đồ án cô đặc xút NaOH

Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Phần I
MỞ ĐẦU
3
1.1.
Giới thiệu nguyên liệu
3
1.1.1.
Tính chất lý hóa của dung dòch NaOH
3
1.1.2.
Ứng dụng
3
1.2.
Khái quát về cô đặc và nhiệm vụ của đồ án
3
1.2.1.
Khái quát về cô đặc
3
1.2.2. Nhiệm vụ của đồ án
4
Phần II
THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
5
Phần III TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
6
3.1.
Cân bằng vật chất

6
3.2.
Cân bằng nhiệt lượng
7
3.2.1. Xác đònh áp suất và nhiệt độ mỗi nồi
7
3.2.2. Xác đònh tổn thất nhiệt độ
7
3.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi từng nồi 8
3.2.4. Cân bằng nhiệt lượng
9
Phần IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
12
4.1.
Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt
12
4.1.1.
Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp
12
4.1.2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi
12
4.1.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi
15
4.1.4. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi
15
4.2.
Tính kích thước của buồng đốt và buồng bốc
16
4.2.1. Kích thước buồng đốt
16

4.2.2. Kích thước buồng bốc
17
Phần V TÍNH CƠ KHÍ
19
5.1.
Thân thiết bò
19
5.1.1.
Thân buồng đốt
19
5.1.2.
Thân buồng bốc
21
5.2.
Nắp và đáy thiết bò
24
5.2.1.
Nắp
24
5.2.2. Đáy
26
5.3.
Vỉ ống
30

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 1

Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

5.4.
Bích – đệm – bulông
31
5.4.1.
Bích
31
5.4.2. Đệm
31
5.4.3. Bulông ghép bích
31
5.5.
Tai treo
32
5.5.1.
Tính khối lượng nồi cô đặc
32
5.5.2.
Tải trọng tác dụng lên một tai treo
34
5.6.
Kính quan sát
34
5.7.
Tổng kết thiết bò chính
35
Phần VI TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

36
6.1.
Thiết bò ngưng tụ baromet
36
6.1.1.
Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bò ngưng tụ
36
6.1.2.
Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bò ngưng tụ
36
6.1.3.
Các kích thước chủ yếu của thiết bò ngưng tụ Baromet
37
6.2.
Thiết bò gia nhiệt nhập liệu
39
6.2.1.
Tính lượng hơi đốt cần dùng
39
6.2.2. Tính hệ số truyền nhiệt
40
6.2.3. Tính bề mặt truyền nhiệt
42
6.2.4. Số ống truyền nhiệt
42
6.2.5.
Đường kính thiết bò gia nhiệt
42
6.3.
Đường kính ống dẫn

43
6.4.
Bồn cao vò
43
6.5.
Bơm
45
6.5.1.
Bơm chân không
45
6.5.2. Bơm nước cho thiết bò ngưng tụ, bơm nhập liệu, bơm tháo
liệu nồi III
45
6.6.
Lớp cách nhiệt
47
Phần VII TÍNH KINH TẾ
48
Phần VIII
KẾT LUẬN
49
Phần IX CHÚ THÍCH
50
Phần X TÀI LIỆU THAM KHẢO
51

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 2

Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Phần I : MỞ ĐẦU
1.1. GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU

1.1.1. Tính chất lý hóa của dung dòch NaOH
Natrihydroxyt là chất rắn có màu trắng, hút ẩm mạnh, tan dễ
dàng trong nước và rượu (như rượu etylic, metylic, …).
Dung dòch NaOH có tính base mạnh, có tác dụng phá hủy nhiều
nhiều vật liệu như giấy, vải, da, … nên còn được gọi là xút ăn
da.
NaOH sôi ở 1390 °C. Ở trạng thái nóng chảy, nó ăn mòn thủy
tinh, sứ và cả platin (khi có mặt không khí).

1.1.2. Ứng dụng
NaOH được ứng dụng nhiều trong công nghiệp nên được sản
xuất với quy mô lớn như:
▪ Sản xuất cellulose từ gỗ.
▪ Sản xuất xà phòng, giấy, tơ nhân tạo.
▪ Tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất từ dầu
mỏ, chế phẩm nhuộm và dược phẩm.
▪ Là thuốc thử được sử dụng thông dụng trong phòng thí
nghiệm.

1.2. KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN
1.2.1. Khái quát về cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan
trong dung dòch bằng cách tách một phần dung môi ở dạng hơi.
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.
Cô đặc thường được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hóa
học và thực phẩm với mục đích:
▪ Làm tăng nồng độ chất hoà tan trong dung dòch (làm đậm
đặc).
▪ Tách các chất hoà tan ở dạng rắn (kết tinh).
▪ Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất).
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 3


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

▪ Lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái của
tác nhân làm lạnh.
Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở trạng thái sôi,
nghóa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề mặt dung
dòch bằng áp suất làm việc của thiết bò.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau.
Khi làm việc ở áp suất thường thì dùng thiết bò hở, khi làm việc
ở áp suất khác thì dùng thiết bò kín.
Quá trình cô đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, có

thể tiến hành ở hệ 1 nồi hay nhiều nồi.
Thường phân loại thiết bò cô đặc theo các cách sau:
▪ Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng,
nghiêng…
▪ Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi bão hòa, hơi
quá nhiệt), khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu,
nước ở áp suất cao…), bằng dòng điện…
▪ Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn
cưỡng bức…
▪ Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn,
ống chùm…

1.2.2. Nhiệm vụ của đồ án
Ở phạm vi đồ án này, ta sử dụng thiết bò cô đặc chân không
3 nồi liên tục xuôi chiều loại ống chùm có ống tuần hoàn trung
tâm để cô đặc xút.

