Thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH năng suất 2500kgh

Trường ĐH Tôn Đức Thắng
Khoa Khoa học Ứng Dụng

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN

Môn học : QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ – MSMH : 605040
Họ và tên sinh viên : Lê Thò Kim Hoàng – MSSV : 811886S
1. Đầu đề đồ án:
Thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục để cô đặc dung dòch NaOH năng suất
2500kg/h
2. Nhiệm vụ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu )
- Năng suất nhập liệu :
2500 kg/h
- Nồng độ đầu :
15%
- Nồng độ cuối :
40%
- p suất hơi đốt :
2 atm
- p suất ngưng tụ :
0.4 atm
- Loại thiết bò :
tuần hoàn trung tâm
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :
Mở đầu : giới thiệu – đầu đề đồ án và tính chất sản phẩm
Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ
Tính cân bằng vật chất và năng lượng
Tính công nghệ thiết bò chính

Tính cơ khí thiết bò chính
Tính và chọn thiết bò phụ
Kết luận
Phụ lục nếu có
Tài liệu tham khảo
4. Các bản vẽ và đồ thò ( loại và kích thước bản vẽ )
Gồm 2 bản vẽ A1 : - Quy trình công nghệ
- Cấu tạo thiết bò chính
5. Ngày giao đồ án :
6. Ngày hoàn thành đồ án :
7. Ngày bảo vệ :
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN


Phần I
MỞ ĐẦU
Môn học quá trình và thiết bò nhằm trang bò cho sinh viên một số kiến thức cơ bản về các quá trình
và thiết bò để thực hiện các quá trình hóa học
Quá trình và thiết bò được trình bày trong đồ án này là quá trình và thiết bò cô đặc. Cô đặc là quá
trình được thực hiện nhiều trong sản xuất hóa chất và thực phẩm, nhằm tăng nồng độ của sản phẩm bằng
cách lấy bớt dung môi ra.
Quá trình cô đặc của dung dòch mà giữa các cấu tử có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thì thường
được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi. Tuy nhiên, tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi
(hay không bay hơi trong quá trình đó) mà ta có thể tách một phần dung môi (hay cấu tử khó bay hơi) bằng
phương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh.
- Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt (do đung nóng) dung môi chuyển từ trạng thái
lỏng sang trạng thái hơi khi dung dòch sôi. Để cô đặc các dung dòch không chòu đựơc nhiệt độ
(như dung dòch đường) đồi hỏi cô đặc ở nhiệt độ thấp, thường là chân không. Đó là phương

pháp cô đặc chân không.
- Phương pháp lạnh: Khi hạ nhiệt độ đến một mức độ yêu cầu nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra
dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết - thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.
Tùy theo tính chất của các cấu tử -nhất là kết tinh dung môi, và điều kiện bên ngoài tác dụng
lên dung dòch mà quá trình kết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và có khi phải
dùng đến máy lạnh.
Các thiết bò cô đặc rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên ta có thể phân loại theo một số
đặc điểm sau:
- Theo nguyên lý làm việc: có hai loại thiết bò cô đặc làm việc theo chu kì và làm việc liên tục.
- Theo áp suất làm việc bên trong thiết bò: chia ra 3 loại:Thiết bò làm việc ở Pdư, PKa và PCk.
- Theo nguồn cấp nhiệt:
+ Nguồn của phản ứng cháy nhiên liệu
+ Nguồn điện
+ Nguồn hơi nước: nay là nguồn cấp nhiệt thường gặp nhất
+Nguồn nước nóng, dầu nóng hoặc hỗn hợp diphenyl cho thiết bò chu kỳ có công suất nhỏ
Cấu trúc của một thiết bò cô đặc thường có 3 bộ phận chính sau:
- Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bò đốt nóng bằng hơi nước, bộ phận nhận nhiệt là dàn ống gồm
nhiều ống nhỏ trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài các ống, truyền nhiệt cho dung dòch
chuyển động bên trong các ống.
- Không gian để phân ly: Hơi dung môi tạo ra còn chứa cả dung dòch nên phải có không gian lớn
để tách các dung dòch rơi trở lại bộ nhận nhiệt.
- Bộ phận phân ly: để tách các giọt dung dòch còn lại trong hơi.
Cấu tạo của một thiết bò cô đặc cần đạt các yêu cầu sau:
- Thích ứng được các tính chất đặc biệt của dung dòch cần cô đặc như độ nhớt cao, khả năng tạo
bọt lớn, tính ăn mòn kim loại.
- Có hệ số truyền nhiệt lớn.
- Tách ly hơi thứ tốt
- Bảo đảm tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt.
• Và trong đề án này, ta cần: tính toán thiết bò cô đặc 2 nồi xuôi chiều để cô đặc dung dòch NaOH
năng suất: 2,8 (tấn/h) theo nguyên liệu vào với số liệu ban đầu:

- Nồng độ đầu của dung dòch: 13%(về khối lượng)
- Nồng độ cuối của dung dòch: 43%(về khối lượng)
- Dung dòch đầu được đun lên nhiệt độ sôi.
- p suất hơi bão hòa khô vào là 3at, áp suất ngưng tụ là 0,2at
- Thiết bò loại ống tuần hoàn buồng đốt ngoài thẳng đứng
Phần II


DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
II.1

Sơ đồ quy trình công nghệ quá trình cô đặc dung dòch NaOH(hình 1)

II.2

Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Dung dòch NaOH ban đầu có nồng độ 13% ( về khối lượng) từ bồn chứa nguyên liệu được
bơm lên bồn cao vò nhờ bơm nhập liệu. Bồn cao vò được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn đònh mực
chất lỏng có trong bồn.
Dung dòch từ bồn cao vò sẽ đi vào thiết bò gia nhiệt ( thiết bò ống chùm). Từ đây, dung dòch
sẽ được gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa cung cấp từ ngoài vào. Sau khi trao
đổi nhiệt với dung dòch thì hơi ngưng tụ thành nước theo đường ống chảy ra ống xả.
Dung dòch sau khi được gia nhiệt đến trạng thái sôi thì đi vào nồi cô đặc. Hơi đốt được
cung cấp vào buồng đốt 1 là hơi bão hòa khô có áp suất 3,0 at. Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng
đốt, hơi thứ sẽ bốc lên và được dẫn sang buồng đốt của nồi 2 để gia nhiệt cho quá trình cô đặc tiếp
theo. Đồng thời dung dòch trong nồi 1 khi đạt nồng độ x1 sẽ được chuyển sang nồi 2. Hơi đốt ở nồi 1
sau khi ngưng tụ sẽ được ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, sau đó chảy vào thùng chứa.
Tương tự như quá trình trên dung dòch ở nồi 2 sẽ được cô đặc. Sau khi qua nồi 2 dung dòch
sẽ được cô đặc đến nồng độ 43% ( về khối lượng), rồi được bơm tháo liệu bơm vào bồn chứa sản

phẩm. Hơi thứ của nồi 2 có áp suất 0,2 at sẽ được dẫn qua thiết bò ngưng tụ Baromet. Tại đây, hơi
thứ sẽ được ngưng tụ thành nước, phần hơi không ngưng sẽ đi vào thiết bò phân ly lỏng-hơi để tách
hơi có lẫn giọt lỏng ra khỏi nhau, hơi sẽ được bơm chân không hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ
chảy vào thùng chứa nước ngưng.
Phần III
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
III.1

