Cô đặc kết tinh nước nho

Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
CH ƯƠNG IV :
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG
NĂNG LƯNG
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 16
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
IV.1. CÔNG THỨC TÍNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA NƯỚC TRÁI CÂY THEO
NỒNG ĐỘ.
c = 4190 - (2514-7.542t)
×
x ( [10], 153, I.50)
Trong đó :
t : nhiệt độ của dung dòch.
x : nồng độ của dung dòch tại nhiệt độ đó.
IV.1.1. Nhiệt dung riêng dung d ịch ở đầu quá trình kết tinh 1.
Nhiệt độ đầu t1 = 2
0
C, nồng độ đầu xd = 10%
c
1
= 4190-(2514-2 ×7.542)0.1 = 3940.108(J/kg độ)
IV.1.2. Nhiệt dung riêng của cu ối q trình kết tinh 1 .
Nhiệt độ cuối quá trình kết tinh -2
0
C, nồng độ cuối 25%.
c’
1
= 4190-(2514-(-2) ×7.542)0.25 = 2925.458 (J/kg độ)
IV.1.3. Nhiệt dung riêng của cuối q trình kết tinh 2 .
c2 = 4190-(2514-(-6.5) ×7.542)0.5 = 2908.489 ( J/Kg độ)
IV. 2. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯNG.

IV.2.1 Cân bằng năng lượng ở cuối thiết bò làm lạnh sơ bộ.
- Lượng tinh thể đá thu được sau thiết bò làm lạnh sơ bộ:
K
3
= 31.755 (kg/h)
- Gọi a là tỷ lệ đá cần lấy để làm lạnh sơ bộ.
- Lượng đá cần dùng là aK
3
Dung dòch đầu có nồng độ 10%
Nhiệt dung riêng của dung dòch đầu theo nhiệt độ:
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 17
2
0
C
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
C = 4190 - (2514-7.542t). 0.1 = 3938.6 + 0.7542 t
Chọn nhiệt độ của dòch cái sau giai đoạn làm lạnh sơ bộ là 2
0
C
Suy ra nhiệt lượng dòch cái tỏa ra:
Q1 = Gd.
∫
30
2
Cd
dt = Gd.
∫
+
30
2

7542.06.3938 t
dt = 166481.1 KW
Nhiệt nóng chảy của nước đá : rnc = 1436 Kcal/ Kmol ( [9], 211, bảng I.184 )
= 1436* 4.1868/ 18 ( KJ/Kg)
= 334.014 (KJ/ Kg)
Suy ra phần nước đá tan chảy
a = Q1 / ( rnc . K3 ) = 166481.1 / ( 334.014 * 1004.5) = 0.496
IV.2.2. Tại thiết bò kết tinh 1
Gd, td
(1)
M1, tk1
(2)
K1, tk1
Nhiệt lượng cần lấy ra ở thiết bị kết tinh cấp 1:
Q’1 = Gd . Hd – ( M1.H
1
+ K
1
. Hđá ) + rnc.K1
- Enthalpy của dịch cái ở trạng thái (1) :
Hd = C1 . t1 = 3940.108
×
2 = 7880.217 ( J / kg )
- Enthalpy của dịch cái ở trạng thái ( 2 ):
H
1
= C’1.tk1 = 2925.458
×
(-2) = -5850.492 ( J/ Kg)
- Enthalpy của nước đá ở trạng thái 1 :

Hđá = Cđá.tk1 = 4230
×
(-2) = -8460 ( J/Kg )
Vậy Qk1 = 1.505
×
7880.217 – ( 0.5947
×
(-5850.492) + 0.9102
×
( -8460) ) + 334014
×
0.9102
= 327069 ( KJ/h) = 90.8527 KW
- Coi nhiệt tổn thất bằng 5% Q
1
. Lượng nhiệt thực tế cần môi chất lấy ra khỏi thiết bò
kết tinh 1 là:
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 18
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Q1 = 1.05 Q1’ = 1.05 ×90.8527 = 95.3953 KW
IV.2.3. Tại thiết bò kết tinh 2
TB Kết tinh 2
M
1
-∆M
1
, x
1
K
2

, x
k2
M
1
, x
2
M1 - ?M1,
tk1
(1)
M2, tk2
(2)
K2, tk1
- Lượng dòch vào :
G
1
= M
1
-ΔM
1
= 0.5947 – 0.0549 = 0.5398 ( tấn )
- Enthalpy của dịch cái ở trạng thái 2:
H
2
= C2 . tk2 = 2908.489
×
(-6.5) = -18905.2 ( J/kg)
- Enthalpy của nước đá ở trạng thái 2 :
Hđá = Cđá. tk2 = 4230
×
(-6.5) = -27495 ( J/kg)

