Thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi gián đoạn để cô đặc dung dịch NaOH từ nồng độ 10% đến nồng độ 40% , năng suất nguyên liệu 600kg

Mục Lục

Trang 1


Lời nói đầu
Để nâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật
người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch. Phương
pháp phổ biến là dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi,
khi đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn.
Thiết bị thường sử dụng chủ yếu trong nâng cao nồng độ dung dịch hóa
chất là thiết bị cô đặc. Thiết bị cô đặc gồm nhiều loại và được phân loại
theo nhiều phương pháp khác nhau như: thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung
tâm, tuần hoàn cưỡng bức…, trong đó thiết bị cô đặc tuần hoàn có ống tuần
hoàn ngoài được dùng phổ biến. Vì thiết bị này có nguyên lý đơn giản, dễ
vận hành và sữa chữa, hiệu suất sử dụng cao… dây chuyền thiết bị có thể
dùng 1 nồi, 2 nồi, 3 nồi… nối tiếp nhau để tạo thành sản phẩm theo yêu cầu.
Trong thực tế người ta thường thiết kế sử dụng hệ thống cô đặc 2 nồi hoặc
3 nồi để có hiệu suất sử dụng hơi đốt cao nhất, giảm tổn thất trong quá trình
sản xuất.
Đồ án quá trình và thiết bị công nghệ hóa học là một môn học giúp cho
sinh viên làm quen với việc thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện
một nhiệm vụ trong sản xuất, có những kỹ năng tính toán cần thiết sau khi
ra làm việc thực tế. Làm đồ án giúp cho sinh viên biết hệ thống hóa kiến
thức đã được học vào trong thực tế, mỗi sinh viên sẽ tự biết sử dụng trong
việc tra cứu các thong số cần thiết, vận dụng đúng các kiến thức đã được
học trong tính toán một cách chính xác, tỉ mỉ từng bước tránh những sai sót
đáng tiếc về sau, nâng cao kỹ năng trình bày và đọc được bản vẽ thiết bị
một cách có hệ thống.

Trang 2

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

I.

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN
Nhiệm vụ cụ thể của đồ án môn học này là Thiết kế thiết bị cô đặc chân không
một nồi gián đoạn để cô đặc dung dịch NaOH từ nồng độ 10% đến nồng độ 40%
, năng suất nguyên liệu 600kg, sử dụng ống chùm.
II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU
NaOH là một khối tinh thể trong suốt, màu trắng, ăn da mạnh.
Nhiệt độ nóng chảy là 3180C
Nhiệt độ sôi là 13880C
Nó hấp thu mạnh hơi ẩm và CO2 của không khí, dễ chảy rửa thành Na2CO3.
NaOH dễ dàng tan trong nước, tỏa nhiều nhiệt tạo dung dịch NaOH (dạng dung
dịch được sử dụng nhiều)
III. CÔ ĐẶC
1. Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong
dung dịch gồm 2 hai nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn
hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng
cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn); đó là các quá trình vật lý
– hoá lý. Tuỳ 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) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung
dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi sang dạng hơi.
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, một cấu tử sẽ
tách ra dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung môi
để tăng nồng độ chất tan. Tuỳ 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 ta
phải dùng máy lạnh.

3.

phân loại và ứng dụng
a. theo cấu tạo

Trang 3


-

Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm
này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ
dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
 Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.
 Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)

-

Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cô đặc
nhóm này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt

truyền nhiệt. Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho
các dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền
nhiệt. Bao gồm:
• Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
• Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.

-

Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho
phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay
ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của
dung dịch. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa
quả ép. Bao gồm:
Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay
ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.
• Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay
ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.
b. theo phương pháp thực hiện
•

Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất
không đổi; thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên
tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt năng suất cực
đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.
- Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp
ở áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và
sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
- Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số
nồi không nên quá lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm
hơi. Người ta 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 được điều khiển tự động nhưng hiện chưa có cảm biến
đủ tin cậy.
4. Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn.
-

Ưu điểm
- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.
Trang 4


Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng.
Thao tác dễ dàng
Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau
Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch
Cấu tạo đơn gỉan, giá thành thấp
Nhược điểm
- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lí của dung dịch thay đổi liên tục theo
nồng độ, thời gian.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị
-

IV.
1.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trình công nghệ

Nguyên liệu ban đầu là dung dịch NaOH có nồng độ 10%. Dung dịch từ bể
chứa nguyên liệu được bơm vào buồng đốt bằng bơm nhập liệu. Khi đã nhập đủ
600kg thì bắt đầu cấp hơi đốt vào buồng đốt để gia nhiệt
Buồng đốt 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. Nguồn nhiệt là
hơi nước bão hoà có áp suất 4 at đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch đi từ
dưới lên ở bên trong ống. Hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống
và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi.
Dung
dịch sau khi được gia nhiệt sẽ chảy vào buồng bốc để cô đặc và thực hiện quá
trình bốc hơi. Hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng
qua bẫy hơi chảy ra ngoài. Dung môi là nước bốc hơi sẽ thoát ra ngoài qua ống
dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt. hơi thứ được dẫn qua
thiết bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ
thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa. phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết
bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc:
Dung dịch đi trong ống truyền nhiệt còn hơi đốt (hơi nước bão hoà) đi trong
khoảng không gian ngoài ống ở buồng đốt. Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và
truyền nhiệt cho dung dịch đang chuyển động trong ống. dung dịch sau khi đạt
tới nhiệt độ sôi cần thiết sẽ được chảy qua buồng bốc bằng ống tuần hoàn ngoài
để thực hiện quá trình bốc hơi và cô đặc. ống tuần hoàn nối với đáy buồng bốc
được
khóa lại bằng van và dung dịch sau khi đạt được nồng độ 40% sẽ được tháo ra
bồn chứa qua ống tháo liệu dưới đáy buồng bốc. nếu trong quá trình gia nhiệt
dung dịch đi trong buồng đốt rồi được đưa vào buồng bốc nhưng chưa được gia
Trang 5