Cân bằng vật chất
III.1.1 Các thông số ban đầu
- Năng suất nhập liệu
: Gđ = 2,8 tấn/h
- Nồng độ đầu của dung dòch: xđ = 13% (khối lượng)
- Nồng độ sau của dung dòch : xc = 43% (khối lượng)
- p suất hơi bão hoà khô : P = 3 (at)
- p suất ngưng tụ : Pnt = 0,2 (at)
III.1.2 Năng suất của sản phẩm
Ta có : Gđ . xđ = Gc . xc ( CT 5.16T158-[3])
Trong đó :
Gđ , Gc : năng suất nhập liệu và sản phẩm của dd (kg/h)
Xđ , xc : nồng độ đầu và cuối của dd ( % khối lượng)

⇒

G

C

= Gd

. xd

x

=

C

2800.13
= 846,51 (kg/h)
43

III.1.3 Lượng hơi nước bốc ra khỏi dung dòch trong toàn bộ hệ thống



1 − x d 
( CT 5.24T162- [3])
d
xC 

 13 
W = 28001 −  = 1953,5 ( kg/h)
 43 

W = G đ – GC =

G

III.1.4 Lượng hơi thứ phân bố ở mỗi nồi

Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước đốt cho nồi

W
W

1

= m ≥ 1,2 → 1,5

sau thì :

( CT 5.29T162 –[3])

2

Đối với nồi cô đặc 2 nồi ta chọn

⇒

W
W

1

= 1,25

2

W2 . 1,25 – W1 = 0 (*)
Mặt khác :
W = W1 + W2 = 1953,49 (**)
Từ * và ** ta tính được

III.1.5

Nồng độ của sản phẩm ra khỏi nồi 1

x

1

=

G .x
G −W
d

x

1

=

d

d

III.2

W 1 = 1085,27(kg / h)

W 2 = 868,22(kg / h)

1

2800 * 13
( CT 5.25T162 –[3])
2800 − 1085,27

= 21,23%

Cân bằng năng lượng
III.2.1 Xác đònh hiệu nhiệt độ cho toàn thiết bò

∆t = t h1 − t h 2 − ( ∑ ∆'+ ∑ ∆' '+ ∑ ∆' ' ')

(CT 5-22T327 - [2])

Trong đó :

t : nhiệt độ hơi đốt cấp cho nồi 1
t : nhiệt độ vào barômet
∑ ∆' : tổng độ giáng nhiệt độ hoá lý
∑ ∆' ' : tổng độ giáng nhiệt độ thuỷ tónh
∑ ∆' ' ' : tổng độ giáng nhiệt độ thuỷ động
h1

h2

a)

Xác đònh áp suất của từng nồi cô đặc
*Tổng chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi I và thiết bò ngưng tụ

∆ Pt = PĐ – PC = 3 – 0,2 = 2,8 (at)
∆ Pt = ∆ P1 + ∆ P 2 = 2,8 (at)

(1)

Theo tài liệu Phạm Văn Thơm “ sổ tay thiết kế thiết bò hoá chất cơ bản và chế biến thực
phẩm đa dụng “ Viện đào tạo mở rộng 1992/T106 thì:

∆ P1

Ta chọn

∆ P2
∆ P1

∆ P2

= 1,2

= 1,5

Từ (1) và (2) ta tính được :

→ 2,5 (at)

⇒

1,5 ∆

P

∆ P1 = 1,68at

∆ P2 = 1,12at

2

− ∆ P1 = 0

(2)


∆P

∆ P1 > ∆P =

⇒

t

2

>

∆ P2

Vậy chúng thoả điều kiện phân bố áp suất
* p suất làm việc ở mỗi nồi

∆ P1 = PĐ – P1 ⇒ P1 = PĐ - ∆ P1 = 3 – 1,68 = 1,32 (at)
∆ P2 = P1 – P2 ⇒ P2 = P1 - ∆ P2 = 1,32 – 1,12 = 0,2 (at)

b)
Xác đònh tổng nhiệt độ giáng nhiệt độ hoá lý
Theo CT 5.3T148 –[3] ta có:

∆' = f * ∆'0
trong đó :

- f : hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào nhiêït độ sôi của dung môi (T) và ẩn
nhiệt hoá hơi của dung môi

T − 0 K

r − ( j / kg )

T2
f = 16,14 *
r

∆'0 : tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ ở P = 1 at

-

Từ áp suất ở mỗi nồi cô đặc, tra bảng 5.2T148 – [3] được

∆'0 và tra bảng 4T194 – [7]

được r, T. Số liệu cụ thể tính được trong bảng sau :

Thông
số

Nồi
1
2

Vậy:

Nồng độ
cuối (%)

∆'0 (0C)

P ( at )

t0hthứ (0C)

r ( j/kg)

∆' (0C )

21,23
43

9,184
32,2

1,32
0,2

107,58
60,08

2236,8.103
2358.103

9,598
24,452

∑∆ = ∆ + ∆
'

c)

'

'

1

2

= 9,598 + 24,452 = 34,05 ( 0C )

Xác đònh tổng độ giáng nhiệt độ thủy tónh và thủy động
Theo tài liệu [6] : độ giáng nhiệt độ thuỷ tónh
Trong thực tế ta có thể chọn

∆ =1 → 3C
∆ = ∆ = 1,5 C
"

0

i

Ta chọn giá trò trung bình

⇒

∑∆ = ∆
"

''

1

+

∆

''
2

''

''

1

2

= 1,5 + 1,5 = 3 (0C )

Còn đối với độ giáng nhiệt thuỷ động :
Ta chọn

⇒

∆ = ∆ =1 C
∑∆ = ∆ + ∆
'"

'"

1

2

'"

0

∆

'"
i

= 1 0C

0

'"

'"

1

2

d) Xác đònh nhiệt độ sôi của dung dòch
p dụng quy tắc Babô
* Nồi 1: x1 = 21,23 %
Ta có :

= 1 + 1 = 2 0C


 P sdd   P sdd 

 =



 

 P sdm  t  P sdm  t '

(*)

Chọn PSdd (t) = 1 atm = 1,033 at
Dung dòch NaOH 21,23% tra bảng 36 T424 – [2]

t
Từ t
⇒

0
Sdd (1atm )

0
Sdd

= 108,830C

tra bảng 3 T191 – [7]

⇒

P

H 2O

= 1,3787 (at)

 1,033 

=
 1,3787 

P
P

⇒

P

1,3787
= 1,762 at
1,033

⇒

t

⇒

= 1,32.

H 2O

0
Sdm ( P1)

1

=

H 2O

1,32

P

H 2O

= 116,76 0C

Đây cũng chính là nhiệt độ sôi của dung dòch ở 1,32(at)

t
* Nồi II :

0
Sdd ( P1)

= 116,76 0C

P2 = 0,2 at
x2 = 43%

Tính tương tự như nồi 1 :

t

0
Sd 2 ( P 2 )

= 83,99 0C

e)

Xác đònh nhiệt độ hơi thứ cấp cho nồi 1, nhiệt độ ra khỏi barômet
Theo giả thiết hơi thứ cấp ta sử dụng là hơi nước bão hoà khô ở 3at. Tra bảng 4
T195- [7] ta được:
th = 133,54 0C
Mặt khác, ta cũng có áp suất ngưng tụ là 0,2 at tra bảng 4 T195-[7] ta được
= 60,08 C
Vậy : hiệu nhiệt độ cho toàn thiết bò là
0

t

h2

∆ t = t h − t h 2 − ( ∑ ∆'+ ∑ ∆' '+ ∑ ∆' ' ')

= 133,54 – 60,08 – ( 34,05 + 3 + 2 )
= 34,41 0C
Hiệu nhiệt độ cho nồi 1

∆ t1 = t h − t S1 = 133,54 – 116,76 = 16,78 0C

Theo phương pháp phân bố chênh lệch nhiệt độ hữu ích giữa các nồi thì trong quá trình cô