Nhiệt lượng cần lấy ra ở thiết bò kết tinh cấp 2 :
Q’2 = G1
×
H1 – ( M2
×
H2 + K2
×
Hđá ) + K2
×
rnc
= 0.5398
×
( -5850.492) – ( 0.2683
×
(-18905.2) + 0.2715
×
( -27495) ) + 0.2715
×

334014
Q’2 = 100070.2 ( KJ/h ) = 27.7973 ( KW)
Coi nhiệt tổn thất bằng 5% Q2’. Lượng nhiệt thực tế cần trao đổi ở thiết bò kết tinh cấp 2 là:
Q2 =Q2’ + 5% =Q2’ = 1.15 Q2’ = 1.05 ×27.7973 = 29.1872 KW
Tổng nhiệt lượng cần trao đổi ở 2 thiết bò kết tinh
Q = Q1 + Q2 = 124.5824 KW
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 19
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
CHƯƠNG V :
TÍNH TOÁN BỀ MẶT
TRUYỀN NHIỆT

SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 20
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
V.1.Chọn kích thước thiết bò:
V.1.1. Thiết bò kết tinh 1:
- Chọn thùng có :
+ chiều cao : H = 3.2m
+ Đường kính trong: Dt = 1.6m
Đáy elip tiêu chuẩn:
+ Chiều cao đáy: ht = 0.25* Dt =0.4m
+ Thể tích đáy : Vđáy = 0.578 m
3

- Hệ số chứa đầy
0.9β
1
=
- Thể tích chứa dòch :
Vdòch = β1 . ( П
×
D
2
t/4
×
H + Vđáy ) = 6.31m
3
- Chiều cao phần thân chứa dòch:
H’ = ( Vdòch – Vđáy )
×
4 / (П
×

D
2
t) = 2.85 m
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt chọn :
Fc = П.H’.D = П
×
2.85
×
1.6 = 14.33m
2

V.1.2. Thiết bò kết tinh 2:
- Chọn thùng có :
+ chiều cao : H = 2.3m
+ Đường kính trong: Dt = 1.1m
Đáy elip tiêu chuẩn:
+ Chiều cao đáy: ht = 0.25
×
Dt =0.275m
+ Thể tích đáy : Vđáy = 0.198 m
3

- Hệ số chứa đầy
0.87β
2
=
- Thể tích chứa dòch :
Vdòch = β
2
. ( П

×
D
2
t
×
H/4 + Vđáy ) =2.074 m
3
- Chiều cao phần thân chứa dòch:
H’ = ( Vdòch – Vđáy )
×
4 / (П
×
D
2
t) = 1.975m
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt chọn :
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 21
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Fc = П.H’.D = П
×
1.975
×
1.1 = 6.822m
2

V.2. KIỂM TRA LẠI BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT.
Gọi
1
α
: Hệ số cấp nhiệt phía thân.

2
α
: Hệ số cấp nhiệt phía vỏ

λ
: Hệ số dẫn nhiệt của thànhthiết bò làm bằng thép không gỉ

δ
: Bề dày của thành thiết bò.
Hệ số truyền nhiệt tổng quát:
đá
bámđá
21
λ
δ
α
1
λ
δ
α
1
1
K
+++
=
Chọn bề dày lớp đá là 0.5 mm.
V.2.1. Một số thông số vật lý cần cho việc tính toán.
Các thông số của dung dòch ở thiết bò kết tinh được tính theo nồng độ và nhiệt độ trung bình.
Thiết bò kết tinh cấp 1 : Ctb1 = 17.5%, ttb1 = 0

0
C
Thiết bò kết tinh cấp 2 : Ctb2 = 37.5%, ttb2 = -4.25
0
C
1. Chọn bề dày thiết bò.
Với D = 1600m thì bề dày tối thiểu
δ
= 4 mm ( [8], 129)
Ở đây ta chọn bề dày của thiết bò là 10mm
2. Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ.
Theo
λ
= 14.5
mK
W
([8], 344)
3. Hệ số dẫn nhiệt của nước đá.
đá
λ
= 2.5
mK
W
([9], 132,I.128)
4. Các thông số vật lý khác.
Với dòch cái có nồng độ 17.5%, ở 0
0
C ta có µ = 3.804
×
10

-3
Pas
Với dòch cái có nồng độ 37.5% , ở 4.25
0
C ta có µ = 13.4
×
10
-3
Pas
• Hệ số dẫn nhiệt của dung dòch
dòch dung
λ

dòch dung
λ
=
3
hh
M
ρ
A.Cp. .ρ
(
mK
W
) ( [90], 114, I.32 )
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 22
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Do đường là chất lỏng liên kết nên A = 3.58.10
-8
Hệ số dẫn nhiệt của dung dòch ở thiết bò 1.