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 4


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Phần II : THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG
NGHỆ
Dung dòch NaOH 12% ở 30oC từ bồn chứa nguyên liệu được bơm
qua lưu lượng kế lên bồn cao vò cách mặt đất 25m, lưu lượng luôn

ổn đònh là 3500 kg/h. Sau đó dung dòch qua thiết bò gia nhiệt, tại
đây dung dòch được đun nóng đến 103.8 oC bằng hơi nước bão hòa
có nhiệt độ 147oC từ lò hơi. Thiết bò gia nhiệt là loại ống chùm
thẳng đứng, dung dòch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống, thiết bò
có đường kính là 0.8m, chiều dài ống truyền nhiệt 2m, đường kính
ngoài ống truyền nhiệt là 57mm và có 37 ống.
Sau đó dung dòch tự chảy vào nồi I, đây là loại thiết bò cô đặc
có ống tuần hoàn trung tâm, đường kính buồng đốt 1.6m, chiều
dài ống truyền nhiệt là 4m, đường kính ngoài ống 57mm, buồng
bốc có đường kính 1.8m, chiều cao 1.5m. Tại đây dung dòch được cô
đặc đến 18.101% nhờ hơi đốt bão hòa có áp suất 4.5 at cũng từ
lò hơi, lượng hơi đốt cần sử dụng là 1176.384 kg/h. hơi thứ bốc lên
có áp suất 2.865 at.
Nhờ chênh lệch nhiệt độ mà dung dòch ra khỏi nồi I có thể tự
chảy qua nồi II. Hơi thứ của nồi I được dùng làm hơi đốt cho nồi II
để tiết kiệm nhiên liệu. Ở nồi II, dung dòch sẽ được cô đặc đến
25.4%, hơi thứ bốc lên ở áp suất 1.435 at.
Tương tự như thế, dung dòch đi qua nồi III, cuối cùng được cô đặc
đến 42% nhờ hơi thứ của nồi II. Sản phẩm được lấy ra ở nồi III
nhờ bơm vì môi trường trong nồi III là chân không nên dung dòch
không tự chảy ra được.
Hơi thứ bốc lên ở nồi III có áp suất 0.3 at, nhiệt độ 69.7 oC cho
qua thiết bò ngưng tụ Baromet, đường kính thiết bò là 0.6m, số ngăn
8, chiều cao 8m, áp suất trong thiết bò ngưng tụ là 0.3 at. Phần khí
không ngưng trong thiết bò Baromet được đưa qua bộ phận tách lỏng
rồi hút ra ngoài bằng bơm chân không. Nước cung cấp cho thiết bò
Baromet được bơm từ bể nước sạch, nhiệt độ của nước là 30°C.
Phần khí không ngưng của các nồi được thải bỏ. Còn nước
ngưng được dẫn qua các bẫy hơi đưa đến bể chứa nước.
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 5


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Phần III : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ
NĂNG LƯNG
 YÊU CẦU:
Cô đặc dung dòch xút 3 nồi xuôi chiều liên tục với:
Năng suất: 3500 kg/h (theo nhập liệu).
Nồng độ nhập liệu: 14% (khối lượng).
Nồng độ sản phẩm: 42% (khối lượng).
p suất hơi đốt: 4.5 at.
p suất trong thiết bò ngưng tụ: 0.3 at.

3.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT [2]

Lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống:
 X 
 14 7000
W = G đ 1− đ  = 3500
= 2333.333 (kg/h)
1−  =
X
42
3



c 

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:
W1: W2: W3 = 1.04: 1.02: 1
Do đó lượng hơi thứ tạo thành ở từng nồi là:
(kg/h)
 W1 = 793.028

(kg/h)
 W2 = 777.778
 W = 762.527
(kg/h)
 3
Cân bằng vật chất:
GđXđ = GcXc
= (Gđ – W)Xc
Nồng độ cuối của dung dòch khi ra khỏi nồi I:

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 6

Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Gđ X đ
3500× 14
=
= 18.101(%kl)
G đ − W1 3500− 793.028
Nồng độ cuối của dung dòch khi ra khỏi nồi II:
Gđ X đ
3500× 14
X IIc =
=
= 25.4 (%kl)
G đ − ( W1 + W2 ) 3500− (793.028+ 777.778)
Nồng độ cuối của dung dòch khi ra khỏi nồi III:
GđX đ
3500× 14
X III
=
= 42(%kl)
c =
G đ − ( W1 + W2 + W3 ) 3500− 2333.333
X Ic =

3.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯNG

3.2.1. Xác đònh áp suất và nhiệt độ mỗi nồi [2]
Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:

∆Pt = P1 – Png = 4.5 – 0.3 = 4.2 (at)
Trong đó:
P1 : áp suất hơi đốt nồi I, at.
Png : áp suất ở thiết bò ngưng tụ, at.
Giả thiết phân phối hiệu số áp suất ở các nồi:
∆P1: ∆P2: ∆P3 = 1.44: 1.26: 1
Mà:
∆P1 + ∆P2 + ∆P3 = ∆Pt = 3.7
Ta có:
∆P1 = P1 – P2
∆P2 = P2 – P3
∆P3 = P3 – Png
∆P1 = 1.634(at)

Nên:
∆P2 = 1.43(at)
∆P = 1.135(at)
 3
 Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước
trừ đi 1°C (1oC chính là tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học
trên ống dẫn), còn nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng thì
bằng nhiệt độ ở thiết bò ngưng tụ cộng thêm 1oC.
Bảng 1: Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt và hơi thứ mỗi nồi
Nồi I

Nồi II

Nồi III

Áp

suất
Pi (at)

Nhiệt
độ
ti (oC)

Áp
suất
Pi (at)

Nhiệt
độ
ti (oC)

Áp
suất
Pi (at)

Nhiệt
độ
ti (oC)

