đồ án cô đặc mía đường

Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

MỤC LỤC

Chương 1:Tổng quan
3

I. Giới thiệu về nguyên liệu cần cô đặc
1/ Tính chất vật lí,hoá học của dung dòch đường mía
2/ Các phương pháp làm tăng nồng độ của dung
dòch đường
II. Quá trình và thiết bò cô đặc
3
1/ Quá trình cô đặc
4
2/ Thiết bò cô đặc
4
Chương 2:Thuyết minh qui trình công nghệ
6
Chương 3:Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng
7
1/ .
Cân bằng vật chất
7
2/
Cân bằng nhiệt lượng
7
2.1.
Xác đònh áp suất và nhiệt độ mỗi nồi

7
2.2.
Xác đònh tổn thất nhiệt độ
8
2.3.
Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi từng
nồi
9
2.4.
Cân bằng nhiệt lượng
10
Chương 4:Tính toán và thiết kế thiết bò chính
12
1/
Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt
12
1.1.
Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp
1.2
Tính hệ số truyền nhiệt mỗi nồi
12
1.3
Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi
15
1.4.
Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi
2/ Tính kích thước của buồng đốt và buồng bốc
16
2.1
Kích thước buồng đốt

2.2
Kích thước buồng bốc
3/ Tính cơ khí
19
SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 1


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

3.1.
Thân thiết bò
3.1.1.
Thân buồng đốt
3.1.2. Thân buồng bốc
3.2.
Nắp và đáy thiết bò
23
3.2.1. Nắp
3.2.2. Đáy
3.3.
Vỉ ống
27
3.4.
Bích – đệm – bulông
3.4.1. Bích
3.4.2. Đệm
3.4.3. Bulông ghép bích
3.5.

Tai treo
29
3.5.1.
Tính khối lượng nồi cô đặc
3.5.2. Tải trọng tác dụng lên một tai treo
3.6.
Kính quan sát
3.7.
Tổng kết thiết bò chính
34
Chương 5:Tính toán các thiết bò phụ
35
1/ Thiết bò ngưng tụ baromet
1.1.
Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bò ngưng tụ
1.2.
Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bò ngưng
tụ
1.3.
Các kích thước chủ yếu của thiết bò ngưng tụ
Baromet
2/ . Thiết bò gia nhiệt nhập liệu
38
2.1.
Tính lượng hơi đốt cần dùng
2.2.
Tính hệ số truyền nhiệt
2.3.
Tính bề mặt truyền nhiệt
2.4.

Số ống truyền nhiệt
2.5.
Đường kính thiết bò gia nhiệt
3/
Bồn cao vò
41
4/ .
Bơm
43
4.1.
Bơm chân không
4.2.
Bơm nước cho thiết bò ngưng tụ, bơm nhập liệu, bơm
tháo liệu nồi III
5/ Lớp cách nhiệt
Chương 6:Tính toán sơ bộ giá thành chi tiết và thiết
bò
47
SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 2


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

Chương 7:Kết luận
48

Chương 1:
TỔNG QUAN

I. Giới thiệu nguyên liệu:
Tính chất của dung dòch đường mía:
 Thành phần: Dung môi: nước.
Các chất hoà tan: chiếm chủ yếu là đường saccaroze,
không bay hơi trong quá trình cô đặc.
Ngoài ra còn có các chất cặn bã xuất hiện sau quá trình
ép mía.Các chất này ảnh hưởng không nhỏ đến quá
truyền nhiệt của dung dòch .
 Tính chất nguyên liệu trong chế biến:
¯ Dung dòch đường mía có độ nhớt cao.
¯ Nhạy cảm với nhiệt độ cao. Trong quá trình cô đặc tính
chất của nguyên liệu biến đổi không ngừng. Cụ thể:
Biến đổi tính chất vật lý:
Thời gian cô đặc tăng, nồng độ dung dòch tăng dẫn đến
tính chất dung dòch thay đổi:
Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số
cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt.
Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dòch, độ nhớt,
tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi.
Biến đổi tính chất hoá học:
SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 3


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản
ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) của các cấu tử tạo
thành các acid.

Đóng cặn dơ: do trong dung dòch chứa một số muối Ca2+ ít
hoà tan ở nồng độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết
tủa.
Phân hủy chất cô đặc.
Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử,
tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các
amino acid.
Phân hủy một số vitamin …
 Việc chế biến, bảo quản:
¯ Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía: độ đường sẽ
giảm nhiều và nhanh nếu thu hoạch trễ và chế biến
không kòp thời. Cho nên vấn đề quan trọng đặt ra là hiệu
quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu
suất cao.
¯ Hiện nay, nước ta đã có nhiều nhà máy đường như Bình
Dương, Quảng Ngãi, Biên Hòa … Nhưng với sự phát triển ồ
ạt của diện tích mía cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bò
cũ kó thì khả năng đáp ứng yêu cầu trên là khó.
¯ Do đó việc đổi mới công nghệ và thiết bò là một
trong những đòi hỏi cấp thiết. Trong đó có thiết bò cô
đặc.
II. Quá trình và thiết bò cô đặc:
1/ Quá trình cô đặc:
1. Đònh nghóa:
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ
các chất hoà tan trong dung dòch hai hay nhiều cấu tử. Quá
trình cô đặc của dung dòch lỏng - rắn hay lỏng- lỏng có
chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hành bằng
cách tách một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn). Đó
là các quá trình vật lý - hóa lý.

2. Các phương pháp cô đặc:
 Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ
trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng
của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng
áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.
 Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một
mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh
thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung
môi để tăngnồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu
tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt
thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 4


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy
lạnh.
3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:
Dựa theo thuyết động học phân tử:
 Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ
chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng
gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân
tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên
kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do
đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ
năng lượng thực hiện quá trình này.

 Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí
hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển
động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các
phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự
tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không
khí và lắng keo (protit) khi đun sơ bộ sẽ ngăn chặn
được sự tạo bọt khi cô đặc.
4. Ứng dụng của sự cô đặc:
Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dòch đường, mì
chính,các dung dòch nước trái cây…
Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl 2, các
muối vô cơ …
5. Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc:
Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất,
thực phẩm đều sử dụng thiết bò cô đặc như một thiết
bò hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn.
Mặc dù chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần
thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng
với sự phát triển của nhà máy thì việc cải thiện hiệu
quả của thiết bò cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi
phải có những thiết bò hiện đại, đảm bảo an toàn và
hiệu suất cao. Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có
kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động
khám phá các nguyên lý mới của thiết bò cô đặc.
2/ Thiết bò cô đặc:
1. Theo cấu tạo:
Nhóm 1: dung dòch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên)
dùng cô đặc dung dòch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo
sự tuần hoàn dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
 Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có

ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.
 Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc).
Nhóm 2: dung dòch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo
vận tốc dung dòch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt.

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 5


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung
dòch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề
mặt truyền nhiệt. Gồm:
 Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
 Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dòch chảy thành màng mỏng,chảy một
lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc
biệt thích hợp cho các dung dòch thực phẩm như dung dòch nước
trái cây,hoa quả ép…Gồm:
 Màng dung dòch chảy ngược, có buồng đốt trong hay
ngoài: dung dòch sôi tạo bọt khó vỡ.
 Màng dung dòch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay
ngoài: dung dòch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.
2. Theo phương pháp thực hiện quá trình:
Cô đặc áp suất thường (thiết bò hở): có nhiệt độ sôi,
áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dòch liên tục
để giữ mức dung dòch cố đònh để đạt năng suất cực đại và
thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dòch

đạt được là không cao.
Cô đặc áp suất chân không: Dung dòch có nhiệt độ
sôi dưới 100oC, áp suất chân không. Dung dòch tuần hoàn
tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt.
Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết
kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp
cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho
mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có
thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin
cậy.
III. Nhiệm vụ của đồ án:
Thiết kế hệ thống cô đặc đường mía 2 nồi liên tục .
Chọn thiết bò loại ống chùm thẳng đứng ,có buồng đốt trong
,tuần hoàn tự nhiên.

Chương 2:

THUYẾT MINH QUI TRÌNH
CÔNG NGHỆ

I. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC:
Dung dòch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao
vò, từ bồn cao vò dung dòch chảy xuống qua thiết bò gia nhiệt
SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 6


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất làm
việc của nồi I. Dung dòch sau đó được đưa vào nồi I. Do có sự
chênh lệch áp suất giữa nồi I và nồi II nên dung dòch tiếp
tục chảy qua nồi II rồi được bơm hút ra rồi chuyển vào bể
chứa sản phẩm. Hơi thứ trong nồi I dùng làm hơi đốt nồi II
để tận dụng nhiệt. Hơi thứ nồi II sẽ được đưa qua thiết bò
ngưng tụ baromet và được chân không hút ra ngoài.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc : phần dưới của
thiết bò là buồng đốt gồm có các ống truyền nhiệt và
một ống tuần hoàn trung tâm. Dung dòch đi trong ống, hơi đốt
sẽ đi trong khoảng không gian phía ngoài ống. Nguyên tắc
hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm là : do ống tuần
hoàn có đường kính lớn hơn rất nhiều so với các ống
truyền nhiệt do đó hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dòch sẽ
sôi ít hơn so với dung dòch trong ống truyền nhiệt. Khi sôi dung
dòch sẽ có ds = 0.5 dd do đó sẽ tạo áp lực đẩy dung dòch từ
trong ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt. Kết quả là tạo
một dòng chuyển động tuần hoàn trong thiết bò. Để ống
tuần hoàn trung tâm hoạt động có hiệu quả dung dòch chỉ
nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt.
Phần phía trên thiết bò là buồng bốc để tách hơi ra khỏi
dung dòch, trong buồng bốc còn có bộ phận tách bọt để
tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ.
II.THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:
Nguyên liệu đầu tiên là nước mía đã được làm sạch có
nồng độ 8% khối lượng ở 30oC được bơm từ bồn chứa vào
thiết bò gia nhiệt với năng suất 1,5 tấn/h. Tại đây, dung dòch
được đun nóng bằng hơi đốt có áp suất 3,5 kg/cm 2 để đạt

nhiệt độ bằng nhiệt độ sôi của dung dòch trong nồi 1. Sau
đó dung dòch chảy tiếp vào nồi 1.
Trong nồi 1, dung dòch chảy thành màng mỏng từ trên
xuống dọc theo bề mặt trong các ống truyền nhiệt , hơi đốt
có áp suất 3,5kg/cm2 tuần hoàn tự do bên ngoài ống. Dung
dòch được bốc hơi tạo thành 2 dòng:
 Dung dòch có nồng độ 10,7% khối lượng , nhiệt độ
105,514oC được bơm vào nồi 2
 Hơi thứ của nồi I có áp suất 1.24kg/cm2 đi qua buồng
bốc nồi 1 để tách các giọt lỏng đi vào phía vỏ của
buồng đốt nồi 2
Tương tự nồi 1, dung dòch nồi 2 chảy màng phía trong ống
truyền nhiệt, hơi đốt của nồi 2 chính là hơi thứ của nồi 1
đi ngoài ống. Hai dòng ra khỏi nồi 2:
 Dung dòch có nồng độ 16% khối lượng , nhiệt độ
60.7oC rồi được bơm vào bồn chứa sản phẩm để
chuẩn bò cung cấp cho công đoạn tiếp theo .