- Nồng độ cuối 20%
M
hh
=
18/)175.01(342/175.0
1
−+
=21.985
-
dd
ρ
= (1105.51 + 1039.98 )/2 = 1072.745 kg/m
3
- Cp = 4190 – ( 2514 -7.542
×
0)
×
0.175=3750.05 (KJ/kg)
Do đó hệ số dẫn nhiệt của dung dòch ở thiết bò 1 :
dòch dung
λ
=
3
hh
M
ρ
A.Cp. .ρ

)
mK

W
0.5296(
21.985
1072.745
1072.7453750.053.58.10
3
3-
=×××=
Hệ số dẫn nhiệt của dung dòch ở thiết bò 2.
- Khối lượng mol của dung dòch
M
hh
=
918.27
18/)375.01(342/375.0
1
=
−+
-
dd
ρ
= 1168.615 kg/m
3
- Cp = 4190 – (2514 – 7.542
×
(-4.25))
×
0.375= 3235.23 (KJ/kg)
Do đó hệ số dẫn nhiệt của dung dòch ở thiết bò 1 :
dòch dung

λ
=
3
hh
M
ρ
A.Cp. .ρ
)
mK
W
( 0.47
27.918
1168.625
625.116823.32353.58.10
3
3-
=×××=
Bảng tóm tắt.

Kết tinh 1 Kết tinh 2
Nhiệt độ cuối (
o
C) -2 -6.5
ρ
dd
(kg/m
3
) 1072.745 1168.625
µ (Cp) 3.084 13.4
λ (W/m

2
K) 0.5296 0.47
Cp (KJ/kg) 3750.05 3235.23
V.2.2. Kiểm tra.
1. Thiết bò kết tinh 1 .
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 23
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Tính
1
α
- D = 1600 mm
- Chọn đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá là d
k
= 1599 mm
- Vận tốc cánh khuấy N = 0.4 v/s
1.4
w
0.330.67
)
μ
μ
(Pr0.36.ReNu =

[ ]
( )
117 3.51, ,10

w
μ
μ

≈
1 nên
0.330.67
Pr0.36.Re Nu =
Trong đó
μ
Nρd
Re
k
2
=
7.288411
3.804.10
0.41072.7451.599
3
2
=
××
=
−


dd
λ
Cpμ
Pr =
94.26
0.5296
05.37503.804.10

3
=
×
=
−
0.330.67
94.261.70.36.28841Nu =
)
Km
W
4270.165(
2
=
- Hệ số cấp nhiệt
1
α
)
Km
W
(322.1413
1.6
0.52964270.165
D
Nu.λ
α
2
1
=
×
==

Tính
2
α
Chọn chênh lệch nhiệt độ của nước muối vào và ra là Δt = 2
0
C
Các thông số của nước muối:
Cp = 2896.5 ( kJ/kg )
ρ = 1220 (kg/m
3
)
µ = 5.964
×
10
-3
( Pas)
- Lưu lượng nước muối
Gnm1 =
)/(468.16
25.2896
10003953.951
skg
tCpnm
Q
=
×
×
=
∆×
- Lưu lượng thể tích nước muối:

Qnm1 =
)/3(013498.0
1220
468.161
sm
nm
Gnm
==
ρ
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 24
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
- Dòng nước muối sẽ đi theo đường xoắn ốc trong vỏ áo, mặt cắt của đường xoắn ốc là:
- Đường kính tương đương của khe hở:
dtd =
=
C
F4

08.0
)2.005.0(2
2.005.04
=
+×
××
- Diện tích mặt cắt ướt:
S = 0.05
×
0.2 = 0.01
- Vận tốc nước muối trong khe hở:
Vnm1 =

)/(3498.1
01.0
01398.0
1
sm
S
Qnm
==
- Chuẩn số Reynold:
Re =
4
3
1099.22088
10964.5
122008.03498.11
>=
×
××
=
××
−
nm
nmdtdVnm
µ
ρ
- Chuẩn số Prant
Pr =
λ
µ
Cpnmnm×

λ =
3
nm
M
ρnm
.ρρnCpnmA ××
Mnm =
985.21
18/)238.01(5.75/238.0
1
=
−+
λ
)
mK
W
( 0.483
21.985
1220
12205.28963.58.10
3
3-
=×××=
 Pr =
8.35
483.0
5.289610964.5
3
=
××

