Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 3 nồi xuôi chiều hoạt động liên tục để cô đặc dung dịch đường mía

Mục lục
Chương 1: Tổng quan........................................................................................................................3
1.1. Tên đề tài:..........................................................................................................................3
1.2. Tính chất về nguyên liệu:..................................................................................................3
1.3. Quá trình cô đặc:...............................................................................................................3
1.3.1. Định nghĩa:................................................................................................................3
1.3.2. Các phương pháp cô đặc:...........................................................................................3
1.3.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:...............................................................................4
1.3.4. Ứng dụng của cô đặc:................................................................................................4
1.4. Thiết bị cô đặc:..................................................................................................................4
1.4.1. Phân loại và ứng dụng:..............................................................................................4
1.4.2. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc:...........................................................5
Chương 2: Quy trình công nghệ......................................................................................................6
1.
2.

Cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ.....................................................................................6
Sơ đồ và thuyết minh quy trình công nghệ:..........................................................................6
2.1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ:........................................................................................6
2.1.2. Thuyết minh:..............................................................................................................6

Chương 3: Cân bằng vật chất & năng lượng.................................................................................8
3.1. Dữ kiện ban đầu:...............................................................................................................8
3.2. Cân bằng vật chất:.............................................................................................................8
3.3. Phân phối chênh lệch áp suất và nhiệt độ dung dịch trong mỗi nồi:.................................9
3.4. Tổn thất nhiệt độ của các nồi:...........................................................................................9
3.4.1. Tổn thất do nồng độ:..................................................................................................9
3.4.2. Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi thứ:........................................................11
3.5. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích các nồi:..............................................................................11
Chương 4 : Tính kích thước thiết bị chính...................................................................................13
4.1. Bề mặt truyền nhiệt buồng đốt:.......................................................................................13

4.1.1. Tính hệ số truyền nhiệt K:.......................................................................................13
4.1.2. Kiểm tra hiệu số nhiệt độ hữu ích:...........................................................................15
4.1.3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt:.................................................................................16
4.2. Tính kích thước buồng đốt:.............................................................................................16
4.2.1. Số ống truyền nhiệt:.................................................................................................16
4.2.2. Đường kính ống tuần hoàn:.....................................................................................16
4.2.3. Đường kính buồng đốt:............................................................................................17
4.3. Tính kích thước buồng bốc:............................................................................................17
4.4. Tính đường kính các ống ra vào thiết bị:........................................................................19
Chương 5: Tính cơ khí thiết bị chính............................................................................................21
5.1. Tính thân buồng đốt:.......................................................................................................21
5.2. Tính thân buồng bốc:......................................................................................................22
5.2.1. Tính thân buồng bốc nồi 1:......................................................................................22
5.2.2. Tính thân buồng bốc nồi 3:chịu áp suất ngoài.........................................................23
5.3. Tính đáy và nắp:..............................................................................................................26
5.3.1. Tính đáy và nắp buồng bốc......................................................................................26
1


5.3.1.2. Nồi chịu áp ngoài: Nồi 3......................................................................................28
5.4. Tính bích, tai treo, vỉ ống:...............................................................................................30
5.4.1. Bích nối thân buồng bốc với đáy và nắp:................................................................30
5.4.2. Bích nối buồng đốt với đáy và nắp:........................................................................31
5.4.3. Vỉ ống:.....................................................................................................................31
5.4.4. Tai treo:....................................................................................................................32
5.5. Tính cách nhiệt:...............................................................................................................34
5.6. Cửa sửa chữa và kính quan sát:.......................................................................................35
5.6.1. Cửa sửa chữa...........................................................................................................35
5.6.2. Kính quan sát...........................................................................................................35
Chương 6: Tính thiết bị phụ...........................................................................................................35

6.1. Thiết bị ngưng tụ Baromet:.............................................................................................36
6.1.1. Đường kính thiết bị ngưng tụ:.................................................................................36
6.1.2. Kích thước các tấm ngăn:........................................................................................37
6.1.3. Chiều cao thiết bị ngưng tụ:.....................................................................................37
6.1.4. Đường kính ống Baromet:.......................................................................................37
6.1.5. Chiều cao ống Baromet:..........................................................................................38
6.2. Bồn cao vị :.....................................................................................................................39
6.3. Thiết bị gia nhiệt nhập liệu đến nhiệt độ sôi (TBGN):...................................................41
6.4. Tính bơm nhập liệu:........................................................................................................46
Kết luận

......................................................................................................................................48

Tài liệu tham khảo...........................................................................................................................49

Chương 1: Tổng quan
1.1. Tên đề tài:
Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 3 nồi xuôi chiều hoạt động liên tục
để cô đặc dung dịch đường mía với những yêu cầu sau:
 Năng suất theo nguyên liệu: 3900kg/h
 Nồng độ đầu: 11% khối lượng
 Nồng độ cuối: 61% khối lượng
 Thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài thẳng đứng
 Áp suất hơi đốt 4,25 atm
 Áp suất trong thiết bị ngưng tụ 0,3 atm
2