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 7


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng



Hơi thứ của nồi 2 có áp suất 0.21 kg/cm 2 được tách
lỏng rồi đi vào thiết bò ngưng tụ baromet.
Nước ngưng từ thiết bò gia nhiệt và các nồi cô đặc ở

trạng thái lỏng sôi được thải vào hệ thống nước thải
chung của nhà máy .
Tại thiết bò ngưng tụ, hơi thứ nồi 2 được làm nguội và
ngưng tụ bởi dòng nước sạch ở 30 oC lấy từ nguồn nước
chung. Dòng nước ngưng có nhiệt độ 39.85 oC. Khí không
ngưng được bơm chân không hút sang thiết bò thu hồi nhằm
tách hết ẩm và thải ra ngoài.
Chương 3:

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT
CHẤT VÀ NĂNG LƯNG

1/ Cân bằng vật chất:
Lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống:

X 
8

W Gd 1  d  15001 
 750 (kg/h)
Xc 
 16 

Trong đó:
W
: Lượng hơi thứ của hệ thống cô đặc, kg/h.
Gđ
: Lượng dung dòch ban đầu, kg/h.
Xđ, Xc : Nồng độ đầu và cuối của dung dòch, %khối
lượng.



 Giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi :
Chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi I và II là :
WI
1.01
WII
Khi đó ta có hệ phương trình:
WI
1.01
WII
WI + WII = 750
Giải hệ trên có kết quả :
WI = 377 kg/h
WII =373 kg/h
 . Xác đònh nồng độ dung dòch từng nồi :
- Nồng độ cuối của dung dòch ra khỏi nồi I :
G D .x D
1500 * 8

10.7 %
x’C=
G D  WI 1500  377
- Nồng độ cuối của dung dòch ra khỏi nồi II :
x’’C=

G D .x D
1500 * 8

16 (%)

G D  WI  WII 1500  750

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 8


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

2/ Cân bằng năng lương:
2.1). Xác đònh áp suất và nhiệt độ mỗi nồi:
Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:
Theo đầu bài áp suất ngưng tụ là: Png = 0.2 kg/cm2
p suất của hơi đốt vào nồi I là : P1= 3.5 kg/cm2
Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là :
Pt =P1 – Png = 3.5 – 0.2 = 3.3 kg/cm2
P1
 2 .3
Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là :
P2
Kết hợp với phương trình : P1 + P2 = Pt = 3.3 kg/cm2
Suy ra : P1 = 2.3 kg/cm2
P2 = 1 ( kg/cm2)
Mà : P1 = P1- P2
P2 = P2- Png
Dựa vào các dữ kiện trên và tra sổ tay qúa trình thiết
bò tập I ta có bảng sau đây:

Loại

Nồi I
Áp
Nhiệt
suất
độ
2
(kg/cm )
(0C)

Hơi
đốt

P1= 3.5

Hơi
thứ

P’1=1.24
1

T1=137.9

Nồi II
Áp suất
Nhiệt
(kg/cm2)
độ
(0C)
P2=1.2

Tháp ngưng tụ
Áp
Nhiệt
suất
độ (0C)
(kg/cm2)

T2=104.2
Png=0.2

t’1 =105.2

P’2=0.21

tng=59.7

t’2 =60.7

2.2. Xác đònh nhiệt độ tổn thất :
a. Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao (’):
Để tính tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao ,ta có thể sử
dụng nhiều phương pháp như: Tiaxenko, Babô.Tuy nhiên để
đơn giản ta có thể tra(nội suy) theo bảng “Quan hệ giữa
độ tăng nhiệt độ sôi ,nồng độ đường và nhiệt độ hơi
thứ của nồi bốc hơi”( Trang 198 - Sách Kỹ nghệ sản xuất
đường mía –NXB KHKT Hà Nội-1984)
Đại
lượng
Nồi I
Nồi I

Nồi II

xC
(%k.l)

t’
( C)

’i
( C)

10.7
16

105.2
60.7

0.11435
0.1856

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 9

0

0


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao :
Σ’ = ’I +’II = 0.11435+0.1856 = 0.3 0C
b. Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tónh (’’ ):

 ” = tsdd(Ptb) -tsdd(Po) = tsdm( Ptb) – tsdm(Po)
 Mức chất lỏng thích hợp trong ống truyền nhiệt:
Hop = [0.26 + 0.0014(dd – dm)]H
(m)
Áp suất ở lớp chất lỏng trung bình:
Ptb = Po + 0.5hhgHop
(at)
Trong đó:
dd : Khối lượng riêng dung dòch theo nồng độ cuối,
kg/m3.
dm : Khối lượng riêng dung môi , kg/m3.
H
: Chiều cao ống truyền nhiệt, m.
Po
: Áp suất trên mặt thoáng dung dòch lấy bằng
áp suất hơi thứ, at.
hh = 0.5dd
 Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H = 1.5m.
 dd tính như sau:
1
x 1 x


 dd  d  dm
Trong đó: đ : khối lượng riêng đường kết tinh

 288
d 
1   (T  288)
288 = 1590(kg/m3) – khối lượng riêng đường kết tinh
ở 288oK.
 = 11.10-5 (K-1) – hệ số dãn nở thể tích đường.
T =t’i +273
Bảng 3: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tónh
tsdm
 dm
 dd
Hop
Ptb
đ
”
(Ptb)
(kg/m
(kg/m
3
(m) (at)
(kg/m )
(oC)
3
3
(C)
)
)
1605.93
0.48 1.25
Nồi I

954.55
997.82
105.4
0.2
4
1
3
1047.3 0.52 0.22
Nồi II
982.82 1598.03
61.86
1.16
3
55
4
Tổng 2
∑ ” = 1.36
nồi
Trong bảng trên , ρdm của mỗi nồi tra theo nhiệt độ hơi thứ
mỗi nồi (tra bảng I.250 –trang 312- STT1)