Hơi đốt

4.5

147

2.865

130.10
5

1.435

108.4

Hơi thứ

2.865

131.10
5

1.435

109.4

0.3

69.7

Thiết bò
ngưng tụ
Áp
Nhiệt
suất
độ
Png (at)

tng (oC)

0.3

68.7

3.2.2. Xác đònh tổn thất nhiệt độ
3.2.2.1. Tổn thất nhiệt độ ∆ ’ do nồng độ tăng cao [2]
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 7


Đồ án Quá trình – Thiết bò
Theo Tisencô:
Mà:
Suy ra:

CBHD: Trònh Văn Dũng

∆’ = ∆o’f (oC)
T2
f = 16.2 m
r
2
(
273 + t')
'
(oC)
∆'= ∆ o16.2

r

Trong đó:
∆o’ : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường, °C. (1)
f
: hệ số hiệu chỉnh.
Tm : nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm
việc, về giá trò bằng nhiệt độ hơi thứ, °K.
r
: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc,
j/kg.
t’ : nhiệt độ hơi thứ, °C.
Bảng 2: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao
Xc
∆ o’
t’
r (2)
f
∆’
(%kl)
(°C)
(j/kg)
(°C)
(°C)
Nồi I
18.10
6.9846
131.10
1
4

5
2175906
1.216
8.492
Nồi II
25.4
12.584
109.4
2235680
1.06
13.334
Nồi III
42
30.8
69.7
2333732
0.815
25.11
’
Tổng 3
∑∆ = 46.936 °C
nồi

3.2.2.2. Tổn thất nhiệt độ ∆ ’’ do áp suất thủy tónh [3]

∆” = tsdd(Ptb) -tsdd(Po) = tsdm( Ptb) – tsdm(Po)

Mức chất lỏng thích hợp trong ống truyền nhiệt:
Hop = [0.26 + 0.0014(ρdd – ρdm)]H
(m)

Áp suất ở lớp chất lỏng trung bình:
Ptb = Po + 0.5ρhhgHop
(at)
Trong đó:
ρdd : Khối lượng riêng dung dòch theo nồng độ cuối, kg/m3.
ρdm : 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.
ρhh = 0.5ρdd
Bảng 3: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tónh
ρ dm
tsdm
tsdm
∆”
ρ dd
Hop
Ptb
Po
(Ptb)
(Po)
(kg/m
(°C)
(m) (at)
(at)
(kg/m3)
3
(°C)

(°C)
)
Nồi I
1167.89
972
2.13 2.92
131.9
131.1 0.83
79
7
8
42
2.865 05
7
Nồi II
1242.74
972
2.55 1.51
2
6
5
111
1.435 109.4 1.6

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 8


Đồ án Quá trình – Thiết bò

972

Nồi III

1389
Tổng 3
nồi

CBHD: Trònh Văn Dũng
3.37
5

0.41
76.33
7
5

0.3

69.7

6.63
5

∑∆” = 9.072 °C

3.2.2.3. Tổn thất nhiệt độ ∆ ’’’ do trở lực thủy học trên
đường ống [2]
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 1°C.
∆I’’’ = ∆II’’’ = ∆III’’’ = 1°C.
Suy ra:
∑∆’’’ = 3°C.
3.2.2.4. Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc
∑∆ = ∑∆’ + ∑∆’’ + ∑∆’’’ = 59.008 (°C)

3.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi từng nồi
[2]
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’’)
 Nồi III:
∆tiIII = T3 – tsIII = T3 – (t3’ + ∆III’ + ∆III’’)
Trong đó:
∆tiI, ∆tiII, ∆tiIII : Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi I, nồi II và nồi
III, độ.
T1, T2, T3
: Nhiệt độ hơi đốt nồi I, nồi II và nồi III, độ.
t1’, t2’, t3’
: Nhiệt độ hơi thứ nồi I, nồi II và nồi III, độ.
tsI, tsII, tsIII

: Nhiệt độ sôi của dung dòch ở nồi I, nồi II và
nồi III, độ.
∆I’, ∆II’, ∆III’
: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao ở nồi I,
nồi II và nồi III, độ.
∆I’’, ∆II’’, ∆III’’ : Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tónh ở nồi I,
nồi II và nồi III, 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
(°C)
(°C)
(°C)
(°C)
(°C)
(°C)
Nồi I
131.1
140.43
147
05
8.492
0.837
4

6.566
Nồi II
130.10 109.4
1.6
124.33
5.771
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 9


Đồ án Quá trình – Thiết bò
5

CBHD: Trònh Văn Dũng
13.334

Nồi III

108.4

69.7

Tổng 3
nồi

25.11

6.635

4
101.44
5

6.955

∑∆ti = 19.292 °C

3.2.4. Cân bằng nhiệt lượng
3.2.4.1. Tính nhiệt dung riêng của dung dòch ở các nồi [2]
Nhiệt dung riêng của dung dòch ban đầu:
C đ = 4186(1− X đ ) = 4186(1− 0.14) = 3599.96(j/kgđộ)
Nhiệt dung riêng của dung dòch ra khỏi nồi I:
) = 3428.29214(j/kgđộ)
C1 = 41861− X Ic = 4186(1− 0.18101
Nhiệt dung riêng của dung dòch ra khỏi nồi II:
C3 = 41861− X IIc + C htX IIc
= 4186(1− 0.254) + 1310× 0.254= 3455.496
(j/kgđộ)
Với Cht là nhiệt dung riêng của chất hòa tan khan:
103 (1× 26+ 1× 16.8 + 1× 9.6)
C ht =
= 1310(j/kgđộ)
40
Nhiệt dung riêng của dung dòch ra khỏi nồi III:
III
(1− 0.42) + 1310× 0.42= 2978.08
C3 = 41861− X III
c + C htX c = 4186
(j/kgđộ)

3.2.4.2. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng [2]

(

)

(

(

W 1, i 1

)

)

W 2, i 2

Qxq1

W 3, i 3

Qxq2

Qxq3

D, i,
ϕ
G đ, Cđ,
tđ

D, Cng1,θ1

(Gđ –
W1)C1t1

W1, Cng2,θ2

(Gđ –
W2)C2t2

W2, Cng3,θ3

(Gđ –
W3)C3t3

Hình 1: Sơ đồ nhiệt đơn giản
Giải thích các đại lượng trên sơ đồ:
D
: Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h.
ϕ
: Độ ẩm của hơi đốt.
i, i1, i2
: Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi I, nồi II và
nồi III, j/kg.