1.2. Tính chất về nguyên liệu:
Thành phần chủ yếu trong nước mía là saccarozo

Nước mía sau khi làm sạch có nồng độ chất khô khoảng 12-15%. Cần cô đặc đến
nồng độ khoảng 65% để đáp ứng nhu cầu nấu đường.
Nồng độ không được quá loãng vì sẽ tốn thời gian nấu đường, cũng như không
được quá đặc vì sẽ kết tinh đường trong ống
Trong quá trình cô đặc cần khống chế nhiệt độ, rút ngắn thời gian lưu để tránh tổn
thất đường do chuyển hóa và phân hủy. Nhiệt độ nóng chảy và phân hủy của saccarozo là
186oC.
Dung dịch ban đầu có độ nhớt khá nhỏ, ở 30oC với nồng độ 10% thì độ nhớt là
1.37cP.
1.3. Quá trình cô đặc:
1.3.1. Định nghĩa:
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung
dịch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch 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.
1.3.2. Các phương pháp cô đặc:
Phương pháp nhiệt: 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 tăng nồng 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 độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh.
1.3.3. 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 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.
1.3.4. Ứng dụng của cô đặc:
Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm. Mục đích để đạt được
3


nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa để kết
tinh.
Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây...
Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ …
1.4. Thiết bị cô đặc:
1.4.1. Phân loại và ứng dụng:
1.4.1.1 Theo cấu tạo và tính chất của đối tượng cô đặc:
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch
khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho
dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu
làm biến chất sản phẩm. Thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa
quả ép…
1.4.1.2 Theo phương pháp thực hiện quá trình:
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường
dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, đạt năng suất cực đại và
thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao.
Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi thấp hơn do có áp suất chân
không. Dung dịch 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 so với chi phí bỏ ra. Có thể cô đặc chân không, cô
đặc 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 tự động hóa.
 Tùy điều kiện kỹ thuật, tính chất dung dịch để lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp.
1.4.2. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc:
1.4.2.1 Thiết bị chính:
-

Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt

-

Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp…

1.4.2.1 Thiết bị phụ:
4


-

Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu

-

Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không

-

Thiết bị gia nhiệt

-

Thiết bị ngưng tụ Baromet

-

Thiết bị đo và điều chỉnh

Chương 2: Quy trình công nghệ
1. Cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ
Nguyên nhân chọn quy trình công nghệ 3 nồi xuôi chiều, buồng đốt ngoài thẳng
đứng:
-

Hệ thống cô đặc 3 nồi vì dùng hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau, tiết
kiệm chi phí năng lượng, tuy nhiên số nồi không được quá lớn.

-

Xuôi chiều vì dung dịch đường dễ biến tính, caramen hóa ở nhiệt độ cao nên tiến
hành xuôi chiều để sản phẩm hình thành ở nồi có nhiệt độ thấp nhất.
Thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài thẳng đứng có ưu điểm lớn là dễ dàng thay thế
buồng đốt khi cần sửa chữa. Có thể sử dụng buồng đốt dự trữ hoặc thiết kế thiết bị
cô đặc có nhiều buồng đốt ngoài. Có thể thay đổi được chiều cao của buồng đốt và
buồng bốc hơi, nhờ vậy có thể điều chỉnh được tốc độ của quá trình tuần hoàn.
Tốc độ dung dịch trong các ống truyền nhiệt lớn nên không có hiện tượng kết tinh
bám bẩn thành ống truyền nhiệt. Tận dụng toàn bộ bề mặt truyền nhiệt vào quá
trình trao đổi nhiệt. Khả năng tách hết các hạt lỏng cho hơi thứ tốt.
Tuy nhiên, thiết bị có một vài nhược điểm là cồng kềnh, tốn nhiều kim loại và tổn
thất nhiệt lớn hơn loại có buồng đốt trong.

-

-

2. Sơ đồ và thuyết minh quy trình công nghệ:
2.1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ:
Bản vẽ quy trình công nghệ (A3 đính kèm)
2.1.2. Thuyết minh:
Nguyên liệu đầu tiên là dung dịch đường mía. Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu
được bơm lên bồn cao vị để ổn định lưu lượng sau đó vào thiết bị gia nhiệt thông qua lưu
lượng kế và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm. Thân hình trụ đặt đứng,
bên trong gồm nhiều ống nhỏ, được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều. Các đầu ống được
giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân. Hơi nước bão hòa đi bên ngoài
ống (phía vỏ). Dung dịch được đưa vào thiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên. Hơi nước
5


bão hòa sẽ ngưng tụ trên các bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt
độ của dung dịch đến nhiệt độ sôi. Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ được đưa vào
thiết bị cô đặc thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua
bẫy hơi chảy ra bên ngoài. Dung dịch sau nồi 1 tiếp tục qua nồi 2, hơi từ nồi 1 dẫn qua
nồi 2 để tiếp tục gia nhiệt, tương tự như vậy khi qua nồi 3.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc: buồng đốt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống
chùm đặt thẳng đứng. Dung dịch được nhập vào cửa bên dưới, gần vị trí nối ống tuần
hoàn và buồng đốt, sau đó dung dịch đi trong ống truyền nhiệt, hơi đốt được cấp vào phía
trên của buồng đốt sẽ đi trong khoảng không phía ngoài ống. Hơi đốt sẽ ngưng tụ bên
ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống. Dung
dịch đi trong ống từ dưới lên và sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi rồi
tràn vào buồng bốc hơi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra
ngoài.

Phần phía ngoài là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng hơi thành hai dòng dựa theo sự
khác nhau về khối lượng riêng, sản phẩm cần thu nhận có khối lượng riêng lớn hơn sẽ rơi
xuống đáy buồng bốc và đi xuống theo ống tuần hoàn. Khi đó, một phần dung dịch sẽ
được đưa ra ngoài theo ống lấy sản phẩm, một phần sẽ được tuần hoàn lại, dòng hơi thứ
đi lên phía trên buồng bốc đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ.
Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly
tâm, vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ và khí không ngưng đi ra phía trên của thiết bị cô
đặc vào thiết bị ngưng tụ baromet. Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu
trực tiếp. Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng của thiết bị, dòng hơi thứ
dẫn vào cuối thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt, nó sẽ ngưng tụ thành lỏng
chảy ra ngoài bồn chứa, khí không ngưng tiếp tục đi lên trên và được dẫn qua bộ phận
tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài. Khí ngưng tụ
chuyển thành hơi lỏng thì thể tích của hơi sẽ giảm, làm áp suất giảm, do đó tự bản thân
thiết bị áp suất sẽ giảm. Vì vậy thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không,
nó duy trì áp suất chân không trong hệ thống. Áp suất làm việc của thiết bị baromet là áp
suất chân không do đó nó phải được lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể
tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần dùng máy bơm.
Bình tách giọt là một vách ngăn, có nhiệm vụ là tách những giọt lỏng bị lôi cuốn
theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng, còn khí không ngưng sẽ
được bơm chân không hút ra ngoài.
Bơm chân không có nhiệm vụ là hút khí không ngưng ra ngoài để tránh trường
hợp khí không ngưng tồn tại trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm cho áp suất của thiết
bị ngưng tụ tăng lên, có thể làm cho nước chảy ngược lại sang nồi cô đặc.

