Đang tải... (xem toàn văn)
VIỆN KĨ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰCPHẨM
Hà Nội,
Trang 2BỘ MÔN QUÁ TRÌNH –THIẾT BỊ CÔNGNGHỆ HOÁ VÀ THỰC PHẨM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440
(Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư)
Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Thu Huyền V.
II Các số liệu ban đầu:
-Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: 3,5 kg/s
-Nồng độ cuối của dung dịch: 24% khối lượng-Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at
-Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2 at
III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1.Phần mở đầu
2.Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4)3.Tính toán kỹ thuật thiết bị chính
4.Tính cơ khí thiết bị chính4.Tính và chọn 03 thiết bị phụ5.Kết luận
6.Tài liệu tham khảo.
IV.Các bản vẽ
Trang 4
-LỜI MỞ ĐẦU
Đồ án môn học Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa họcnhằm giúp sinh viên biết vận dụng các kiến thức của môn học Quátrình và thiết bị trong công nghệ hóa học và các môn học khác có liênquan vào việc thiết kế một thiết bị chính và một số thiết bị phụ tronghệ thống thiết bị để thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạntrong các quá trình công nghệ.
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất làthiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị phục vụ một nhiệm vụ kỹ thuậttrong sản xuất, sinh viên Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách KhoaHà Nội được làm đồ án Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học.Việc làm đồ án là một công việc tốt cho sinh viên trong bước tiếp cậntốt với thực tiễn sau khi hoàn thành môn học Quá trình và thiết bịtrong công nghệ hóa học
Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hoàn thành là thiết kế hệ thốngcô đặc 2 nồi xuôi chiều có ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tụcvới dung dịch NaOH, năng suất 3,5 kg/s từ nồng độ đầu 3% khối lượngđến nồng độ cuối 24% khối lượng Đồ án được thực hiện dưới sựhướng dẫn của TS Nguyễn Thị Thu Huyền Vì đồ án quán trình vàthiết bị trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm là đề tài lớn đầutiên mà em được đảm nhận nên không tránh khỏi những thiếu sót vàhạn chế Do đó em rất mong được sự chỉ dẫn, góp từ các thầy cô đểem có thể hoàn thành tốt đồ án này
Trang 5PHẦN 1 TỔNG QUAN1.1.Tổng quan về cô đặc
Quá trình cô đặc: Là quá trình làm tăng nồng độ của chất tan
(không hoặc khó bay hơi) trong dung môi bay hơi Đặc điểm của quátrình cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, cònchất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dungchất sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tử trong hỗnhợp này cũng bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ ở mỗi nhiệt độ Hơicủa dung môi tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ởnhiệt độ cao có thể đun nóng một thiết bị khác.
Cô đặc nhiều nồi: Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ
thay cho hơi đốt, do đó có ý nghĩa về sử dụng nhiệt hiệu quả Nguyêntắc của cô đặc nhiều nồi là: nồi đầu dung dịch được đun nóng bằnghơi đốt, hơi bốc lên ở nồi này được bốc lên để làm hơi đốt cho nồi thứ2, hơi thứ của nồi thứ 2 được làm hơi đốt cho nồi thứ 3,… Hơi thứ ở nồicuối được đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đi vào lần lượt từ nồiđầu đến nồi cuối, qua mỗi nồi nồng độ của dung dịch tăng dần lên domột phần dung môi bốc hơi Hệ thống này được sử dụng khá phổbiến Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước ranồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi Nhược điểm là nhiệt độnồi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn nồi trước nên độ nhớt củadung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm từnồi đầu đến nồi cuối.
Phương pháp cô đặc hai nồi xuôi chiều: Là phương pháp được sử
dụng khá phổ biến do có ưu điểm là dung dịch tự di chuyển từ nồi 1sang nồi 2 nhờ chênh lệch áp suất giữa hai nồi Nhiệt độ hơi thứ nồi 1lớn hơn nhiệt độ sôi nồi 2 nên hơi thứ nồi 1 được làm hơi đốt cho nồi 2do đó có thể tiết kiệm năng lượng Nhược điểm của nó là nhiệt độ nồisau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn nồi trước nên độ nhớt củadung dịch tăng dần dẫn đến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm từnồi đầu đến nồi cuối.