−
- Chuẩn số Nuselt:
Nu = 0.021
25.043.08.0
)
Pr
Pr
(PrRe
w
l ××××
ε
= 292.23 ([10], 14, V.40)
- Hệ số cấp nhiệt của nước muối:
)
.
(66.17622
2
Km
W
dtd
Nu
=
×
=
λ
α
Tính hệ số truyền nhiệt tổng quát :
)
Km
W

(3.457
2.5
0.5.10
14.5
0.010
1762.66
1
1413.322
1
1
K
23
=
+++
=
−
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 25
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Tính
∆
t
log
( )
[ ]
( )
[ ]
( )
[ ]
( )
[ ]

K14
162
142
ln
162142
Δt
log
=
−−−
−−
−−−−−−
=
Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết F.
.KtΔ
Q
F
log
1
=
)(m 19.14
457.314
1095.3953
2
3
=
×
×
=
Diện tích bề mặt truyền nhiệt chọn
Fchọn = 14.33 (m

2
) > F  hợp lí
Tính sai số.
Sai số
%98.0
14.33
14.1914.33
F
FF
chọn
chòn
=
−
=
−
=
2. Thiết bò kết tinh 2 .
Tính
1
α
- D = 1100 mm
- Chọn đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá là d
k
= 1099 mm
- Vận tốc cánh khuấy N = 0.6 v/s
1.4
w
0.330.67
)
μ

μ
(Pr0.36.ReNu =


w
μ
μ

≈
1 nên
0.330.67
Pr0.36.Re Nu =
Trong đó
μ
Nρd
Re
k
2
=
99.63199
1013.4
0.61168.6251.099
3
2
=
×
××
=
−

dd
λ
Cpμ
Pr =
25.92
0.47
23.32351013.4
3
=
××
=
−
0.330.67
25.9263085.030.36Nu ××=
)
Km
W
(6.2712
2
=
- Hệ số cấp nhiệt
1
α
)
Km
W
(92.1158
1.1
0.472712.6

D
Nu.λ
α
2
1
=
×
==
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 26
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Tính
2
α
Chọn chênh lệch nhiệt độ của nước muối vào và ra là Δt = 2
0
C
Các thông số của nước muối:
Cp = 2896.5 ( kJ/kg )
ρ = 1220 (kg/m
3
)
µ = 5.964
×
10
-3
( Pas)
- Lưu lượng nước muối
Gnm2 =
)/(04.5
25.2896

10001872.272
skg
tCpnm
Q
=
×
×
=
∆×
- Lưu lượng thể tích nước muối:
Qnm2 =
)/3(00413.0
1220
04.52
sm
nm
Gnm
==
ρ
- Dòng nước muối sẽ đi theo đường xoắn ốc trong vỏ áo, mặt cắt của đường xoắn ốc là:
- Đường kính tương đương của khe hở:
dtd =
=
C
F4

0667.0
)1.005.0(2
1.005.04
=

+×
××
- Diện tích mặt cắt ướt:
S = 0.05
×
0.1 = 0.005
- Vận tốc nước muối trong khe hở:
Vnm2 =
)/(826.0
005.0
00413.0
2
sm
S
Qnm
==
- Chuẩn số Reynold:
Re =
4
3
109.11263
10964.5
12200667.0826.0
>=
×
××
=
××
−
nm

nmdtdVnm
µ
ρ
- Chuẩn số Prant
Pr =
λ
µ
Cpnmnm×
λ =
3
nm
M
ρnm
.ρρnCpnmA ××
Mnm =
985.21
18/)238.01(5.75/238.0
1
=
−+
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 27
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
λ
)
mK
W
( 0.483
21.985
1220
12205.28963.58.10

3
3-
=×××=
 Pr =
8.35
483.0
5.289610964.5
3
=
××
−
- Chuẩn số Nuselt:
Nu = 0.021
25.043.08.0
)
Pr
Pr
(PrRe
w
l ××××
ε
= 170.51
- Hệ số cấp nhiệt của nước muối:
)
.
(126.12342
2
Km
W
dtd

Nu
=
×
=
λ
α
Tính hệ số truyền nhiệt tổng quát :
)
Km
W
(84.386
2.5
0.5.10
14.5
0.010
1234.126
1
1158.92
1
1
K
23
=
+++
=
−
Tính
∆
t
log

( )
[ ]
( )
[ ]
( )
[ ]
( )
[ ]
K7.10
166.5
142-
ln
166.5142-
Δt
log
=
−−−
−−
−−−−−−
=
Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết F.
.KΔt
Q2
F
log
=
)(m 716.6
69.38610.7
1027.1872
2