6


Chương 3: Cân bằng vật chất & năng lượng
3.1.

Dữ kiện ban đầu:

Nồng độ đầu xđ = 11%
Nồng độ cuối xc = 61%.
Năng suất nhập liệu Gđ = 3900 kg/h.
Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà có áp suất tuyệt đối là 4,25 at.
Áp suất tuyệt đối trong TB ngưng tụ: Pnt = 0,3 at.
3.2.

Cân bằng vật chất:

Áp dụng phương trình cân bằng vật chất:
Gđ = Gc+W
Gc = (kg/h)
Lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ:
W=W1+W2+W3== 3196,72 kg/h
W: tổng lượng hơi thứ bốc lên của toàn hệ, kg/h
W1, W2, W3 : lượng hơi thứ bốc lên trong nồi 1, nồi 2, nồi 3 , kg/h
Gđ , Gc : lượng dung dịch đầu, dung dịch cuối, kg/h.
xđ , xc : nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, % khối lượng
Chọn tỷ lệ phân phối hơi thứ:
�

W1
 1, 25
W2
;

W2
 1, 25

W3

W
2
W3 = 1  1�1, 25  1�1, 25 = 838,48 (kg/h)

W2 = 1,25.W3 = 1048,11 (kg/h)
W1 = 1,25. W2 = 1310,13 (kg/h)
Suất lượng dung dịch ra khỏi nồi 1:
G1 = Gđ – W1 = 3900 – 1310,13 = 2589,87kg/h
Suất lượng dung dịch ra khỏi nồi 2:
G2 = G1 – W2 = 2589,87 – 1048,11 = 1541,76 kg/h
Suất lượng dung dịch ra khỏi nồi 3:
G3 = Gc = G2 – W3 = 1541,76 – 838,48= 703,28 kg/h
Vậy nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1:
7


Tương tự nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 2:
Tương tự nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 3:
3.3.

Phân phối chênh lệch áp suất và nhiệt độ dung dịch trong mỗi nồi:

Ở thiết bị ngưng tụ: Pnt = 0,3 at
Ứng với áp suất này,nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ là 68,7 0C
Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối bằng nhiệt độ thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1oC
t3 = 68,7 +1=69,7 oC
Ứng với nhiệt độ này, áp suất trong nồi 3 là P3 = 0,315 at
Theo đề bài Phơi đốt =4,25 at

Tổng chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và áp suất hơi thứ nồi 3:
Δp = 4,25 – 0,315 = 3,935 at
Chênh lệch áp suất trung bình:

Δp 

Δp 3,935

3
3 = 1,311 at

Chênh lệch áp suất làm việc trong mỗi nồi: Δpi = fi. Δp
Chọn f1 = 1,13;

f2 = 0,98;

f3 = 0,89

� Chênh lệch áp suất làm việc trong mỗi nồi:

Δp1 = 1,13. 1,311 = 1,482 at
Δp2 = 0,98. 1,311 = 1,285 at
Δp3 = 0,89. 1,311 = 1,167 at
Áp suất trong buồng bốc mỗi nồi:
P3 = 0,315 at
P2 = 0,315 + 1,167 = 1,482 at
P1 = 1,482 + 1,285 = 2,768 at
3.4.

Tổn thất nhiệt độ của các nồi:

3.4.1. Tổn thất do nồng độ:
Ở cùng một áp suất nhiệt độ sôi của dung dịch (t sdd ) bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ
sôi của dung môi nguyên chất. (tsdm)
Hiệu số nhiệt độ ’= tsdd – tsdm gọi là tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ:
Công thức tính toán :
’ = o’f
Với ’o là tổn thất nhiệt độ do nồng độ
[3]
8


f là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của dung môi [3]
Bảng 3.1: Kết quả tính toán tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở áp suất làm việc
Nồi 1
(16,66%)

Nồi 2 (27,83%)

Nồi 3 (61%)

0,5

0,9

3,9

Phơi thứ (at)

2,768

1,482

0,315

tsdm,Pi (oC)

130,71

110,77

70,12

f

1,2135

1,0674

0,8177

0,61

0,96

3,19

Dung dịch:
Δ’o (oC)

Δ’ (oC)

Vậy tổng tổn thất nhiệt độ ở 3 nồi là: : ∑’ = 1’+ 2’ +3’ = 4,76 oC
Tổn thất nhiệt độ do cột chất lỏng:
Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh (tổn
thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao):
” = tsdd(Ptb) - tsdd(Po) = tsdm( Ptb) - tsdm(Po)
Chiều cao thích hợp của dung dịch sôi trong ống truyền nhiệt: (tính theo
kính quan sát chỉ mức)
Hop = [0,26 + 0,0014(dd – dm)]H (m)

[6]

Áp suất ở lớp chất lỏng trung bình:
�0,5. hh .g.H op
Ptb  Po  �
4
� 9,81�10

�
� Po  P(at )
�

[6]

Trong đó:
dd : Khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ cuối (ở nhiệt độ ts,
không kể lẫn bọt hơi), kg/m3;
dm : Khối lượng riêng dung môi , kg/m3;
H