2.

nhiệt tới nhiệt độ sôi thì van ống tuần hoàn nối với đáy buồng bốc sẽ mở để
hoàn lưu dung dịch trở lại buồng đốt bằng bơm tuần hoàn, để tiếp tục gia nhiệt
cho dung dịch
Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ
Thiết bị chính:
•
Ống nhập liệu, ống tháo liệu
•
Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt
•
Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp
•
Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng









Thiết bị phụ:
Bể chứa nguyên liệu
Bể chứa sản phẩm
Bồn cao vị
Lưu lượng kế
Thiết bị gia nhiệt

Thiết bị ngưng tụ baromet
Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị

 Bơm tháo liệu
 Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ
 Bơm chân không
 Các van
 Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất…

Trang 6


CHƯƠNG II. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
A. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các số liệu ban đầu:
nồng độ đầu 10%.
Nồng độ cuối 40%.
Năng suất nhập liệu Gđ = 600kg
Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: chọn t0 = 300c
Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa, áp suất 4at
Áp suất chân không cô đặc: Pck = 0.7at  Pc = 1 – 0.7 = 0.3
1. Cân bằng vật chất
a. Suất lượng tháo liệu (Gc)
Theo công thức 5.16, trang 293, [5]
Gđ.Xđ = Gc.Xc
Gc = = = 150kg
Tổng hơi thứ bốc lên (W)
Theo công thức 5.16, trang 293, [5]
Gđ = W + Gc

 W = Gđ – Gc = 600 – 150 = 450kg
Trong đó:
Gđ, Gc:
W:

lượng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn , kg
lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn, kg

Xđ, xc:
nồng độ đầu và cuối mỗi giai đoạn
Gđ.xđ, Gc.xc: khối lượng NaOH trong dung dịch, kg
b. Tổn thất nhiệt độ
Ta có áp suất tại thiết bị ngưng tụ là Pc = 0.3at
 Nhiệt độ của hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ là tc = 68,70c (bảng I.251, trang 314
[1] )
∆’’’ là tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị
ngưng tụ. chọn ∆’’’ = 10c ( trang 296 [5] )
Nhiệt độ sôi của dung môi tại áp suất buồng bốc
Tsdm (P0) = tc + ∆’’’ = 68,7 + 1 = 69,70c
Áp suất buồng bốc ( tra [1], trang 312 ở nhiệt độ 69,70c
 P0 = 0,3139 at
c. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng (∆’)
Theo công thức TisenCo ( VI.10 trang 59 [2] )
∆’ = ∆’0.f
Trong đó
∆’0: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của
dung môi ở áp suất khí quyển.
Trang 7

Dung dịch được cô đặc tuần hoàn nên
A = Xc = 40%
Trong bảng VI.2 trang 67 [2]  ∆’0 = 280c
f _ hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, được tính theo công thức VI.11
trang 59, [2]
f = 16,14.
trong đó
t - nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất đã cho ( tsdm (Po) = 69,70c )
r - ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, trong bảng
I.251, trang 314 [1]. r = 2333,732 KJ/Kg

F = 16,14. = 0.812

∆’ = 28 . 0,812 = 22,7360c

Tsdd (Po) = tsdm (Po) + ∆’ = 69,7 + 22,736 = 92,4360c
d. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’)
Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ∆p (N/m2), ta có
∆p = . s.g.Hop , N/m2
Trong đó s – khối lượng riêng trung bình của dung dịch khi sủi bọt, Kg/m3
Hop – chiều cao lớp chảy lỏng sôi
Hop = [ 0.26 + 0.0014(dd – dm) ]. Ho
Với Ho – chiều cao ống truyền nhiệt
dm – khối lượng riêng của dung môi ở ts dm
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho = 1,5m
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số (dd – dm) thay đổi không đáng kể nên ta chọn
tra dd , dm ở 200c
3
dd (40%) = 1430kg/m
3

dm = 998,23 Kg/m
 Hop = [ 0,26 + 0.0014.(1430 – 998,23) ]. 1,5 = 1,297m
∆p = 0,5. hh.g.Hop = 0,5.. 1430.9,81. 1,297 = 4548,68 (N/m2) = 0,046at

 Ptb = P0 + p = 0,3139 + 0,046 =0,3599at

Nhiệt độ sôi của nước ở 0,3599at là 72,800c ( bảng I.251 trang 312 [1] )
Độ tăng nhiệt độ sôi của cột thủy tĩnh
∆’’ = tsdm(Ptb) – tsdm(Po) = 72,80 – 69,7 = 3,10c
Nhiệt độ sôi dung dịch NaOH 40% ở áp suất
Po + p là tsdd(Po + ∆p) = 92,436 + 3,1 = 95,5360c
Sản phẩm được lấy ra tại đáy
 tsdd(Po + 2∆p) = 92,436 + 2.3,1 = 98,6360c
 tổn thất nhiệt độ
 = ∆’ + ∆’’ + ∆’’’ = 22,736 + 3,1 + 1 = 26,8360c
Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa, áp suất hơi đốt 4at, tD = 142,90c ( bảng I.251,
trang 315 [1] )
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
∆thi = tD – ( tc + )
Trang 8


 ∆thi = 142,9 – ( 69,7 + 26,836 ) = 46,3640c

Thông số
Nồng độ đầu
Nồng độ cuối
Năng suất nhập liệu
Năng suất tháo liệu
Suất lượng