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 10


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

2.2.3. Tổn thất nhiệt độ  ’’’ do trở lực thủy học trên
đường ống:

Thường chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống
dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi kia và từ nồi cuối cùng
đến thiết bò ngưng tụ là 10C.
I’’’ = II’’’ = III’’’ = 10C.
Suy ra:
∑ ’’’ = 30C.
2.2.4. Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc:
∑ = ∑’ + ∑’’ + ∑’’’ = 5,16(0C)
2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi từng
nồi:
 Theo đònh nghóa, hiệu số nhiệt độ hữu ích là:
ti = tch - ∑
Mà:
tch = T – tng
Hoặc:
ti = T – ts
Mà:
ts = t’ + ’ + ’’
Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:
 Nồi I: tiI = T1 – tsI = T1 – (t1’ + I’ + I’’)
 Nồi II: tiII = T2– tsII = T2 – (t2’ + II’ + II’’)
Trong đó:
tiI, tiII : Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi I, nồi II (độ).
T1, T2
: Nhiệt độ hơi đốt nồi I, nồi II , độ.
t1’, t2’
: Nhiệt độ hơi thứ nồi I, nồi II , độ.
tsI, tsII
: Nhiệt độ sôi của dung dòch ở nồi I, nồi II ,
độ.

I’, II’
: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao ở
nồi I, nồi II , độ.
I’’, II’’ : Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tónh ở
nồi I, nồi II , độ.
Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn hệ thống:
∑ti = tiI + tiII + tiIII
Bảng 4: Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi
T
t’
ts
’
”
ti
0
0
0
( C)
( C)
(0C)
( C)
(0C)
(0C)
Nồi I
105,51
0,1143
0.2
4
137,9
105,2 5

32,296
Nồi II
62,05
42,154
1,16
104,2
60,7
0,1856
4
Tổng 2
nồi

∑ti = 74,45 0C

2.4. Cân bằng nhiệt lượng

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 11


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

2.4.1. Tính nhiệt dung riêng của dung dòch ở các
nồi:
Nhiệt dung riêng của dung dòch ban đầu (trước khi vào nồi
I):
C d 4190  (2514  7.542 105,514) 0.08 4,0526 (kj/kgđộ)
Nhiệt dung riêng của dung dòch ra khỏi nồi I:
C1 4190  (2514  7.542 105,514) 0.107 4,0064 (kj/kgđộ)

Nhiệt dung riêng của dung dòch ra khỏi nồi II:
C 2 4190  (2514  7.542 62,05) 0.16 3,86264
(kj/kgđộ)
2.4.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:
 Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Di + GđCđtđ = W1i1 + (Gđ – W1)C1t1 + DCng1θ1 +Qxq1
 Nồi I:
W1i1 + (Gđ – W1)C1t1 = W2i2 + (Gđ – W1 – W2) C2t2 +
 Nồi II:
W1Cng2θ2 +Qxq2
Với
D
: Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h.

: Độ ẩm của hơi đốt.
i, i1
: Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi I, nồi II
, j/kg.
tđ, t1, t2
: Nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II
của dung
Cđ, C1, C2
:Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi
II của dung dòch, (j/kgđo)ä.
1, 2
: Nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I, nồi II ,
o
C.
Cng1, Cng2
: Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ở nồi

I, nồiII , j/kgđộ.
Qxq1, Qxq2
: Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh,
j.
Gđ
: Lượng dung dòch ban đầu, kg/h.
Mà:
Cho:

W = W1 + W2
Qxq1 = 0.05D(i – Cng1.θ1)
Qxq1 = 0.05 W1(i1 – Cng2.θ2)
Từ các phương trình trên, ta được:
W .i  (G D  W ).C 2 .t 2  G D .C1 .t1
W1  2
( kg / h)
0.95.(i1  C ng 2 2 )  i 2  C1 .t1
W2 = W – W1
(kg/h)
 Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hòa. Nước
ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ. Các thông số tra
được:


Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ nồi I, nồi II và nồi III:
i = 2737,06 kj/kg

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 12

(3)

Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

i1 = 2687,36 kj/kg
i2 = 2609,588 kj/kg

Nhiệt dung riêng của dung dòch:
Cđ = 4,0526 kj/kgđộ
C1 = 4,006 kj/kgđộ
C2 = 3,86464 kj/kgđộ

Nhiệt độ nước ngưng tụ (xem như bằng nhiệt độ hơi thứ):
1 = 105,2 oC
2 = 60,7 oC

Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ:
Cng1 = 4,9 kj/kgđộ
Cng2 = 4,9 kj/kgđộ
 W1 380,7 (kg/h)
Suy ra:

 W2 369,3(kg/h)
 Kiểm tra lại giả thiết phân phối hơi thứ ở các nồi:
380.7  377
W1 
0,972%  5%
380.7

373  369,3
W2 
0,992%  5%
373
 Lượng hơi đốt tiêu tốn chung:
W1 .i1  (G D  W1 ).C1 .t1  G D .C D .t D
392.7(kg/h)
D=
0.95(i1  C ng1 . 1 )

Chương 4:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT
KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

1/ TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG
ĐỐT:
Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo
công thức tổng quát như sau: [2]
Q
F
(m2)
K ti
Trong đó:
Q
: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp, W.
Q = Dr (nếu chất tải nhiệt là hơi nước bão hoà).
D
: lượng hơi đốt, kg/s.
r

: ẩn nhiệt ngưng tụ, j/kg.
K
: hệ số truyền nhiệt, W/m2độ.
ti : hiệu số nhiệt độ hữu ích, °C.
1.1. Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 13


Đồ án môn học QTTB




Nồi I:

Nồi II:

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

QI = D.r(θ1) (W)
 D 392,7 (kg / h) 0.11( kg / s )

 r 2156300( j / kg )
 QI 235216,4 (W )
QII = W1r1 (W)
 W1 348,5(kg / h) 0,0968(kg / s)

 r1 2249920 ( j / kg )
 QII 217804,7 (W )

Trong đó:
r, r1, : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt ở nồi I, nồi II
( j/kg. ) (tra theo trang 313-STT1)
1.2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi
1.2.1. Tính nhiệt tải riêng trung bình
 Giả thiết quá trình là liên tục và ổn đònh.