đặc nhiều nồi : bề mặt truyền nhiệt giữa các nồi bằng nhau, F1 = F2, và tổng bề mặt
truyền nhiệt cả hệ thống là tối thiểu : F1 + F2 = min
Vì vậy :

∆ t1 = ∆ t 2 =
*

Kiểm tra lại điều kiện

∆t 34,41
=
= 17,205
2
2

∆t / 2 − ∆t1
17,205 − 16,78
* 100% =
* 100%
∆t / 2
17,205

ε

=

ε

= 0,24% < 5%

Vậy ta chấp nhận giả thiết phân bố áp suất
III.2.2 Tính cân bằng nhiệt ( cân bằng năng lượng )


a)

Tính nhiệt dung riêng ở các nồi
* Nhiệt dung riêng của dung dòch ban đầu
Do xđ = 13% = 0,13 < 0,2
⇒ Cđ = 4186 ( 1 – xđ )
(CT 1.43/152 – [5])
= 4186 ( 1 – 0,13 )
= 3641,82 ( J/Kg độ )
* Nhiệt dung riêng của dung dòch ra khỏi nồi I
Do x1 = 21,23% = 0,2123 > 0.2

C = C . x + 4186(1 − x )

⇒

I

ht

(CT 1.44/T152-[5])

1

1

Trong đó :

C : nhiệt dung riêng của NaOH khan J/Kg
x : nồng độ dung dòch NaOH ra khỏi nồi I
ht

1

+Nhiệt dung riêng của NaOH khan tính theo CT 5.12T 180 – [2]

C

ht

n .C

=

Na

Na

+ nO .C O + nH .C H

M

(*)

NaOH

Trong đó:
ni : số nguyên tử các nguyên tố tham gia vào hợp chất
Ci : nhiệt dung riêng nguyên tử các nguyên tố
Tra bảng 5.1 T181-[2] có được :
MNaOH = 40 đ.v.C
CNa = 26 KJ/Kg độ
CO = 16,8 KT/Kg độ
CH = 9,6 KT/ Kg độ
nNa = nH = nO = 1
(*)

⇒

ht

=

26 *1 + 16,8 *1 + 9,6 * 1
= 1,315 KJ/Kg độ
40

= 1315 J/ Kg độ
CI = 1315 . 0,2123 + 4186 ( 1 – 0,2123 )
= 3576,49 J/ Kg độ
Nhiệt dung riêng của dung dòch ra khỏi nồi II
Do x2 = 43% = 0,43 > 0,2

Vậy
(*)

⇒

b)

C

C

II

= C ht . x2 + 4186( 1- x2 )

= 1315 . 0,43 + 4186 ( 1 – 0,43 )
= 2951,47 ( J/Kg độ)

Phương trình cân bằng nhiệt của 2 nồi

i"1,W1

W2,i"2

Qxq1

Qxq2

D,i"h

Gđ,Cđ,tđ

D,i'h

(Gđ-W1)C1t1

Phương trình cân bằng nhiệt nồi I

W1,i'1

(Gđ-W1-W2)C2t2


D.ih'' + Gđ . Cđ .tđ = D.ih' + ( Gđ – W1 )C1.t1 + W1. i1'' + Q xq1 (1)
Phương trình cân bằng nhiệt nồi II
''

W1. i1 +( Gđ–W1 )C1.t1 =W2.

i 2'' +W1. i1' +( Gđ–W1–W2 ).C2t2 + Q xq2 (2) PT cân bằng nhiệt

cho cả hệ
W = W1 + W2 = 1953,49 (3)
Trong đó :
- D : tổng năng lượng hơi đốt biểu kiến cung cấp cho hệ thống cô đặc
"

"

"

h
'

1
'

2

h

1

i , i , i : hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi I, hơi thứ nồi II (J/Kg)
- i , i : hàm nhiệt của hơi nước ngưng lấy ra khỏi nồi I, II (J/Kg)
-

- Cđ , CI, CII : nhiệt dung riêng của dung dòch ban đầu, ra khỏi nồi I, ra
khỏi nồi II (J/Kg)
-

Q ,Q
xq1

xq 2

: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh

* Phương trình cân bằng nhiệt trên được thiết lập với giả thiết :
- Bỏ qua hiệu ứng nhiệt cô đặc Qcđ = 0
- Nhiệt tổn thất ra môi trường xq bằng 5% nhiệt lượng do hơi
cung cấp

Q
Tính i , i , i , i , i

b.1

"

"

"

'

'

h

1

2

h

1

xq1

= 0,05 Qđ

Từ giá tri của P ở cùng điều kiện tra bảng 4 T194-[7] có được

trò của các hàm nhiệt ở các điều kiện
Tên

Hơi đốt
(

P ( at)
I ( KJ/Kg)
b.2

b.3

b.4
(*)

i

"
h

)

Hơi thứ I (

"

i)

Hơi thứ II (

1

i

"
2

)

Nước ngưng I(

Nước ngưng II(

'

i)

i

h

)

3
1,32
0,2
3
2725
2687,6
2609

561,4
Tính Cđ , C1 , C2
Theo phần a ở trên ta tính được :
Cđ = 3641,82 ( J/Kg độ)
C1 = 3576,49 ( J/Kg độ)
C2= 2951,47 ( J/Kg độ)
Tính tđ , t1, t2
Vì dung dòch nhập liệu ở trạng thái sôi nên tđ ≈ tS1
Vậy : tđ = tS1 = 116,76 (0C )
t1= tS1 = 116,76 (0C )
t2 = 83,99 (0C )
Tính nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh ở nồi 1, nồi 2

Q

xq1

= 0,05. D(

"

'

h

h

i −i

)= 0,05. D(2725 – 451,06).103

= 113697. D
(*)

Q

b.5

= 121810W1
Xác đònh W1,W2

xq2

= 0,05 W1 (

"

'

1

1

i −i

Theo lúc đầu ta chọn

W
W

)= 0,05 (2687,6 – 251,4 )W1. 103

1
2

= 1,25

giá

'

1

1,32
451,06


⇔ W1 – 1,25W2 = 0
Bên cạnh đó
W1 + W2 = 1953,49
Giải pt (1) và (2) ta được
W1 = 1085,27 (Kg/h)
W2 = 868,22 (Kg/h)
Thế các giá trò vừa tính được vào pt (2) ta có
VT =

W .i
1

"

(1)
(2)

+ ( Gđ – W1). C1.t1

1

= 1085,27 . 2687,6.103 + (2800 – 1085,27). 3576,49 . 116,76
= 3632827420
VP =

W .i
2

"

+

2

W .i
1

'

1

+ ( Gđ – W1 - W2). C2t2 +

Q

xq2

= 868,22 . 2609. 10 + 1085,27 .451,06.10 + (2800 – 1085,27 –
2951,47 . 83,99 +111827 . 1085,27
= 3085915075
Tính sai số
3

ε=

3

868,22 ).

