32825.15
1.76
564.711

Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Diện tích bề mặt TN
F
m2
62.77
Đường kính trong của ống
dtr
m
0.034
Đường kính ngoài của ống
d
m
0.038
Số ống truyền nhiệt
n
ng
263
Số ống truyền nhiệt chuẩn
n
ng
271
2
Diện tích bề mặt TN lấy dư
F
m
72
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Bảng 1-[2]

Bảng 1-[2]
Chọn
(21)

(25)
(26)
(27)
(28)
Bảng 4-[4]
Bảng 33-[4]
Bảng 9-[4]
Bảng I.154-[1]
Bảng I.130-[1]
(22)
(23)
(29)
(30)
(31)
(32)-Thỏa
(33)

(34)
Chọn
Chọn
(35)
BảngV.11-[2]
Lấy dư 15%
Trang 12

ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

2.2 Kích thước buồng đốt và buồng bốc:
2.2.1. Kích thước buồng đốt:
* Đường kính ống tuần hoàn:

d

(CT 5.12-[3])
(37)

>10

s

d

* Đường kính buồng đốt: (CT 2.90-[3])

D

BD

2 






F
d
s

= d 2.6 + 0.813 x
+
−
2
.
6

dH

d


 


(38)

Lấy tròn theo chuẩn (Trang 155-[3])
2.2.2. Kích thước buồng bốc:
* Thể tích hơi trong buồng bốc:

V

h

=

W

(39)

ρ

h

Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc:
v=

4V

(40)

h
2

ΠD BB

Chuẩn số Re
Re =

ρ
µ

vd

/

(41)

h

h

Vận tốc lắng:(CT 5.4-[3])

v

0

=

ξ=

4g



ρ'
3ξ

− ρ
d '


ρ

18.5
0.6

Re

Ta có : v < 70% ÷ 80% v0
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

(42)

(43)
(44)
Trang 13


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

Thể tích buồng bốc:

V

BB

=

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

(VI.32-[2])

W

(45)

ρU tt

Chiều cao buồng bốc:

H

BB

=

4V

(46)

BB
2

ΠD BB

Thông số

Đường kính ống trung tâm
Đường kính buồng đốt
Chiều cao buồng đốt

Ký

Đơn vò
hiệu
Buồng đốt
ds
m
DBD
m
HBD
m

Khối lượng riêng hơi thứ
Thể tích hơi thứ trong BB
Độ nhớt động học hơi thứ
Đường kính giọt lỏng
Vận tốc hơi
Cường độ bốc hơi
Hệ số hiệu chỉnh
Đường kính buồng bốc
Thể tích buồng bốc
Chiều cao buồng bốc

Buồng bốc
ρh
Kg/m3
Vh
m3/s
μh
Ns/m2
d’
m

v
m/s
Utt
m3/m2h
fb
DBB
m
VBB
m3
HBB
m

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Giá trò

Ghi chú

0.4
1.2
2

(37)
(38)
Chọn

0.19572
4.258
0.012x10-3
0.0003

0.75v0
1700
0.9
2
10.018
3.2

Tra ở 0.314 at
(39)
Tra
Chọn
Chọn
Chọn
Chọn
(40) (42) (44)
(45)
(46)

Trang 14


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

III. TÍNH BỀN CƠ KHÍ
Ký hiệu
S’
S
D

H
l’
Ca
Cb
C0
ptt
p
η
φh
σ
[σ]

Đơn vò
m
m
m
m
m
m
m
m
N/mm2
N/mm2

Ý nghóa
Bề dày tối thiểu
Bề dày thực
Đường kính
Chiều cao
Chiều dài tính toán

Bổ sung bề dày do ăn mòn
Bổ sung bề dày do bào mòn
Bổ sung bề dày quy tròn
p suất thủy tónh
p suất tính toán
Hệ số hiệu chỉnh
Hệ số bền mối hàn
Ứng suất
Ứng suất cho phép

N/mm2
N/mm2

* Chọn vật liệu làm buồng đốt và buồng bốc là X18H10T
3.1. Bề dày buồng đốt
Làm việc áp suất trong.
Nhiệt độ làm việc: t = tD + 20 0C
p suất làm việc: p = (pD – pa) + ptt = (pD – pa)

(47)
(48)

* Xét

[σ]

ϕ≥25
p

⇒S ' =

D

BD

p

ϕ

2[σ]