3
=
×
×
=
Diện tích bề mặt truyền nhiệt chọn
Fchọn = 6.822 (m
2
) > F  hợp lí
Tính sai số.
Sai số
%55.1
6.822
6.7166.822
F
FF
chọn
chòn
=
−
=
−
=
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 28
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 29
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
CHƯƠNG VI :
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ
KHÍ CHO THIẾT BỊ KẾT

TINH
VI.I. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ KẾT TINH.
VI.I.1. Thiết bò kết tinh.
- Hình trụ.
- Dạng vỏ-áo, nước muối chạy theo các vòng xoắn ở phía vỏ.
- Nắp bằng, đáy ellipse.
VI.I.2. Vật liệu chế tạo thiết bò kết tinh
- Chọn vật liệu chế tạo thân và vỏ là thép không gỉ nhằm mục đích tăng độ tinh khiết
của sản phẩm và chống ăn mòn. Môi trường ăn mòn là muối CaCl
2
nên chọn thép X18H10T
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 30
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
VI.II. TÍNH BỀN.
VI.II.1. Tính bền cho thiết bò kết tinh 1
VI.II.1.1 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho việc tính toán thân thiết bò
1. p suất tính toán.
Áp suất lớn nhất phía bên trong thân:
26
a1
N/mm 1309.010/851.29.811105.510.1H'..PP =××+=+= g
ρ

ρ = 1105.51 kg/ m
3
( Khối lượng riêng của dung dòch ở nồng độ x1 = 25%
Để tính áp suất nước muối tác dụng lên thân P
2
ta phải tìm tổn thất áp suất của nước muối
Như chương trước ta cho nước muối chay theo đường xoắn ốc phía vỏ. Các thông số :

+ dtđ = 0.08 m
+ Vnm = 1.3498 m /s
+ Re = 22088.895
+ Kích thước tiết diện đường xoắn: h = 20 cm; b = 5cm
Hệ số trở lực cục bộ:
Số vòng xoắn :
N =
25.14
2.0
85.2'
==
h
H
vòng
Ta xem một vòng xoắn ốc tương đương 4 cút 90
0
Vậy tổng tổn thất áp suất cục bộ:
∑
×+= 4)
Re
0(
A
N
ξξ
cút 90
0

130;2.00 == A
ξ
( [11], 44, 1.76d )

∑
=×+×= 74.114)
895.22088
130
2.0(255.14
ξ
Tổng chiều dài tương đương của ống xoắn:
l’ = N.П.Dt =14.25
×
П
×
1.6 = 71.65 m
Hệ số ma sát λ
Chọn độ nhám tuyệt đối ε = 0.1
Trò số Re giới hạn của khu vực nhẵn thủy lực:
Regh = 6
×
(dtd/ε)
8/7
= 12472.927
Trò số Re tới hạn của khu vực nhám:
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 31
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Ren = 220(dtd/ε)
9/8
= 405881.18
Vậy Regh < Re < Ren
 λ = 0.1
25.0
Re

100
46.1






+
dtd
ε
= 0.02823
Xét phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt ( 1-1) và (2-2)
g
V
d
l
g
VV
ZZ
nm
PP
22
12
12
2'1'
222







++
−
+−=
−
∑
ξ
λ
γ

289.6
81.92
3498.1
74.11
08.0
65.7102823.0
85.2
2'1'
2
=
×






+

×
+=
−
∑
nm
PP
γ
 P’1 = P’2
6
10/289.6×+ nm
γ
= 0.1 + 1220
×
9.81
×
6.289/10
6
= 0.1753 N/mm
2
P’1 > P1  Thân chòu áp suất ngòai
2. Chọn thép không gỉ X18H10T.
3. Ứng suất cho phép ( [8],18, hình 1.2 )
- ng suất cho phép tiêu chuẩn là :
[ ]
2
*
N/mm 143=σ
- Ứng suất cho phép :
[ ] [ ]
ησσ

*
×=
Với
η
= 0.95
[ ]
2
N/mm 135.850.95143 =×=⇒ σ
4. Hệ số bền mối hàn.
95.0=
ϕ
5. Modun đàn hồi.
24
t
N/mm1020.5E ×=
6. Giới hạn chảy của vật liệu
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 32
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
[ ]
c
*
c
nσσ =
Với n
c
= 1.65
2
c
N/mm 2361.65143 =×=⇒ σ
VI.II.1.2 Tính toán.