VT − VP
.100% = 15,05 > 5%
VP

Vậy tỷ lệ ta lựa chọn việc phân bố lượng hơi thứ ở mỗi nồi là chưa đúngTa chọn lại

W
W

1

= 1,045

2

⇔
W1 – 1,045W2 = 0
Bên cạnh đó W1 + W2 = 1953,49
Giải 2 pt trên ta được
W1 = 998,24 ( Kg/h)
W2 = 955,25 ( Kg/h)
Khi đó ta cần tính lại các giá trò sau :
*
Nồng độ sản phẩm ở cô đặc 1 là

x

=
1

G .x
G −W
d

d

x

=

d

1

2800.13
2800 − 998,24

= 20,25%

1

*
Từ x1 = 20,20%. Theo quy tắc babô tính toán tương tự như trên
có nhiệt độ sôi của dung dòch ở nồi 1
*

t

0
S1

= 116 0C

Hiệu nhiệt độ ở nồi 1

t

h

= ∆ t1 − t S 1

∆ t1 = t h − t S1 = 133,54 – 116 = 17,54 %
′ = 8,3 0C
Khi x1 = 20,20 % ⇒ ∆ 10

⇒

*

⇒ ∆'1 (0C ) = 8,674
Vậy :
*

'

'
1

+ ∆' 2 = 8,674 + 24,452 = 33,126

Hiệu nhiệt độ ở nồi I và nồi II là ( tính tương tự như trên )
∆t = 35,334 0C

⇒
*

∑∆ = ∆

∆t
= 17,667 = ∆t1 = ∆t 2
2

Kiểm tra lại điều kiện

ta

ε=

∆t1 − ∆t / 2
17,74 − 17,667
.100% =
.100% =0,41 % < 5%
∆t1
17,74

Vậy ta chấp nhận giả thiết đã chọn
Nhiệt dung riêng của dd ở nồi I
C1 = 3606,058 ( J/Kg độ)
Thiết lập cân bằng nhiệt như trên
Thế các giá trò vừa tính lại vào pt (2) ta có
VT = 3435251497
VP = 3263988289
Tính sai số
*

ε=

VT − VP
3435251497 − 3263986269
.100% =
VP
3263988289

= 4,98 % < 5%

Vậy W1 = 998,24 ( Kg/h) là chấp nhận được
W2 = 955,25 ( Kg/h)
Thế vào pt (1) ta được
D = 1097,001 ( Kg/h)
Kiểm tra lại :
*

(W + W ) 1953,54
=
= 1148,8235

D

=

ε=

D −D
.100%
D*

ε=

1148,8235 − 1097,001
.100%
1148,8235

1

2

0,85.2

0,85.2

*

ε = 4,5% < 5%

Vậy tất cả các giả thiết của ta đều chấp nhận được
Tóm lại từ phương trình cân bằng nhiệt ta xác đònh được
W1 = 998,24 ( Kg/h)
W2 = 955,24 ( Kg/h)
D = 1097,001 ( Kg/h)
Phần IV
TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH
IV.1
Xác đònh bề mặt truyền nhiệt buồng đốt
IV.1.1 Xác đònh hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt

λ3 .ρ 2 .r.g
α n = 1,34. µ.∆t.H
4

(CT 5-36/332- [9])

Trong đó :
•
g- gia tốc trong trường, g = 9,81 m/s2
•

λ - hệ số dẫn nhiệt của màng nước ngưng, W/mK
•
r- nhiệt hoá hơi, J/Kg
ρ - khối lượng riêng của nước ngưng, Kg/m3
•
µ - độ nhớt động học của nước ngưng, N.s/m3
•
•
H- chiều cao ống truyền nhiệt
Ta chọn H= 3(m) vì buồng đốt của ta là buồng đốt ngoài
•
∆t = ts – tW
tS : nhiệt độ sôi ( ngưng) của hơi


tW : nhiệt độ bề mặt ngoài của ống
Ta chọn ∆t = 3 0C
*
Nồi
1
2
*

Các thông số vật lý của dung môi được tra bảng 7 T206-[7] ứng với 1 áp suất xác đònh
ρ (Kg/m3)
µ (N.S/m2)
P (at)
R( J/Kg)
λ ( W/mK)
3

68,25 .10-2
944,755
211,955.10-6
2164.103
1,32
68,452 .10-2
925,791
264,687.10-6
2236,8 .103
Nồi 1 :

α n1 = 1,34.4
*

α

n1

α n 2 = 1,34.4
n2

−2 3

2

3

211,955.10 −6.3.3

= 10045,03 (W/m2K )

Nồi 2 :

α

( 68,25.10 ) .944,955 .2164.10 .9,81

( 68,452.10 ) .952,7908 .2236,8.10 .9,81
−2 3

2

3

264,687.10 −6.3.3

= 9643,2081 ( W/m2K )

IV.1.2 Xác đònh hệ số cấp nhiệt phía dung dòch
Giả sử chất lỏng chảy rối
Nu = 0,023 . Re0,8 . Pr0,4 (1)
Trong đó:
Re : chuẩn số Reynold
Pr : chuẩn số Prandtl
Mặt khác :

Nu =

α S .d1
λ

Wd .ρ
µ
C .µ
Pr = P
λ
Re =

(2)
(3)

(4)

Từ 4 phương trình trên ta có hệ số cấp nhiệt phía dung dòch

α

0 ,8

S

 W .ρ   C .µ 
λ
= .0,023. d 1  . P 
d1
 µ   λ 

0, 4

Trong đó :

• λ : hệ số dẫn nhiệt của dung dòch ( W/mK )
• d1 : đường kính trong của ống truyền nhiệt
Ta chọn ống có d1= 0,031 (m) , bề dày ξ = 0,0035 (m)
ρ : khối lượng riêng của dung dòch ( Kg/m3)
•
µ : độ nhớt động học của dung dòch ( N.s/m2)
•
• CP : nhiệt dung riêng của dung dòch ( J/ Kg độ )
• Wd: tốc độ chảy của dung dòch trong ống (m/s)
Ta chọn Wd = 1 m/s
*
Các thông số vật lý của dung dòch được tra trong tài liệu [6] ứng với tS
dòch và nồng độ trung bình của dung dòch trong nồi

của dung


t

TSố

Nồi

0
Sd

1
2

xV + x R

x=
2

(0C )

116
83,99

16,6
31,6

µ (NS/m2)

λ (W/mK)

0,9301.103
2,3077.103

0,5788
0,5628

ρ (Kg/m3

CP(J/Kg độ)

1122,1865
1302,368

3773,686
3616

* Nồi 1
0 ,8

0,5788
 1.0,031.1122,1865   3773,686.0,9301.10 −3 

=
.
0
,
023

 .
α S1 0,031
−3
0,5788
 0,9301.10
 

* Nồi 2

α

S1 =

4020,86 ( W/m2K )
0,8

0,5788

 1.0,031.1302,368   3616.2,3077.10 −3 

=
.
0
,
023

 .
α S1 0,031
−3
0,5618
 2,3077.10
 


α

S2

0, 4

0, 4

= 3041 (W/m2K )

IV.1.3 Xác đònh hệ số truyền nhiệt

1
δ* 1

K= 1
+ * +
α n λ αδ

CT 5-35 sách thầy đưa

Trong đó :
•
•

δ * : bề dày ống truyền nhiệt, δ * = 0,0035 ( m )
λ* : hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt. Theo bảng XII-7 T302-[6], ta

chọn ống làm bằng thép không rỉ X18H10T có hệ số dẫn nhiệt là 16,7
( W/mK )
•

α n , α S : hệ số cấp nhiệt phía hơi dung dòch ( W/m2K )

* Nồi 1 :

K

1

=

1
1
0,0035

1
+
+
10045,03
16,7
4020,86

K1 = 1776,3 ( W/m2K )
* Nồi 2 :

K

2

=

1
1
0,0035
1
+
+
9643,21 16,7
3040,96

K2 = 1557,33 ( W/m2K )
(*) Kiểm tra lại việc chọn ∆t
• Nồi 1:

∆t = k1 .