: Chiều cao ống truyền nhiệt, m;  Chọn H = 2m

Po
at;

: Á`p suất trên mặt thoáng dung dịch lấy bằng áp suất hơi thứ,

g

: gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81 m/s2

Ta lấy:hh = 0,5dd

[6]

Bảng 3.2: Kết quả tính toán tổn thất nhiệt độ do cột lỏng
9


Dung dịch:

Nồi 1 (16,66%)

Nồi 2 (27,83%)

Nồi 3 (61%)

Pi (at)

2,768

1,482

0,315

tsdm,Pi (oC)

131,71

110,77

70,12

ρdm (kg/m3)

937

952

966

ρdd (kg/m3)

1045

1066

1120

Hop

0,646

0,705

0,856

Ptb (at)

2,78

1,50

0,34

Δ’’

0,25

0,61

2,7

Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do cột chất lỏng là: ΣΔ’’ = 0,25+0,61+2,7 = 3,56 oC
3.4.2. Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi thứ:
Chọn nhiệt độ tổn thất trên mỗi đường ống là Δ’’’ = 1oC
Tổng tổn thất trên mỗi đường ống cho cả 3 nồi là ΣΔ’’’ = 3oC
Vậy

tổng tổn thất nhiệt độ của nồi 1 là: Δ1 =0,61+0,25 + 1 = 1,86 oC
tổng tổn thất nhiệt độ của nồi 2 là: Δ2 = 0,96+0,61+ 1 = 2,57 oC
tổng tổn thất nhiệt độ của nồi 3 là: Δ3 = 3,19 + 2,7+ 1 = 6,89 oC
tổng tổn thất nhiệt độ cả 3 nồi: ΣΔ = Δ1 + Δ2 + Δ3 = 11,32 oC

Suy ra nhiệt độ dung dịch ở mỗi nồi: tsdd,Pi = tsdm,Pi + Δi (oC)
3.5.

Chênh lệch nhiệt độ hữu ích các nồi:

Theo định nghĩa, hiệu số nhiệt độ hữu ích là chênh lệch giữa nhiệt độ hơi đốt với
nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch:
ti = đốt – T sdd (p0+p)
Hoặc:
Mà:

ti = T – ts
ts = t’ + ’ + ’’

Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:
Nồi 1: ti1 = T1 – ts1 = T1 – (t1’ + 1’ + 1’’)
Nồi 2: ti2 = T2– ts2 = T2 – (t2’ + 2’ + 2’’)
Nồi 3: ti3 = T3– ts3 = T3 – (t3’ + 3’ + 3’’)
Trong đó:
10


ti1, ti2,ti3

: Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, oC

T1, T2, T3

: Nhiệt độ hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, oC

ts1, ts2, ts3

: Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, oC

t1’, t2’ ,t3’

: Nhiệt độ hơi thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3, oC

1’, 2’,3’

: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, oC

1’’,2’’, 3’’

: Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ở nồi 1, nồi 2, nồi 3, oC

Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn hệ thống:
∑ti = ti1 + ti2 + ti3 = 64,38 oC

Chương 4 : Tính kích thước thiết bị chính
4.1.

Bề mặt truyền nhiệt buồng đốt:
Nồi 1:

r, r1, r2

Q1 = Dr

,W

Nồi 2:

Q2 = W1r1 , W

Nồi 3:

Q3 = W2r2 , W

: Ẩn nhiệt hóa hơi (ngưng tụ) của hơi đốt ở nồi 1 và nồi 2, nồi 3 (J/kg) [4]
Bảng 4.1 : Tính nhiệt lượng tạo hơi
Nồi

r (kJ/kg)

Q (kW)

Nồi I

2173

790,81

Nồi II

2228

597,07

Nồi III

2336

490,87

4.1.1. Tính hệ số truyền nhiệt K:
a) Nồi I:
Lượng hơi đốt cần thiết
Q1 = D.r
790,87 �103

D = 2173 �3600 0,37 kg/s
11


q1 = 1.t1

Nhiệt tải riêng phía hơi đốt:

1: hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt, (W/m2.độ)
1  2, 04 �4

r
t1.H

(W/m2.độ)

[2]

A: giá trị phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tụ.
Công thức tính nhiệt độ màng : tm = 0,5.(tw1 + t1)

[2]

ta được A = 197,4 [2]
bảng 4.2:
tm(oC)

40

60

80

100

120

140

160

180

200

A

139

155

169

179

188

194

197

199

199

t1: chênh lệch nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ vách (oC)
Chọn nhiệt độ tv1 = 145,25 oC
t1 = tD1 – tv1 = 145,82 – 145,25 = 0,57oC

1 =

2, 04 �194 �4

2173.103


0,57 �2 14654,64 W/(m2.K)

q1 = 14654,64.0,57 = 8239,61 W/m2
Để đơn giản, xem quá trình dẫn nhiệt qua thành ống là qua vách phẳng.
 Tổng nhiệt trở thành ống:

r  rcáu1  rcáu 2 




Chọn rcáu 1 = 2,3.10-4 (m2.K/W) ; rcáu 2 =3,8.10-4

(m2.K/W)

Chọn ống thép không gỉ X18H10T, bề dày  = 2 mm
  = 16,3 (W/m.độ)
2.103
r = 2,3.10-4 + 3,8.10-4 + 16, 3 = 7,29.10-4

(m2.K/W)

Theo phương trình cân bằng nhiệt, truyền nhiệt ổn định qua vách phẳng:
tv = tv1 - tv2 = qv.r = q1.r

(IV. 0)

tv = 8293,61.7,29.10-4 = 6,63 oC ⇒ tv2 = 139,2 oC
Nhiệt tải riêng phía dung dịch: q2 = 2.t2