(CT5.3-[5])

(49)

h

Bề dày thực: S = S’ + C = S + ( Ca + Cb + C0)

(50)

* Kiểm tra độ bền: (CT5.1-[5])
S −C a

D

< 0.1

(51)

BD

* p suất tính toán cho phép bên trong thiết bò: ( CT5.11-[5])

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Trang 15


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

[ p] =

2[σ ]ϕ ( S − C a )
h

D BD + ( S − C a )

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

(52)

>p

3.2. Bề dày buồng bốc:
Làm việc với áp suất ngoài.
Cho chiều cao mức chất lỏng trong buồng bốc h = 0.4HBB = 1.28 m
Nhiệt độ tính toán: t = tsdm(p0) + 20 0C
(53)

p suất làm việc: p = pa + pCK + ptt= pa + (1 – p0) + ρgh

(54)

* Bề dày buồng bốc: (CT5.14-[5])
0.4

 p
l' 
S ' =1.18 D 
x

t
 E D BB 

(55)

1
( + h)
3 ht

(56)

BB

l' = H

BB

+

chọn nắp elip tiêu chuẩn:

h
D

=0.25

t

BB

chiều cao gờ h = 50 (mm)

* Kiểm tra độ ổn đònh của thân: (CT5.15-[5])
1 .5

(

2 S −C a

D

)≤

BB

l'

D

BB

≤

D

(

BB

2 S −C a

(57)

)

 2( S −C a ) 
≥ 0.3 E 

D
σ  D BB 

3

l'

t

(CT5.16-[5])

t

BB

(58)

c

* p suất cho phép: (CT5.19-[5])
2

 S −C a  ( S −C )
[ p ] = 0.649 E D 


l' 
D
 D BB 
t

a

BB

>p

(59)

BB

* Kiểm tra độ ổn đònh của thân khi chòu lực nén chiều trục:
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Trang 16


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

Lực nén chiều trục:

P

=

CT

Π

( D BB +2S )

2

p

4

(60)

BB

* Xét

D

BB

2( S −C

a

⇒k

)

C

⇒K

C

σ
= 875

E

t
C

t

k

C

(CT5.34-[5])

(61)

Kiểm tra độ ổn đònh:

P
ΠK E

(S − C ) ≥

(62)

CT

a

t

C

* Kiểm tra độ ổn đònh của thân khi chòu tác dụng đồng thời P n và PTC
Ứng suất nén chiều trục:

σ

n

=

P

CT

Π ( D BB + S ) ( S − C a )

(63)

Ứng suất cho phép chòu nén:

[σ ] = K E ( S − C )
D
t

n

a

C

(64)

BB

Kiểm tra độ ổn đònh:

σ + p ≤1
[σ ] [ p ]
n

n

n

n

(65)

3.3. Tính bề dày cho đáy thiết bò:
Làm việc với áp suất trong giống Buồng đốt.
Chọn đáy hình nón theo tiêu chuẩn, có gờ 2α = 90o
Chọn Sđ = SBD
Chiều cao gờ ht = 50 mm
Chiều cao nón H = 675 ( Bảng XIII.22-[2])

R
= 0.15 ⇒ y = 1.94 (Bảng 6.2-[5])
D
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Trang 17


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

* Kiểm tra áp suất cho phép: (CT6.23-[5])

[ p] =

4[σ ]ϕ ( S − C a )

D BD y

>p

(66)

3.4. Tính bề dày nắp thiết bò:
Làm viêc với áp suất ngoài giống Buồng bốc
Chọn nắp là elip tiêu chuẩn.

h
D

= 0.25

t

BB

Chiều cao gờ : 50 (mm)
Bề dày nắp: Sn = SBB

E ( S − C ) + 5 xσ R
β=
E ( S − C ) − 6.7 xσ R (1 − x )
t

t

a

t

C

(67)

t

t

a

t

C

Với x = 0.7
* Ứng suất cho phép

R

S

t

≤ 0.15

E

σ

t

t

⇒[ p ] =

[σ ](S −C )

2

C

Thông số

Nhiệt độ làm việc
p suất tính toán
Ứng suất cho phép tiêu
chuẩn
Hệ số hiệu chỉnh
Ứng suất tính toán

