Thiết kế thiết bị cô đặc liên tục 2 nồi bằng NaOH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
Bộ Môn Quá Trình và Thiết Bị


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
MSMH: 605040

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
LIÊN TỤC HAI NỒI XUÔI CHIỀU ĐỂ CÔ ĐẶC DUNG
DỊCH NaOH

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Ngành
Lớp
MSSV

:
:
:
:
:

Trịnh Văn Dũng
Nguyễn Hoàng Đại Lợi
Kỹ Thuật Vô Cơ
HC13VS
61305029


TP.HCM, tháng 12 năm 2016


LỜI NÓI ĐẦU
Việc thực hiện đồ án quá trình và thiết bị là cơ hội để mỗi sinh viên ôn lại những kiến
thức đã học trong các môn của bộ môn quá trình và thiết bị, cũng như những kiến thức về
công nghệ hóa học. Ngoài ra, đây là cơ hội sinh viên tiếp cận với thực tế thông qua việc
tính toán, lựa chọn và thiết kế các chi tiết của một thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất
thực tế.
Tuy nhiên, trong việc tính toán, lựa chọn và thiết kế, là một sinh viên nên không thể tránh
khỏi những sự sai sót và thiếu sót, em rất mong được sự thông cảm từ thầy cô. Em rất
mong được sự góp ý và chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để em có thể có thêm nhiều kiến
thức chuyên môn.
Đồ án này được phân công bởi thầy Nguyễn Đình Thọ và dưới sự giúp đỡ,hướng dẫn trực
tiếp của thầy Trịnh Văn Dũng và các thầy cô Bộ môn Qúa trình và Thiết bị Khoa Kỹ
thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Em xin chân thành
cám ơn thầy Trịnh Văn Dũng và các thầy cô Bộ môn Qúa trình và Thiết bị cũng như các
bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án.


Phụ lục
1.

2.

3.

4.

Tổng quan ............................................................................................................................................ 1
1.1

Nhiệm vụ đồ án ........................................................................................................................... 1

1.2

Tính chất nguyên liệu .................................................................................................................. 1

1.3

Quá trình cô đặc ........................................................................................................................... 1

Chọn, vẽ và thuyết minh quy trình công nghệ.................................................................................. 3
2.1

Lựa chọn quy trình công nghệ [2]............................................................................................... 3

2.2

Vẽ quy trình công nghệ ................................................................................................................ 3

2.3

Thuyết minh quy trình công nghệ ............................................................................................... 5

Tính cân bằng vật chất và năng lượng .............................................................................................. 5
3.1.

Tính cân bằng vật chất ................................................................................................................ 5

3.2.

Tính cần bằng nhiệt lượng .......................................................................................................... 6

Tính toán thiết kế thiết bị chính ...................................................................................................... 10
4.1 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt ......................................................................................... 10
4.2 Tính kích thước buồng đốt và bốc ................................................................................................... 15

5.

Tính cơ khí ......................................................................................................................................... 19
5.1 Tính thân buồng đốt ........................................................................................................................ 19
5.2 Tính thân buồng bốc ........................................................................................................................ 21
5.3 Tính đáy, nắp.................................................................................................................................... 22
5.4 Tính bích và bulong ......................................................................................................................... 26
5.5 Tính vỉ ống ....................................................................................................................................... 28
5.6 Tính tay treo ..................................................................................................................................... 28

6.

Tính thiết bị phụ................................................................................................................................ 29
6.1 Thiết bị ngưng tụ baromet ............................................................................................................... 29
6.2 Bồn cao vị ......................................................................................................................................... 32
6.3 Bơm................................................................................................................................................... 34
6.4 Thiết bị gia nhiệt .............................................................................................................................. 38
6.5 Cửa sửa chữa ................................................................................................................................... 40
6.6 Kính quan sát ................................................................................................................................... 40

7.

Kết luận .............................................................................................................................................. 40

8.

Tài liệu tham khảo ............................................................................................................................ 41


1. Tổng quan
1.1 Nhiệm vụ đồ án
- Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc
dung dịch NaOH với năng suất theo nguyên liệu: 4500 kg/h
 Nồng độ đầu dung dịch: 8% (kh.l)
 Nồng độ dung dịch cuối: 41% (kh.l)
 Áp suất hơi đốt: 4,15 (atm)
 Áp suất trong thiết bị ngưng tụ: 0,25 (atm)
 Thiết bị cô đặc: buồng đốt ngoài thẳng đứng
1.2 Tính chất nguyên liệu
- Natri Hidroxit (NaOH), IUPAC Sodium Hydroxide hay thường gọi là Xút, Xút
ăn da, ở nhiệt độ phòng, nguyên chất là chất màu trắng ở dạng viên.
- Natri hydroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnh khi hòa tan trong dung môi như
nước.
- Khối lượng phân tử: 39,997 g/mol
- Khối lượng riêng: 2,1 g/cm3
- Nhiệt độ nóng chảy: 318oC ( 591K)
- Điểm sôi: 1390oC (1663K)
- Độ hòa tan trong nước: 111g/100ml (20oC), ít tan trong dung môi hữu cơ:
methanol, ethanol…
- Độ nhớt: 1,744 Cp (8% khối lượng, ở nhiệt độ 20oC). [1]

- Ngành công nghiệp sản xuất NaOH đóng vai trò trong sự phát triển của các
ngành công nghiệp khác như dệt, xà phòng chất tẩy rửa…Phương pháp sản
xuất NaOH hiện này người ta thường dùng là điện phân NaCl trong bình điện
phân có màng ngăn. Dung dịch sau khi sản xuất là dung dịch NaOH có nồng
độ thấp. Do vậy để sản xuất dung dịch đặc hơn và sản xuất NaOH dạng tinh
thể người ta cần tiến hành qua phương pháp là cô đặc dung dịch NaOH loãng
1.3 Quá trình cô đặc
1.3.1 Một số khái niệm
- Cô đặc là quá trình làm tan nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng
cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi. [2]
- Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng
phần của dung môi trên trên mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.
[2]
- Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ( hay không bay hơi trong quá trình
đó ) ta có thể tách một phần dung môi ( cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương
pháp nhiệt độ (đun nóng ) hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh. [3]
- Khái niệm trong cô đặc:
 Hơi đốt: hơi dùng để đun sôi dung dịch
 Hơi thứ: hơi bốc lên từ các nồi cô đặc