Áp suất
Nhiệt độ
Áp suất
Nhiệt độ
ẩn nhiệt ngưng tụ
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở
Po
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ
Áp suất trung bình
Nhiệt độ sôi của dung môi ở
Ptb
Tổn thất nhiệt độ do cột thủy
tĩnh
Tồn thất nhiệt độ trên đường
ống
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở
Ptb
Tổng tổn thất nhiệt độ
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích

Ký hiệu
Xđ
Xc
Gđ
Gc
Hơi thứ
W
Po
tsdm(Po)
Hơi đốt

PD
tD
rD
Tổn thất nhiệt độ
Tsdd(Po)

Đơn vị
%wt
%wt
kg/h
kg/h

Giá trị
10
40
600
150

kg/h
at
0
C

450
0,3139
69,7

at
C
kJ/kg

4
142,9
2141

0

0

C

92,436

C
at
0
C

22,736
0,3599
72,80

∆’
Ptb
tsdm(Ptb)

0

∆’’

0

C

3,1

∆’’’

0

C

1

tsdd(Ptb)

0

C

95,536

∑∆
∆thi

0

C
C

26,836
46,364

0

e. Cân bằng năng lượng
a. Cân bằng nhiệt lượng

Dòng nhiệt vào (W)
Do dung dịch đầu Gđ.Cđ.tđ
Do hơi đốt
D.i’’D
Do hơi ngưng trong đường ống dẫn hơi đốt .Dc.tc
Dòng nhiệt vào (W)
Do sản phẩm mang ra Gc.Cc.tc
Do hơi thứ mang ra W.i’’W
Do nước ngưng
D.C.
Nhiệt cô đặc
Qcđ
Nhiệt tổn thất
Qtt
Nhiệt độ do dung dịch NaOH 10% trước và sau khi đi qua thiết bị gia nhiệt
Trang 9


tvào = 300c
tra = tsdd(Po) = 92,4360c
 Nhiệt độ dung dịch NaOH 10% đi vào thiết bị cô đặc tđ = 92,4360c
 Nhiệt của dung dịch NaOH 40% đi ra ở đáy thiết bị cô đặc là

tc = tsdd(Po + 2∆p) = 92,436 + 2.3,1 = 98,6360c
( công thức 2.15 trang 107 [3] )
Nhiệt dung riêng của dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau được tính theo
công thức (I.43, I.44 , trang 152 [1]
a =10% ( a < 0,2 )
cđ = 4186. (1 – a ) = 4186. ( 1 – 0.1 ) = 3767,4 J/(Kg.K)
a = 40% ( a > 0,2 )
cc = 4186 – ( 4186 – cct ).a = 4186 – ( 4186 – 1310,75 ). 0,4 = 3035,9 J/(Kg.K)
Với Cct là nhiệt dung riêng của NaOH khan, được tính theo công thức I.41
trang 152, [1]
Cct = = = 1310,75 J/(Kg.K)
b. Phương trình cân bằng nhiệt
Gđcđtđ + D iD" + φDctD = Gccctc + W iW" + Dcθ ± Qcđ + Qtt *
(+Qcđ ứng với quá trình thu nhiệt, - Qcđ ứng với quá trình toả nhiệt )
Có thể bỏ qua:
- nhiệt lượng do hơi nước bão hòa ngưng tụ trong đường ống dẫn hơi buồng đốt:
φDctD = 0
- Nhiệt cô đặc: Qcđ = 0
Trong hơi nước bão hoà, bao giờ cũng có một lượng nước đã ngưng bị cuốn
theo khoảng φ = 0,05 (độ ẩm của hơi).
 Nhiệt lượng do hơi nước bão hoà cung cấp là D(1 - φ)( iD" - cθ); W
Nước ngưng chảy ra có nhiệt độ bằng nhiệt độ của hơi đốt vào (không có quá
lạnh sau khi ngưng) thì ( iD" - cθ) = rD = 2141 kJ/kg (ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi
đốt).
Từ *  D.( 1- ). (I’’D – C ) + Gđ.Cđ.tđ = Gc.Cc.tc + W.i’’W + Qtt
Lượng Qtt ra môi trường xung quanh thường tính bằng ( 0,03 – 0,05 )Q
Thay Qtt = .QD = 0,05.QD ( trang 143, [9] )
 QD = D.( 1- ). (1 – φ ).( iD" - cθ) = Gđ. ( Cc.tc – Cđ.tđ ) + W.( I’’W – Cc.tc )
 Lượng hơi đốt biểu kiến
D= =

= 0,111kg/s
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp
QD = D. ( 1- ). ( 1 – ). rD = 0,111. ( 1 – 0,05 ). ( 1 – 0,05 ). 2141000 =
214480,03 (W)
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng
d = = .3600 = 0,888 kg hơi đốt/ kg hơi thứ.
Thông số
Nhiệt độ vào buống bốc
Nhiệt độ ra ở đáy buồng đốt

Ký hiệu
Tđ
Tc
Trang 10

Đơn vị
0
c
0
c

Giá trị
92,4360c
98,6360c


Nhiệt dung riêng dung dịch
10%
Nhiệt dung riêng dung dịch
30%

Nhiệt tổn thất
Nhiệt lượng do hơi đốt cung
cấp
Lượng hơi đốt biểu kiến
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng

Cđ

J/(kg.K)

3767,4

CC

J/(kg.K)

3035,9

Qtt
QD

W
W

10724,0015
214480,03

D
d

Kg/s
Kg/s

0,111
0,888

B. Thiết kế thiết bị chính
I. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc
1. Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi

Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vào
bằng cách chia làm nhiều miệng vào. Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ (ω = 10 m/s), nước
ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h 0 = 1,5 m), ngưng hơi bão hoà
tinh khiết trên bề mặt đứng. Công thức (V.101), trang 28, [4] được áp dụng:
1 = 2,04. A (2)
Trong đó:
α1 – hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng; W/(m2.K)
r - ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hoà ở áp suất 4 at (2141 kJ/kg)
H - chiều cao ống truyền nhiệt (H = h 0 = 1,5 m)
A - hệ số, đối với nước thì phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm
Tm = (1)
Chọn nhiệt độ vách ngoài tv1 = 139,80C
Sau nhiều lần tính lặp
 Tm = = 141,350C
Tra A ( trang 29, [2] )
A = 194,405
∆t1 = tD – tv1 = 142,9 – 139,8 = 3,10C
∆t1 = tD – tv1 – hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía tường tiếp
xúc với hơi ngưng, 0C
 1 = 2,04. 194,405.( ) = 10330,67 W/(m2.K)

Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng
q1 = 1. ∆t1 = 10330,67. 3,1 = 32025,08 W/m2
2. Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi
Áp dụng công thức (VI.27), trang 71, [2]:



= n. . W/(m2.K) (4)
Trong đó:


2

Trang 11


αn - hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch. Do
nước sôi sủi bọt
nên α n được tính theo công thức (V.91), trang 26, [2]:
α n = 0,145.p 0,5 .Δt 2,33
với P = Po = 0,3139 at = 3078,564 N/m2
Sau khi tính lặp ta có tv2 = 112,43370C
 ∆t = tv2 – tsdd(Ptb) = 112,4337 – 95,536 = 16,8980C
 n = 0,145. . = 18466,463 W/(m2.K)
Tra:
• cdd = 3490 J/(kg.K) - nhiệt dung riêng của dung dịch ở tsdd(ptb ), tra
bảng I.154, trang 172 [1]
• cdm = 4189,24 J/(kg.K) - nhiệt dung riêng của nước ở tsdm(ptb), tra
bảng I.249 trang 311 [1]
• dd = 0,00292Pa.s - độ nhớt của dung dịch ở tsdd(ptb), tra bảng I.101

trang 91 [1]
• dm = 0,000387 Pa.s - độ nhớt của nước ở tsdm(ptb ), tra bảng I.249
trang 311 [1]
• ρdd = 1378,123 kg/m3 - khối lượng riêng của dung dịch ở tsdd (ptb),
tra bảng I.2 trang 9 [1]
• ρdm = 976,175 kg/m3 - khối lượng riêng của nước ở tsdm (ptb ), tra
bảng I.5 trang 11 [1]
• λdd = 0,5601 W/(m.K) - hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở tsdd (ptb),
tra bảng I.130 trang 134 [1]
• λdm = 0,67 W/(m.K) - hệ số dẫn nhiệt của nước ở tsdm (ptb), tra bảng
I.249 trang 311 [1]
 2 = 18466,46. . [
2
= 8637, 38 W/m .k
3. Nhiệt tải riêng phía tường
Công thức tính
qv = , W/m2
trong đó: ∑rv tổng tở vách ; m2.K/W
∑rv = r1 + + r2 = 0,3448. + + 0,387.
= 0,8545. 10-3 m2.K/W
Với r1 = = 0.3448.10-3 m2.K/W – nhiệt trở phía hơi nước do vách ngoài
của ống có màng mỏng nước ngưng (bảng 31, trang 29, [8])
r2 = 0,387.10-3 m2.K/W – nhiệt trở phía dung dịch do vách trong của
ống có lớp
cặn bẩn dày 0,5 mm (bảng V.1, trang 4, [2]).
δ = 2 mm = 0,002 m – bề dày ống truyền nhiệt
Trang 12


λ = 16,3 W/(m.K) – hệ số dẫn nhiệt của ống (tra bảng XII.7, trang

313, [2] với ống được làm bằng thép không gỉ OX18H10T)
Δtv = tv1 - tv2 (3) ; K – chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vách tường
Truyền nhiệt ổn định qv = q1 = q2
 Δtv = qv. ∑rv = 32025,08. 0,8545.10-3 = 27,36630C
 Nhiệt tải riêng phía dung dịch
q2 = 2 . Δt2 = 8637,38. 16,898 = 145954, 447 W/m2
4. Nhiệt tải riêng trung bình
Qtb = = = 88989,76 W/m2
5. Tiến trình các tải nhiệt riêng
Dùng phương pháp số, ta lần lượt tính lặp qua các bước sau:
- Chọn nhiệt độ tường phía hơi ngưng tv1
từ đó tính tm theo (1) và Δt1 = tD – tv1 .
- Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng α1 theo (2), từ đó tính q1
- Đặt qv = q1 , từ đó tính Δtv theo (3).
- Tính tv2 = tv1 – Δtv , từ đó tính Δt2 = tv2 – tsdd (ptb) và hệ số cấp nhiệt phía
dung dịch sôi α2 theo (4).
- Tính q2 .
- Tính qtb =
- Tính sai số tương đối của q1 so với qtb . Vòng lặp kết thúc khi sai số này
nhỏ hơn 5 %.
q =/ / = / / = 1,78
q < 5% nên sai số được chấp nhận ( các thông số đã được chọn phù hợp )
Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc
K được tính thông qua các hệ số cấp nhiệt
K = = = 937,14 W/(m2.K)
7. Diện tích bề mặt truyền nhiệt
F = = = 4,9363 m2
Chọn F = 4, 9363 m2
6.