∆t1
17,54
= 1776,33.
αn1
10045,03

∆t = 3,1 ( 0C )

Đánh giá sai số :

ε=

∆t − ∆t chon
3,1 − 3
.100% =
.100%
∆t
3,1


ε = 2,85% ≤ 5%
Vậy chấp nhận việc chọn ∆t ở nồi 1
•

Nồi 2 :

∆t = k 2 .

∆t 2

17,45
= 1557,33.
α n2
9643,2081

∆t = 2,86 0C

Đánh giá sai số :

ε=

3 − 2,86
.100% = 4,5% < 5%
3

Vậy kết quả tạm chấp nhận được
IV.1.4 Xác đònh bề mặt truyền buồng đốt

F

*

i

=

Q

i

k i .∆t i

Trong đó :
Qi : lượng nhiệt do hơi đốt ngưng tụ toả ra
∆ ti : hiệu nhiệt độ của nồi cô đặc thứ i, 0C
ki : hệ số truyền nhiệt nồi cô đặc thứ i
Nồi 1:

Q

1

(

"

'

= D ih − ih
=

)

1097,051
( 2725 − 561,4).10 3
3600

= 659297,601 (W)

F

*

Nồi 2 :

1

=

659297,601
= 20,74 ( m2 )
17,54 * 1812,43

Q = W .(i − i )
1

2

=

"

'

1

1

998,24
( 2687,6 − 451,06).10 3
3600

=620167,692 ( W )

620167,692
F 2 = 1572,25 = 16,73 ( m2 )
Theo bảng VI-6 T.74-[6] ta chọn theo quy ước chuẩn
F = 25 ( m2 )
IV.2
Xác đònh kích thước buồng bốc và buồng đốt
IV.2.1 Xác đòng kích thước buồng bốc
Nhiệm vụ chủ yếu của buồng bốc là tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt rơi
trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ
Vận tốc hơi của hơi thứ trong buồng
bốc không quá 70-80% vận
tốc lắng ( W0 )
Theo [3] ta có
W0 =
Trong đó :

4.g .( ρ e − ρ h ).d
3.ξ .ρ h

(CT 5.14/157-[3])


ρ e , ρ h : khối lượng riêng của giọt lỏng và của hơi thứ ( Kg/m3)
d : đường kính của giọt lỏng. Chon d = 0,0003 ( m )
ξ : Hệ số trở lực phụ thuộc vào chuẩn số Re

⇒ ξ = ( 18,5/ Re0,16 )

500 < Re < 150000 ⇒ ξ = 0,44
Wh .d .ρ h
Re =
µh
µ h : độ nhớt của hơi thứ ( N.s/m2 )
Nếu 0,2 < Re < 500

Wh : vận tốc thực của hơi thứ

 Vh
 Fb

Wh = 





( m/s )

- Vh : lưu lượng thể tích hơi thứ ( m3/s )
Vh =

W
ρh

W : lượng hơi thứ bốc ra ở nồi thứ i ( Kg/s )
- Fb: diện tích buồng bốc

 π .Db2

=
F b  4

(*)





( m2 )

Db: đường kính buồng bốc
Tính thể tích buồng bốc theo công thức

W
ρ h .ω '

Vb =
Trong đó :
(*)

ω

'

= 1700 m3/m3h : cường độ bốc hơi V cho phép

Tính chiều cao buồng bốc theo công thức
Hb =

4Vb
π .Db2

Tính áp suất làm việc ở mỗi nồi ta tra được các thông số sau của dung môi

Tsố

Nồi

P (at )

ρ h ( Kg/m3)

ρ e ( Kg/m3)

µ h (N.S/m2)

1,32
0,2

0,7652
0,1308

952,776
983,1

1,6.10-5
1,15.10-5

1

2
(*)

Nồi 1 :
- Lưu lượng thể tích
Vh1 =

998,24
1
.
= 0,3624 ( m3/s)
3600 0,7652

- Diện tích buồng bốc

F

b1

=

Db2 .3,14
4

Theo [3] T157 chọn đường kính chuẩn buồng bốc
Db = 1400 mm = 1,4 (m)


⇒

1,4 2.3,14
= 1,5386 ( m2 )
4

F b1 =

- Vận tốc thực của hơi thứ

W

h1

=

0,3624
= 0,2355 (m/s )
1,5386

- Chuẩn số Keynold

0,2355.0,0003.0,7652
= 3,3788
1,6.10 −5
18,5
ξ1 =
= 8,911
3,3788 0,6

Re

1

⇒

=

- Vận tốc lắng

W
⇒
⇒

W
W

4 * 9,18 * ( 925,776 − 0,7652 ) * 0,0003
3 * 8,911 * 0,7652

01

=

01

= 0,716 ( m/s )

÷ 80% W0
0,2355 < 0,5012 ÷ 0,5728
h1

< 70

⇒ Vậy thoả

- Thể tích buồng bốc

V

=

b1

998,24
= 0,7674 ( m3 )
0,7652 * 1700

- Chiều cao buồng bốc

H
(*)

b1

=

4 * 0,7674
= 0,5 ( m )
3,14 * 1,4 2

Nồi 2 : cách tính tương tự nồi 1

V = 2,0287 ( m /s )
F = F = 1,5386 ( m
W = 1,3185 ( m/s )
Re = 4,904
ξ = 7,126
W = 1,97 ( m/s )
W < 70 ÷ 80% W
3

h2

b2

b1

2

)

h2

2

2

02

⇒

h2

02

1,1385 < 1,377 ÷ 1,576

Vậy thoả điều kiện

- Thể tích buồng bốc

V

b2

=

955,24
= 4,196 ( m3 )
0,1308 * 1700

- Chiều cao buồng bốc

H
(*)

b2

=

4 * 4,296

= 2,97 ( m )
3,14 *1,4 2

Vậy ta chọn chung cho cả 2 nồi ở buồng bốc như sau :
Đường kính : Db = 1,4 (m)
Chiều cao Hb = 2,8 (m)


IV.2.2 Xác đònh kích thước buồng đốt
a)

Xác đònh số ống truyền nhiệt

n=

F
π .d .H

( CT III-25-[6] )

Trong đó
F : diện tích bề mặt truyền nhiệt ( m2 )
H : chiều cao ống truyền nhiệt (m)
d : đường kính ống truyền nhiệt ( m )
Diện tích truyền nhiệt 2 nồi như nhau F = 25 ( m2 )
Chon ống 38/31 ⇒ d = 0,038 (m)
Chiều cao ống truyền nhiệt H = 3 (m)

⇒ n=

25
= 69,8 (ống)
3,14 * 0,038 * 3

Theo bảng 5-11-[6] T 48 chọn số ống chuẩn là 91 ống và chọn
truyền nhiệt là ống chùm bố trí theo hình lục giác đều.
(*) Cách bố trí ống:
- Số ống trên đường xuyên tâm của hình lục giác đều : 11
- Số hình lục giác đều 5
- Tổng số ống của thiết bò : 91 ống
b)
Xác đònh đường kính buồng đốt
D = S ( m -1 ) + 4d0
(CT 2.85 T58-[3])
Trong đó:
S = β .d0 , β = 1,3 ÷ 1,5
thường chon β = 1,40
m : số ống trên đường chéo
m=

⇒

c)

1+

cách bố trí ống

4
( n − 1) = 11 (ống)

3

D = 1,4 ( 11 – 1).0,038 + 4.0,038 = 0,684 (m)
Theo T156-[3] chọn đường kính cho vỏ buồng đốt 800 mm
Xác đònh đường kính ống tuần hoàn ngoài

dS
F
= 0,2821.
≥ 10
d0
d0
⇒ dS ≥ 10d0 ⇔ dS ≥ 0,38 ( m )