(IV. 0)
12


2: hệ số cấp nhiệt phía dung dịch, W/(m2.K)
t2 = tv2 – tsdd = 139,2-132,57 = 6,63 (oC)
Theo công thức (VI.25), [2,69]:

 2  2, 72.. p 0,4 .q 0,7
Với:

W/(m2.K)

(IV. 0)

p là áp suất làm việc trong thiết bị
= 0,57 ( Bảng VI.3, [2,70])



2= 1289,49 W/ (m2.K)

 q2 = 1289,49.6,63 = 8555,74 (W/m2)
Kiểm tra sai số:
q1  q2
q1

.100% 

8239, 61  8555, 74
8239, 61

.100% 

3,16 % < 5% ⇒ thoả

Vậy hệ số truyền nhiệt nồi 1:
K1 

1
1
1
1
1
1
 r 
 7, 29 �10 4 
1
 2 = 14654, 64
1289,49 = 636,80 W/(m2.K)

b) Nồi 2 và nồi 3:
Tính toán hoàn toàn tương tự nồi 1, ta có kết quả như sau:
Bảng IV.2: Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt của các nồi
Nồi 1

Nồi 2

Nồi 3

Q (kW)

790,81

597,07

490,87

tv1 (oC)

145,25

129,34

109,10

α1 W/(m2.K)

14654,64

13435,99

10739,27

q1 (W/m2)

8239,61

10324,63

17904,18

139,2

122,41

96,04

α2 W/ (m2.K)

1289,49

1170,95

926,5

q2 (W/m2)

8555,74

10616,35

17627,67

Sai số (%)

3,16

2,82

1,54

tv2 (oC)

13


K

W/(m2.K)

Q/K

636,8

603,07

525,67

1241,86

990,06

933,79

4.1.2. Kiểm tra hiệu số nhiệt độ hữu ích:
Ta có: thi = 64,38 oC
Chọn phương pháp phân bổ nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ hữu ích theo diện tích bề
mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau để tiện cho việc chế tạo.

Do đó áp dụng công thức (5.50) [3,288] tính được chênh lệch nhiệt độ hữu ích thực
t j

Qj / K j

Δtj :



thi
n

�Q / K
i 1

i

i

(IV. 0)

Trong đó các giá trị Qi/Ki đã tính được ở bảng IV.2
3

Qi

�K
i 1



i

Q1 Q2 Q3



K1 K 2 K3 3165,70

Bảng IV.3: Nhiệt độ hữu ích của các nồi

Δtj (oC)

Nồi 1

Nồi 2

Nồi 3

25,26

20,14

18,99

4.1.3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
Qi
Fi = Ki .ti

(IV. 0)

 F1 = F2 = F3 = 49,17 m2
Vậy chọn diện tích bề mặt truyền nhiệt cho buồng đốt cho mỗi nồi là F= 132,6 m2.
4.2.

Tính kích thước buồng đốt:

4.2.1. Số ống truyền nhiệt:
Tổng bề mặt truyền nhiệt: F = n..d.H (m2)

(IV.

Trong đó:
n: số ống truyền nhiệt
d: đường kính ống truyền nhiệt, do α1 > α2 nên d = dtr = 0,021 m
14


H: chiều cao ống truyền nhiệt, m
49,17
 373

�
0,
021
�
2

ống

Chọn số ống chuẩn theo bảng 3.6, [3,221]: 439 ống ; bố trí ống theo hình lục giác
đều.
Diện tích bề mặt truyền nhiệt lúc này: F = n..d.H= 439.m2
Chọn F= 65 m2

mục 3d/292 [3]

4.2.2. Đường kính ống tuần hoàn:
d2
Tiết diện ngang của tất cả ống truyền nhiệt: FoΣ = n.π. 4 , m2

FoΣ

(IV. 0)

0, 0212
= 439.π. 4 = 0,215 m2sa

Theo [3,274], chọn tiết diện ống tuần hoàn: Dth = 0,3. FoΣ = 0,3 . 0,215 = 0,065 m2
4.Fth
4 �0, 065
 =

= 0,289 m

 Đường kính ống tuần hoàn: Dth =

(IV. 0)

Theo mục 3a/290[3], chọn đường kính ống tuần hoàn chuẩn: Dth = 0,325 m

Dth 0,325

 13  10
d
0,
025
n
Kiểm tra tỉ số

4.2.3. Đường kính buồng đốt:
Theo công thức (5.10) [3,291]:

Dt 

4 �n �s 2 �sin 60o
 (dth  2 �s )2
 �
, m (IV. 0)

Trong đó:
Dt: đường kính trong buồng đốt, m
F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2
s: bước ống, chọn s = 1,4dn = 1,4.0,025 = 0,035 m
H: chiều cao ống truyền nhiệt, m
dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, m
: hệ số lắp đầy, chọn  = 0,8


Dt 

4 �439 �0, 0352 �sin 60o
 (0,325  2 �0, 035) 2 
 �0,8
0,89 m

Chọn đường kính chuẩn: Dt = 1m

mục 3d/291 [3]
15


4.3.