Trang 6Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm: Vận tốc tuần hoàn
của loại thiết bị này không quá 1,5 m/s Thiết bị cô đặc có ống tuầnhoàn ở trung tâm có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làmsạch Nhưng có nhược điểm là vận tốc tuần hoàn bị giảm vì ống tuầnhoàn cũng bị giảm Thiết bị loại này dùng để cô đặc các dung dịch cóđộ nhớt lớn và những dung dịch có thể có nhiều váng , cặn.
1.2 Giới thiệu về NaOH1.2.1 Tính chất vật lý
Natri hydroxit tinh khiết là chất rắn có màu trắng ở dạng viên,vảy hoặc hạt hoặc ở dạng dung dịch bão hòa 50% Natri hydroxit rấtdễ hấp thụ CO2 trong không khí vì vậy nó thường được bảo quản ởtrong bình có nắp kín Nó phản ứng mãnh liệt với nước giải phóng mộtlượng nhiệt lớn, hòa tan trong etanol và methanol Nó cũng hòa tantrong ete và các dung môi không phân cực, và để lại màu vàng trêngiấy và sợi
Natri hydroxit có tính nhờn, làm bục vải, giấy và ăn mòn da.NaOH là chất rắn màu trắng ở dạng viên, vảy hoặc hạt, có khối lượngmol là 40 g/mol, khối lượng riêng là 2.1 g/cm3, điểm nóng chảy là 318°C, điểm sôi là 1390 °C, Tan nhiều trong nước (98 g/100 mL (10 °C),111 g/100 mL (20 °C), 174 g/100 mL (60 °C))
Trang 7Tác dụng với hợp chất lưỡng tính: NaOH + Al(OH)3 → NaAl(OH)4 2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O
Tác dụng với một số kim loại mà oxit, hydroxit của chúng có tínhlưỡng tính (Al, Zn…):
2NaOH + 2Al + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2↑2NaOH + Zn → Na2ZnO2 + H2↑
Toàn bộ dây chuyền sản xuất xút ăn da (NaOH) là dựa trên phảnứng điện phân nước muối (nước cái) Trong quá trình này dung dịchmuối (NaCl) được điện phân thành Clo nguyên tố (trong buồng anốt),dung dịch Natri hydroxit, và hidro nguyên tố (trong buồng catốt) Nhàmáy có thiết bị để sản xuất đồng thời xút và clo thường được gọi lànhà máy xút-clo Phản ứng tổng thể để sản xuất xút và clo bằng điệnphân là:
2Na+ + 2H2O + 2e− → H2↑ + 2NaOH
Phản ứng điện phân dung dịch muối ăn trong bình điện phân cómàng ngăn:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
Natri hydroxit (NaOH) thường được gọi là xút hoặc xút ăn da Natri hydroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnh khi hòa tan trong dungmôi như nước Nó được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như giấy, dệt nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa, Sản lượng trên thế giới năm 1988 vào khoảng 45 triệu tấn Natri hydroxit cũng được sử dụng chủ yếu trong các phòng thí nghiệm
1.3 Các kiểu buồng điện phân
Điểm phân biệt giữa các công nghệ này là ở phương pháp ngăncản không cho Natri hydroxit và khí Clo lẫn lộn với nhau, nhằm tạo racác sản phẩm tinh khiết.
Trang 8- Buồng điện phân kiểu thủy ngân: Trong buồng điện phân kiểu thủyngân thì không sử dụng màng hoặc màn chắn mà sử dụng thủyngân như một phương tiện chia tách
- Buồng điện phân kiểu màng chắn: Trong buồng điện phân kiểumàng chắn, nước muối từ khong anot chảy qua màng chia táchđể đến khoang catot; vật liệu làm màng chia tách là amian phủtrên catot có nhiều lỗ
- Buồng điện phân kiểu màng ngăn: Còn trong buồn điện phân kiểumàng ngăn thì màng chia tách là một màng trao đổi ion
Trang 9
PHẦN 2: SƠ ĐỒ VÀ MÔ TẢ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
2.1 Sơ đồ công nghệ
Trang 10Các thiết bị trong sơ đồ công nghệ:
2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị.