Tính kích thước thiết bị cô đặc
Tính kích thước buồng bốc
1. Đường kính buồng bốc
Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc
Vh = = = 0,6387 m3/s
C.

I.

Trang 13


Trong đó
W – suất lượng hơi thứ Kg/h
= 0,1957 Kg/m3 khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc
Po = 0,3139at tra bảng I.251, trang 314 [1]
Tốc độ hơi thứ trong buồng bốc
Wh = = = (m/s)
Trong đó
Db đường kính buồng bốc ; m
Tốc độ lắng được tính theo công thức (5. 14), trang 276 [5]
Wo = = = ; m/s
Trong đó
= 977,962 Kg/m3 khối lượng riêng của giọt lỏng ở tsdm(Po) tra bảng I.249,
trang 311 [1]
= 0,1957 Kg/m3 khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc
Po = 0,6275at
D: đường kính giọt lỏng ; m. chọn d = 0,0003m trang 292 [5]
hệ số trở lực tính theo Re
Re = = =

Với = 0,012.10-3 Pa.s độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất 0,3139at.
Tra hình VI, trang 57 [8]
Nếu 0,2 < Re < 500 thì =
 = 18,5. = 8,079.

Áp dụng điều kiện Wh < ( 0,7 0,8 ) Wo theo [5] trang 157



< 0,7.
Db > 0,8104m

Chọn Db = 0,8m = 800mm theo tiêu chuẩn trang 157 [5]
Kiểm tra lại Re
Re = = 6,2156 ( thỏa 0,2 < Re < 500 )
2. Chiều cao buồng bốc
Áp dụng công thức VI.33, trang 72, [2]:
Utt = f. Utt (1at); m3/(m3.h)
Trong đó:
f – hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển
Utt (1at) – cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi p = 1 at. Chọn Utt (1at) =
1650 m3/(m3.h), f = 1,1 (tra hình VI.3, trang 72, [2]).
 Utt = 1,1.1650 = 1815 m3/(m3.h)
Thể tích của không gian hơi được tính theo công thức VI.32 trang 71 [2]
Vb = = = 1,267 m3
Trang 14


Chiều cao buồng bốc:
Hb = = = 2,520m

Chọn chiều cao buồng bốc Hb = 2,5m
II. Tính kích thước buồng đốt
1. Số ống truyền nhiệt

Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III-49), trang 134, [4]:
n=
Trong đó
F = 4,9363 m2 – diện tích bề mặt truyền nhiệt
l = 1,5 m – chiều dài của ống truyền nhiệt
d – đường kính của ống truyền nhiệt
Vì α 1 > α2 nên ta chọn d = dt = 25 mm.
Số ống truyền nhiệt là
n = = 41,9
Theo tiêu chuẩn bảng V.11, trang 48 [2]. Chọn số ống n = 61, bố trí theo hình lục
giác đều.
- Số lục giác đều là 4
- Số ống trên đường xuyên tâm của hình lục giác là 9
Số ống trên 1 cạnh của hình lục giác lớn nhất là 5
2. Đường kính ống tuần hoàn
Áp dụng công thức (III.26), trang 121, [6]:
Dth = ; m
Chọn ft = 0,3FD
Với FD =
 ft = 0,3. = 0,3. = 0,012m2
 Dth = = 0,1241m
-

Chọn Dtth = 159mm theo tiêu chuẩn trang 155, [5]
Chọn Dnth = 169mm
Chọn chiều dài ống tuần hoàn là 1m

3. Đường kính buồng đốt ( Dt )
Đường kính trong của buống đốt được tính theo công thức V.140, trang 49 [2]
Dt = t. (b – 1) + 4d ; m
Trong đó
t – bước ống; m. chọn bước ống t = 1,2 – 1,5dn trang 49 [2]
dn = 0,029 m – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
b – số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh đều
 Dt = 1,2.0,029.( 9 – 1) + 4.0,029 = 0,3944m
 Chọn Dt = 400mm theo tiêu chuẩn trang 156, [5]
4. Kiểm tra diện tích truyền nhiệt
Số hình lục giác

4
Trang 15


Số ống trên đường xuyên tâm
Tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân
Số ống trong các hình viên phân
Dãy 1
Dãy 1
Tổng số ống trong tất cả các hình viên phân
Tổng số ống của thiết bị

9
61
0
0
0
61

Diện tích bề mặt truyền nhiệt lúc này là:
F’ = ( n.dt + Dth ). . H = (61. 0,025 + 0,159). .1,5 = 7,94 m2 > 4,94 m2 (thỏa)
III. Tính kích thước các ống dẫn

Đường kính của các ống được tính một cách tổng quát theo công thức (VI.41),
trang 74, [2]:
d=
trong đó:
G – lưu lượng khối lượng của lưu chất; kg/s
v – tốc độ của lưu chất; m/s
ρ – khối lượng riêng của lưu chất; kg/m3
1. ống nhập liệu
Gđ = 600kg/h
Nhập liệu dung dịch nhớt (Dung dịch NaOH 10% ở 92,4360C). Chọn v = 1 m/s
(trang 74, [2]).
= 1068,917kg/m3 tra bảng I.2 trang 9 [1]
 = = = 0,0141 m
 Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 tài liệu [2] trang 435
Đường kính trong 20mm
Đường kính ngoài 25mm
2. ống tháo liệu
Gc = 150 kg/h
tháo liệu dung dịch nhớt (dung dịch NaOH 40% ở 98,6360C ). Chọn v = 1 m/s
(trang 74,[2] )
= 1375,955 kg/h tra bảng I.2 trang 9 [1]

= = = 0,00621m
 Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 tài liệu [2] trang 435
Đường kính trong 20mm