Chọn

D

th

= 400 m

Phần V:
TÍNH CƠ KHÍ CỦA THIẾT BỊ CHÍNH

V.1 Tính thân thiết bò
V.1.1 Thân buồng bốc
Chọn vật liệu để chế tạo thân buồng bốc của thiết bò là thép hợp kim cao X18H10T,thân
thiết bò có dạng hình trụ hàn
Nồi 1:

-Thân buồng bốc chòu áp suất trong
- Áp suất tính toán: P=P1+ ρ gH
(CT1-1T13-[1])
Trong đó:
+P1: áp suất làm việc trong nồi 1, P1=1,32(at)
+g: gia tốc trọng trường, g=9,81(m/s2)
+ ρ : khối lượng riêng của chất lỏng ở P1, ρ =1122,1865(Kg/m3)
+H: chiều cao cột chất lỏng(m),H ≈

H dot = 3(m / s )


⇒

P=1.32.98100+9,81.1122,1865.3=162518(N/m2)
P=0,1625(N/mm2)
-Nhiệt độ tính toán: 116oC
-Dựa vào hình 1-2T22-[1] :ứng suất cho phép tiêu chuẩn

[σ ] ∗ = 141 (N/mm )
∗
- Ứng suất cho phép: [σ ] = η .[σ ]
2

(CT1-9T23-[1])

Với η =0,95: hệ số hiệu chỉnh tra theo T26-[1]
⇒ [σ ] =133.95(N/mm2)

- Theo bảng 1-7T25-[1] hệ số cấp mối hàn của thân hình trụ, hàn hồ quang điện, hàn 2

phía với Dt=1400(mm)>700(mm)

⇒ ϕ h = 0,95

- Ta có:

[σ ] .ϕ
P

h

=

133,95.0,95
= 783,09 >25
0,1625

- Bề dày tối thiểu của thân được xác đònh theo CT5-3T130-[1]
S’=

Dt .P
1400.0,1625
=
=0,894(mm)
2.[σ ]ϕ h 2.0,95.133,95

- Bề dày thực của thân thiết bò:
S=S’+C
(CT5-9T131-[1])
Trong đó:

C=Ca+Cb+Cc+C0
+ Ca: hệ số bổ sung ăn mòn. Chọn Ca=1(mm)
+ Cb: hệ số ăn mòn do bào mòn cơ học của môi trường. Chọn Cb=0
+ Cc: hệ số ăn mòn do sai lệch khi chế tạo lắp ráp. Chọn Cc=0
+ C0: hệ số bổ quy tròn kích thước. Chọn C0=1,05(mm)
⇒ S=0,894+1+0+0+1,05=2,944(mm)
Vậy ta lấy bề dày thân buồng bốc nồi 1 là: 4(mm)
- Kiểm tra:

S − Ca
4−2
≤ 0,1 ⇔
= 0,001428 < 0,1 (thoả)
Dt
1400
[ P] = 2.[σ ]ϕ h .( S − C a ) = 2.133,95.0,95.(4 − 2) =0,363(N/mm2)
Dt + ( S − C a )
1400 + (4 − 2)

⇒ [ P ] =0,363>P=0,1603(N/mm2)(thoả)

Nồi 2:
-Thân buồng bốc ở nồi 2 chòu áp suất ngoài
-Áp suất tính toán: Pn=PKq-P2=1-0,2=0,8(at)=0,07848(N/mm2)
-Nhiệt độ tính toán: 83,99oC
-Dựa vào bang’-12T45-[1] mô đun đàn hồi của vật liệu thân là E=2,08.105(N/mm2)
-Dựa vào hình 1-2T22-[1] :ứng suất cho phép tiêu chuẩn

[σ ] ∗ = 145 (N/mm )
2

-Hệ số an toàn tra theo bảng 1-6T20-[1]: n=1,65
-Giới hạn chảy của vật liệu làm thân:

σ Ct = n.[σ ] ∗ =145.1,65=239,25(N/mm2)

-Bề dày tối thiểu của thân


 Pn l ′ 
S =1,18.D. 

 E D

0, 4

’

(CT5-4T133-[1])

Với l’: chiều dài tính toán của thân, l’=Hbốc =2800(mm)

 0,07848 2800 
S =1,18.1400. 
 2,08.10 5 1400 



⇒

0, 4

’

=5,876(mm)

-Bề dày thực của thân thiết bò:
S=S’+ Ca+Cb+Cc+C0=5,876+1+0+0+1,05=7,926(mm)
Vậy ta chọn bề dày theo tiêu chuẩn là S=8(mm)
-Kiểm tra:

⊕ 1,5.

2.( S − C a )
l′
≤
≤
Dt
Dt

Dt
(CT5-15T134-[1])
2( S − C a )

2.(10 − 2 ) 2800
≤
≤
1400
1400
0,16 ≤ 2 ≤ 9,4 (thoả)

⇔

1,5.

⇔

l′
E
≥ 0,3. t
Dt
σC

⊕

Dt
2( S − C a )

2800
2,08.10 5
≥ 0,3.
1400
239,25
2 ≥ 0,261 (thoả)

⇔
⇔

1400
2( 8 − 2 )

(CT5-16T134-[1])

1400
2( 8 − 2)
2

 S − Ca  S − Ca


≥ Pn (CT5-19T135-[1])
Dt
 Dt 
[ Pn ] =0,1119 ≥ Pn = 0,07848 (N/mm2) (thoả)

D
⊕ [ Pn ] = 0,609.E. t
l′

Kết luận : chọn bề dày thân buồng bốc chung cho cả 2 nồi: S=8(mm)
V.1.2 Thân buồng đốt
- Chọn vật liệu để chế tạo thân buồng đốt của thiết bò là thép hợp kim cao X18H10T,thân
thiết bò có dạng hình trụ hàn
-Thân buồng đốt cho cả 2 nồi đều chòu áp suất trong
Nồi 1:
-Áp suất tính toán: P=3(at)=0,2943(N/mm2)
-Dt =800(mm)

[σ ] ∗ = 138 (N/mm )
∗
- [σ ] = η .[σ ] =131(N/mm )

[σ ] .ϕ = 131.0,95 = 423,2 >25
-

2

2

P

0,2943

h

-Bề dày tối thiểu của thân
S’=

Dt .P
=0,97(mm)
2.[σ ]ϕ h

-Bề dày thực của thân thiết bò:
S=S’+ Ca+Cb+Cc+C0=0,97+2+0+0+1,05=4,02 (mm)
Vậy ta chọn bề dày theo tiêu chuẩn là S=5(mm)
-Kiểm tra:


S − Ca
5−2
≤ 0,1 ⇔
= 0,00375 < 0,1 (thoả)

Dt
800
[ P] = 2.[σ ]ϕh .( S − Ca ) = =0,89(N/mm2)
Dt + ( S − Ca )

⇒ [ P ] =0,89>P=0,2943(N/mm2)(thoả)

Nồi 2:
-Áp suất tính toán: P=1,32(at)=0,1295(N/mm2)
-Dt =800(mm)

[σ ] ∗ = 142 (N/mm )
∗
- [σ ] = η .[σ ] =134,9(N/mm )
[σ ] .ϕ 134,9.0,95 = 989,61
-

2

2

-

P

h

=

0,1295

>25

-Bề dày tối thiểu của thân
S’=

Dt .P
=0,405(mm)
2.[σ ]ϕ h

-Bề dày thực của thân thiết bò:
S=S’+ Ca+Cb+Cc+C0=0,405+2+0+0+1,05=3,455(mm)
Vậy ta chọn bề dày theo tiêu chuẩn là S=4(mm)
-Kiểm tra:

S − Ca
4−2
≤ 0,1 ⇔
= 0,0025 < 0,1 (thoả)
Dt
800
[ P] = 2.[σ ]ϕh .( S − Ca ) = =0,607(N/mm2)
Dt + ( S − Ca )

⇒ [ P ] =0,607>P=0,1295(N/mm2)(thoả)

Kết luận : chọn bề dày thân buồng đốt chung cho cả 2 nồi: S=5(mm)
V.2 Tính nắp thiết bò
Chọn chi tiết nắp cho cả 2 nồi là nắp elip tiêu chuẩn có gờ .Vật liệu chế tạo đối với nắp
là thép X18H10T.