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 10

Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

tđ, t1, t2, t3
: Nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II,
nồi III của dung dòch, oC.
Cđ, C1, C2, C3 : Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I, nồi II và
nồi III của dung dòch, j/kgđộ.
θ1, θ2, θ3
: Nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I, nồi II và nồi
o
III, C.
Cng1, Cng2, Cng3
: Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ở nồi I,
nồiII và nồi III, j/kgđộ.
Qxq1, Qxq2, Qxq3
: Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh, j.
Gđ
: Lượng dung dòch ban đầu, kg/h.
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Di + GđCđtđ = W1i1 + (Gđ – W1)C1t1 + DCng1θ1 +Qxq1
 Nồi I:
Nồi
II:
W1i1 + (Gđ – W1)C1t1 = W2i2 + (Gđ – W1 – W2) C2t2 + W1Cng2θ2

+Qxq2
 Nồi III: W2i2 + (Gđ – W1 – W2) C2t2 = W3i3 + (Gđ – W) C3t3 + W2Cng3θ3
+Qxq3

Mà:
W = W1 + W2 + W3
Cho:
Qxq1 = 0.1D(i – Cng1θ1)
Qxq1 = 0.1 W1(i1 – Cng2θ2)
Qxq1 = 0.1 W2(i2 – Cng3θ3)
Từ các phương trình trên, ta được:
G ( C t − C1t1 ) + W2 ( i 2 − C 2t2 )
W1 = đ 2 2
(kg/h)
0.9( i í − C ng2θ 2 ) − C1t1 + C 2t2
Wi 3 + ( G đ − W) C3t3 − G đC2t2 + W1( C 2t2 − i 3 )
(kg/h)
0.9( i 2 − C ng3θ 3 ) + i 3 − C 2t2
W3 = W – (W1 + W2)
(kg/h)
Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hòa. Các thông số
tra được:

Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ nồi I, nồi II
và nồi III: (3)
i = 2749.4 kj/kg
i1 = 2727.547 kj/kg
i2 = 2694.92 kj/kg
i3 = 2625.772 kj/kg

Nhiệt độ sôi của dung dòch:
tđ = 100 oC
t1 = 140.434 oC
t2 = 124.334 oC

t3 = 101.445 oC

Nhiệt dung riêng của dung dòch:
Cđ = 3.59996 kj/kgđộ
C1 = 3.42829214 kj/kgđộ
C2 = 3.455496 kj/kgđộ
C3 = 2.97808 kj/kgđộ
W2 =

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 11


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Nhiệt độ nước ngưng tụ (xem như bằng nhiệt
độ hơi đốt):
θ1 = 147 oC
θ2 = 130.105 oC
θ3 = 108.4 oC

Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ: (4)
Cng1 = 4.2945 kj/kgđộ
Cng2 = 4.2662205 kj/kgđộ
Cng3 = 4.23092 kj/kgđộ
W1 = 809.16(kg/h)


Suy ra:
W2 = 759.959(kg/h)
W = 764.214(kg/h)
 3
 Kiểm tra lại giả thiết phân phối hơi thứ ở các nồi:
809.16− 793.028
∆W1 =
= 2.03% < 5%
809.16
777.778− 759.959
∆W2 =
= 2.16% < 5%
777.778
764.214− 762.527
∆W3 =
= 0.05% < 5%
764.214
Lượng hơi đốt tiêu tốn chung:
W i + ( G đ − W1 ) C1t1 − G đC đ tđ
D= 1 í
= 1176.384(kg/h)
0.9( i − C ng1θ1 )


Phần IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
4.1. 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.

4.1.1. Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp [2]
 Nồi I: QI = Dr (W)
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 12


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

(kg/ s)
D = 0.32677333

( j / kg)
r = 2123000

⇒ Q I = 693739.787
(W)
 Nồi II: QII = W1r1 (W)
(kg/ s)
W = 0.22476667
Với:  1
( j / kg)
r1 = 2178706
Với:

⇒ Q II = 489700.485
(W)
 Nồi III: QIII = W2r2 (W)
(kg/ s)
W = 0.2110997
Với:  2
( j / kg)
r2 = 2238480
⇒ Q III = 472542.506
(W)
Trong đó:
r, r1, r2 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt ở nồi I, nồi II và nồi
III, j/kg.

4.1.2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi
4.1.2.1. Tính nhiệt tải riêng trung bình [2]
Giả thiết quá trình là liên tục và ổn đònh.
Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bò:
q1 = α1(t1 – tw1) = α1∆t1
Nhiệt tải riêng của thành thiết bò:

1
1
λ
1
q=
(tw1 − tw2 ) = (
+ +
)(tw1 − tw2 )
∑r
rcáu1 δ 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, °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 cặn bẩn phía hơi đốt => r cáu1 = 0.348 × 10-3
(m2độ/W) (5)
rcáu2 : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dòch => r cáu2 = 0.387 × 10-3
(m2độ/W) (6)
δV
: Nhiệt trở thành thiết bò, m2độ/W.
λ

 Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không rỉ
X18H10T có: λ = 16.3 (W/mđộ) (7)
 Chọn bề dày thành ống là: δV = 2 mm.
δ
 ∑ r = (rcáu1 + V + rcáu2 ) = 8.577× 10−4 (m2độ
/ W)
λ
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 13