Đường kính ngoài 25mm
3. ống dẫn hơi đốt
D = 0,111 kg/s
Dẫn hơi nước bão hoà ở áp suất 4 at. Chọn v = 20 m/s (trang 74, [2]).
ρ = 0,4718 kg/m3 (tra bảng I.251, trang 315, [1]).
Trang 16


D = = = 0,1224 m
Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 tài liệu [2] trang 435
Đường kính trong 150mm
Đường kính ngoài 159mm



4. ống dẫn hơi thứ

w = 450kg/h
Dẫn hơi nước bão hoà ở áp suất 0,3139at. Chọn v = 20 m/s (trang 74, [2]).
ρ = 0,1957 kg/m3 (tra bảng I.251, trang 314, [1]).
 d = = = 0,2017m
Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 tài liệu [2] trang 435
Đường kính trong 200mm
Đường kính ngoài 219mm
5. ống dẫn nước ngưng
Chọn Gn = D
Dẫn nước lỏng cân bằng với hơi nước bão hoà ở 4 at. Chọn v = 0,75m/s (trang 74,
[2]).
ρ = 923,461 kg/m3 (tra bảng I.251, trang 315, [1]).
 D = = = 0,00825m



Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 tài liệu [2] trang 435
Đường kính trong 20mm
Đường kính ngoài 25mm
6. ống dẫn khí không ngưng
Chọn Đường kính trong 20mm
Đường kính ngoài 25mm
D. tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
1. tính cho buồng đốt
a. sơ lược về cấu tạo
Buồng đốt có đường kính trong Dt = 400 mm, chiều cao Ht = 1500 mm.
Thân có 3 lỗ, ứng với 3 ống: dẫn hơi đốt, xả nước ngưng, xả khí không ngưng.


Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
b. tính toán
Bề dày tối thiểu S’:
Hơi đốt là hơi nước bão hoà có áp suất 4 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là:
pm = pD – pa = 4 – 1 = 3 at = 0,2943 N/mm2
Áp suất tính toán là:
Pt = pm + ρgH = 0,2943 + 1273,25.9,81.10-6 .1,5 = 0,313 N/mm2

Trang 17


Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD = 142,90C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng đốt
là:
ttt = tD + 20 = 142,9 + 20 = 162,90C
(trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)

Theo hình 1.2, trang 16, [7], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
[σ]* = 115 N/mm 2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [7]).
 ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ] = η. [σ]* = 0,95.115 = 109,25 N/mm2
Tra bảng 2.12, trang 34, [7]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2,05.105
N/mm2 .
Xét:
= = 331,66 > 25
Theo công thức 5-3, trang 96, [7]:
S’ = = = 0,6032 mm
Trong đó:
φ = 0,95 – hệ số bền mối hàn (bảng 1-8, trang 19, [7], hàn 1 phía)
Dt = 400 mm – đường kính trong của buồng đốt
Pt = 0,313 N/mm 2 – áp suất tính toán của buồng đốt
Bề dày thực S:
Dt = 400mm ⇒ Smin = 2 mm > 0,4901 mm ⇒ chọn S’ = Smin = 2mm (theo
bảng 5.1, trang 94, [7]).
Chọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca = 1mm (thời gian làm việc 10 năm).
Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,22 mm (theo bảng
XIII.9, trang 364, [2])
 Hệ số bổ sung bề dày là:

C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,22 = 1,22 mm
⇒ Bề dày thực là:
S = S’ + C = 2 + 1,22 = 3,22 mm
Chọn S = 4mm
Trang 18

Kiểm tra bề dày buồng đốt:
Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [7]:
= = 0,0075 < 1 (thỏa)
Áp suất tính toán cho phép trong buồng đốt:
[P] = =
= 1,545 N/mm2 > P t = 0,313 N/mm2
Vậy bề dày buồng đốt là 4mm
 Đường kính ngoài của buồng đốt
Dn = Dt + 2S = 400 + 2.4 = 408 mm
Tính bền cho các lỗ:
Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [7]):
dmax = ; mm
Trong đó:
Dt = 400 mm – đường kính trong của buồng đốt
S = 4 mm – bề dày của buồng đốt
k – hệ số bền của lỗ
k = = = 0,166
 dmax = = 47,818 mm
So sánh:
Ống dẫn hơi đốt dt = 150 mm > d max
Ống xả nước ngưng dt = 20 mm < d max
Ống xả khí không ngưng dt = 20 mm < d max
⇒ Cần tăng cứng cho lỗ của hơi đốt vào, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng
cứng bằng bề dày thân (4mm)
2. Tính cho buồng bốc
a. Sơ lược về cấu tạo
Buồng bốc có đường kính trong là Dt = 800 mm, chiều cao Ht = 2500 mm.
Thân có 2 lỗ, gồm: ống nhập liệu, kính quan sát.
Phía dưới buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ liên kết với buồng đốt

Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
b. Tính toán
Bề dày tối thiểu S’:
Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân không nên chịu áp lực từ bên ngoài. Vì
áp suất tuyệt đối thấp nhất ở bên trong là 0,3139at nên buồng bốc chịu áp suất
ngoài là:
Pn = pm = 2pa – p0 = 2.1 – 0,3139 = 1,6861 at = 0,1654 N/mm2
Nhiệt độ của hơi thứ ra là tsdm (po) = 69,70C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng
bốc là:
ttt = 69,7 + 20 = 89,70C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)
Chọn hệ số bền mối hàn φh = 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [7], hàn 2 phía)
Theo hình 1.2, trang 16, [7], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
[σ]* = 125 N/mm2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [7]).
Trang 19