Đối với mỗi nồi ta có:
 Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bò:
q1 = α1(t1 – tw1) = α1∆t1
∆t1 =thơi đốt -tw1 , tw1 : chọn
Nhiệt tải riêng của thành thiết bò:
1
1

1
q
(tw1  tw2 ) (
 
)(tw1  tw2 )
r
rcáu1  rcáu
2
Nhiệt tải riêng của phía dung dòch sôi:
q2 = α2(tw2 – t2) = α2∆t2
Trong đó:
t1
: Nhiệt độ hơi đốt, °C.
t2

: Nhiệt độ của dung dòch trong nồi, °C.
tw1, tw2 : Nhiệt độ 2 bên thành ống phía hơi đốt và phía
dung dòch, °C.
α1
: Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m2độ.
α2
: Hệ số cấp nhiệt phía dung dòch, W/m2độ.
rcáu1 : Nhiệt trở phía hơi đốt => r cáu1 = 2x2.75 10-4
2
(m độ/W) (dựa
vào bảng V.1-trang 4-STT2)
rcáu2 : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dòch => r cáu2 = 1.55
10-3 (m2độ/W)
V
: Nhiệt trở thành thiết bò, m2độ/W.


SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 14


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

 Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉ
X18H10T có: λ = 16.3 (W/mđộ) ( Tra bảng XII.7-T313-STT2)
 Chọn bề dày thành ống là: δV = 2 mm.

  r (rcáu 1  V  rcáu 2 ) 2.05 10  3 (m 2 .do / W )


 Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ α1: [5]
Khi tốc độ của hơi nhỏ (ω  10 m/s , chính xác hơn khi ρ’ω’2 
30) và màng nước ngưng chuyển động dòng (Re m <100) thì hệ
số cấp nhiệt α1 đối với ống thẳng đứng được tính theo công
thức (V.101-T28-STT2)
r
 1 2.04A 4
(W/m2độ)
t1H
0.25

  23 
 , đối với nước giá trò A phụ thuộc
A 
  
vào nhiệt độ màng. A tra theo tm dựa vào STT2-trang 29
Công thức tính nhiệt độ màng tm:
tm = 0.5(tw1 + t1)
Trong đó:
∆t1 : Hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết
bò, °C.
r
: Ẩn nhiệt ngưng tụ hơi bão hòa, j/kg.
H : Chiều cao ống truyền nhiệt, m.
 Chọn H = 1.5 m.
q1 = α1∆t1
Xem như sự mất mát nhiệt không đáng kể.
q = q1 = q2
tw2 = tw1 – q1  r
 Nhiệt tải phía dd sôi :

q2=2.t2
Tính
hệ
s
ố
cấp
nhiệt
phía dung dòch sôi α 2

Được tính theo công thức (VI.26-T70-STT2)
 2 4.6  p 0.4 q 0.7 (1  m b / 100) (kcal/m2 hđộ)
Trong đó:
P : Áp suất hơi thứ, at.
m = 1.2
b
: nồng độ cuối các nồi (%)
∆t2=tw2 –tsdd

Sau đó xét chênh lệch giữa q1 và q2,nếu chênh lệch
không quá 5% thì
nhiệt tải trung bình mỗi nồi
là :qtb=(q1+q2)/2 .
Từ cách tính trên ta có bảng kết quả sau:
Bảng : Hệ số cấp nhiệt và nhiệt tải riêng của từng nồi
(12)

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 15


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng
Nồi I

t1 (°C)
t2 (°C)
r (j/kg)
H (m)
∆t1 (°C)
tw1 (°C)
tm (°C)
A
 1 (W/m2độ)
q1 (W/m2)
q1(kcal/m2.h)
tw
tw2 (°C)
t2 (°C)
P hơi thứ
(at)
α2(kcal/m2.h.đ
ộ)
q2 (kcal/m2.h)
q (%)
qtb (W/m2.h)

Nồi II

137,9
105,514

2156300
1,5
1,05
136,85
137,375
193,21
12546,50
4

104.2
62.05
2249920
1.5
0,9
104,22
104,6725
181,1
12338,79
1

13173,83
11345,88
27,1
109,71
4,2
1,241

11104,91
9546,04
33,12

71,08
9
0,21

2659,125

1054

11168,32
1,56
13070,75

9485,07
0,83
11059,07

1.2.2. Tính hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi:
q
K  tb
t i
 qtb 13070,75(W / m 2 )
 Nồi I:

 t i 1 32,296 0 C
→K1 = 404,72 (W/m2độ)
 qtb 11059,07(W / m 2 )
 Nồi II: 
 t i 2 42,154 0 C
→K2 = 262,35 (W/m2độ)

1.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi

t im


Qm  t i
K m Qm

Km

(0C)

Trong đó:
Chữ số “m” chỉ nồi thứ m.
 t i t iI t iII

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 16


Đồ án môn học QTTB



GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

Qm QI QII


K m K I K II

Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích: Giả sử Δti >ti
t *  t
(t i )  i  i 100%
t i
Nếu (ti) < 5% thì thỏa.
Bảng : Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực mỗi nồi
Q
(W)
Nồi I

K
(W/m2đ
ộ)

Q
K

Δt i
(oC)