Hệ số bền mối hàn
Bề dày tối thiểu
Hệ số bổ sung ăn mòn
Hệ số bổ sung qui tròn
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

n

β Rt

(68)

a

Ký
Đơn vò
hiệu
Buồng đốt
0
t
C
p
N/mm2
*[σ]
N/mm2

Giá trò

Ghi chú

152.9
0.196
125

(47)
(48)
Đồ thò1.2-[5]

η
[σ]
φh
’S
Ca
C

0.95
118.75
0.95
1.044
1
1.956

Trang 26-[5]

N/mm
mm
mm
mm

2

(49)

Trang 18


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

Bề dày buồng đốt
Kiểm tra độ bền
p suất tính toán cho phép

Nhiệt độ làm việc
p suất thủy tónh
p suất tính toán
Ứng suất cho phép tiêu
chuẩn
Hệ số an toàn khi chảy
Ứng suất khi chảy
Modun đàn hồi
Chiều dài tính toán của BB
Bề dày tối thiểu BB
Hệ số bổ sung ăn mòn
Hệ số bổ sung qui tròn
Bề dày BB
Kiểm tra độ ổn đònh của
thân khi chòu tác dụng áp
suất ngoài
p suất cho phép
Hệ số

Hệ số
Lực nén chiều trục
Kiểm tra độ ổn đònh của
thân khi chòu lực nén chiều
trục
Ứng suất cho phép chòu nén
Ứng suất nén chiều trục
Kiểm tra độ ổn đònh khi chòu
đồng thời áp suất ngoài và
PCT

p suất tính toán
Bề dày đáy
p suất cho phép
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

mm
4
0.1 > 0.0025
N/mm2
p < 0.563

S
[p]

Buồng bốc
0
t

C
ptt
N/mm2
p
N/mm2
*[σ]
N/mm2
ηC
σC
Et
’l
’S
Ca
C
S

89.7
0.014
0.179
142

1.65
N/mm
234.3
2
N/mm
20.5x104
mm
3383.33
mm

10.982
mm
1
mm
2.018
mm
14
8.77 > 1.6917 > 1.171
0.389 < 1.692

(50)
Thỏa
Thỏa

(53)
(54)
Hình1.2-[5]
Bảng 1.6-[5]

2

[p]
kC
KC
PTC

N/mm2

[σn]
σn

N/mm2
101.27
2
N/mm
7.03
1 > 0.737

p < 0.268
0.076
0.076
N
578201
3.437 < 1

Đáy nón
p
N/mm2
S
mm
[p]
N/mm2

0.1962
4
p < 0.551

Bảng 2.12-[5]
(56)
(55)

(57)-Thỏa
(58)-Thỏa
(59)-Thỏa

(60)
(62)-Thỏa

(64)
(63)
(65)-Thỏa

Chọn pđáy = pBD
Chọn Sđáy = SBD
(66)-Thỏa
Trang 19


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

Nắp elíp
p
N/mm2
S
mm
β
[p]
N/mm2

p suất tính toán
Bề dày nắp
Hệ số
p suất cho phép

0.179
14
2.277
p < 0.532

Chọn pnắp = pBB
Chọn Snắp = SBB
(67)
(68)-Thỏa

IV. ĐƯỜNG KÍNH ỐNG:
ta chọn vận tốc v (m/s)
Lưu lượng thể tích :

V =

G
ρ

(69)

Đường kính các ống :

d=

4V
Πv

(70)

Thông số

Ký
Đơn vò
Giá trò
hiệu
Đường kính cửa ra của hơi thứ
vh
Tốc độ hơi thứ
m/s
30
3
Khối lượng riêng hơi thứ
ρh
Kg/m
0.19572
3
V
Thể tích hơi thứ
m /s
4.258
dh
Đường kính ống
m

0.425
Đường kính ống nhập liệu
vnl
Vận tốc nhập liệu
m/s
1
3
ρd
Khối lượng riêng dd nhập
Kg/m
1068.885
liệu
Qd
Suất lượng nhập liệu
m3/s
1.559x10-3
dnl
Đường kính nhập liệu
m
0.045
Đường kính ống tháo liệu
vtl
Vận tốc tháo liệu
m/s
1
3
ρC
Khối lượng riêng sản phẩm
Kg/m
1121.53

3
Qc
Suất lượng tháo liệu
m /s
0.743x10-3
dtl
Đường kính ống tháo liệu
m
0.03

Ghi chú

Trang 74-[2]
Tra ở 0.314 at

Chọn

Chọn

Đường kính ống vào của hơi đốt
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Trang 20