Nguyên liệu đầu là dung dịch NaOH có nồng độ là 3% được bơm(2) đưa vào thùng cao vị số (3) từ thùng chứa (1), sau đó từ thùng caovị chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (5) Tạiđây dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi cô đặc 1.Ở nồi 1, dung dịch tiếp tục được đun nóng bằng thiết bị đun nóngkiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt đi từ dướilên, hơi nước bão hòa có áp suất at được đưa từ bên ngoài vào buồngđốt để đun nóng dung dịch Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốtbằng cửa tháo nước ngưng Dung môi bốc hơi lên trong phòng bốc gọilà hơi thứ, hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được đưa qua bộ phậntách bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua bọt.Hơi thứ ra khỏi nồi 1 được làm hơi đốt cho nồi 2 để tận dụng nhiệt Docó sự chênh lệch áp suất giữa hai nồi (áp suất nồi sau nhỏ hơn nồitrước) dung dịch từ nồi 1 chảy sang nồi thứ 2 Nhiệt độ của nồi trướclớn hơn nhiệt độ của nồi sau, do đó dung dịch đi vào nồi 2 có nhiệt độcao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch được làm nguội , lượng
Trang 11nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng dung môi gọi là quá trình tựbốc hơi Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơnnhiệt độ sôi của dung dịch do đó cần phải tiêu tốn thêm 1 lượng hơiđốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịchtrước khi đưa vào nồi đầu được đun nóng sơ bộ.
Dung dịch sản phẩm ở nồi 2 được đưa vào thùng chứa sảnphẩm Hơi thứ bốc ra khỏi nồi thứ 2 được đưa vào thiết bị ngưng tụbaromet Trong thiết bị ngưng tụ nước làm nguội từ trên đi xuống,hơi cần ngưng đi từ dưới đi lên, ở đây hơi được ngưng tụ lại thành lỏngchảy qua ống baromet (8) ra ngoài, còn khí không ngưng đi qua thiếtbị thu hồi bọt rồi vào bơm hút chân không.
đảm bảo hoạt động của hệ thống.
Trang 12PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNHCác số liệu đầu:
o Nồng độ đầu của dung dịch: xđ = 3% khối lượngo Nồng độ cuối của dung dịch: xc = 24% khối lượngo Hơi đốt: hơi nước bão hòa
o Áp suất hơi đốt nồi 1: p1 = 4 at
o Áp suất hơi ngưng tụ: p2 = png = 0,2 ato Chiều cao ống truyền nhiệt: H = 3 m
3.1 Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: W [kg/h]
xc) [4-55]=> W =12600×(1− 3
24) = 11025 [kg/h]
3.2 Lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi
o Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1: W1, [kg/h]
o Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2: W2, [kg/h]
Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở 2 nồi là W1:W2= 1:1,04Ta có hệ:{1,04 W 1−W 2=0W 1+W 2=W => {W 1=5404,41[kg /h]W 2=5620,59[kg /h]
3.3 Nồng độ dung dịch trong mỗi nồi
Theo công thức
, % Khối lượng [3-151] Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi 1
x1 =Gđ .Gđ−W 1xđ = 12600.12600−5404,413 = 5,25% Khối lượngNồng độ cuối của dung dịch trong nồi 2
x2 =Gđ .Gđ−W 1−W 2xđ =12600.12600−5404,41−5620,593 = 24% Khối lượngTa được x2 = xc, phù hợp với số liệu ban đầu
Trang 133.4 Chênh lệch áp suất chung của hệ thống ΔP P
Theo công thức:
Δ P= p1−png=4−0,2=3,8 [at]
Trong đó: ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trongthiết bị ngưng tụ png, at
3.5 Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt mỗi nồi
3.5.1 Giả thiết phân bố áp suất hơi đốt giữa 2 nồi
Gọi ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp ppi : chênh lệch áp suất trong nồi thứ i [at]
Giả thiết phân bố áp suất hơi đốt giữa 2 nồi là: ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pp1 : ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pp2 = 2,0:1Ta có : {Δp1+Δp 2= Δp=3,8Δp1−2 Δp2=0 => {Δp2=1,27(at )Δp1=2,53 (at )