235216,4
404,72

518,2

32,1

262,35

830,2

43.8

Nồi II

217804,7

ti
(oC)
32,29
6
42.15
4

(ti)
(%)
0,61
3,7

1.4. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi
Q
(m2)
K ti
 Nồi I: FI = 18,5(m2)
 Nồi II: FII = 18,85(m2)
Chọn F = 25 (m2 )
F

2/ TÍNH KÍCH THƯỚC CỦA BUỒNG ĐỐT VÀ BUỒNG
BỐC:

2.1. Kích thước buồng đốt
2.1.1. Xác đònh số ống truyền nhiệt
F
25
n

156,13 (ống)
d o l  0.034 1.5
Trong đó:
F : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2.
l : chiều dài ống truyền nhiệt, m.
do : đường kính ống truyền nhiệt, m  Chọn dtr = 0.034 m.
 Chọn theo chuẩn n = 187 ống . ( BẢNG V.11 STQTTB T2
trang 48 )
2..1.2. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm [2]
Diện tích mặt cắt của tất cả ống truyền nhiệt:
d 2 n  0.034 2 187
FD  o 
0.17 (m2)
4
4
Diện tích mặt cắt ống tuần hoàn trong:
Fth = 0.3FD = 0.051 (m2)

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 17


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

Đường kính ống tuần hoàn trong:
4 Fth
4 0.051
Dth 

0.2546 (m)


 Chọn theo chuẩn Dth = 0,325 m .
2.1.3. Số ống truyền nhiệt bò thay thế bởi ống
tuần hoàn trung tâm [1]
D
0.325
Dth t  b  1  b  th  1 
 1 7.1
Ta có:
t
1.4 0.038
Trong đó:
b: Số ống trên đường chéo của lục giác nhỏ nhất bao
bên ngoài ống tuần hoàn trung tâm, ống  Chọn b = 9.
Suy ra số ống bò thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm là :
61. ( BẢNG V.11 STQTTB T2 trang 48 )
Vậy số ống truyền nhiệt cần thiết: 187 – 61 = 126 (ống)
2.1.4. Diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết
F ndl 126  0.034 1.5 20,2 (m 2 ) >18,85(m2) ( thoả
mãn )
Vậy bề mặt truyền nhiệt chuẩn cho cả 2 nồi là 25 m2
2.1.5. Đường kính buồng đốt:

0.4 2 sin60o Fdn
Dt 
 (Dth  2dn )2
l

(m)

Trong đó:
t
  , t : bước ống  chọn β = 1.4
dn
Ψ
: hệ số sử dụng lưới đỡ ống  chọn Ψ = 0.8
l
: Chiều dài ống truyền nhiệt ( l = 1.5 m.
)
Suy ra:
0.4 1.4 2 sin 60 o 25 0.038
 (0.325  2 1.4 0.038) 2 0.85066 (m)
0.8 1.5
 Chọn theo chuẩn Dt =1000 mm (QT&TB –tập 5-trang 275)
2.2.Kích thước buồng bốc :
2.2.1 Đường kính buồng bốc:
Do lượng hơi thứ bốc lên ở hai nồi gần xấp xỉ bằng nhau,
nhiệt độ nồi hai nhỏ hơn nên khối lượng riêng của hơi ở nồi
II sẽ nhỏ hơn nồi I suy ra thể tích hơi thóat ra ở nồi II sẽ lớn
hơn nồi I. Do vậy ta chỉ cần tính đại diện nồi II.
Dt 

Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc:

W
Vhoi 


h

750
1,5524
0,1342 * 3600

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 18

m3 / s


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

Trong đó:
W– lượng hơi thứ bốc hơi , kg/h
h – khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc P
= 0,21 at . Tra Bảng I.250, trang 312, STT1 được h=0,1342 kg/m3
Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc:

 hoi 

Vhoi
1,5524 1,977


 2
2
 * Db
 * Db2
Db (m/s)
4
4

Trong đó:
Db – đường kính buồng bốc, m
Vận tốc lắng:

o 

4 * g * (  '  ' ' ) * d
4 * 9,81 * (982.65  0,1342 ) * 0,0003 2,78

 0, 6
3 * *  ' '
3 * 3,72 * Db1, 2 * 0,1342
Db
Công thức 5.14, trang 157 , tập 10

Trong đó:
' - khối lượng riêng của giọt lỏng tại 0.21 at . ' = 982.65 kg/m3
'' - khối lượng riêng của hơi thứ ở 0.21 at: '' = 0,1342 kg/m3
d - đường kính giọt lỏng, từ diều kiện ta chọn d =0,0003 m.
g = 9,81 m/s2.
- hệ số trở lực, tính theo Re:

Re 

 hoi * d *  " 1,977 * 0,0003 * 0,1342 7,235

 2

0,011 .10  3 * Db2
Db

Với  - độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất 0,21 : 
= 0,011.10-3Nm/s2
Nếu 0,2 < Re < 500 thì  = 18,5 / Re0,6   = 3.72*Db1,2
Theo QT và TBTN tập 5, trang 157 : Whoi  70% - 80% Wo.
Chọn:
hoi < 75% o 

1,977
2,78

0
,
75
*
Db2
Db0, 6

Db  1,032 m.
Chọn Db = 1200 mm ( theo dãy chuẩn , trang 157, tập 5).
Kiểm tra lại Re:

Re 

7,235
5,024 ( thỏa 0,2 < Re < 500 )
1.2 2

Vậy đường kính buồng bốc Db = 1200 mm.
2.2.2. Chiều cao không gian hơi :
Tổng tiết diện các ống trong buồng đốt:
d2
d2
F n. .
  . th 126.3,14.0,25.0,034 2  3,14.0,25.0,4 2 0,19736 m2
4
4
 Vận tốc của hơi đi ra khỏi các ống là:
SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 19