1


 Hơi phụ: hơi lấy ra làm hơi đốt cho thiết bị ngoài hệ thống cô đặc.
- Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở các điều kiện áp suất khác nhau. Khi
làm việc ở áp suất thường ( áp suất khí quyển ) người ta dùng thiết bị hở, khi
làm việc ở áp suất khác áp suất khí quyển ( áp suất chân không ) người ta dùng
thiết bị kín. [3]
1.3.2 Cô đặc nhiều nồi
- Có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm việc

liên tục hoặc gián đoạn.
- Thiết bị cô đặc nhiều nồi cho phép tiết kiệm nhiều hơi đốt so với thiết bị một
nồi. Số nồi tăng lên thì lượng hơi đốt tiêu tốn riêng giảm nhưng giá thành thiết
bị tăng lên. Nhiệm vụ thiết kể là xác định số nồi tối ưu, kinh nghiệm cho thấy
thiết bị làm việc trong điều kiện chân không thì số nồi thích hợp không quá 5,
thiết bị làm việc ở áp suất cao thì không quá 3. [2]
- Hệ thống cô đặc nhiều nồi được chia thành ba loại: [2]
 Hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều
 Hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều
 Hệ thống cô đặc nhiều nồi song song
- Ưu và nhược điểm của hệ thông cô đặc nhiều nồi xuôi chiều:
Ưu điểm:
 Hệ thống làm việc thì nhiệt độ và áp suất nồi trước phải lớn hơn nồi sau,
do đó dung dịch tự chảy qua từ nồi đầu qua nồi sau mà không cần bơm.
 Nhiệt độ sản phẩm thấp nên chất lượng sản phẩm tốt
 Hệ thống đơn giản. chi phí đầu tư thấp
Nhược điểm
 Nồng độ các nồi sau cao hơn các nồi trước, nhiệt độ giảm, làm độ nhớt
tăng, do hệ số truyền nhiệt giảm, không tận dụng được hết công suất
thiết kế của thiết bị.
- Trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, cô đặc là quá trình làm bay hơi một
phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi ở nhiệt độ sôi; với
mục đích:
 Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch
 Tách các chất hoà tan ở dạng rắn (kết tinh)
 Tách dung môi ở dạng nguyên chất .

2

2. Chọn, vẽ và thuyết minh quy trình công nghệ
2.1 Lựa chọn quy trình công nghệ [2]
- Loại và kiểu cấu tạo thiết bị cô đặc phải được lựa chọn trên cơ sở những tính
chất hóa lý của dung dịch cần cô đặc như độ nhớt, tổn thất nhiệt độ sôi, khối
lượng riêng, suất căng bề mặt ( liên quan độ tạo bọt của dung dịch),…
- Cấu tạo của thiết bị cô đặc cần thỏa yêu cầu chung về mặt công nghệ cũng như
về mặt kế cấu và phải đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tối ưu.
- Với dung dịch NaOH thì ta có độ nhớt là 1,74.10-3 < 8.10-3 nên ta dùng thiết bị
loại thẳng đứng có tuần hoàn tự nhiên nhiều lần, trong đó đạt hiệu quả cao có
phòng đốt ngoài và ống tuần hoàn ngoài, mà với theo yêu cầu đề bài thì ta chọn
“buống đốt ngoài thẳng đứng”. Dung dịch cô đặc NaOH không tạo thành kết
tủa trên bề mặt đốt và các dung dịch dễ tạo bọt nên bố trí khu vực sôi bên trong
ống đốt.
- Đối với thiết bị buồng đốt ngoài thiết bị này có buồng đốt và không gian bốc
hơi (buồng bốc) hoàn toàn tách rời nhau, liên hệ với nhau bằng ống nối. Lợi
ích của việc tách rời:
 Giảm bớt được chiều cao giữa buồng đốt và buống bốc, có thể điều
chỉnh sự tuần hoàn.
 Hoàn toàn tách hết bọt, vì buồng đốt cách xa không gian hơi.
 Có khả năng sử dụng không gian hơi như là một bộ phận phân ly loại ly
tâm.
 Một không gian có thể nối với hai hoặc nhiều buồng đốt, như vậy có thể
luân phiên sửa chữa buồng đốt mà không phải ngừng sản xuất.
2.2 Vẽ quy trình công nghệ

3


4

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ
- Nguyên liệu được chứa trong bồn chứa nguyên liệu, dùng bơm ly tâm bơm lên
bồn cao vị, dung dịch chảy xuống qua lưu lượng kế ( nếu bơm với lưu lượng
vượt quá mức cho phép của bồn cao vị thì dung dịch sẽ qua ống chảy tràn về
lại bồn chứa ), tại lưu lượng kế thì ta điều chỉnh lưu lượng đầu vào cho thiết bị
gia nhiệt, tại thiết bị gia nhiệt thì dung dịch đi bên trong ống, còn nhiệt đi bên
ngoài ống. Dung dịch sau khi gia nhiệt thì sẽ chảy vào hệ thống cô đặc, hơi
nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo hệ thống ống dẫn nước ngưng ra ngoài.
Dung dịch sau khi vào buồng đốt thực hiên quá trình trao đổi nhiệt với dung
dich đi bên trong ống và hơi đốt đi ngoài ống, dung dịch bốc hơi và tiếp tục đi
qua buồng bốc thực hiện quá trình bốc hơi, do sự trên lệch về áp suất nên dung
dịch tiếp tục qua thiết bị cô đặc thứ hai và thực hiên tương tự như vậy cho đến
khi đạt yêu cầu, hơi đốt của nồi hai, được dùng bằng hơi thứ của nồi một. Hơi
thứ của nồi hai được cấp vào thiết bị Baromet. Trong thiết bị ngưng tụ chất làm
lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn vào
ngăn dưới của thiết bị, dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt sẽ ngưng tụ
thành lỏng chảy xuống bồn chứa, khí không ngưng tiếp tục đi qua thiết bị tách
giọt, do có bơm chân không ( tránh hiện tương tăng áp suất nước chảy ngược
vào nồi) đi nên được hút ra ngoài.
3. Tính cân bằng vật chất và năng lượng
3.1. Tính cân bằng vật chất
 Số liệu ban đầu
Năng suất nhập liệu 𝐺𝐷 = 4500 𝑘𝑔/ℎ
Nồng độ nhập liệu 𝑥𝐷 = 8%
Nồng độ cuối của dung dịch 𝑥𝐶 = 41%
Tính lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống:
𝑊 = 𝐺𝐷 (1 −