3.5.2 Tính áp suất hơi đốt từng nồi suy ra nhiệt độ hơi đốt
Áp suất hơi từng nồi: pi = pi-1 – ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp ppi-1 [at]Ta có: Nồi 1: p1 = 4 at
Nồi 2: p2 = p1 – ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pp1 = 4−2,53=1,47 (at)Tra bảng I.251 [1-314] kết hợp nội suy ta có:
Nồi 1: P1= 4 (at)
- Nhiệt độ hơi đốt: T1 = 142,9 °C
- Nhiệt lượng riêng: i1 = 2744.103 (J/kg)- Nhiệt hóa hơi: r1 = 2141.103 (J/kg)Nồi 2: P2 = 1,47 (at)
- Nhiệt độ hơi đốt: T2 = 110.1 °C- Nhiệt lượng riêng: i2 = 2696,5.103- Nhiệt hóa hơi: r2 = 2233,5.103 (J/kg)
3.6 Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi
Áp dụng công thức: ti′ = Ti+1 + ∆i′′′ [°𝐶] Trong đó:
- Ti là nhiệt độ của hơi đốt cho nồi thứ i, oC- ∆i′′′ là tổn thất nhiệt do trở lực đường ống, oC
Trang 14Chọn ∆1′′′ = ∆2′′′= 1 oCThay số ta được:
(*) Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1 là: 𝑡1′ = 𝑇2 + ∆1′′′ = 110,1 +1= 111,1 ℃
(*) Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 2 là: 𝑡2′ = Tng + ∆2′′′ Với Tng là nhiệt độ nước ngưng ở thiết bị ngưng tụ
Ta có Png = 0,2 (at) ta được Tng = 59,70 oC bảng I.251 [1-314] => t2′ = Tng + ∆2′′′ = 59,7 + 1 = 60,7 (oC)
Tra bảng I-250 [1-312] và nội suy ta có :
+ Nồi 1: với 𝑡1′= 111,1 °C ta được - Áp suất hơi thứ : 𝑃1′ = 1,52 (at)
- Nhiệt lượng riêng:: 𝑖1′ = 2699.103 (J/kg)- Nhiệt hóa hơi: : 𝑟1′ = 2231.103 (J/kg)+ Nồi 2: với 𝑡2′ = 60,7 °C ta được - Áp suất hơi thứ: 𝑃2′ = 0,21 (at)
- Nhiệt lượng riêng: 𝑖2′ = 2608,4.103 (J/kg)- Nhiệt hóa hơi: 𝑟2′ = 2355,6.103 (J/kg)Lập bảng tổng hợp số liệu 1:
p, at T, °C i.103,J/kg
J/kg p’, at t’, °C
r’.103, J/kg
3.7 Tính tổn thất nhiệt độ trong từng nồi
3.7.1 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆i′′)Công thức tính: ∆i′′ = ttbi – ti’ (°C)
- ttbi xác định theo (tương ứng với) áp suất thủy tĩnh Ptbi ở lớp giữacủa khối ( lỏng-hơi) trong ống tuần hoàn, at
- 𝑡𝑖′ nhiệt độ sôi ứng với 𝑝𝑖′ ,at
Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc được tính theo công thức:
Trang 152 )× ρsi× g], (at)Trong đó:
- pi’: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, at.
- h1: Chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoángdung dịch Chọn h1 = 0,5m.
- H: Chiều cao ống truyền nhiệt H = 3 m.
- ρs: Khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , [kg/m3]- g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2.
Tra bảng I.23 [1-35] Khối lượng riêng của dung dịch NaOH – nước và nội suy ta có :Nồi 1: x1 = 5,25 % => ρs1 = 1056,6 (kg/m3)
Nồi 2: x2 = 24% => ρs2 = 1262,9 (kg/m3)
Với nồi 1: Ptb1 = P’1 + [1/2.(h 1+H /2)×(ρs 1× g)]/9,81.104= 1,52 + [1/2.(0,5+3 /2)×(1056,6× 9,81)]/9,81.104= 1,63 at
Tra bảng I.251 [1-314] với Ptb1 = 1,63 => ttb1 = 113,24℃ => ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p1’’ = ttb1 - t’1 = 113,24- 111,1 = 2,14℃
Với nồi 2: Ptb2 = P’2 + [1/2.(h 1+H /2)×(ρs 2 × g)]/9,81.104 = 0,21 + [1/2.(0,5+3 /2)×(1262,9× 9,81)]/9,81.104 = 0,34 at
Tra bảng I.251 [1-314] với Ptb2 = 0,34 at => ttb2 = 71,38℃ => ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p2’’ = ttb2 - t’2 = 71,38 – 60,7 = 10,68℃
∑Δ’’= ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p1’’+ ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p2’’ = 5,77 + 10,68 = 16,45 ℃
Trang 163.7.2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ΔP ’1: dùng phương pháp Tysenco
Theo công thức [4-59]: ∆i'=f ∆0'=16,2 ×Tsi
ri'× ∆o' , [ °C]Trong đó
- ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p0’: Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi củadung môi ở nồng độ nhất định và áp suất khí quyển.