Tính kích thước buồng bốc:

Nồi 3 có áp suất thấp nhất nên thể tích riêng hơi thứ của nồi 3 là lớn nhất, do đó
nồi 3 cần không gian hơi lớn nhất. Vì vậy kích thước buồng bốc của 3 nồi chọn bằng kích
thước tính theo nồi 3.
Chọn đường kính buồng bốc: Db = 1,4 m
Ta có vận tốc hơi thứ:
h 

4.W3
4 �838, 48

 0, 76
2
 h . .Db 3600 �0, 2 � �1, 4 2
m/s

(IV. 0)

Với ρh khối lượng riêng của hơi thứ, tra bảng 57,[4,46]: ρh = 0,2 kg/m3
Re 

h .d . h 0, 76 �0, 0003 �0, 2
 4, 24
h =
1, 07 �105

Với

(IV. 0)

d: đường kính giọt lỏng, chọn d = 0,0003 m
µh: độ nhớt động lực của hơi thứ, tra bảng 58 [4,48]

18,5
 7, 77
0,6
4,
24
Ta có 0,2 < Re < 500, theo [3,276]: =

(IV. 0)

Vận tốc lắng của giọt lỏng, theo công thức (5.14), [3,276]:
0 

4 �g �d �( l   h )

3 � � h

0 

4 �9,81�0, 0003 �(966  0,1970)
 1,56
3 �7, 77 �0, 2
m/s

(IV. 0)

Với l ;  h là khối lượng riêng của giọt lỏng và của hơi thứ
Điều kiện để giọt lỏng không bị lôi cuốn, theo [3,276]: h < 0,8.o

(IV. 0)

Ta có: 0,76 < 0,8. 1,56 = 1,25  thoả
Theo công thức 5.15 [3,277], thể tích buồng bốc:

Vb 

W3
 h . ' , m3

(IV. 0)

Trong đó: ’: cường độ bốc hơi trung bình, m3/m3.h
Theo công thức VI.33 [2,72]:
Với

ω’ = f. ω’1at

(IV. 0)

ω’1at: cường độ bốc hơi cho phép khi áp suất là 1at
chọn ω’1at = 1600 m3/m3.h
f: hệ số tra theo đồ thị hình VI.3 [2,72], f = 1,2

 ’ = 1,2 .1600 = 1920 m3/m3.h
16


Vậy thể tích buồng bốc:

Vb 

838, 48
 2,18
0, 2 �1920
m3

4.Vb 4 �2,18

 1, 42
2
2
 Hb3 =  .Db  �1, 4
m

Để đảm bảo an toàn, ta chọn chiều cao buồng bốc cho cả 3 nồi (phần thân trụ)

Hb = 2 m.
Bảng IV.4: Kết quả tính kích thước thiết bị chính
Đại lượng

Buồng đốt

Buồng bốc

4.4.

Giá trị
Đường kính, m

1

Chiều cao, m

2

Số ống truyền nhiệt

439

Đường kính ống truyền nhiệt, mm

25 x 2

Đường kính ống tuần hoàn, m

0,325

Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2

65

Đường kính, m

1,4

Chiều cao, m

2

Tính đường kính các ống ra vào thiết bị:
Tính đường kính các ống dẫn được tính theo công thức:

(IV. 0)

Trong đó:
Q: lưu lượng thể tích lưu chất , m3/s
v: vận tốc lưu chất, m/s (chọn trước)
Chọn đường kính ống và chiều dài đoạn nối theo bảng XIII.32 [2,434] rồi tính lại
vận tốc thực của lưu chất đi trong ống.
Kết quả tính toán được trình bày trong bảng IV.5.
Bảng IV.5: Kích thước các ống dẫn ra vào thiết bị
Suất
lượng

Khối
lượng

Vận
tốc

Đường
kính

Đườn Chiều
g kính dài

Vận
tốc
17


(kg/s)

riêng
(kg/m3)

chọ
n

(m)

chọn
(m)

(m/s
)

đoạn
nối

thực
(m/s)

(m)

Nhập liệu nồi 1

1,08

1045

1,5

0,029

0,025

0,09

2,11

Nhập liệu nồi 2

0,72

1066

1, 5

0,024

0,025

0,09

1,38

Nhập liệu nồi 3

0,42

1120

1,5

0,018

0,025

0,09

0,78

Tháo liệu nồi 3

0,19

1296

1,5

0,011

0,025

0,09

0,31

Hơi đốt nồi 1

0,37

2,24

30

0,08

0,3

0,14

5,28

Hơi thứ nồi 1

0,36

1,49

30

0,11

0,3

0,14

7,78

Hơi thứ nồi 2

0,29

0,83

30

0,12

0,3

0,14

11,17

Hơi thứ nồi 3

0,23

0,19

30

0,23

0,3

0,14

39,53

Nước ngưng nồi 1

0,37

925

1,5

0,018

0,02

0,08

1,28

Nước ngưng nồi 2

0,36

940

1,5

0,018

0,02

0,08

1,23

Nước ngưng nồi 3

0,29

950

1,5

0,016

0,02

0,08

0,98

18


Chương 5: Tính cơ khí thiết bị chính
5.1.

Tính thân buồng đốt:
- Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3
- Thân có 3 lỗ: 1 lỗ tháo nước ngưng, 1 lỗ xả khí không ngưng và 1 lỗ dẫn hơi đốt.
- Cả 3 buồng đốt đều chịu áp trong, buồng đốt nồi 1 áp cao nhất, chỉ tính cho nồi 1
Buồng đốt nồi 1:
Thông số làm việc:
Dt = 1000 mm
Pt = 4,25 atm
Nhiệt độ hơi đốt:

 Thân buồng đốt nồi I chịu áp suất trong.
t = thđ = 145,82 oC

Thông số tính toán:
Ptt = 4,25 - 1 = 3,25 atm = 0,329 N/mm2
t = 145,82 + 20 = 165,82 oC (có bọc lớp cách nhiệt)

[5,9]

Các thông số cần tra và chọn:
[]* : Ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2
 []* = 130 N/mm2 (ở 165,82 oC)


hình 1.1 [5,15]

 : Hệ số hiệu chỉnh   = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt)

[5,17]

[] : Ứng suất cho phép khi kéo, N/mm2
[] = []* = 123,5 N/mm2

1-9 [5,17]

h: Hệ số bền mối hàn, chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp
mối 2 phía, với Dt = 1000 mm > 700 mm  h = 0,95
Xét:

[ ]
123,5
. h 
�0,95  117,325  25
P
0,329

[5,95]

Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt:

S'