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

Vận tốc hơi đốt
Khối lượng riêng hơi đốt
Chi phi hơi đốt

Lưu lượng hơi đốt
Đường kính ống dẫn hơi đốt

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

vD
ρD
GD
VD
dD

m/s
Kg/m3
Kg/s
m3/s
m

20
1.618
0.99
0.619
0.2

Đường kính ra của nước ngưng
vn
Tốc độ tháo nươc ngưng
m/s
1
3
ρn

Khối lượng riêng nước
Kg/m
932.3
ngưng
Vn
Lưu lượng nước ngưng
m3/s
1.062x10-3
dn
Đường kính ống tháo nước
m
0.04

Đường kính

Đường kính ra của khí không ngưng
dk
m
0.02

Tra ở 3 at

Làm tròn

Chọn
Tra ở 3 at

Làm tròn

Chọn

V. TÍNH BÍCH:
Chọn bích liền.
Do NaCl ăn mòn nên sử dụng đệm amiăng.
Vật liệu làm bích là thép CT3.
Tra bảng XIII.27-[2] kiểu bích 1 ( ở áp suất 0.3 N/mm2)
Thông số

Ký
Đơn vò
Giá trò
hiệu
Bích nối buồng bốc và nắp
Db
D1
D0
db
z
2100
2060
2015
M27
48

Ghi chú

DBB
2000

D

2160

h
40

δđệm
3

DBB
1200

Bích nối buồng đốt và đáy-buồng bốc và buồng đốt
D
Db
D1
D0
db
z
h
1340
1290
1260
1213
M20
32
25

δđệm
3

VI. TÍNH VĨ ỐNG:
*p suất tính toán trong vó:
p= pBD + p’CKBB = pBD + [1-(pBB + gρ(hBB + HBD)]
với hBB + HBD = 1.28 + 2 = 3.28 (m)
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

(71)

Trang 21


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

* Xét

≤ 250 ⇒k ⇒ K = 875 σ k
2( S −C )
E

D

t

C
t

BD

U

U

U

(CT 5.43-[5])

(72)

a

* Ứng suất uốn:

[σ ] = 0.17 E (S −C )
D
t

(CT 5.40-[5])

a

U

(73)

BD

* Bề dày vó ống:

S'=

(CT 8.23-[5])

d
+5
8

(74)

Bề dày thực S = Sm + Co

(75)

* Kiểm tra lại ứng suất uốn: (CT 8.25-[5])

σ

U

=

P
d  S

3.61 −0.7 
l  l




2





≤

[σ ]
U

(76)

với l = 1.18t = 62.776
* Kiểm tra theo độ cứng: (CT8.30-[5])

S≥

4.35d + 15
l−d
Thông số

p suất tính toán trong vỉ
Hệ số
Hệ số
ng suất uốn cho phép
Bề dày tối thiểu
Bề dày thực
Kiểm tra lại ứng suất uốn

Kiểm tra theo độ cứng

(77)
Ký
hiệu
p
kU
KU
[σU]
S’
S
σU

Đơn vò
N/mm2

Giá trò

0.356
0.17
0.17
2
N/mm
87.125
mm
9.75
mm
12
2
N/mm

4.696 < [σU]
12 > 7.4265

Ghi chú
(71)
(72)
(73)
(74)
(75)
(76)-Thỏa
(77)-Thỏa

VII. TAI TREO:
SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Trang 22


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

Khối lượng tai treo cần chòu:
M = Mtb + Mdd

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

(78)

* Khối lượng thiết bò:
Mtb = Mnắp + Mđáy + MBD + MBB + 2Mvó + MốngTN + MốngTH + Mbích + Mbulông
+ Đáy-nắp :

M = FρS

(79)

+ Buồng bốc-buồng đốt :

M = ΠDHρS

(80)

+ Khối lượng vó ống
2
2
 2

d
D
d
BD

M = ρSΠ
−n
− S
 4
4
4 



(81)

+ Khối lượng ống truyền nhiệt:
M = n H BD ρ

Π
4

(d

2

2

− d tr

)

(82)

+ Khối lượng ống tuần hoàn:
M = H BD ρ

Π
4

(d

2
n

2

− dS

)

(83)

+ Khối lượng 1 bích:
Π
4

(D − D − z d )
2

2

t

b

(84)