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

[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 (Rem <100) thì hệ số cấp
nhiệt α1 đối với ống thẳng đứng được tính
theo công thức sau:
r
(8)
α 1 = 2.04A 4
(W/m2độ)
∆t1H


Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ α1:

Fng

Ftr

α1

α2

0.25

thđ = t1

 ρ 2λ3 
 , đối với nước giá trò
A = 
 µ 
A phụ thuộc vào nhiệt độ màng. (9)
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 = 4 m.
q1 = α1∆t1
Xem như sự mất mát nhiệt không đáng kể.

q = q1 = q2
tw2 = tw1 – q1 ∑ r


Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dòch sôi α

t

tsdd w2

tw1

Dtr δ V δ C

Dng
Hình 2: Sơ đồcơ chế
truyền nhiệtđốilưu

2

Giả sử chế độ sôi sủi bọt và quá trình là đối lưu tự nhiên, ta
có:
 ρ  2  C  µ 
 dd   dd  n 
 ρ n   C n  µ dd 
Với α n = 45.5∆t22.33P 0.5
λ 
α 2 = α n  dd 
 λn 

0.565

0.435

(W/m2độ)

(10)

(W/m2độ)

(11)

Trong đó:
P : Áp suất hơi thứ, at.
∆t2 : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dòch sôi, °C.
∆t = tw2 – tsdd
Bảng 5: Hệ số cấp nhiệt và nhiệt tải riêng của từng nồi (12)
Nồi I

t1 (°C)
t2 (°C)
r (j/kg)
H (m)
∆t1 (°C)
tw1 (°C)
SV: Trần Thò Thanh Hồng

147
140.434
2123000

4
0.192
146.808

Nồi II

Nồi III

130.105
124.334
2178706
4
0.121
129.984

108.4
101.445
2238480
4
0.117
108.283
Trang 14


Đồ án Quá trình – Thiết bò
tm (°C)
A
α 1 (W/m2độ)

CBHD: Trònh Văn Dũng

146.904
195.0356
16223.37
7

q1 (W/m2)
∆tw
tw2 (°C)
∆t2 (°C)
λ dd (W/m2độ)

130.045
191.013
17948.63
4

108.342
182.754
17435.07
8

3114.888
2.672
144.136
3.702
0.578

2171.785
1.863

128.121
3.787
0.57

2039.904
1.75
106.533
5.088
0.5524

0.686
1134.871

0.68388
1220.19

0.6677
1415.01

943.1
3750.384
4250
0.000989

951.444
3676.8
4232.22
0.001469

977.962

3429.91
4186.76
0.005010

(13)

λ n (W/m2độ)
ρdd
(kg/m3)
(14)

ρn (kg/m3)
Cdd (j/kgđộ)
Cn (j/kgđộ)
µ dd
(Ns/m2)

3

(15)

µ n (Ns/m )
P (at)
α 2 (W/m2độ)
q2 (W/m2)
∆q (%)
qtb (W/m2)
2

0.000237

2.865
882.152
3266.047
4.63
3190.468

0.00026
1.435
601.923
2279.64
4.73
2225.713

0.000401
0.3
418.047
2127.18
4.1
2083.542

4.1.2.2. Tính hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi:
q
K = tb
∆ti
 Nồi I:
K = 485.907 (W/m2độ)
 Nồi II: K = 385.672 (W/m2độ)
 Nồi III: K = 299.575 (W/m2độ)

4.1.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi [2]

∆t∗im =

Qm ∑ ∆ti
K m Qm
∑
Km

(°C)

Trong đó:
Chữ số “m” chỉ nồi thứ m.
∑ ∆ti = ∆tiI + ∆tiII + ∆tiIII
Q
Q
Q
Q
∑ m = I + II + III
K m K I K II K III
Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích:

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 15


Đồ án Quá trình – Thiết bò

∆(∆ti ) =

Nếu ∆(∆ti)

Nồi I
Nồi II
Nồi III

CBHD: Trònh Văn Dũng

∆t∗i − ∆ti

× 100%
∆t∗i
< 5% thì thỏa.
Bảng 6: Hiệu số nhiệt
Q
K
Q
2
(W)
(W/m đ
K
ộ)
693739.7
485.90
1427.7
87
7
2
489700.4
385.67
1269.7

85
2
33
472542.5
299.57
1577.3
06
5
78

độ hữu ích thực mỗi nồi
∆ti
∆(∆ti)
Δt∗i
(°C)
(°C)
(°C)
6.443 6.566

1.87

5.73

5.771

0.71

7.119 6.955

2.30

4.1.4. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi
Q
(m2)
K ∆t∗i
693739
.787
= 221.59(m2)
 Nồi I: FI =
485.907× 6.443
489700
.485
= 221.59(m2)
 Nồi II: FII =
385.672× 5.771
472542
.506
= 221.57(m2)
 Nồi III: FIII =
299.575× 6.955
F=

4.2. TÍNH KÍCH THƯỚC CỦA BUỒNG ĐỐT VÀ BUỒNG BỐC
4.2.1. Kích thước buồng đốt
4.2.1.1. Xác đònh số ống truyền nhiệt [2]
F
221.6
n=
=
= 332.7(ống)

πdl π × 0.053× 4
Trong đó:
F : diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2.
l : chiều dài ống truyền nhiệt, m.
d : đường kính ống truyền nhiệt, m  Chọn d = 0.053 m. (17)
Do α1 > α2 nên d là đường kính trong của ống truyền nhiệt.
 Chọn theo chuẩn n = 367 ống (tính luôn 36 ống trong hình viên
phân) (18)
4.2.1.2. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm [2]
Diện tích mặt cắt của tất cả ống truyền nhiệt:
πd2n π × 0.0532 × 367
FD =
=
= 0.81 (m2)
4
4
Diện tích mặt cắt ống tuần hoàn trong:
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 16