𝑥𝐷

𝑥𝐶

) = 4500 (1 −

8
41

) = 3622 𝑘𝑔/ℎ

 Áp dụng phương trình cân bằng vật chất
𝐺𝐷 . 𝑥𝐷 = 𝐺𝐶 . 𝑥𝐶
(3.1)
Suy ra: 𝐺𝐶 = 878 𝑘𝑔/ℎ
Tính toán lượng hơi thứ bốc ra khỏi mỗi nồi:
Gọi:
W1: lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1 (kg/h)
W2: lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 2 (kg/h)
 Giả sử : phân bố hơi thứ trong các nồi chọn tỷ số giữa hơi bốc lên
W
từ nồi 1 và 2 là: 1  1,1
W2
 Ta có hệ phương trình:

5


𝑊 = 𝑊1 + 𝑊2 = 3622
𝑊1
{
(3.2)

= 1,1
𝑊2
𝑊 = 1897,3 𝑘𝑔/ℎ
 Suy ra: { 1
𝑊2 = 1724,7 𝑘𝑔/ℎ
Xác định nồng độ dung dịch từng nồi:
Theo công thức 5.27 trang 297 − [3]
𝐺𝐷. 𝑥𝐷
𝑥𝑖 =
(3.3)
𝐺𝐷 − 𝑊𝑖
Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1: x1= 13,83%
Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2: x2= 41%
3.2. Tính cần bằng nhiệt lượng
3.2.1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi
Theo đề bài ta có:
Png=0,26 at  Tng= 64,95oC (tra bảng I.251/314- [1])
P1=4,29 at  T1= 145,3 oC (tra bảng I.251/314- [1])
Gọi ∆pi: chênh lệch áp suất trong nồi thứ i [at]
 Hiệu số áp suất của hệ thống cô đặc : Pt =P1 – Png = 4,03at
 Chọn tỷ số phân phối giữa các nồi là :

∆𝑃1
∆𝑃2

= 1,95 𝑎𝑡

 Ta có hệ phương trình:
∆𝑃1 + ∆𝑃2 = 4,03
{ ∆𝑃1

= 1,95
∆𝑃2
∆𝑃 = 2,58 𝑎𝑡
Suy ra: { 1
∆𝑃2 = 1,3 𝑎𝑡
Vậy áp suất hơi đốt nồi 2: P2=1,62 at  T2= 113,14oC
3.2.2. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ
Do quá trình truyền khối có sự tổn thất do trở lực đường ống ta có:

(3.4)

∆1′′′ = 1℃
∆′′′
2 = 1℃
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1: 𝑡1′ = T2+1=114,14oC  P1’=1,68 at
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2: t2’=Tng+1=65,95oC  P2’= 0,27 at
3.2.3. Xác định nhiệt độ tổn thất
3.2.3.1. Tổn thất do nồng độ tăng cao
Theo công thức của Tisencô (VI.10), trang 59-[2]:
’=’o .f

(3.5)

6


Trong đó:
∆′0 :Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lơn hơn nhiệt độ sôi của
dung môi ở áp suất khí quyển.
f : hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, được tính theo công thức

VI.11, trang 59-[2]:

f  16, 2

(273  t 'i ) 2
ri

(3.6)

Trong đó:
t : nhiệt độ hơi thức
r : ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc
Bảng 1:Tra bảng VI.2/67-[2] và bảng 5.2/265–[1]
Xc (%kl)

∆0’(oC)

ti’(oC)

ri.10-3(J/kg)

∆i’(oC)

Nồi 1

13,83

4,49

114,14

2223,25

4,89

Nồi 2

41

29,4

65,95

2342,89

23,35

Tổng tổn thất nhiệt độ của 2 nồi do nồng độ tăng cao là:
∑ ∆′ = ∆1′ + ∆′2 = 28,25 ℃

3.2.3.2. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ∆’’
Theo công thức 2.19/118 [7]
𝑃𝑡𝑏 = 𝑃ℎ𝑡𝑖 +

1
1
𝜌 . 𝑔. 𝐻𝑜𝑝 (𝑁/𝑚2 ) = 𝑃ℎ𝑡𝑖 + 𝜌𝑑𝑑𝑠 . 10−4 (0.26 + 0.0014(𝜌 − 𝜌𝑑𝑚 ). 𝐻0 (𝑎𝑡) (3.8)
2 𝑑𝑑𝑠
2

Trong đó:
Phti: Áp suất hơi thứ nồi I (N/m2)
Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng (m)
H0: Chiều cao ống truyền nhiệt (m)
𝜌𝑑𝑑𝑠 : Khối lượng riêng của dung dịch khi sôi ( kg/m3)
𝜌𝑑𝑑𝑠 = 0,5𝜌

g : Gia tốc trọng trường m/s2
𝜌: Khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)
𝜌𝑑𝑚 : Khối lượng riêng của dung môi (kg/m3)

7


Bảng 2:Tra bảng 4/11- [4] và bảng I.2/9-[1]
Xc (%kl)

ti’(oC)

Nồi 1

13,83

114,14

1094,01

947,4

Nồi 2

41

65,95

1408,24

979,7

𝜌(

𝑘𝑔
)
𝑚3

𝜌𝑑𝑚 (kg/m3)

Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H0=1,5 m
Nồi 1: Hop1= 0,7 m  Ptb1= 1,7at
Nồi 2: Hop2= 1,3 m  Ptb2= 0,31at
Tra sổ tay I.251/314-[1] ta được:
t1’’= 114,48oC  ∆1’’= t1’’- t1’=0,34oC
t2’’= 69,69oC  ∆2’’= t2’’- t2’=3,75oC
Vậy tổn thất nhiệt của hai nồi là:
∑ ∆′′ = ∆1′′ + ∆′′
2 = 4,09℃

3.2.3.3. Tổn thất nhiệt do trở lực thủy lực trên đường ống ∆’’’
Thường chấp nhận tồn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi
này sang nối nọ và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1oC. Do đó:

∆1′′′ = ∆′′′
2 = 1℃

3.2.3.4.

Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc

∑ ∆ = ∑ ∆′ + ∑ ∆′′ + ∑ ∆′′′ = 33,34℃

3.2.4. Hiệu số nhiệt độ hữu ích ∆𝑡ℎ𝑖 và nhiệt độ sôi từng nồi 𝑡𝑠𝑖
Nồi 1:

𝑡𝑠1 = 𝑡1′ + ∆1′ + ∆1′′
∆𝑡ℎ𝑖1 = 𝑇1 − 𝑡𝑆1 = 25,88℃
𝑡𝑠1 = 𝑇1 − ∆𝑡ℎ𝑖1 =119,38℃

Nồi 2:
𝑡𝑠2 = 𝑡2′ + ∆′2 + ∆′′
2
∆𝑡ℎ𝑖2 = 𝑇2 − 𝑡𝑆2 = 20,09℃
𝑡𝑠2 = 𝑇2 − ∆𝑡ℎ𝑖2 = 93,05℃

Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn hệ thống là:
∑ ∆𝑡𝑖 = ∆𝑡𝑖1 + ∆𝑡𝑖2 = 45,97℃

3.2.5. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi
Khi nồng độ của dung dịch x <20% (phần khối lượng), ta có công thức:
C=4186.(1-x) (CT III-11/112-[5])
(3.7)
 Nhiệt dung riêng của dung dich ban đầu do xD= 8%

8


CD  4186(1  xd )  3851,12 (J/kg.độ)

 Dung dịch ra khỏi nồi 1, có x1=13,83%
C1=3607,02 (J/kg.độ)
 Dung dịch ra khỏi nồi 2, có x2=41% > 20%, nên ta có công thức:
(CTIII-12/112-[5]) 𝐶2 = 4186 − (4186 − 𝐶ℎ𝑡 )𝑥2
Trong đó:
Cht: Nhiệt dung riêng của chất hòa tan, j/kg.độ
Cht= n1c1+n2c2+….+nici
C1, c2,…ci: Nhiệt dung riêng của nguyên tử thành phần, j/kg.độ, thường
cho trung các sổ tay chuyên môn (I41/152-[1])
n1, n2,… ni Số nguyên tử của các nguyên tố thành phần
Ta có:;
𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻 = 40
𝑛1 = 𝑛2 = 𝑛3 = 1

C1  CNa  26000 (J/kg.nguyentu.độ)
C2  CO  16800 (J/kg.nguyentu.độ)

C3  CH  9630 (J/kg.nguyentu.độ)

 Suy ra Cht=1310,75 J/kg.độ
Vậy: Nhiệt dung riêng ra khỏi nồi 2:
𝐶2 = 4186 − (4186 − 𝐶ℎ𝑡 )𝑥2 = 3007,15(

𝐽

)
𝑘𝑔. độ

 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL)
Nồi 1:
𝐷. 𝑖 + 𝐺đ . 𝐶đ . 𝑡đ = 𝑊1 . 𝑖1 + (𝐺đ − 𝑊1 )𝐶1 𝑡1 + 𝐷. 𝐶𝑛𝑔1 . 𝜃1 + 𝑄𝑥𝑞1

(3.8)

Nồi 2:
𝑊1 . 𝑖1 + (𝐺đ − 𝑊1 )𝐶1 𝑡1 = 𝑊2 . 𝑖2 + (𝐺đ − 𝑊)𝐶2 𝑡2 + 𝑊1 . 𝐶𝑛𝑔2 . 𝜃2 + 𝑄𝑥𝑞2 (3.9)







Trong đó:
D: Lượng hơi thứ đốt toàn hệ thống kg/h
i: Hàm nhiệt tương ứng của hơi j/kg
C: Nhiệt dung riêng dung dịch ứng với mỗi nồng độ j/kg.độ
:nhiệt độ nước ngưng oC
T:nhiệt độ của dung dịch oC
𝑄𝑥𝑞1 = 0,05𝐷(𝑖 − 𝐶𝑛𝑔1 . 𝜃1 )
𝑄𝑥𝑞2 = 0,05𝑊1 (𝑖1 − 𝐶𝑛𝑔2 . 𝜃2 )

Chọn hơi đốt, hơi thứ là hơi là hơi bão hòa , nước ngưng là lỏng sôi ở
= 𝑟ta+có:
𝐶. 𝜃

cùng nhiệt độ, khi𝑖 đó

9


Bảng 3 các thông số tinh toán tra Bảng I.250/312-[1] và tra bảng
I.249/310-[1]
Đầu vào
Đơn vị Đầu ra nồi 1
Đơn vị
Đầu ra nồi 2
Đơn vị
tD=119,38
CD=3851,12
GD= 4500
Hơi đốt

o

𝜃1 = 𝑇1 = 145,3

o

Cng1=4300,15
i= 2707537,773
W=3622

C
j/kg.độ
kg/h

t1=119,38
C1=3607,02

o

C
j/kg.độ
kg/h

t2=93,05
C2=3007,15
Gc=878,05
Hơi thứ

o

o

𝜃2′ = 𝑡2′ = 65,95

o

Hơi thứ
𝜃2 = 𝑇2 = 113,14

C
j/kg.h

Cng2=4238,33

i1=2701018,346

C
j/kg.h

C
j/kg.độ
kg/h
C

i2=2619167,292

Kg/h

 Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1:
𝑊1 =

𝑊. 𝑖2 + (𝐺𝐷 − 𝑊). 𝐶2. . 𝑡2 − 𝐺𝐷 . 𝐶1 . 𝑡1
0.95(𝑖1 − 𝐶𝑛𝑔2 . 𝜃2 ) + 𝑖2 − 𝐶1 . 𝑡1

𝑘𝑔
= 1813,1 ( )
ℎ

(3.10)

 Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2:
𝑊2 = 𝑊 − 𝑊1 = 1808,9 𝑘𝑔/ℎ

 Lượng hơi đốt tiêu tốn chung là:

𝐷=

𝑊1 . 𝑖1 + (𝐺𝐷 − 𝑊1 ). 𝐶1 . 𝑡1 − 𝐺𝐷 . 𝐶𝐷 . 𝑡𝐷
𝑘𝑔
= 2052,9 ( )
0.95(𝑖1 − 𝐶𝑛𝑔1 . 𝜃1 )
ℎ

(3.11)

 Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi:
Nồi 1:
𝑊1 − 𝑊1𝑛
1897.2 − 1813.1
. 100% =
. 100 = 4,43 % < 5%
𝑊1
1897.2

Nồi 2:
𝑊2 − 𝑊2𝑛
. 100% = 4,65% < 5%
𝑊2

Vậy 2 điều kiện ở trên “thỏa”, xác định lại tỉ số giữa hai
nồi W1/W2 = 1,002
4. Tính toán thiết kế thiết bị chính
4.1 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt
4.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi 𝛼1
Theo công thức V.101/28 tập 2 ta có:

10


0.25
𝑟
𝛼1𝑖 = 2.04𝐴 (
)
ℎ. ∆𝑡1𝑖

(4.1)

Trong đó:
𝛼1𝑖 : Hệ số cấp nhiệt từ hơi đốt
∆𝑡1𝑖 : Chênh lệch nhiệt độ nước ngưng và mặt ngoài ống
𝑟𝑖 : Ẩn nhiệt ngưng tụ (lấy bằng ẩn nhiệt hóa hơi)
H: Chiều cao ống truyền nhiệt, H=1,5m
A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng, trang 29-[2]
Nồi 1:
Giả thuyết: ∆𝑡11 = 1,95℃
𝑡𝑚1 =

(𝑇1 − ∆𝑡11 ) + 𝑇1
= 144,3℃
2

Suy ra A1=194,64

Tra bảng 251/314-[1] theo áp suất, với nồi 1 P=4,29at, ta được:
 Nhiệt hóa hơi r=2134091,841 J/kg

 Nhiệt độ hơi đốt T1= 145,3oC
(W/m2.độ)

Suy ra:𝛼11 = 11604,87

 Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi 1
𝑞11 = 𝛼11 . ∆𝑡11 = 22629,5

W/m2

Nồi 2:
Giả thuyết: ∆𝑡12 = 1,15℃
𝑡𝑚2 =

(𝑇2 − ∆𝑡12 ) + 𝑇2
= 112,6℃
2

Suy ra A2=184,65
Tra bảng 251/314-[1] theo áp suất, với nồi 2 P=1,62at, ta được:
 Nhiệt hóa hơi r=2226000 J/kg
 Nhiệt độ hơi đốt T2=113,14oC
Suy ra: 𝛼12 = 12696,08
(W/m2.độ)
 Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi 2
𝑞12 = 𝛼12 . ∆𝑡12 = 14600,5
(W/m2)
Bảng 4:
𝑊
𝑊

∆𝑡1𝑖 [℃]
𝑡𝑚 [℃]
𝐴
Nồi
𝑞1𝑖 [ 2 ]
𝛼1𝑖 [ 2 ]
𝑚 . độ

1
2

1,95
1,15

144,3
112,3

194,64
184,65

2134091,841
2226000

𝑚
22629,5
14600,5

11

4.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 𝛼2
Dung dịch khi sôi ở chế độ sủi bột có đối lưu tự nhiên hệ số cấp nhiệt xác định
theo công thức:
2.33
(4.2)
𝛼2𝑖 = 45.3𝑃𝑖0.5 . ∆𝑡2𝑖
. 𝜔𝑖
Trong đó: ∆𝑡2𝑖 : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch
∆𝑡2𝑖 = 𝑡𝑇2𝑖 − ∆𝑡𝑑𝑑𝑖 = ∆𝑇𝑖 − ∆𝑡1𝑖 − ∆𝑡𝑇𝑖

Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt:
(4.3)

∆𝑡𝑇𝑖 = 𝑞1𝑖. ∑ 𝑟

Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt:
∑ 𝑟 = 𝑟ℎ𝑛 + 𝑟𝑐 +

𝛿
𝜆

(4.4)

Trong đó:
rhn,rc: Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của tường, m2.độ/W
𝛿:Bề dày ống truyền nhiệt (m)
𝜆: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt w/m.độ
Ѱ: Hệ số hiệu chỉnh, tính theo công thức:
 
   dd 

 nc 

0.565

  2  C  
  dd   dd  nc
  nc   Cnc  dd



 

0.435

(4.5)

Trong đó: 𝜆, 𝜌, 𝐶, 𝜇: Lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch bảng I.249/310-[1]
nc: các hằng số vật lý của nước theo nhiệt độ sôi dung dịch
dd: các hằng số vật lý của dung dịch
Thiết bị sau 1 thời gian sử dụng sẽ có cặn bẩn bám ở phía trong và phía
ngoài ống truyền nhiệt gây tổn thất nhiệt.
Giá trị này được tra ở bảng V.1/4-[2] ( bề dày các chất này là 0,5mm)
Hơi nước: rhn=0,00032 (m2.độ/W)
Cặn bẩn: rc=0,000387 (m2.độ/W)
Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là thép không gỉ, bền nhiệt và chịu
nhiệt X18H10T tra bảng XII.7/313-[2]:
𝛿 = 0,02𝑚

𝜆 = 16,3 (

𝑊
𝑚.độ

)

𝜌 = 7900 (

𝑘𝑔
𝑚3

)

Khi đó trở lực:
∑ 𝑟 = 0,000742

(m2.độ/W)

 Nồi 1:
Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là:

∆𝑡𝑇11 = 𝑞11 . ∑ 𝑟 = 16.78℃

12


𝑇𝑇21 = 𝑇𝑇11 − ∆𝑡𝑇11 = 126,53℃ Suy ra:

Mà

∆𝑡21 = 𝑇𝑇21 − 𝑡𝑠1 = 7,15℃

𝑇𝑇11 = 𝑇1 − ∆𝑡11 = 143,31℃

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NaOH tính theo công thức I.32/123-[1]:
(4.6)
3 𝜌
𝐴. 𝐶𝑝 . 𝜌. √