Mbích = 2Mđáy-BD + Mnắp-BB

(85)

* Khối lượng dung dòch:
M =Vρ

V = VBB + VốngTN + VốngTH + Vđáy

(86)
(87)

M = hρ

V
V

BB

TH

=

=

2

Π
2
D
BB
4

H

BB

3

Π 2
4 D BD H Bd

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

(88)
(89)
Trang 23


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

V

=n

TN

Π 2
4 d tr

H

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

(90)

BD

Chọn 4 tai treo, nên trọng lượng trên 1 tai treo là

G=

9.81M
4

(91)

Thông số

Ký
hiệu

Đơn vò

Giá trò

Ghi chú

Diện tích nắp
Diện tích đáy
Khối lượng riêng X18H10T
Khối lượng riêng CT3
Khối lượng nắp
Khối lượng đáy
Khối lượng buồng đốt
Khối lượng buồng bốc
Khối lượng 2 vó ống

Khối lượng ống truyền nhiệt
Khối lượng ống tuần hoàn
Khối lượng 2 bích đáy-BD
Khối lượng bích nắp-BB
Tổng khối lượng bích
Tổng khối lượng Thiết bò

Thiết bò
Fn
m2
Fd
m2
ρ
Kg/m3
ρ
Kg/m3
Mnắp
Kg
Mđáy
Kg
MBD
Kg
MBB
Kg
Mvó
Kg
MốngTN
Kg
MốngTH
Kg

Mđáy-BD
Kg
Mnắp-BB
Kg
Mbích
Kg
∑Mtb
Kg

4.66
2.026
7900
7850
515.396
64.022
238.258
2223.745
155.927
968.52
141.416
105.674
155.517
261.191
4568.475

Khối lượng riêng dd
Thể tích dd trong BB
Thể tích dd trong ống TH
Thể tích trong ống TN
Thể tích dd trong đáy

Tổng khối lượng dd
Tổng khối lượng tai treo đỡ
Tải trọng trên 1 tai treo

Dung dòch
ρdd
Kg/m3
VBB
m3
VốngTH
m3
VốngTN
m3
Vđáy
m3
∑Mdd
Kg
∑M
Kg
G
N

1122.36
4.021
0.251
0.492
0.36
5750.97
10319.445
25308.439

Gx10
4

-4

4

Fx10
279

-6

q=10
1.34

Tai treo (BảngXIII.36-[2])
L
B
B1
H
S
190 160 170 280 10

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Bảng XIII.10-[2]
Bảng XIII.22-[2]

(79)

(79)
(80)
(80)
(81)
(82)
(83)
(84)
(84)
(85)
(78)

l
80

(88)
(89)
(90)
Bảng XIII.22-[2]
(87)
(78)
(91)

a
25

d
30

M
7.35

Trang 24


ĐAMH: Qúa trình & Thiết bò

GVHD: TS.Lê Phan Hoàng Chiêu

VIII. BẢNG LIỆT KÊ KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH:
Thông số
Vật liệu
Chiều cao
Đường kính
Bề dày
Thông số
Vật liệu
Chiều cao
Đường kính
Bề dày
Chiều cao gờ
Thông số

Đường kính cửa ra hơi thứ
Đường kính ống nhập liệu
Đường kính ống tháo liệu
Đường kính ống vào hơi đốt
Đường kính ống ra nước
ngưng
Đường kính ống ra khí
không ngưng

Thông số

Diện tích bề mặt TN
Đường kính trong của ống
Đường kính ngoài của ống
Số ống truyền nhiệt

SVTH: Nguyễn Thò Băng Tâm

Ký
hiệu

Đơn vò

m
m
m

Ký
hiệu

Đơn vò

Nắp elip

Đáy nón

Thép X18H10T
0.5
0.675

2
1.2
0.014
0.004
0.05
0.05

m
m
m
m

Ký
Đơn vò
hiệu
Đường kính các ống
dh
m
dnl
m
dtl
m
dD
m
dC
m
dk

Buồng đốt

Thép X18H10T
3.2
2
2
1.2
0.014
0.004

H
D
S

h
D
S
hg

Buồng bốc

m

Ký
Đơn vò
hiệu
ng truyền nhiệt
F
m2
dtr
m
d

m
n
ng

Giá trò

0.425
0.045
0.030
0.200
0.040
0.020

Giá trò

72
0.034
0.038
271

Trang 25