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Fth = 0.25FD = 0.202 (m2)
Đường kính ống tuần hoàn trong:
4Fth
4× 0.202

D th =
=
= 0.507 (m)
π
π
 Chọn theo chuẩn Dth = 0.5 m (19)
4.2.1.3. Số ống truyền nhiệt bò thay thế bởi ống tuần
hoàn trung tâm [1]
D
0.5
D th ≤ t( b − 1) ⇒ b ≥ th + 1 =
+ 1 = 7.748
Ta có:
b
1.3× 0.057
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:
3
3
n = b2 − 1 + 1 = 92 − 1 + 1 = 61(ống)
4
4
Vậy số ống truyền nhiệt cần thiết: 367 – 61 = 306 (ống)
Ta bố trí 36 ống trong hình viên phân, có 6 ống nằm trên 1 dãy.
4.2.1.4. Diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết
F = nπdl = 306× π × 0.053× 4 = 203.8(m2 )
Chọn bề mặt truyền nhiệt chuẩn cho cả 3 nồi là F = 225 m2 (16)
4.2.1.5. Đường kính buồng đốt [2]

(

Dt =

)

(

)

0.4β 2 sin60o Fdn
+ (Dth + 2βdn )2
ψl

(m)

Trong đó:
t
β=
, t : bước ống  chọn β = 1.3
dn
Ψ
: hệ số sử dụng lưới đỡ ống  chọn Ψ = 0.9
l
: Chiều dài ống truyền nhiệt => l = 4 m.
Suy ra:

Dt =

0.4× 1.32 × sin60o × 225× 0.057
+ (0.5 + 2× 1.3× 0.057)2 = 1.58
0.9× 4

(m)
 Chọn theo chuẩn Dt = 1.6 m

(20)

4.2.2. Kích thước buồng bốc
4.2.2.1. Đường kính buồng bốc [1]
 Chọn đường kính buồng bốc cho cả 3 nồi là: Db = 1.8m
Ta cần kiểm tra điều kiện: ω max
(*)
hơi ≤ 70% ω o
Với ωo là vận tốc lắng:
4g(ρ l −ρ h )d
ω0 =
(m/s) (21)
3ξρ h
Trong đó:

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 17


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

ρl, ρh : Khối lượng riêng của giọt lỏng và của hơi thứ, kg/m3.
d
: Đường kính giọt lỏng, m  Chọn d = 0.0003 m
ξ
: Hệ số trở lực.
18.5
Giả sử 0.2 < Re < 500 => ξ =
Re0.6
ω dρ
Re = h h
µh
µh
: Độ nhớt động lực học của hơi thứ, Ns/m2.
Vận tốc hơi thứ:
W
V
ρh
4W
(m/s)
ωh = h =
=
Fb π 2 πρ hD b2
Db
4
Bảng 7: Vận tốc hơi và vận tốc lắng
ρl
(kg/m3)

ρh

(kg/m3)

µh
(Ns/m2)

ωh
(m/s)

Re

ξ

ωo
(m/s)

Ghi chú

934.48
0.05 1.92 12.50
Thỏa
1.5204 0.0138× 10−3
0.439
7
8
1
5
(*)
952.11
0.10
1.94

12.40
Thỏa
Nồi II
0.7597 0.0128× 10−3
0.629
1
9
7
4
(*)
977.96
0.42 2.17 11.61
Thỏa
Nồi III
0.1963 0.0115× 10−3
1.297
2
4
2
4
(*)
Vậy đường kính buồng bốc Db = 1.8 m
4.2.2.2. Thể tích buồng bốc [2]
W
Vb =
(m3)
ρ hU p
Trong đó:
W : Lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bò, kg/h.
ρh : Khối lượng riêng hơi thứ, kg/m3.

Up : Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khác 1 at, m3/m3h.
Up = fpUt
Ut : Cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất bằng 1 at, m3/m3h.
 Chọn Ut = 1600 m3/m3h. (22)
fb : Hệ số hiệu chỉnh ở áp suất hơi thứ. (23)
Công thức tính chiều cao buồng bốc:
4Vb
Hb =
2 (m)
πD b
Bảng 8: Thể tích và chiều cao buồng bốc
Nồi I

P’
(at)
Nồi I
Nồi II

2.809
1.391

ρh
(kg/m3)

1.4204
0.7487

SV: Trần Thò Thanh Hồng

fb

Up
(m3/m3h)

W
(kg/h)

Vb
(m3)

Hb
(m)

0.82

1312

809.16

0.17

0.9

1440

759.95
9

0.369
7

0.659

0.28

Trang 18


Đồ án Quá trình – Thiết bò

764.21 1.537
4
Chọn chiều cao buồng bốc cho cả 3 nồi là 1.5 m
Nồi III

**

0.3

0.1676

0.95

CBHD: Trònh Văn Dũng
1520

1.18

Kích thước của cả 3 nồi:
H = 4m
D = 1.6m

H = 1.5m
 t
Buồng đốt: 
Buồng bốc: 
D b = 1.8m
n = 306ống
dn = 0.057m

**

Bộ phận nối buồng đốt và buồng bốc:
Chọn đáy nón cụt và vật liệu là thép không gỉ

X18H10T.
Góc nghiêng 45° ⇒ H =

(1.8− 1.6)

2
Kích thước của đáy nón cụt:
D nhỏ= 1.6m

D lớn= 1.8m
H = 0.1m


= 0.1(m)

Phần V : TÍNH CƠ KHÍ
5.1. THÂN THIẾT BỊ [5] [6]