𝑀

A: Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng; đối với chất lỏng liên
kết nước là:3,58.10-8
𝐶𝑝 : Nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch NaOH
𝜌
: Khối lượng riêng của dung dịch bảng I.2/9-[1]
M: Khối lượng phân tử mol của dung dịch
(4.7)
). 𝑀
𝑀=𝑛
.𝑀
+ (1 − 𝑛
𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑁𝑎𝑂𝐻

𝐻2𝑂

: phần trăm NaOH theo mol
𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻=

𝑥𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑥𝑁𝑎𝑂𝐻 100 − 𝑥𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻 +
𝑀𝐻2𝑂

(4.8)

Bảng 5: Thông số của dung dịch và nươc (Tra bảng I.249/310-[1] , I.101/91-[1] và
I.2/9-[1] )
𝑠
𝑘𝑔
𝐽
𝑊
Nồi 1
C
𝜆
𝜇
𝑁.
𝜌[ ]
𝑡𝑠1 [oC]

Nước
Dung dịch

1

2
1
2

119,4
93,05
119,4
93,05

𝑚. độ

0,6859
0,6806
0,5384
0,5810

𝑚3

943,59
963,17
1090,08
1382,52

𝑘𝑔. độ

4248,94
4236,30
3607,02
3007,15

𝑚2

0,000238
0,000304
0,000763
0,003181

Nồi 1 ở nhiệt độ ts1:
(mol)
𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 =0,0674
M1=0,0674×40+(1-0,0674)×18=19,48 (g/mol)
Suy ra được 𝜆=0,5384 W/m.độ  Ѱ1=0,555
Vậy : α21=45,3×1,680.5×7,152.33×0,555=3185,5 W/m2.độ
Nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi: q21=3185.5×7,15=22767,14 W/m2
 So sánh giá trị q11 và q21:
𝑞11 − 𝑞21
= 0,608% < 5% (𝑡ℎỏ𝑎)
𝑞11
Tương tự nồi 2 ở nhiệt độ ts2:
 Tổn thất nhiệt qua tường ống: ∆𝑡𝑇12 = 𝑞12 . ∑ 𝑟 = 10,83℃

13


𝑇𝑇22 = 𝑇2 − ∆𝑡𝑇12 = 102,31℃

∆𝑡22 = 𝑇𝑇22 − 𝑡𝑠2 = 9,26℃

𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 =0,238 (mol)
M2=23,24 (g/mol)

Suy ra được 𝜆=0,581 W/m2.độ  Ѱ2=0,389
Vậy : α21=45,3×0,270.5×9,262.33×0,389=1632,63 W/m2.độ
Nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi: q22=1632,63×9,26=15116,87 W/m2
 So sánh giá trị q12 và q22:
𝑞12 − 𝑞22
= 3,537% < 5% (𝑡ℎỏ𝑎)
𝑞12
Nhiệt tải riêng trung bình:
Nồi 1: qtb1= (q11+q21)/2=22698,32 W/m2
Nồi 2: qtb2=(q12+q22)/2=14858,68 W/m2
Xác định hệ số truyền nhiệt của từng nồi:
Nồi 1: K1=

𝑞𝑡𝑏1
∆𝑡1

=22698,32/25,88=877,013 W/m2K

Nồi 2: K2=qtb2/∆t2=739,65 W/m2K
Nhiệt lượng tiêu tốn:
Nồi 1: Q1=(r1×K1)/3600=1365226,96 kg/s
Nồi 2: Q2=(r2×K2)/3600=976697,25 kg/s
Hiệu số nhiệt độ hữu ích:
𝑄1 ∑ ∆𝑡𝑖 1365226,96
45,96
∆1∗ =
×
=
×
= 24,87℃

1365226,96 976697,25
𝐾1 ∑ 𝑄𝑖
877,013
+
𝐾𝑖
877,013
739,65
Tương tự ∆2*=21,1oC
Kiểm tra giả thuyết:
Nồi 1:
Nồi 2:

∆∗1 −∆∗ℎ𝑖1
∆∗1
∗
∆2 −∆∗ℎ𝑖2
∆∗2

× 100 = 4,06% < 5% (𝑡ℎỏ𝑎)
× 100 = 4,78% < 5% (𝑡ℎỏ𝑎)

4.1.3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Công thức tổng quát: 𝐹 =

𝑄𝑖
𝐾×∆∗𝑖

(4.9)

Nồi 1: F1=1365226,96/(877,013×24,87)=62,58 m2

Tương tự nồi 2: F2= 62,58 m2

14


4.2 Tính kích thước buồng đốt và bốc
4.2.1 Tính kích thước buồng bốc
4.2.1.1 Đường kính buồng bốc
Lưu lượng hơi thứ buồng bốc: V=W1/𝜌h=1813,1/(3600×0,1695)=2,97 m3/s
Trong đó: W – suất lượng hơi thứ; kg/h
ρh = 0,1695 kg/m3 – khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng
bốc (tra bảng I.251, trang 314-[1])
Chọn đường kính buồng bốc Db=1,8 m
Diện tích buồng bốc F=πDb2 /4=2,54 m
Vận tốc hơi

𝜔ℎ = 1,17 𝑚/𝑠

Độ nhớt động học 𝜇=0,000011 Pa.s (tra hình VI, trang 57, [1]). d=0,003
(chọn)
Chuẩn số 𝑅𝑒 =

𝜔ℎ×𝑑×𝜌ℎ
𝜇ℎ

Tốc độ lắng: 𝜔0 = √

= 5,4

4×9.81×(𝜌𝑙 −𝜌ℎ )×𝑑

3×𝜀×𝜌ℎ

=1,84 m/s

Trong đó:

l = 979,96 kg/m3 – khối lượng riêng của giọt lỏng ở tsdm(po) (tra bảng
I.249/311-[1])

h = 0,1695 kg/m3 – khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc
d – đường kính giọt lỏng; m. Chọn d = 0,0003 m
ξ – hệ số trở lực, tính theo Re: 0,2 < Re < 500 =>Ꜫ=6,73

h  0,7  o =1,28 => thỏa điều kiện
Thể tích buồng bốc:
Vb=W/𝜌h×Ut=1813,1/(0,1695×0,97×1600)=6,89 m3
Trong đó: h = 0,1695 kg/m3 – khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng
bốc