[ ]
8
Thân thiết bò:
- Bề dày tối thiểu của thân :
0.4
tt
n
t
D
l'
E
P
D 1.18S'








= .
( [8], 98, 5.14 )
Trong đó l’ : chiều dài của thân l’ = H + 1/3Hđáy = H + 1/3( ht +h ) = 3.2 + 1/3 ( 0.4 + 0.25 ) =
3.41667 m
(mm) 5.47
1600
3416.67
1020.5
0.0444

16001.18S'
0.4
4
=






×
××=⇒
- Bề dày thực : S = S’ + C
a
+ C
b
+ C
o
Trong đó :+ C
a
: hệ số ăn mòn của R-22. Chọn C
a
= 1 mm
+ C
b
: hệ số ăn mòn của dung dòch nước trái cây C
b
= 0 mm
+ C
o

: hệ số quy tròn kích thước. Chọn C
o
= 1.53 mm
mm 81.53015.47S =+++=⇒
Kiểm tra.
135.2
1600
3416.67
D
l'
t
==

10.692.1350.14
1)-8(2
1600
2.135
1600
1)-(82
1.5
)C2(S
D
D
l'
D
)C2(S
1.5
a
t
tt

a
<<
×
≤≤
×
−
≤≤
−
( [11], 99 )
thoả
⇒
Xét :
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 33
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ

2.135
D
l'
213.0
1600
1)-(82
236
1020.5
0.3
D
)C2(S
σ
E
0.3
t

3
4
3
t
a
t
c
t
=<=






××






−
( [11], 99 )
 thỏa
Vậy chọn bề dày thân của thiết bò kết tinh cấp 1 là 8mm
Đáy thiết bò:
Đáy chòu áp suất trong
Áp suất tính tóan:
Pt = ρnm

×
g
×
( H’ + ht + h ) / 10
6
= 1220
×
9.81
×
( 2.85 + 0.4 + 0.25 ) /10
6
= 0.0419 N/mm
2
Ta có
[ ]
2582.3080
0419.0
95.085.135
>=
×
=
×
pt
h
ϕσ
Suy ra S’ =
[ ]
26.0
95.085.1382
16000419.0

2
=
××
×
=
××
×
h
Rtpt
ϕσ
( [8], 126, 6-7 )
Bề dày thực : S = S’ + C
a
+ C
b
+ C
o
Trong đó :+ C
a
: hệ số ăn mòn của dòch nước trái cây. Chọn C
a
= 0.5 mm
+ C
b
: hệ số ăn mòn của dung dòch nước trái cây C
b
= 0 mm
+ C
o
: hệ số quy tròn kích thước. Chọn C

o
= 1.24 mm
Vậy S = 3cm < bề dày thân  Chọn bề dày đáy bằng bề dày thân
Kiểm tra
[ ]
[ ]
pt
CaSRt
CaSh
p
Dt
CaS
>=
−+
−×××
=
<=
−
124.1
)(
)(2
125.00044.0
ϕσ
( [8], 126 )
 Thỏa
Vậy bề dày đáy là 8mm
Tính bền cho vỏ thiết bò.
- Áp suất tính toán cho vỏ :
P = P’1

– P
a
= 0.1753 – 0.1 = 0.0753 N/mm
2
- Chọn thép tương tự thân nên các thông số tra như nhau.
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 34
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Xét:
256.1714
0.0753
0.95135.85
p
σ
h
>=
×
=
ϕ
- Bề dày tối thiểu :
[ ]
mm 47.0
0.95135.852
0.07531600
σ2
PD
S'
h
t
=
××

×
==
ϕ
( [8], 96, 5-3 )
- Bề dày thực : S = S’ + C
a
+ C
b
+ C
o
Trong đó : - C
a
: hệ số ăn mòn của CaCl2. Chọn C
a
= 1 mm
- C
o
: hệ số quy tròn kích thước. Chọn C
o
= 0.53 mm
mm 20.5310.47S =++=⇒
Khi 1000
≤
D
t

≤
2000 mm thì Smin = 4 mm. Nên chọn bề dày thân 4mm
Kiểm tra.
1.0 001875.0

1600
3
D
CS
t
a
<==
−
Áp suất cho phép.
[ ]
[ ]
( )
( )
22
at
ah
N/mm 0.0753N/mm 483.0
31600
30.95135.852
CSD
CSσ2
P >=
+
×××
=
−+
−
=
ϕ
( [8], 97 )