⇒ Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ] = η.[σ]* = 0,95.125 = 118,75 N/mm2
Tra bảng 2.12, trang 34, [7]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là
E = 2,01.105 N/mm 2 .
Chọn hệ số an toàn khi chảy là nc = 1,65 (bảng 1-6, trang 14, [7]).
 ứng suất chảy của vật liệu là
= [σ]*.nc = 125. 1,65 = 206,25 N/mm2
Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 30% ở t sdd (ptb) là
ρdd = 1378,123 kg/m3
Áp dụng công thức 5-14, trang 98, [7]:
S’ = 1,18. D. = 1,18.800. = 5,4834 mm
Trong đó:
Dt = 800 mm – đường kính trong của buồng bốc

Pn = 0,1654 N/mm2 – áp suất tính toán của buồng bốc
l = 2500 mm – chiều dài tính toán của thân, là khoảng cách giữa hai mặt
bích
Bề dày thực S:
Dt = 800 mm ⇒ Smin = 3mm < 5,4834 mm ⇒ chọn S’ = 5,4834 mm (theo
bảng 5.1, trang 94, [7])
Chọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm).
Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,5mm (theo bảng
XIII.9, trang 364, [2]).
 Hệ số bổ sung bề dày là:
C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,5 = 1,5 mm
 Bề dày thực là:
S = S’ + C = 5,4834 + 1,5 = 6,9834 mm
Chọn S = 7mm
Kiểm tra bề dày buồng bốc:
= = 3,125
Kiểm tra công thức 5-15, trang 99, [7]:
1,5.
 1,5. 3,125
 0,184 3,125 8,165 (thỏa)
Kiểm tra công thức 5-16, trang 99, [7]:
0,3. .
 3,125 0,3. .
 3,125 0,537 (thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của áp suất ngoài:
So sánh Pn với áp suất tính toán cho phép trong thiết bị [Pn]
theo 5-19, trang 99, [7]:
Trang 20

[] = 0,649. . .. Pn
 0,649. 2,01.105. . ()2 . N/mm2 ≥ 0,1654 N/mm2
 0,2033 N/mm2 ≥ 0,1654 N/mm2 (thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục:
Xét: L = 2500 mm ≤ 5D = 5.800 = 4000 mm
Lực nén chiều trục lên buồng bốc:
= . . = . . 0,1654 = 21518,61 N
Theo điều kiện 5-33, trang 103, [7]:
25 ≤ = = 66,67 ≤ 250
Tra qc = f. [ ở [7], trang 103:
 qc = 0,066
 Kc = 875. . = 875. . 0,066 = 0,0593
Điều kiện thoả mãn độ ổn định của thân (5-32, trang 103, [7]):
S – Ca ≥
7–1≥
 6 ≥ 0,758 (thỏa)
Ứng suất nén được tính theo công thức 5-48, trang 107, [7]:
= = = 1,4146 N/mm2
Ứng suất nén cho phép được tính theo công thức 5-31, trang 103, [7]:
[ = Kc. . = 0,0593. . = 89,395 N/mm2
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài
và
lực nén chiều trục:
Kiểm tra điều kiện 5-47, trang 107, [7]:
+ ≤1
 + = 0,829 ≤ 1 (thỏa)
Vậy bề dày buồng bốc là 7mm


Đường kính ngoài buồng bốc:
Dn = Dt + 2S = 800 + 2.7 = 814 mm
Tính bền cho các lỗ:

Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [7]):
dmax = 0,37. ; mm
Trong đó:
Dt = 800 mm – đường kính trong của buồng bốc
S = 7 mm – bề dày của buồng đốt
k – hệ số bền của lỗ
k = = = 0,1073
Trang 21


dmax = 0,37. = 6,01mm
So sánh:
Ống nhập liệu dt = 20 mm > d max
Cửa sửa chữa dt = 500 mm > d max
Kính quan sát dt = 200 mm > d max
⇒ Cần tăng cứng cho ống nhập liệu, cửa sửa chữa và kính quan sát, dùng bạc tăng
cứng
với bề dày khâu
3. Tính cho đáy buồng bốc
a. Sơ lược về cấu tạo
Chọn đáy nón tiêu chuẩn Dt = 800 mm.
Đáy nón có phần gờ cao 40 mm và góc ở đáy là 2α = 600.
Tra bảng XIII.21, trang 394, [2]:
Chiều cao của đáy nón (không kể phần gờ) là H = 725 mm
Thể tích của đáy nón là Vđ = 0,161 m3
- Đáy nón được khoan 1 lỗ để tháo liệu.

- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.
b. tính toán
Bề dày thực S:
Chiều cao của cột chất lỏng trong thiết bị:
H’ = Hc + Hgc + Hđ = 245 + 40 + (40 + 725) = 1050 mm = 1,05 m
Trong đó


Hc – chiều cao của chất lỏng trong phần hình nón cụt; m, ( dựa vào bảng
XIII.22 trang 396 Cơ sở Thiết Kế chế tạo máy Tập 6)
Hgc – chiều cao của chất lỏng trong phần gờ nối với buồng đốt; m
Hđ – chiều cao của chất lỏng trong đáy nón; m
Áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị:
ptt = ρdd .g.H’ = 1378,123.9,81. 0,869.10-6 = 0,0117 N/mm2
Đáy có áp suất tuyệt đối bên trong là p0 = 0,3139 at nên chịu áp suất ngoài là
Pn = 1,6861 at = 0,1654 N/mm2 . Ngoài ra, đáy còn chịu áp suất thuỷ tĩnh do cột
chất lỏng gây ra trong thiết bị. Như vậy, áp suất tính toán là:
Pn = pm + ptt = 0,1654 + 0,0117 = 0,1771 N/mm 2
Các thông số làm việc:
Dt = 800 mm
p0 = 0,3139 at = 0,0308 N/mm2
tm = tsdd (po + 2Δp) = 98,6360C
Các thông số tính toán:
Trang 22


l’ – chiều cao tính toán của đáy; m
l’ = H = 725 mm
D’ – đường kính tính toán của đáy; m (công thức 6-29, trang 133, [7])
D’ = = = 833,694mm (công thức 6-29, trang 133,[7])