U t : Cường độ bốc hơi U t =1600 m3/m3.h
15


F=0,97
Vậy chiều cao buồng bốc:
𝐻𝑏 =

4 × 𝑉𝑏 4 × 6,89
=
= 2,71 𝑚

π × 𝐷𝑏2 π × 1,82

Chọn Hb=3m
4.2.2 Kích thước buồng đốt
a) Xác định số ống truyền nhiệt
Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức:
𝑛=

𝐹
𝜋𝑑𝑙

(4.10)

Trong đó:
F = 63 m2 – diện tích bề mặt truyền nhiệt
l = 1,5 m – chiều dài của ống truyền nhiệt
dng – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, chọn loại ống có đường kính
dng=38mm
δ- Bề dày ống = 2mm
dt=38-2×2=34mm
Do α1>α2
Vậy số ống truyền nhiệt n=393 ống Chọn n=397 ống
Theo bảng V.11/48-[2]:
 Số hình sau cạnh: 11
 Số ống trên đường xuyên tâm: 23 ống
 b= 23 ống
b) Đường kính ống tuần hoàn
Chọn ft=0,3Fd mà Fd=(π×d2×n)/4=(π×0,0342×397)/4=0,36  ft=0,11
Dth=√4𝑓𝑡 /𝜋=√4 × 0.11/𝜋=0,37 m. Vậy ta chọn Dth=0,4 m
c) Đường kình buồng đốt

Đối với thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài và bố trí ống đốt theo hình lục giác đều
thì:

16


Dt =t(b-1)+4.dn

(4.11)

Trong đó: b: số ống trên đường chéo của hình lục giác đều.
t, dn: bước ống và đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m
với t=(1.2-1.5)d=1,4×0,038=0,0532m
Vậy Dt=0,0532×(23-1)+4×0,038=1,32 m Chọn Dt=1,4 m
Kiểm tra lại diện tích truyền nhiệt:
b=Dth/t +1=8,52 chọn b=9





Số ống truyền nhiệt bị thay thế: 0,75×(92-1)+1=61 ống
Số ống truyền nhiệt cần thiết: 397-61=336 ống
Diện tích truyền nhiệt lúc này là: F=π×H×(n×dt+Dth)=62,02 m2
63−62.02
Sai số giữa F thực tế và F lý thuyết là:
. 100 = 1,55 < 5% Thỏa
63

4.2.3 Kích thước ống dẫn liệu tháo liệu

Đường kính của các ống được tính một cách tổng quát theo công thức
(VI.41)/74-[2]
d

4.G
 .v.

(4.12)
Trong đó : G – lưu lượng khối lượng của lưu chất; kg/s

v – tốc độ của lưu chất; m/s
 – khối lượng riêng của lưu chất; kg/s
a) Ống nhập liệu nồi 1
G=1,25 kg/s
𝜌 = 1104,8 𝑘𝑔 /𝑚3

(tra bảng I.23/35-[1])

v=1 m/s
suy ra d=√

4×1,25

=0,039 m Chọn dt=40 mm dn=45 mm

𝜋×1×1104,8

b) Ống tháo nồi 1 và nhập nồi 2
Ở nhiệt độ 119,38oC
G=0,75 kg/s

17


𝜌 = 1090,08 𝑘𝑔 /𝑚3

(tra bảng I.23/35-[1])

v=0,9 m/s
suy ra d=0,031 m chọn dt=32 mm dn=38 mm
c) Ống tháo sản phẩm nồi 2
Ở nhiệt độ 93,05oC
G=0,24 kg/s
𝜌 = 1389,27 𝑘𝑔 /𝑚3 (tra bảng I.23/35-[1])
v=0,8 m/s
suy ra d=0,017 m chọn dt=20 mm dn=25 mm
d) Ống dẫn hơi đốt nồi 1
Ở nhiệt độ T1
G=0,57 kg/s
v=20 m/s
𝜌 = 2,25 𝑘𝑔 /𝑚3
Vậy suy ra d= 0,127 m chọn dt=150 mm dn=159 mm
e) Ống dẫn hơi đốt nồi 2 (hơi thứ nồi 1)
G=0,503 kg/s
v=20 m/s
Ở nhiệt độ
:
𝜌 =T21,62
𝑘𝑔 /𝑚3
Vậy suy ra d=0,14 m chọn dt=150 mm dn=159 mm

f) Ống dẫn hơi thứ nồi 2
G=0,5025 kg/s
Ở nhiệt độ Tng
𝜌 = 0,25 𝑘𝑔 /𝑚3

v=20 m/s

Vậy suy ra d= 0,355m chọn dt=400 mm dn=426 mm
g) Ống tháo nước ngưng nồi 1
G=0,57 kg/s; v= 1 m/s

18


Ở nhiệt độ T1:
𝜌 =924,055 𝑘𝑔 /𝑚3
Vậy suy ra d=0,028m chọn dt=32 mm dn=38 mm
h) Ống tháo nước ngưng nồi 2
G=0,504 kg/s; v= 1 m/s
Ở nhiệt độ T2:
𝜌 = 948,15 𝑘𝑔 /𝑚3
Vậy suy ra d=0,026m chọn dt=32 mm dn=38 mm
k) Ống tháo liệu: chọn dt=150mm, dn=159mm
5. Tính cơ khí
5.1 Tính thân buồng đốt
o Tính cho nồi 1
Ta có: Dt=1400 mm
P=4,29 at ( chịu áp suất trong)
Nhiệt độ hơi đốt T1=145,3oC
Nhiệt độ tính toán t= 145,3 + 20=165,3oC (có bọc cách nhiệt trang 9-[6])

Thông số tính toán:
 Ptt=Pdư=4,29-1=3,29at = 0,322 N/mm2
Các thông số cần tra và chọn
Ứng suất của vật liệu là [𝜎]∗ = 138 𝑁 /𝑚𝑚2
Hệ số hiệu chỉnh   0,95 có bọc cách nhiệt
[𝜎] = 138 × 0,95 = 131,1 N/𝑚𝑚2
Hệ số bền mối hàn: 𝜑ℎ = 0,95
Xét:
[𝜎]
131.1
. 𝜑ℎ =
× 0,95 = 386,3 > 25
𝑝
0,322