⇒
thỏa điều kiện bền.
Chọn bề dày vỏ là 4mm.
TÍNH MÁY KHUẤY:
1/ Tính công suất khuấy:
Chọn cánh khuấy khung vừa có tác dụng khuấy, vừa có tác dụng cạo đá
+ Số vòng quay của cánh khuấy: n = 0.4 vòng/ s
+ Đường kính cánh khuấy: Dk = 1599mm
+ Re = 2.88
×
10
5
+ Chuẩn số công suất: KN = 0.2 ( [11], 144, 3.35 )
Công suất khuấy:
N = KN.n
3
.d
5
.ρ = 0.2
×
0.4
3
×
1.599
5
×
1072.745 = 143.54 W ( [11], 138, 3.47b)
Công suất khuấy + gạt đá:
N’ = 1.5N = 215.31 W
Công suất động cơ: Chọn hiệu suất truyền động η = 0.7

N
đc
=N’/η =307.6W
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 35
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
2/ Tính đường kính trục khuấy:
a. Momen xoắn.
x
C×
×
=
n
P9.55
M
x
134.64N.m 1.1
600.4
307.69.55
=×
×
×
=
( [7], 135, 5-8 )
Trong đó
P : Công suất khuấy của động cơ, KW.
n : Tốc độ khuấy, vòng/phút
C
x
: hệ số chú ý tới dao động và lực cản và lấy từ 1.1 đến 1.6
b. Momen uốn lớn nhất.

x
fc
u
M
r
l
N
1
M =
( [7], 138, 5-20)
Chọn N
c
= 6 ;
r
k
= 0.7995 ( bán kính cánh khuấy )
r
f
: khoảng cách từ điểm đặt lực hướng kính đến tâm trục quay.
r
f
= 0.8r
k
= 0.6396
l = 3.6m
(N.m) 126.3134.64
0.6396
3.6
6
1

M
u
=××=⇒
7. Ứng suất tương đương:
2
2
x
2
u
tđ
0.75MM
x
W
+
=
σ
( [12], 65 )
Trục rỗng ta có Wx = 0.1
3
n
d×

23
22
)1.0(
3.12664.134
n
d
td
×

+
=
σ
Ta có σtd
≤
[σ]
Chọn vật liệu làm trục là X18H10T
[σ] = 135.85
×
10
6
N/m
2
 d
n

≥
0.024m
Vậy chọn đường kính ngoài trục khuấy d
n
= 35 mm.
VI.II.2. Tính bền cho thiết bò kết tinh 2
VI.II.1.2 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho việc tính toán thân thiết bò
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 36
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
1. p suất tính toán.
Áp suất lớn nhất phía bên trong thân:
26
a1
N/mm 1239.010/974.19.8174.12310.1H'..PP =××+=+= g

ρ

ρ = 1231.74 kg/ m
3
( Khối lượng riêng của dung dòch ở nồng độ x2 = 50%)
Để tính áp suất nước muối tác dụng lên thân P
2
ta phải tìm tổn thất áp suất của nước muối
Như chương trước ta cho nước muối chay theo đường xoắn ốc phía vỏ. Các thông số :
+ dtđ = 0.0667 m
+ Vnm = 0.826 m /s
+ Re = 11263.9
+ Kích thước tiết diện đường xoắn: h = 10 cm; b = 5cm
Hệ số trở lực cục bộ:
Số vòng xoắn :
N =
75.19
1.0
975.1'
==
h
H
vòng
Ta xem một vòng xoắn ốc tương đương 4 cút 90
0
Vậy tổng tổn thất áp suất cục bộ:
∑
×+= 4)
Re
0(

A
N
ξξ
cút 90
0

130;2.00 == A
ξ
∑
=×+×= 7.164)
9.11263
130
2.0(75.19
ξ
Tổng chiều dài tương đương của ống xoắn:
l’ = N.П.Dt =19.75
×
П
×
1.1 = 68.22 m
Hệ số ma sát λ
Chọn độ nhám tuyệt đối ε = 0.1
Trò số Re giới hạn của khu vực nhẵn thủy lực:
Regh = 6
×
(dtd/ε)
8/7
= 10126.87
Trò số Re tới hạn của khu vực nhám:
Ren = 220(dtd/ε)

9/8
= 33063.067
Vậy Regh < Re < Ren
 λ = 0.1
25.0
Re
100
46.1






+
dtd
ε
= 0.0324
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 37
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
Xét phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt ( 1-1) và (2-2)
g
V
d
l
g
VV
ZZ
nm
PP

22
12
12
2'1'
222






++
−
+−=
−
∑
ξ
λ
γ

71.3
81.92
826.0
7.16
0667..0
22.660324.0
975.1
2'1'
2
=

×






+
×
+=
−
∑
nm
PP
γ
 P’1 = P’2
6
10/71.3×+ nm
γ
= 0.1 + 1220
×
9.81
×
3.71/10
6
= 0.1444 N/mm
2
P’1 > P1  Thân chòu áp suất ngòai
2. Chọn thép không gỉ X18H10T.
3. Ứng suất cho phép .