P.Dt
0,329 �1000

 1, 4mm
2.[ ].h 2 �123,5 �0,95

5-3 [5,96]

Bề dày tối thiểu với thân D>1000mm
S’=3 mm

Bảng 5-1[5,94]
19


Bề dày thực:
S = S’ + C

mm

5-9 [5,96]

Với C là hệ số bổ sung bề dày tính toán, mm.
C = Ca + Cb + Cc + Co
Ca

mm

1-10 [5,20]

: 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
Chọn Cc = 0

Co

: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm.
Chọn Cc = 1

Vậy S = S’ + Ca = 3+ 1 + 1 = 5 mm
Kiểm tra bảng 5-1 [5,94] Với Dt = 1000 mm  Chọn S = 5 mm
Kiểm tra điều kiện bền:

5-10, 5-11 [5,97]

S  Ca 5  1

 0, 004  0.1
Dt

1600
[P] 

(thỏa)

2.[ ]h .( S  Ca ) 2 �123,5 �0,95 �(5  1)

 0,935 N / mm 2
Dt  ( S  Ca )
1000  (5  1)

[P] > Ptt =0,329 N/mm2

(thỏa)

Vậy bề dày thân buồng đốt nồi I thỏa điều kiện bền: S = 5 mm.
Vậy bề dày buồng đốt của cả 3 nồi đều là: S = 5 mm.
5.2.

Tính thân buồng bốc:
Buồng bốc nồi 1, 2 chịu áp suất trong, buồng bốc nồi 3 chịu áp suất ngoài.

5.2.1. Tính thân buồng bốc nồi 1:
20


Chọn Vật liệu thân buồng bốc là thép không gỉ X18H10T, có bọc cách nhiệt
 hệ số hiệu chỉnh  = 0,95
Chọn chế độ hàn nhiệt độ cao, tự động dưới lớp thuốc, hàn 2 phía giáp mối,
với đường kính Db = 1400 mm

 hệ số bền mối hàn h = 0,95
Nhiệt độ tính toán: ttt = tsdd(P1) + 20 = 132,57 +20 = 152,57 oC
Áp suất tính toán: Ptt = P1 – 1 = 2,77 – 1 = 1,77 at = 0,179 N/mm2
Tra hình 1.2, [5,22] : ở 152,57 oC ta có = 117 N/mm2
 Ứng suất cho phép 0,95.117 = 111,15 N/mm2
[ ]
111,15
�h 
�0,95
0,179
Theo [5,130], ta xét P
= 589 > 25

(V. 0)

 Theo công thức 5.3 [5,130], bề dày tối thiểu của thân:
P �Dt
0,179 �1400


2
�
[

]
�

2
�
111,15

�
0,95
h
S’ =
1,19 mm

(V. 0)

Bề dày tối thiểu với thân D=1400mm
S’= 4 mm

Bảng 5-1[5,94]

Bề dày thực của thân:

S = S’ + Ca + C0 = 4 + 1+1 = 6 mm
Kiểm tra bền:
Theo công thức 5.10, [5,131], điều kiện bề dày:
6 1
≤ 0,1  1400 = 0,0035 < 0,1  thoả

(V. 0)

Điều kiện áp suất:
[ P] 

2 �[ ] �h �( S  Ca )
Dt  ( S  Ca )
= 0,75 > 0,179 N/mm2  thoả

(V. 0)

Vậy bề dày thân buồng bốc nồi 1 và 2 là: S = 6 mm.
5.2.2. Tính thân buồng bốc nồi 3:chịu áp suất ngoài
Chọn vật liệu chế tạo là X18H10T, có bọc lớp cách nhiệt
 hệ số hiệu chỉnh  = 0,95
Chọn chế độ hàn nhiệt độ cao, tự động dưới lớp thuốc, hàn 2 phía giáp mối, với
đường kính Db = 1400 mm  hệ số bền mối hàn h = 0,95
Nhiệt độ tính toán: ttt = tsdd(P2) +20 = 97,01 oC
21


Áp suất tính toán: Ptt = Pa =1 atm = 0,101 N/mm2
Tra hình 1.2 [5,22] : ở 97,01 oC, ta có = 123 N/mm2
 Ứng suất cho phép 0,95 .123 = 116,85 N/mm2
Theo bảng 2.12 [5,45]: Mođun đàn hồi ở 97,01 oC: Et = 2. 105 N/mm2
Theo công thức 5.14 [5,133] thì bề dày tối thiểu của thân chịu áp suất
ngoài :
S '  1,18 �Db �(

P L 0,4
� )
Et Db
, mm

(V. 0)

Trong đó:
D: đường kính trong của thân, mm
P: áp suất tính toán, N/mm2

Et: modun đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ làm việc, N/mm2
L: chiều dài tính toán thân, m. Chọn L = Hb = 2000 mm


S '  1,18 �1400 �(

0,101 2000 0,4
�
) 
2 �105 1400
5,78 mm

Bề dày thực của thân:
S = S’ + Ca + C0 = 5,78 + 1+1 = 7,78 mm
Theo bảng XIII.9 [2,364]  chọn bề dày thép tấm chuẩn là 8mm.
Kiểm tra bền khi thân chỉ chịu áp suất ngoài:
Kiểm tra bề dày thỏa mãn công thức 5.15 và 5.16 [5,134]:
1,5 �

2 �( S  Ca )
Db
L
� �
Db
Db
2 �( S  Ca )

(V. 0)