Vậy ta áp dụng công thức:
𝑆′ =

𝐷𝑡 . 𝑝
2. [𝜎]. 𝜑ℎ

(5.1)

Ta có S’=(1400×0,322)/(2×0,95×131,1)=1,81 mm
Với hệ số bề dày bổ sung: C = Ca + Cb + Cc + C0=1,8
Trong đó: Ca: là hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường,mm,
chọn=1, sử dụng 10 năm.
Cb=0: là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường,mm
Cc=0: hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp,mm

19


C0: hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm
Bề dày thực của S:
S=S’+C=1,81+1,8=3,61 mm Chọn S=4 mm (tra bảng 5.1/94-[6])
Kiểm ta điều kiện:
𝑆 − 𝐶𝑎 4 − 1
=
= 0,0021 < 0.1
𝐷𝑡
1400
Thỏa điều kiện
Áp suất tính toán cho phép trong buồng bốc:
[𝑃] =

[𝑃] =

2×131,1×0,95×(4−1)
1400+(4−1)

2[𝜎]𝜑(𝑆 − 𝐶𝑎 )
𝐷𝑡 + (𝑆 − 𝐶𝑎 )

(5.2)

= 0,532 > 𝑃𝑡𝑡

Thỏa điều kiện, ta chọn S=4 mm
o Tính cho nồi 2

P=1,62 at
T2=113,14oC (chịu áp suất trong)
Ttt=113,14+20=133,14oC (có bọc cách nhiệt)
Ptt=Pdư=1,62-1=0,62at=0,061 N/mm2
Các thông số tra và chọn:
[σ]*= 140 N/mm2
Hệ số hiệu chỉnh   0,95 có bọc cách nhiệt
[𝜎] = 133 N/mm2
Hệ số bền mối hàn : φh=0,95 do Dt>700 mm
Xét:
[𝜎]
. 𝜑ℎ = 2063,94 > 25
𝑝

Áp dụng công thức (4.13), ta được S’= 0,34 mm
Bề dày thực là S=S’+C=0,34+1,8=2,14 mm  Ta chọn S=4 mm
Kiểm tra điều kiện:
𝑆 − 𝐶𝑎 4 − 1
=
= 0,0021 < 0.1
𝐷𝑡
1400
Thỏa điều kiện
Áp suất tính toán cho phép trong buồng bốc, công thức (4.14):
[𝑃 ] =

2×133×0,95×(4−1)
1400+(4−1)

= 0,54 > 𝑃𝑡𝑡

Thỏa điều kiện

20


5.2 Tính thân buồng bốc
5.2.1 Tính thân buồng bốc nồi 1
Đường kính trong Dt=1800 mm
P= 1,68 at ( chịu áp suất trong)
Thông số tính toán
Ptt=Pdư=1,68-1=0,68at = 0,067 N/mm2
Nhiệt độ hơi thứ: t1’=114,14oC
t=114,14+20=134,14 oC ( Có bọc cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[σ]*= 135 N/mm2
Hệ số hiệu chỉnh   0,95 có bọc cách nhiệt
Ứng suất cho phép [σ]=0,95×135=128,25 N/mm2
Hệ số bền mối hàn : φh=0,95 do Dt>700 mm
Xét :

[ ]
128, 25  0,95
 
 1827, 6  25
h
p
0, 067

Bề dày tối thiểu của thân: S’= 0,49 mm

Bề dày thực của thân S= S’+C=0,49+1,8=2,29 mm. Chọn S=4mm
Kiểm tra:

S Ca

D

 0, 0017  0,1

t

Áp suất tính toán của buồng bốc:

[P] 

2 128, 25  0,95  (4  1)
 0, 405at 
1800  (4  1)

p

tt

Thỏa điều kiện nên ta chọn S= 4mm
5.2.2 Tính thân buồng bốc nồi 2
P= 0,27at (chịu áp suất ngoài)
Áp suất tính toán Pn=1+(1-0,27)=1,73at=0,17 N/mm2
Nhiệt độ hơi thứ t2’=65,95oC
T= 65,95+20=85,95 oC (Có bọc cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn

[σ]*= 132 N/mm2
Hệ số hiệu chỉnh   0,95 có bọc cách nhiệt
Ứng suất cho phép [σ]=0,95×132=125,4 N/mm2
Hệ số bền mối hàn : φh=0,95 do Dt>700 mm

21


Chiều dài thiết bị L=Hb=3000mm
Modun đàn hồi Et=201756,584 N/mm2
Bề dày tối thiểu:

S

'

 1,18 D(

p
E

n
t

.

L 0,4
0,17  3000
)  1,18 1800  (
) 0,4  9, 68m

D
201756,584 1800

S = S’+C=9,68+1,8=11,48
Chọn S= 12mm
Ta có : hệ số an toàn nc=1,65 (Tra bảng 1-6/14-[6])
L 3000

 1, 67
Kiểm tra lại:
Dt 1800
 Sử dụng công thức 5.15 và 5.16 trang 99-[6]
1,5

2( S  Ca )
L


Dt
Dt

Dt
2( S  Ca )

0,165  1,67  9,04 (thỏa)
Với σct= nc ×[σ*] =1,65×132=217,8 N/mm2
liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán)

(giới hạn chảy của vật

L
E t 2( S  Ca ) 3
201756,584
2  (12  1) 3
 0,3 t (
)  0,3
 (
)  0,38
Dt
c
Dt
217,8
1800

Thỏa điều kiện
Kiểm tra áp suất ngoài cho phép:
2

D  S  Ca  S  Ca
1800  12  1 
12  1
[pn ]  0,649 E t 
 0,649  201756,584 
 0, 23  pn
 .

 
L  Dt 
Dt
3000  1800 

1800
2

t

Thỏa điều kiện. vậy chọn S=12mm
5.3 Tính đáy, nắp
5.3.1 Tính đáy cho buồng bốc
Dt=1800mm, Hd=1500mm
Thép không gỉ OX18H10T
H (chiều cao phần nón) =1631mm
Ht=450mm
H( chiều cao phần gờ)=50mm
Rt=1800 mm do Ht/Dt=0,25
Thể tích đáy: Vd=V2=1,732 m3

22