Nồi 1:
∗ Buồng bốc
-Nắp chòu áp suất trong: P=0,1295(N/mm2)

[σ ]∗ = 142 (N/mm )
∗
- [σ ] = η .[σ ] =134,9(N/mm )
[σ ] .ϕ = 134,9.0,95 = 1041,7 >25
-

2

2

P

0,1295

h

-Bề dày tối thiểu của thân
S’=

Rt .P
2.[σ ]ϕh

Với Rt bán kính cong ở bên trong ở đỉnh nắp, với nắp tiêu chuẩn

⇒ S’=

1400.0,1295
=0,707(mm)
2.0,95.134,9

-Bề dày thực của thân thiết bò:

ht
= 0,25 ⇒ Rt =Dt
Dt


S=S’+ Ca+Cb+Cc+C0=0,707+2+0+0+1,05=3,75(mm)
Vậy ta chọn bề dày theo tiêu chuẩn là S=4(mm)
-Kiểm tra:

S − Ca
4−2
≤ 0,1 ⇔
= 0,0025 < 0,1 (thoả)
Dt
800
[ P] = 2.[σ ]ϕ h .( S − C a ) =0,382(N/mm2)
Rt + ( S − C a )

⇒ [ P ] =0,382>P=0,1295(N/mm2)(thoả)
∗ Buồng đốt

-Nắp chòu áp suất trong: P=0,2943(N/mm2)
-

[σ ] .ϕ
P

-S’=

h

= 423,2 >25

Rt .P
=0,97(mm)
2.[σ ]ϕ h

-Bề dày tối thiểu của thân
S=S’+ Ca+Cb+Cc+C0=0,97+2+0+0+1,05=4,02(mm)
Vậy ta chọn bề dày theo tiêu chuẩn là S=5(mm)
-Kiểm tra:

S − Ca
5−2
≤ 0,1 ⇔
= 0,00375 < 0,1 (thoả)
Dt
800
[ P] = 2.[σ ]ϕ h .( S − C a ) =0,63(N/mm2)
Rt + ( S − C a )

⇒ [ P ] =0,63>P=0,2943(N/mm2)(thoả)
Nồi 2:
∗ Buồng bốc

-Làm việc chòu áp suất ngoài để tính
-P=0,07848(N/mm2)
-Chọn S=8(mm)
-Kiểm tra:

Rt 1400
=
=140
S
8
σ ty
0,15.E t
Với x= t -tỷ số gjới hạn đàn hồi của vật liệu làm nắp ở nhiệt
x.σ Ct
σC
độ tính toán . Chọn x=0,9
5

R
0,15.2,08.10
= 134 ≤ t = 155,56
0,9.239,25
S
Kni đó [ Pn ] tính theo CT6-6T166-[1]
⇒





[ Pn ] =0,09.E.  S − C a 
 K .Rt 

Với K: hệ số chọn theo bảng T167-[1]. Chọn K=0,93

⇒ [ Pn ] =0,5463>P=0,07848(N/mm2)(thoả)
∗ Buồng đốt

-Nắp chòu áp suất trong: P=0,1295(N/mm2)


-

[σ ] .ϕ
P

-S’=

h

=989,61>25

Rt .P
=0,405(mm)
2.[σ ]ϕ h

-S=3,455(mm)
Vậy ta chọn bề dày theo tiêu chuẩn là S=4(mm)
-Kiểm tra:

S − Ca
4−2
≤ 0,1 ⇔
= 0,0025 < 0,1 (thoả)
Dt
800
[ P] = 2.[σ ]ϕ h .( S − C a ) =0,607(N/mm2)
Rt + ( S − C a )

⇒ [ P ] =0,607>P=0,1295(N/mm2)(thoả)

Kết luận: chọn các kích thước của nắp chung cho cả 2 nồi
• Buồng bốc:
+ Chiều dày nắp: S=8(mm)
+ Chiều cao nắp: h=350(mm)
+ Chiều cao gờ: hgờ =25(mm)
• Buồng đốt:
+ Chiều dày nắp: S=5(mm)
+ Chiều cao nắp: h=200(mm)
+ Chiều cao gờ: hgờ =25(mm)
V.3 Tính đáy thiết bò
-Chọn đáy thiết bò của buồng bốc ở 2 nồi là dạng hình nón, có gờ. Đáy hình nón,
có gờ có tác dụng tháo nhanh các chất lỏng có độ nhớt đối với thiết bò có hình trụ thẳng đứng. Góc
ở đỉnh nón 2 α =60o, kiểu nón không có uốn mép
-Chọn đáy thiết bò của buồng đốt ở 2 nồi là dạng hình elip có gờ có bề dày đáy giống nắp
của buồng đốt nên ta không cần tính toán lại
Nồi 1:
+Buồng bốc : đáy chòu áp suất trong
-P=0,1625(N/mm2)
-

[σ ] ϕ
P

h

=

133,95
0,95 =783,84>50
0,1625

-Bề dày tối thiểu của thành đáy

Dt .P
(CT6-8T174-[1])
2.Cosα .[σ ]ϕ h
1400.0,1625
S’=
=1, 031(mm)
2.Cos 30 o.1339,95.0,95
S’=

-Bề dày thực của đáy
S = S’ + Ca + Co = 1,031+2+1,05=4,08(mm)
Chọn bề dày thực của đáy buồng bốc là 5 (mm)
-Kiểm tra:

[ P] =

4.[σ ].ϕ h .( S − C a )
Dt + 2.Cos ( S − C a )

[ P] = 4.133,95.0,95.(5 − 1o ).Cos30
1400 + 2.Cos30 .( 4 − 1)

(CT6-24T176-[1])
o

=0,9906 >P=0,1295


(thoả)
Nồi 2:
+Buồng bốc : đáy chòu áp suất ngoài
-Chọn bề dày đáy:S=8(mm)
-Kiểm tra lại điều kiện phải thoả:
1)

l′
E
≥ 0,3.
Dt
σC

 2.( S − C a ) 


Dt




⇔

2800
2,08.105
≥ 0,3.
1400
239,25

⇔

2≥

⇔

(CT5-16T134-[1])

 2.( 8 − 2) 
 1400 



3

0,1127 (thoả)
2

 S − Ca  S − Ca



(CT5-19T135-[1])
D
D
t
t


2
1400  8 − 2  8 − 2
[ Pn ] = 0,649.2,08.105.