5.1.1. Thân buồng đốt
Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng đốt là thép
CT3.
5.1.1.1. Nồi I
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 = 1600 mm
Pt = 4.5 at
t = thđ = 147 °C
Thông số tính toán:
P = 4.5 – 1 = 3.5 at = 0.34335 N/mm2
t = 147 + 20 = 167 °C (buồng đốt có bọc cách
nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  [σ]* = 131
N/mm2 (24)

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 19


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

η
[σ]

: Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95 (25)
: Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2
[σ] = η[σ]* = 124.45 N/mm2.
ϕh
: Hệ số bền mối hàn  ϕh = 0.95 (26)
Xét tỉ số:
[ σ] ϕ = 124.45 0.95= 344.34> 25
h
P
0.34335
Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt:
DtP
1600× 0.34335
S' =
=
= 2.32(mm)
2[ σ]ϕ h 2× 124.45× 0.95
Bề dày thực:
S = S’ + C
(mm)
Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm.
C = Ca + Cb + Cc + Co
(mm)
Trong đó:
Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường, mm
 Chọn Ca = 1 mm (27)
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 
Chọn Cc = 0.

Co: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm.
Để đơn giản, ta tính S = S’ + Ca, sau đó chọn S theo tiêu chuẩn.
Suy ra:
S = 3.32 mm
 Chọn S = 4 mm. (28)
Kiểm tra độ bền:
 S − Ca 4 − 1
< 0.1(thỏa)
 D = 1600= 0.001875

t

[P] = 2[ σ] ϕ h ( S − C a ) = 2× 124.45× 0.95× ( 4 − 1) = 0.4425> P = 0.34335(thỏa)

Dt + ( S − Ca )
1600+ ( 4 − 1)
Vậy chiều dày thân buồng đốt nồi I: S = 4 mm.
5.1.1.2. 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 = 1600 mm
Pt = 2.865 at
t = 130.105 °C
Thông số tính toán:
P = 2.865 – 1 = 1.865 at = 0.18296 N/mm2
t = 130.105 + 20 = 150.105 °C (buồng đốt có
bọc cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:

[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  [σ]* = 132
N/mm2.
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 20


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

η
[σ]

: Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95
: Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2
[σ] = η[σ]* = 125.4 N/mm2.
ϕh
: Hệ số bền mối hàn  ϕh = 0.95
Xét tỉ số:
[ σ] ϕ = 125.4 0.95= 651.126> 25
h
P
0.18296
Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt:
DtP
1600× 0.18296
S' =
=
= 1.229(mm)

2[ σ]ϕ h 2× 125.4× 0.95
Bề dày thực:
S = S’ + Ca = 2.229 (mm)
 Chọn S = 3 mm.
Kiểm tra độ bền:
 S − Ca 3− 1
 D = 1600= 0.00125< 0.1(thỏa)

t

[P] = 2[ σ] ϕ h ( S − C a ) = 2× 125.4× 0.95× ( 3 − 1) = 0.29745> P = 0.18296(thỏa)

Dt + ( S − Ca )
1600+ ( 3 − 1)
Vậy chiều dày thân buồng đốt nồi II: S = 3 mm.
Để dễ gia công, ta chọn S = 4 mm.
5.1.1.3. Nồi III
Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên ngoài
thiết bò => Thân buồng đốt nồi III chòu áp suất trong. Ta tính bền
tương tự như nồi I.
Thông số làm việc:
Dt = 1600 mm
Pt = 1.435 at
t = 108.4 °C
Thông số tính toán:
P = 1.435 – 1 = 0.435 at = 0.042674 N/mm2
t = 108.4 + 20 = 128.4 °C (buồng đốt có bọc
cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm 2  [σ]* = 133.5

N/mm2
η
: Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95
[σ] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2
[σ] = η[σ]* = 126.825 N/mm2
ϕh
: Hệ số bền mối hàn  ϕh = 0.95
Xét tỉ số:
[ σ] ϕ = 126.825 0.95= 2823.35> 25
h
P
0.042674
Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt:
DtP
1600× 0.042674
S' =
=
= 0.283(mm)
2[ σ]ϕ h 2× 126.825× 0.95
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 21


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Bề dày thực:
S = S’ + Ca = 1.283 (mm) < 2 mm

 Chọn S = 4 mm.
Kiểm tra độ bền:
 S − Ca 4 − 1
< 0.1(thỏa)
 D = 1600= 0.001875

t

[P] = 2[ σ] ϕ h ( S − C a ) = 2× 126.825× 0.95× ( 4 − 1) = 0.45097> P = 0.042674
(thỏa)

Dt + ( S − Ca )
1600+ ( 4 − 1)
Vậy chiều dày thân buồng đốt nồi III: S = 4 mm.
Để dễ gia công, ta chọn S = 10 mm.

5.1.2. Thân buồng bốc
Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng bốc là thép
không gỉ X18H10T.
5.1.2.1. 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 = 1800 mm
Pt = 2.865 at
t = 131.105 °C
Thông số tính toán:
P = 2.865 – 1 = 1.865 at = 0.18296 N/mm2
t = 131.105 + 20 = 151.105 °C (buồng bốc có

bọc cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm 2  [σ]* = 131.5
N/mm2
η
: Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95
[σ] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2
[σ] = η[σ]* = 124.925 N/mm2.
ϕh
: Hệ số bền mối hàn  ϕh = 0.95
Xét tỉ số:
[ σ] ϕ = 124.9250.95= 648.66> 25
h
P
0.18296
Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt:
DtP
1800× 0.18296
S' =
=
= 1.387(mm)
2[ σ]ϕ h 2× 124.925× 0.95
Bề dày thực:
S = S’ + Ca = 2.387 (mm)
 Chọn S = 3 mm.
Kiểm tra độ bền:

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 22

Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

 S − Ca 3− 1
 D = 1800= 0.00111< 0.1(thỏa)

t

[P] = 2[ σ] ϕ h ( S − C a ) = 2× 124.925× 0.95× ( 3 − 1) = 0.2634> P = 0.18296(thỏa)