- ri’: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc của thiết bị[ J/kg]
- Tsi: Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc của thiết bị, [ °K]Tra bảng VI.2 [2-67] và nội suy ta có :
X0= 3% => ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’o = 0,8 x1 = 5,25% => ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’o1 = 1,09 ℃ x2 = 24% => ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’o2 = 11,4 ℃Vậy:
ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’1 = f ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’01 = 16,2 (ttb1+273)2
r '1 ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’01 = 16,2 (113,24 +273)2
2232000 1,09 = 1,18℃ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’2 = f ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’02 = 16,2 (ttb2+273)2
r '2 ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’02 = 16,2 (71,38+273)2
3.8.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống
Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:
ΔTi = T1 - Tng - ∑
Δ = 142,9 - 59,7 – 25,3 = 57,9℃Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi :
Trang 17tsi = t’i + Δ'i + Δ''i ts0 = 111,1+0,8=111,9
● Nồi 1: ts1 = t’1 + Δ'1 + Δ''1 = 111,1 + 1,18 + 2,14 = 114,42℃● Nồi 2: ts2 = t’2 + Δ'2 + Δ''2 = 60,7 + 9,30 + 10,68 = 80,68℃Xác định nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi :
● Nồi 1 ΔT1 = T1 - ts1 = 142,9 – 114,42 = 28,48℃● Nồi 2 ΔT2 = T2 - ts2 = 109,7 – 80,68 = 29,02℃Bảng tổng hợp số liệu 2:
Nồi ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’ , [°C] ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’’ , [°C] ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp p’’’ , [°C] ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pT , [°C] ts , [°C]
Trang 18- i1, i2 :nhiệt lượng riêng của hơi đốt đi vào nồi 1, nồi 2, J/kg.độ- i1’,i2’: nhiệt lượng riêng của hơi thứ đi ra khỏi nồi 1, nồi 2, J/kg.độ- 𝜃1, 𝜃2 : nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2, ℃
- 𝐶0, 𝐶1, 𝐶2 : nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2, j/kg.độ- 𝐶𝑛𝑐1, 𝐶𝑛𝑐2 : nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, nồi 2, j/kg.độ
- 𝑄𝑚1 , 𝑄𝑚2 : nhiệt lượng mất mát nồi 1, nồi 2,- 𝑤1, 𝑤2 : lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2, kg/h
- 𝑡𝑠0, 𝑡𝑠1, 𝑡𝑠2: nhiệt độ sôi của dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2, ℃
3 9.1 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch NaOH
Nhiệt độ sôi của dung dịch đi vào các nồi.
Tra bảng I.204 [1-236] và nội suy: ts0= 111,90℃ ts1= 114,42℃ ts2= 80,68 ℃Áp dụng công thức I.43[1-152] :
Đối với dung dịch loãng (nồng độ chất hòa tan không quá 20%):C = 4186.(1-x), [J/kg.độ] (9-1)Trong đó: x là nồng độ chất hòa tan (phần khối lượng).
+ Dung dịch ban đầu có xđ = 3 % Khối lượng nên ta có:C0 = 4186.(1-xđ) = 4186.(1-0,03) = 4060,42 [J/Kg.độ]
+ Dung dịch ra khỏi nồi 1 có nồng độ x1 = 5,25 % khối lượng nên ta có:C1 = 4186.(1-x1) = 4186.(1-0,0825) = 3840,56 [J/Kg.độ]
Áp dụng công thức I.44[3-152] :Đối với dung dịch đặc (x>20%):
C = Cht.x + 4186.(1-x), [J/kg.độ]
Trong đó: Cht là nhiệt dung riêng chất hòa tan khan không có nước [J/Kg.độ].Theo công thức I.41[1-152] ta có:
M.Cht = n1.c1 + n2.c2 + … + nn.cnTrong đó:
- M: Khối lượng mol hợp chất.
- n1, n2,…, nn:Số nguyên tử của nguyên tố trong hợp chất.