2800  1400  1400
[ Pn ] =0,1193 ≥ P = 0,07848 (thoả)

Dt
2) [ Pn ] = 0,649.E.
l′
⇔

3

Kết luận : Chọn đáy chung cho cả 2 nồi
• Buồng bốc:
-Bề dày đáy : S=8 (mm)
-Chiều cao đáy : H=1269 (mm)
-Chiều cao gờ : hgo=40 (mm)
• Buồng đốt:
-Bề dày đáy : S=5 (mm)

-Chiều cao đáy : H=200 (mm)
-Chiều cao gờ : hgo=25(mm)
V.4 Tính mối ghép bích
-Do áp suất bên trong của nồi 1 lớn hơn nồi 2. Do đó, ta lấy áp suất trong nồi 1 để tính.
Giữa thân và nắp ta chọn bích liền dựa vào bảng XIII.27 T417-[6]
V.4.1 Bích nối nắp và buồng bốc :
Với P1=1,32(at) = 0,1925(N/mm2)
Dt=1400(mm)
Tra bảng XIII-27T417-[6]. Ta có các kích thước của mối ghép lắp
Dt=1540(mm)
Db=1490(mm)
D=1460(mm)
Do=1413(mm)
Bulông : db=M20
Z=40 con
Bề dày bích : h=30(mm)
V.4.2 Bích nối nắp và buồng đốt được chế tạo tương tự như bích nốiđáy và buồng đốt :
Với P1=3(at) = 0,2943(N/mm2)
Dt=800(mm)
Tra bảng XIII-27T417-[6]. Ta có các kích thước của mối ghép lắp
Dt=930(mm)


Db=880(mm)
D=850(mm)
Do=811(mm)
Bulông : db=M12
Z=24 con
Bề dày bích : h=22(mm)
*Chọn loại đệm amiang-caton dày 5 mm để tăng độ kín cho mối ghép

V.5 Tính vỉ ống
Vỉ ống để giữ chặt đầu ống trao đổi nhiệt . Có 3 cách bố trí vỉ ống là theo đỉnh tam giác
đều, hình vuông và theo hình tròn đồng tâm. Tuy nhiên, cách bố trí theo đỉnh hình tam
giác đều có tính ưu việt nhất nên ta chọn cách bố trí này.
-Bước lỗ : l=

a.b + c.d 2.a.b
=
= a.b = t.Sin60 o = 1,5d n .Sin60 o
2
2

l=49,36 (mm)

-Chọn vật liệu chế tạo vỉ ống truyền nhiệt là thép X10H18T
-Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài:
h’=K.Dt.

P0
[σ u ]

(CT8-19T212-[1])

Trong đó :
K: hệ số, bằng 0,28 – 0,36. Chọn K=0,36
Dt: đường kính trong của thân thiết bò, Dt=800(mm)
P0: áp suất tính toán ở trong ống,(N/mm2)
P0=Ph+ ρ gH =3.98100+1122,1865.3.9.81
=327326(N/m2)=0,327(N/mm2)

[σ u ] : Ứng suất cho phép khi uốn của vật liệu làm vỉ ống, tra hình-2T22-[1] ta
được [σ u ] =128,25(N/mm )
2

⇒

h’=0,36.800.

0,327
128,25

=14,5(mm)

-Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa:
h=K.Dt.

P0
[σ u ].ϕ 0

CT9-19T212-[1]

Trong đó :
K: hệ số, bằng 0,45-0,6. Chọn K=0,45

ϕ 0 : hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ
ϕ0 =

Dn − ∑ d
Dn

Dn: đường kính ngoài vỉ ống, (mm)

∑ d : tổng số đường kính các lỗ trong vỉ,(mm)

⇒

ϕ0 =

800 − 38.11
=0,4775
800

⇒ h=800.0,45.

0,327
128,5.0,4775

Vậy ta chọn bề dày vỉ ống là 28 (mm)
-Kiểm tra lại:

=26,28(mm)


σ trong =

P

≤ [σ u ]

d  h′


3,6.1 − 0,7. n .
l  l


(CT8-25T214-[1])

*Nồi 1:

σ trong =
*Nồi 2:

0,327
38  28 =0,347 ≤ [σ u ] (thoả)

.
3,6.1 − 0,7.
49,36  49,36


σ trong =

0,1295
38  28 =0,138 ≤ [σ u ]

.
3,6.1 − 0,7.
49
,
36


 49,36

(thoả)
V.6 Tính tai treo và chân đỡ
V.6.1 Tính tai treo
-Nồi cô đặc thẳng đứng và có khối lượng lớn cho nên chọn ở mỗi nồi là 4 tai treo và mối
hàn ở mỗi tai treo là hàn 2 gân
-Tải trọng tác dụng lên 1 tai
Q=

Gmax GTB
=
z
4

(CT8-63T236-[1])

Trong đó:
+GTB: trọng lượng của nồi cô đặc
+z: Số lượng tai treo

⇒

Q=

M TB .g
4

V.6.1.1 Tính MTB

*Nắp
-Buồng bốc:
S=8(mm)
hgo=25(mm)
Dt =1400(mm)
⇒ mnắp =142(Kg)
(tra bảng XIII11T384-[6])
-Buồng đốt:
S=5(mm)
hgo=25(mm)
Dt =800(mm)
⇒ mnắp =30,2(Kg)
(tra bảng XIII11T384-[6])
*Thân
-Buồng bốc:
Thể tích của bề dày thân

π 2
( Dn − Dt2 ).H boc
4
π
2
2
V= (1,416 − 1,4 ) .2,8 =0,099(m3)
4
V=

⇒ mthan = V .ρ X 18 H 10T =0,099 . 7900=782,36(Kg)
-Buồng đốt:

Thể tích của bề dày thân

π
(
0,810 2 − 0,8 2 ) .3 =0,0303(m3)
4

V=

⇒ mthan = V .ρ CT 3 =0,0303 .7850 =239,33(Kg)
*Đáy

-Buồng bốc:
S=8(mm)
hgo=50(mm)
Dt =1400(mm)
⇒ mđay =222(Kg)
(tra bảng XIII21T384-[6])
-Buồng đốt:
S=5(mm)
hgo=25(mm)
Dt =800(mm)
⇒ mđáy =30,2(Kg)
(tra bảng XIII11T384-[6])
*Khối lượng ống
-Buồng bốc:
Thể tích bề dày của ống đốt

π .n 2

(
d n − d t2 ).H
4

V=

n: số ống truyền nhiệt, n=91 ống

⇒

π .91
(
0,038 2 − 0,0312 ).3 =0,09(m3)
4
= V .ρ OX 17 H 5Γ 9 A6 =0,09 . 7800=702,06(Kg)

V=

⇒ mthan
*Khối lượng vỉ ống

π .0,028
(
0,8 2 − 0,038 2.91).2 =0,008(m3)
4
⇒ mvi = 0,008.7900 = 63,08( m 3 )
V=

*Khối lượng của bích
-Bích nối nắp và thân buồng bốc

m1= ρ CT 3 .

π
.( D 2 − Dn2 ).h
4

Trong đó:
D: kích thước bích, D=1540(mm)
H: bề dày bích, h=45(mm)
Dn : đường kính ngoài của thân, Dn =1420(mm)

⇒ m1 = 7850.

π
(1,54 2 − 1,142 2 ).0,045 =100,35(Kg)
4

-Bích nối nắp và thân buồng đốt + bích nối đáy và thân buồng đốt
m1=2. ρ CT 3 .

⇒ m1 = 2.7850.

π
.( D 2 − Dn2 ).h
4

π
( 0,932 − 0,812 ).0,04 =104,53(Kg)
4

Vậy:
Khối lượng tổng cộng của vật liệu ở buồng bốc của 1 nồi
Mbuồngbốc=mthân+mnắp+mđáy+mbích
Mbuồngbốc=279,41+142+222+100,35=743,76(Kg)
Khối lượng tổng cộng của vật liệu ở buồng đốt của 1 nồi