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

 hoi
1,5524

7,866 (m/s)
F
0,19736

Ta có áp suất hơi thứ p = 0,21 at, đường kính buồng bốc
D=1,2 m, cn = 7,866 m/s
Phụ tải cho phép của không gian hơi là:
d = 0,77 t/m.h
(hình 66, trang 320, Máy&TBSX Hóa chất )
Dung dòch sôi bọt nên phụ tải giảm 1,5 lần  phụ tải tính
toán : dtt = 0,514 t/m.h
 Chiều cao của không gian hơi :
G
0,75
H kgh  hơi 
1,46 m
d tt
0,514
Chọn Hkgh = 1,5 m
 Thể tích không gian hơi là: V kgh = 3,14.0,785.Hkgh.D2= 5,3 m3 >
Vhơi =1,55m3 (thoả)
Vậy chiều cao không gian hơi Hkgh = 1,5 m
* * Kích thước của cả 2 nồi:
 H 1500mm
 D 1000mm
 H 1500m
 t
Buồng đốt: 
Buồng bốc: 
 Db 1200m
 n 187
 d n 38mm
cn 

**

Bộ phận nối buồng đốt và buồng bốc:
Chọn đáy nón cụt và vật liệu là thép không
gỉ X18H10T.
1200.  1000  100(mm)
Góc nghiêng 45  H 
2
Kích thước của đáy nón cụt:
 Dnho 1000mm
 D 1200.mm
 lon

 H 100mm
 h g 80mm

3/ TÍNH CƠ KHÍ:
3.1 .Thân thiết bò:
3.1.1.Tính thân buồng đốt:
Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3.
Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng đốt là
thép CT3.
 Nồi I

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 20


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên
ngoài thiết bò => Thân buồng đốt nồi I chòu áp suất trong.
Thông số làm việc:
Dt =1000 mm
P = 3.5kg/cm2
t = thđ = 137.9oC
Thông số tính toán:
Ptt = 3.5– 1 = 2.5kg/cm2 = 0.25 N/mm2
Ttt = 137.9 +20 = 157.9 oC (buồng đốt có
bọc cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  []* = 132
N/mm2 (Tra đồ thò h1-2, trang 22 –[6])

: Hệ số hiệu chỉnh   = 0.95
[] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2
[] = []* = 125.4 N/mm2.
h
: Hệ số bền mối hàn  h = 0.95 (26)
Xét tỉ số:
    125.4 0.95 476.52  25
h
P
0.25
Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt:
DP
1000 0.25
S'  t


1,05 (mm)
2   h 2 125.4 0.95
Bề dày thực:
S = S’ + C
(mm)
Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm.
C = C a + Cb + Cc + Co
(mm)
Trong đó:
Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi
trường, mm  Chọn Ca = 1 mm
Cb: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường,
mm  Chọn Cb = 0.
Cc: Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, mm
Co: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm.
Để đơn giản, ta tính S = S’ + C a, sau đó chọn S theo tiêu
chuẩn.
Suy ra:
S = 1.8 mm
 Chọn S = 4 mm. (kết hợp với bảng 5.1-T128-Thiết kế và
tính toán thiết bò hoá chất-Hồ Lê Viên)
Kiểm tra độ bền:
 S  Ca 4  1
 D  800 0.00375  0.1 (thoa)

t

 [ P]  2   h  S  C a   2 132 0.95  4  1 0.75  P 0.25 (thoa)

Dt   S  C a 

1000   4  1
Vậy chiều dày thân buồng đốt nồi I: S = 4 mm.

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 21


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

 Nồi II
Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên
ngoài thiết bò => Thân buồng đốt nồi II chòu áp suất trong.
Ta tính bền tương tự như nồi I.
Thông số làm việc:
Dt = 1000 mm
P = 1.241kg/cm2
t = 104.2 oC
Thông số tính toán:
Ptt = 1.241 – 1 = 0.241kg/cm2 = 0.0241
N/mm2
Ttt = 104.2 +20 = 124.2 oC (buồng đốt có
bọc cách nhiệt)
Vì nồi I và II đều chòu áp suất trong và P t(I) > Pt(II) nên nếu
chọn bề dày S=Smin=4mm.
chắc chắn sẽ thoả điều kiện bền.
Vậy bề dày nồi II: S = 4 mm.

3.1.2. Thân buồng bốc
Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng bốc là

thép không gỉ X18H10T.
3.1.2.1. Nồi I
Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên
ngoài thiết bò => Thân buồng bốc nồi I chòu áp suất trong.
Ta tính bền tương tự như thân buồng đốt nồi I.
Thông số làm việc:
Dt = 1200 mm
Pt = 1.241 kg/cm2
t =105.2oC
Thông số tính toán:
P = 1.241 – 1 = 0.241kg/cm2 = 0.0241
N/mm2
t = 105.2 + 20 = 125.2 oC (buồng bốc có
bọc cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  []* = 139
N/mm2

: Hệ số hiệu chỉnh   = 0.95
[] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2
[] = []* = 132.05N/mm2.
h
: Hệ số bền mối hàn  h = 0.95
Xét tỉ số:
    132.05. 0.95 5205.3  25
h
P
0.0241
Bề dày tối thiểu của thân buồng bốc:
DP

1200 0.0241
S'  t

0.12 (mm)
2   h 2 132.05 0.95
Bề dày thực:
S = S’ + Ca = 1.1 (mm)

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 22


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

 Chọn S = 4 mm.(chọn bằng bề dày thân buồng đốt)
Kiểm tra độ bền:
 S  Ca 4  1
 D 1000 0.003  0.1 (thoa)

t

 [ P ]  2   h  S  C a   2 139 0.95  4  1 0.789  P 0.0241 (thoa)