Trang 19- c1, c2,…, cn:Nhiệt dung riêng của các nguyên tố tương ứng [J/Kg.độ].- Dung dịch NaOH có MNaOH = 40, n1 = 1, n2 = 1, n3 = 1
Tra bảng I.141[1-152] , ta có:
Na: c1 = 26000 [J/Kg nguyên tử.độ]O: c2 = 16800 [J/Kg nguyên tử.độ] H: c3 = 9630 [J/Kg nguyên tử.độ]
⇨ Cht = 1× 26000+ 1× 16800+1× 963040 = 1310,75 [J/Kg.độ]Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ x2 = 24% khối lượng nên ta có:
C2 = Cht.x2 + 4186.(1 - x2) = 1310,75.0,24 + 4186.(1-0,24) = 3495,94 [J/Kg.độ]
3.9.2 Các thông số của nước ngưng
Nhiệt độ nước ngưng đi ra khỏi thiết bị bằng nhiệt độ hơi đốt đi vào:1 = T1 = 142,9 °C
2 = T2 = 109,7 °C
Tra bảng I.249[1-310] và nội suy với
1 = T1 = 142,9 °C => Cnc1 = 4294,25 J/Kg.độ2 = T2 = 110,1 °C => Cnc2 = 4233,17 J/Kg.độ
3.9.3 Lập hệ phương trình cân bằng nhiệt lượng
*Với nồi 1:
Lượng nhiệt mang vào:
- Do dung dịch đầu: GdC0ts0
- Do hơi đốt: DiLượng nhiệt mang ra:
- Do sản phẩm mang ra: (Gd – W1)C1ts1
- Do hơi thứ: W1i1’
- Do nước ngưng: D×Cnc1×θ1
- Do tổn thất Qm1 = 0,05×(i1 – Cnc1θ1)
Trang 20Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1:
Di1 + GdC0ts0 = W1i1’ + (Gđ – W1)C1ts1 + DCnc1 1 + Qm1*Với nồi 2:
Lượng nhiệt mang vào:
- Do dung dịch từ nồi 1: (Gd – W1)C1ts1
- Do hơi đốt: W1i2Lượng nhiệt mang ra:
- Do sản phẩm mang ra: (Gđ – W1 - W2)C2ts2
- Do hơi thứ: W2i2’
- Do nước ngưng: W1×Cnc2×θ2
- Do tổn thất Qm2 = 0,05W1(i2 – Cnc2θ2)Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 2:
W1i1 + (Gđ – W1)C1ts1 = W2i2’ + (Gđ – W1 - W2)C2ts2 + W1Cnc2 2 + Qm2
¿D i1+GđC0ts 0=W1i1’+(Gđ– W1)C1ts 1+D Cnc 1θ1+ 0,05(Di 1−Cnc1θ1)
¿W1i1+(Gđ– W1)C1ts 1=W2i2’+(Gđ– W1−W2)C2ts 2+W1Cnc2θ2+ 0,05 W1(i2−Cnc 2θ2)Giải hệ phương trình này ta được:
¿
Thay số vào phương trình ta có:
{ W1=12600 (3495,94 80,68−3840,56 114,42)+11025 (2608400−3495,94 80,68 )2608400−3840,56 114,42+0,95 (2696500−4233,17 110,1)
Trang 21=> {W1=5519,04[kgh ]
W2=5505,96[kgh ]
D=6068,97[kgh ]
Trang 22
Kiểm tra sai số:
Với nồi 1: ε1 = |W1−W¿1|
W¿1 100% = |5519,04−5404,41|
5404,41 100% = 2,12% < 5%Với nồi 2: ε2 = |W 2−Wgt 2Wgt 2 |.100% = |5505,96−5620,595620,59 |.100% = 2,04% < 5%Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giả thiết.