[ ]
( )
18 hình1.2,,13
- ng suất cho phép tiêu chuẩn là :
[ ]
2
*
N/mm 143=σ
- Ứng suất cho phép :
[ ] [ ]
ησσ
*
×=
Với
η
= 0.95
[ ]
2
N/mm 135.850.95143 =×=⇒ σ
4. Hệ số bền mối hàn.
[ ]
13
95.0=
ϕ
5. Modun đàn hồi.
[ ]
13
24
t
N/mm1020.5E ×=

6. Giới hạn chảy của vật liệu ở 0
o
C
[ ]
c
*
c
nσσ =
Với n
c
= 1.65
2
c
N/mm 2361.65143 =×=⇒ σ
VI.II.1.2 Tính toán. [8]
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 38
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
THÂN THIẾT BỊ:
1. Tính ổn đònh cho thân thiết bò.
- Bề dày tối thiểu của thân :
0.4
tt
n
t
D
l'
E
P
D 1.18S'









= .

Trong đó l’ : chiều dài của thân l’ = H + 1/3Hđáy = H + 1/3( ht +h ) = 2.3 + 1/3 ( 0.275 +
0.25 ) = 2.475 m
(mm) 81.2
1600
2475
1020.5
0.021
11001.18S'
0.4
4
=






×
××=⇒
- Bề dày thực : S = S’ + C
a

+ C
b
+ C
o
Trong đó :+ C
a
: hệ số ăn mòn của CaCl2. Chọn C
a
= 1 mm
+ C
b
: hệ số ăn mòn của dung dòch nước trái cây C
b
= 0 mm
+ C
o
: hệ số quy tròn kích thước. Chọn C
o
= 0.19 mm
mm 80.19012.81S
=+++=⇒
Kiểm tra.
135.2
1600
3416.67
D
l'
t
==
13.542.010.11

1)-8(2
1600
2.01
1600
1)-(82
1.5
)C2(S
D
D
l'
D
)C2(S
1.5
a
t
tt
a
<<
×
≤≤
×
−
≤≤
−
thoả⇒
Xét :

2.01
D
l'

105.0
1100
1)-(42
236
1020.5
0.3
D
)C2(S
σ
E
0.3
t
3
4
3
t
a
t
c
t
=<=






××







−
 thỏa
Vậy chọn bề dày thân của thiết bò kết tinh cấp 1 là 4mm
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 39
Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ
ĐÁY THIẾT BỊ:
Đáy chòu áp suất trong
Áp suất tính tóan:
Pt = ρnm
×
g
×
( H’ + ht + h ) / 10
6
= 1220
×
9.81
×
( 1.975 + 0.275 + 0.25 ) /10
6
= 0.0299
N/mm
2
Ta có
[ ]
254.4023

0299.0
95.085.135
>=
×
=
×
pt
h
ϕσ
Suy ra S’ =
[ ]
mm
h
Rtpt
14.0
95.085.1382
11000299.0
2
=
××
×
=
××
×
ϕσ
Bề dày thực : S = S’ + C
a
+ C
b
+ C

o
Trong đó :+ C
a
: hệ số ăn mòn dòch nước trái cây. Chọn C
a
= 0.5 mm
+ C
b
: hệ số ăn mòn của dung dòch nước trái cây C
b
= 0 mm
+ C
o
: hệ số quy tròn kích thước. Chọn C
o
= 0.36 mm
Vậy S = 1cm < bề dày thân  Chọn bề dày đáy bằng bề dày thân
Kiểm tra
[ ]
[ ]
pt
CaSRt
CaSh
p
Dt
CaS
>=
−+
−×××
=

<=
−
819.0
)(
)(2
125.00027.0
ϕσ
 Thỏa
Vậy bề dày đáy là 4mm
TÍNH BỀN CHO VỎ THIẾT BỊ.
- Áp suất tính toán cho vỏ :
P = P’1

– P
a
= 0.1444 – 0.1 = 0.0444 N/mm
2
- Chọn thép tương tự thân nên các thông số tra như nhau.
Xét:
255.2907
0.0444
0.95135.85
p
σ
h
>=
×
=
ϕ
- Bề dày tối thiểu :

[ ]
mm19.0
0.95135.852
0.04441100
σ2
PD
S'
h
t
=
××
×
==
ϕ
- Bề dày thực : S = S’ + C
a
+ C
b
+ C
o
SVTH: Nguyễn Thò Quỳnh Ngọc 40