Dt   S  C a 
1000   4  1
Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi I: S = 4 mm.
5.1.2.2. Nồi II
Áp suất của môi trường làm việc bên trong là áp suất
chân không nhỏ hơn bên ngoài thiết bò => Thân buồng bốc

nồi II chòu áp suất ngoài.
Thông số làm việc:
Dt = 1200 mm
Pt = 0.21 kg/cm2
t =60.7 oC
Thông số tính toán:
Pn = 1 + (1 – 0.21) = 1.79 kg/cm 2 =
0.179 N/mm2
t = 60.7 + 20 = 80.7 oC (buồng bốc có bọc
cách nhiệt)
l’: chiều dài tính toán thân thiết bò, mm.
l’= 1500 mm
Các thông số cần tra và chọn:
[]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm 2  Tra []* =
144 N/mm2
h
: Hệ số bền mối hàn  Tra h = 0.95
Et
: mun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ
làm việc của nó, N/mm2
 Tra Et = 20.24 10 4 N/mm2 (30)
nc
: Hệ số an toàn  Tra nc = 1.65 (31)
 tc : Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt
độ tính toán, N/mm2.
 ct [ ]* nc 144 1.65 237.6 (N/mm2)
Bề dày tối thiểu của thân chòu áp suất ngoài:
 P l' 

S' 1.18Dt  nt

 E Dt 

0.4

 0.179 1500 
Suy ra:
S’= 1.18 1200

4
 20.24 10 1200 
Bề dày thực của thân:
S = S’ + Ca = 6.86 (mm)
 Chọn S = 8 (theo chuẩn ) mm.
Kiểm tra hai điều kiện:

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 23

0.4

5.86 (mm)


Đồ án môn học QTTB

1.5

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

2 S  C a 
Dt

l'


Dt
Dt
2 S  C a 
 1.5

2 8 - 1
1500
1200
0.1643 
1.5 
9.13 (thoa)
1200
1200
28  1
 2 S  C a  


Dt



l'
Et
0.3 t
Dt
c

3

3

1500
20.24 10 4  2 8  1 

1.25 0.3
 1200  0.322 (thoa)
1200
237.6
Kiểm tra áp suất ngoài tiùnh toán:

 P 0.649 E Dt
l'
t

 S  Ca

 Dt





2

S  Ca
 Pn
Dt

5

1200  8  1  2
 0.649 20.24 10

 0.34  0.17 9(thoa)
1500  1200 

Kiểm tra độ ổn đònh của thân khi chòu tác dụng của lực
nén chiều trục:
▪ Lực nén chiều trục cho phép của thân:
  Dt  2S  2
 1200  2 8 2
PCT 
Pn 
0.179 813926.97 (N)
4
4
D'
1200

85.7
▪ Tỷ số:
2 S  Ca  2 8  1
 kC = 0.071 (35) (tra bảng trang 140 – HLV – Tính toán
thiết kế các thiết bò hoá chất )
t
237.6
▪ Hệ số K C 875 ct k C 875
0.071 0.0725

E
20.24 10 4
Kiểm tra độ ổn đònh của thân khi chòu tác dụng đồng thời
của áp suất ngoài và lực nén chiều trục:
▪ Ứng suất nén chiều trục:
PCT
813926.97
n 

36.7(N/mm 2 )
  D' S  S  C a   1200  8 8  1
▪ Ứng suất nén chiều trục cho phép:
S  Ca
8 1
[ n ]  K C E t
0.071 20.24 10 4
100.6 (N/mm 2 )
D'
1200
▪ Điều kiện:
n
P
36.7 0.179
 n 

 1  thoả
 n   Pn  100.6 0.36
Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi II: S = 8 mm.
4

3.3

NẮP VÀ ĐÁY THIẾT BỊ
SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 24


Đồ án môn học QTTB

GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng

3.2.1. Nắp
Chọn nắp elip tiêu chuẩn (Dt = Rt) và vật liệu
làm nắp là thép không gỉ X18H10T.
Nắp có gờ, trong đó: (32)
▪ Đường kính Dt = 1200 mm.
▪ Chiều cao phần nắp: ht = 300 mm.
▪ Chiều cao phần gờ: hg = 40 mm.
▪ Thể tích nắp Vn = 0.272 m3.
Chọn đường kính lỗ d =100 mm.(nồi 1)
d
=273mm,(nồi 2)
3.2.1.1. Nồi I
Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên
ngoài thiết bò => Nắp nồi I chòu áp suất trong. Ta tính bền
tương tự như thân buồng bốc nồi I.
Thông số làm việc:
Dt =1200 mm
Pt = 1.241 kg/cm2
t =105.2oC
Thông số tính toán:

P = 1.241 – 1 = 0.241 kg/cm 2 = 0.0241
2
N/mm
t = 105.2 + 20 = 125.2 oC (nắp có bọc
cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  []* = 139
2
N/mm .

: Hệ số hiệu chỉnh   = 1
[] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2 => [] = []* =
139 N/mm2.
h
: Hệ số bền mối hàn  h = 0.95
Sơ bộ chọn bề dày bằng bề dày buồng bốc nồi I: S = 4
mm.
Kiểm tra độ bền:
 S  Ca 4  1
 D 1000 0.003  0.1 (thoa)

t

 [ P ]  2   h  S  C a   2 139 0.95  4  1 0.789  P 0.0241(thoa)

Rt   S  C a 
1200   4  1
Dt2 1200 2

1200mm

Trong đó: Rt =
4ht 4 300
Vậy chiều dày nắp nồi I: S = 4 mm.
3.2.1.2. Nồi II
Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên
ngoài thiết bò => Nắp nồi II chòu áp suất ngoài.
Thông số làm việc:
Dt = 1200 mm
Pt = 0.21kg/cm2

SVTH:Nguyễn Thò Diệu Huyền 25