1,5 �

2 �(8  1)
2000
1400 =0,15 ≤ 1400 =1,43 ≤

với

ct là giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán, N/mm2

1400
2 �(8  1) = 10  thoả

nc: hệ số an toàn, tra bảng 1.6 [5,20]
[ ]*

: Ứ ng suất cho phép tiêu chuẩn của loại thép CT3 làm thân ở

nhiệt độ tính toán.
ct = nc.[]* = 1,65. 123 = 202,95 N/mm2

CT 1-3 trang 13 [6]
22


3

�
E
2 �( S  Ca ) �
L

�0,3 � tt � �
�
Db
c
� Db
�

(V. 0)
3

2 �105 �
2 �(8  1) �
2000
0,3 �
. �

202,95 � 1400 �
� 0,295 ⇒ thoả
1400 =1,43 ≥

Khi đó, kiểm tra áp suất theo công thức 5.19 [5,135]:
2,5

D �S  Ca �
[ P]  0, 649 �Et � b ��
�
L � Db �

(V. 0)
2,5

1400 �8  1 �
0, 649 �2 �10 �
��
�
2000 �
1400 � = 0,161 > 0,101 N/mm2  thoả
[P] =
5

Kiểm tra bền khi thân chỉ chịu tác dụng của lực nén chiều trục:
PCT 

Lực nén chiều trục:
PCT 

 �( Db  2S ) 2
�P
4
(N)

[5,110]

 �(1400  2 �8) 2
�0,101 
4
159563N

Db
Xác định hệ số qc theo tỷ số 2 �( S  Ca ) , theo [5,140]:

Db
1400

Khi 2 �( S  Ca ) = 2 �(8  1) 100 thì qc = 0,098
Dt
2.( S  C a )

50

100

150

200

250

500

1000

2000

2500

qc

0,05

0,098

0,14

0,15

0,14

0,118

0,08

0,06

0,055

Xác định hệ số Kc, theo công thức 5.34 [5,140]:
t
K c  875 � c �qc
Et

(V. 0)

202,95
K c  875 �
�0,098
2 �105
=0,087

Xác định ứng suất nén chiều trục cho phép, công thức 5.31 [5,140]:
S  Ca

[ n ]  K c �Et �
Dt , N/mm2

(V. 0)
23


8 1
[ n ]  0, 087 �2 �105 �
1400 = 87 N/mm2

Điều kiện ổn định của thân [5,140]:
PCT
 �D �( S  Ca ) ≤ [σ ]
n

(V. 0)

159563
 �1400 �(8  1) = 5,18 < 87  thoả

Kiểm tra độ ổn định của thân khi đồng thời chịu tác dụng của áp suất ngoài và của lực
nén chiều trục:
Xác định ứng suất nén chiều trục, công thức 5.48 [5,145]:
n 

PCT
 �( Db  S ) �( S  Ca ) , N/mm2

n 

159563

 �(1400  8) �(8  1) 5,15 N/mm2

(V. 0)

Điều kiện ổn định của thân, công thức 5.47 [5,145]:
(V. 0)
5,15 0,101


87 0,161 069 < 1  thoả

Vậy bề dày thân buồng bốc nồi 3 là: S= 8 mm.
Để đảm bảo cho việc chế tạo, ta chọn bề dày cả 3 nồi bằng nhau và bằng
8mm.
5.3.

Tính đáy và nắp:

5.3.1. Tính đáy và nắp buồng bốc
5.3.1.1.

Nồi chịu áp trong: Nồi 1 và 2, ở đây chỉ tính nồi 1

a) Đáy:
Chọn đáy nón không gờ, bằng thép, góc đáy 60o
Tra bảng XIII.21 [2,392] ứng với đường kính 1400mm ta có kích thước đáy nón
như sau:

Chiều cao phần nón: H = 1212mm
Khối lượng : m = 195 kg
Thể tích đáy : V= 0,622 m3
Chọn vật liệu là thép X18H10T, có bọc cách nhiệt ⇒ hệ số hiệu chỉnh  = 0,95
24


Nhiệt độ tính toán: ttt = tsdd(Pđáy) + 20 = 132,57 +20 = 152,57 oC
Áp suất tính toán: Ptt = P1 – 1 + Pttĩnh
Pttĩnh = ρ.g.Httĩnh = 1045 . 9,81 . 1,212. 10-6 = 0,013 N/mm2
Httĩnh: chiều cao mực chất lỏng trong nồi.
Httĩnh = Hđáy = 1212 mm
 Ptt = (2,77 – 1).0,0981 + 0,013 = 0,192 N/mm2
Tra hình 1.2 [5,22] : ở 152,57 oC ta có = 117 N/mm2
 Ứng suất cho phép 0,95.117 = 111,15 N/mm2
[ ]
111,15
� h 
�0, 95
0,192
Theo [5,174], ta xét P
= 551 > 50

(V. 0)

 Theo công thức 6.19 [5,174] , bề dày tối thiểu:
S'

D �P
2 �cos  �[ ] �h

(V. 0)

Trong đó:
: góc phụ,  = 90 – 
D: đường kính tính toán
S'

1400 �0,192
2 �cos 60o �111,15 �0,95 = 2,54 mm

Vậy chọn bề dày đáy nón bằng bề dày thân buồng bốc: S = 8 mm
Kiểm tra áp suất cho phép theo công thức 6.23 và 6.24 [5,176] :
[P] 

4 �[ ] � �( S  Ca )
Dt �y

(V. 0)

4 �111,15 �0,95 �(8  1)
1400 �1
[P] =
= 2,11 N/mm2

Min [P] =2,11 N/mm2 > 0,192 N/mm2  thoả
b) Nắp:
Chọn nắp ellip tiêu chuẩn: Rt = Db = 1400mm
Chọn vật liệu là thép X18H10T, có bọc cách nhiệt ⇒ hệ số hiệu chỉnh  = 0,95
Nhiệt độ tính toán: ttt = tsdm(P1) + 20 = 152,57 oC

Áp suất tính toán: Ptt = P1 – 1 = 2,77 – 1 = 1,77 at = 0,179 N/mm2
Tra hình 1.2, [5,22] : ở 152,57 oC ta có = 117 N/mm2
25