Trong đó
dt = 20mm là đường kính lỗ tháo sản phẩm
Pn = 0,1654 N/mm2
ttt= 98,636+ 20 = 118,6360 C (đáy có bọc lớp cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[σ]* = 120 N/mm2 - ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt (hình 1-2,
trang 16, [7])
η = 0,95 – hệ số hiệu chỉnh (đáy có bọc lớp cách nhiệt)
[σ] = η.[σ]* = 0,95.125 = 118,75 N/mm 2 - ứng suất cho phép của vật liệu
Et = 2,01.105 N/mm2 – module đàn hồi của vật liệu ở t t (bảng 2-12, trang 34,
[7])
nc = 1,65 – hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [7])
= nc .[σ]* = 1,65.125 = 206,25 N/mm2 – giới hạn chảy của vật liệu ở tt (công
thức 1-3, trang 13, [7])
Chọn bề dày tính toán đáy S = 7 mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc.
Kiểm tra bề dày đáy:
= = 0,87
Kiểm tra công thức 5-15, trang 99, [7]:
1,5.
 1,5. 0,869
 0,18 0,869 8,335 (thỏa)
Kiểm tra công thức 5-16, trang 99, [7]:
Xét: 0,3. .
 0,87 0,3. .
 0,869 0,505 ( thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của áp suất ngoài:
So sánh Pn với áp suất tính toán cho phép trong thiết bị [P n] theo 5-19, trang 99,
[7]:
[Pn] = 0,649. . .. Pn
 0.649. . .. N/mm2 ≥ 0,1654 N/mm2

 0,659 N/mm2 ≥ 0,1654 N/mm2 (thoả)
Trang 23


Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục:
Lực tính toán P nén đáy:
P = .. Pn = .0,1654 = 86074,438 N
Trong đó:
Dn – đường kính ngoài; mm
Pn – áp suất tác dụng lên đáy thiết bị; N/mm2
Lực nén chiều trục cho phép:
[P] = π.Kc.Et .(S - Ca )2.cos2α
Trong đó:
Kc – hệ số phụ thuộc vào tỷ số , tính theo các công thức ở trang 103, [7].
25 = = 66,67 250
 qc = 0,066 ( tra bảng trang 103, [7])
 kc = 875..qc = 875..0,066 = 0,0593

[P] = π. 0,0593...300 = 1011030,804 N > 47156,27 N (thỏa)
Điều kiện ổn định của đáy:
+ 1
 + = 0,416 1 (thỏa)
Vậy bề dày của đáy nón là 7 mm.

Tính bền cho các lỗ
Vì đáy chỉ có lỗ để tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần
tăng cứng được tính theo công thức (8-3), trang 162, [7]:
dmax = 2.[( - 0,8) - ]
 dmax = 2[( - 0,8) -1] = 39,617 mm

Trong đó:
S – bề dày đáy thiết bị; mm
S’ – bề dày tính toán tối thiểu của đáy; mm (chọn theo cách tính của buồng
bốc)
Ca – hệ số bổ sung do ăn mòn; mm
D’ – đường kính tính toán của đáy; mm
So sánh:
Ống tháo liệu dt = 20 mm < dmax
⇒ Không cần tăng cứng cho lỗ.
4. Tính cho nắp buồng bốc
a. Sơ lược về cấu tạo

Chọn nắp buống bốc là ellipse theo điều kiện áp suất trong hay ngoài lớn hơn
7.104 N/m2 trang 381, [2].
Trang 24


Ta có Dt = 800mm
 Ht = = = 200mm và Rt = Dt = 800mm
Nắp có gờ và chiều cao gờ là hg = 25mm
Nắp có lỗ để thoát hơi thứ
Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.
b. Tính toán

Bề dày thực S:
Nắp có áp suất tuyệt đối bên trong giống như buồng bốc là P0 = 0,3139at
nên chịu áp suất ngoài là Pn = 1,6861 at = 0,1654 N/mm2
Nhiệt độ tính toán của nắp giống như buồng bốc là t tt = 69,7 + 20 = 89,70C
(nắp có bọc lớp cách nhiệt).
Chọn bề dày tính toán nắp S = 7 mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc.

Kiểm tra bề dày nắp:
Xét các tỷ số:
= 0,25
= = 114,2857
= = 208,8312

và 0,2 0,3
 [Pn] = (công thức 6-12, trang 127, [7] )
Trong đó
Et = 2,01.105 N/mm2 – module đàn hồi của vật liệu ở ttt (bảng 2-12, trang 34,
[7])
= nc .[σ]* = 1,65. 125= 206,25 N/mm2
giới hạn chảy của vật liệu ở t t (công thức 1-3, trang 13, [7])
Với:
[σ]* = 125 N/mm2 - ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở t t (hình 1-2,
trang 16, [7])
nc = 1,65 – hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [7]) 16, [7])
x = 0,7 với thép không gỉ


=
= = 2,0398
[ = 89,395 N/mm2 - ứng suất nén cho phép của vật liệu làm nắp
[Pn] = = 0,6574 N/mm2 > 0,1654 N/mm2 (thỏa)
Vậy bề dày của nắp ellipse là 7 mm.

Tính bền cho các lỗ:
Trang 25