Dt + ( S − Ca )
1800+ ( 3 − 1)
Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi I: S = 3 mm.
Để dễ gia công, ta chọn S = 10 mm.
5.1.2.2. Nồi II
Áp suất của môi trường làm việc bên trong lớn hơn bên ngoài
thiết bò => Thân buồng bốc nồi II chòu áp suất trong. Ta tính bền
tương tự như thân buồng đốt nồi I.
Thông số làm việc:
Dt = 1800 mm
Pt = 1.435 at
t = 109.4 °C
Thông số tính toán:
P = 1.435 – 1 = 0.435 at = 0.042674 N/mm2
t = 109.4 + 20 = 129.4 °C (buồng bốc có bọc
cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:

[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2  [σ]* = 133
N/mm2
η
: Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95
[σ] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2
[σ] = η[σ]* = 126.35 N/mm2
ϕh
: Hệ số bền mối hàn  ϕh = 0.95
Xét tỉ số:
[ σ] ϕ = 126.35 0.95= 2812.78> 25
h
P
0.042674
Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt:
DtP
1800× 0.042674
S' =
=
= 0.32(mm)
2[ σ]ϕ h 2× 126.35× 0.95
Bề dày thực:
S = S’ + Ca = 1.32 (mm) < 2 mm
 Chọn S = 4 mm. (29)
Kiểm tra độ bền:
 S − Ca 4 − 1
 D = 1800= 0.00167< 0.1

t

[P] = 2[ σ] ϕ h ( S − C a ) = 2× 126.35× 0.95× ( 4 − 1) = 0.39944> P = 0.042674


Dt + ( S − Ca )
1800+ ( 4 − 1)
Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi II: S = 4 mm.
5.1.2.3. Nồi III
Áp suất của môi trường làm việc bên trong là áp suất chân
không nhỏ hơn bên ngoài thiết bò => Thân buồng bốc nồi III chòu
áp suất ngoài.
Thông số làm việc:
Dt = 1800 mm
SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 23


Đồ án Quá trình – Thiết bò

CBHD: Trònh Văn Dũng

Pt = 0.3 at
t = 69.7 °C
Thông số tính toán:
Pn = 1 + (1 – 0.3) = 1.7 at = 0.16677 N/mm2
t = 69.7 + 20 = 89.7 °C (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:
[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm 2  Tra [σ]* = 136.5
N/mm2

ϕh
: Hệ số bền mối hàn  Tra ϕh = 0.95
t
E
: mun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm
việc của nó, N/mm2
 Tra Et = 20.5× 104 N/mm2 (30)
nc
: Hệ số an toàn  Tra nc = 1.65 (31)
σ tc : Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính
toán, N/mm2.
σ tc = [σ]* nc = 136.5× 1.65= 225.225(N/mm2)
Bề dày tối thiểu của thân chòu áp suất ngoài:
 P l' 

S'= 1.18D t  nt
 E Dt 

0.4

 0.166771500
Suy ra:
S’= 1.18× 1800


4
 20.5× 10 1800
Bề dày thực của thân:
S = S’ + Ca = 8.238 (mm)
 Chọn S = 10 mm.

Kiểm tra hai điều kiện:
2( S − Ca )
Dt
l'
1.5
≤
≤
Dt
Dt
2( S − Ca )
⇒ 1.5

0.4

= 7.238 (mm)

2(10- 1)
1500
= 0.1 <
= 0.833<
1800
1800

l'
E t  2( S − C a ) 
≥ 0.3 t 

Dt
σ c  Dt 

1800
= 10(thỏa)
2(10− 1)

3

1500
20.5× 104  2(10− 1) 
= 0.833≥ 0.3
= 0.273(thỏa)
1800
225.225  1800 
Kiểm tra áp suất ngoài tiùnh toán:
3

⇒

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 24


Đồ án Quá trình – Thiết bò


[ P] = 0.649E Dt  S − Ca 
l'  D t 
t

CBHD: Trònh Văn Dũng

2

S − Ca
> Pn
Dt
2

1800 10− 1
⇒ 0.649× 20.5× 10

 = 0.282> 0.16677(thỏa)
1500 1800
Vậy chiều dày thân buồng bốc nồi III: S = 10 mm.
4

5.2. NẮP VÀ ĐÁY THIẾT BỊ [5] [6]
5.2.1. Nắp

Chọn nắp elip tiêu chuẩn (Dt = Rt) và vật liệu
làm nắp là thép không gỉ X18H10T.
Nắp có gờ, trong đó: (32)
▪ Chiều cao phần nắp: ht = 450 mm.
▪ Chiều cao phần gờ: hg = 50 mm.
Chọn đường kính lỗ d = 200 mm.
Hình 3: Nắp
elip
5.2.1.1. 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 đốt nồi I.

Thông số làm việc:
Dt = 1800 mm
Pt = 2.865 at
t = 131.105 °C
Thông số tính toán:
P = 2.865 – 1 = 1.865 at = 0.18296 N/mm2
t = 131.105 + 20 = 151.105 °C (nắp có bọc cách
nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[σ]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm 2  [σ]* = 131.5
N/mm2.
η
: Hệ số hiệu chỉnh  η = 0.95
[σ] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm 2 => [σ] = η[σ]* =
124.925 N/mm2.
ϕh
: Hệ số bền mối hàn  ϕh = 0.95
Xét tỉ số:
[ σ] ϕ = 124.9250.95= 648.66> 25
h
P
0.18296
Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt:
PR t
0.18296× 1800
S' =
=
= 1.387(mm)
2[ σ]ϕ h 2× 124.925× 0.95
Bề dày thực:

S = S’ + Ca = 2.387 (mm)
 Chọn S = 3 mm.
Kiểm tra độ bền:

SV: Trần Thò Thanh Hồng

Trang 25