Xác định lại tỉ lệ phân phối hơi giữa các nồi trong hệ: W1 : W2 = 1 : 1,00Lập bảng số liệu 3:
3.10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi
3.10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α1i khi ngưng tụ hơi
Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt:Nồi 1 là: ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt11 = 3,23 [ °C]
Nồi 1 là: ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt12 = 3,12 [°C]
Trong phòng đốt thẳng đứng (H<6m), hơi ngưng bên ngoài ống, màng nước ngưngchảy dòng nên hệ số cấp nhiệt tính theo công thức [2-58]:
α1 ,i = 2,04× Ai×( ri
∆ t1i H)0,25 [W/m2.độ]Trong đó:
Trang 23- 𝐻 : chiều cao ống truyền nhiệt, H=3m
- 𝛼1𝑖: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi ở nồi thứ i , ( w/𝑚2)
- ∆𝑡1𝑖: hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía bề mặt tường tiếp xúc vớihơi nước ngưng của nồi i, ℃
- r : ẩn nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt , 𝑗/kgGiá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm
Nhiệt độ màng tính theo công thức:
=> tm1 = T1−ΔT 112 = 142,9−3,232 = 141,29 [°C] tm2 = T2−ΔT 122 = 110,1−3,122 = 108,54 [°C]
Tra hệ số A theo tm: trong bảng A-t, tài liệu [2-29] và nội suy ta có:Với tm1 = 141,29°C => A1 = 194,19
Với tm2 = 108,54 °C => A2 = 182,84Thay các số liệu vào ta có:
α11 ¿2,04 A 1 ¿¿8588,76 [W/m2.độ]
α12 ¿2,04 A 2.¿¿8243,83 [W/m2.độ]
3.10.2 Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ
Gọi q1i : Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ iTa có: q1i = α1i ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt1i [W/m2] [3-333] => q11 = α11 ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt11 = 8588,76.3,23=27741,68[W/m2]
q12 = α12 ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt12 =8243,83.3,12=25720,74 [W/m2]Lập bảng tổng hợp số liệu 4:
Nồi ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt1i , [°C] tm , [°C] A α1i , [W/m2.độ] q1i , [W/m2]
Trang 24- ∆𝑡2𝑖 : hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch,ta có: ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt2i = tT2i – tddi = ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pTi - ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt1i - ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp ptTi (°C)
Hiệu số nhiệt độ ở hai bề mặt thành ống truyền nhiệt:∆tTi = q1i.∑r , ℃
Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt : ∑ r = r1 + r2 + σλ [𝑚2 độ/w] [4-3]Với: r1, r2: Nhiệt trở cặn bẩn ở 2 phía của thành ống.
- Tham khảo bảng V.1, tài liệu [2-4]:
- Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch: r1 = 0,387.10-3 m2.độ/W- Nhiệt trở cặn bẩn phía hơi bão hòa: r2 = 0,232.10-3 m2.độ/W
- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống lấy theo bảng XII.7, tài liệu [4-313] ta có:- λ: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt (thép không gỉ, bền nhiệt
và chịu nhiệt) Chọn thép Cacbon CT3: λ = 50 [W/m2.độ]- Bề dày thành ống truyền nhiệt lấy δ = 2.10-3 m
Trang 25,[2-71Trong đó:
- λ: Hệ số dẫn nhiệt [W/m2.độ]- ρ: Khối lượng riêng [kg/m3]
- C: Nhiệt dung riêng [J/Kg.độ]
- λ, ρ, μ, C tra theo nhiệt độ của dung dịch: ts1= 114,42℃ ts2= 80,68 ℃ ;
Các thông số của nước
+ Tra bảng I.249 [1-311] và nội suy ta có:
Nồi 1: ts1 = 114,42°C => 𝝀nc1 = 0,69 [W/m.độ] Nồi 2: ts2 = 80,68 °C => 𝝀nc2 = 0,68 [W/m.độ]+ Tra bảng I.5 [1-11] và nội suy ta có:
Nồi 1: ts1 = 114,42°C => ρnc1 = 947,64[kg/m3] Nồi 2: ts2 = 80,68°C => ρnc2 = 971,40 [kg/m3]+ Tra bảng I.148 [1-166] và nội suy ta có:
Nồi 1: ts1 = 114,42°C => Cnc1 = 4241,17[J/kg.độ] Nồi 2: ts2 = 80,68°C => Cnc2 = 4199,65 [J/kg.độ]+ Tra bảng I.104 [1-96] và nội suy ta có:
Nồi 1: ts1 = 114,42°C => μnc1 = 0,245.10-3 [Ns/m2] Nồi 2: ts2 = 80,68°C => μnc2 = 0,354.10-3 [Ns/m2]
Các thông số của dung dịch:
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch NaOH tính theo công thức:
A: Hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết A = 3,58.10-8
Trang 26Cdd: Nhiệt dung riêng của dung dịch Tính toán ở bước 9 ta có:Cdd1 = 3840,56 [J/kg.độ] , Cdd2 = 3495,94 [J/kg.độ]
Khối lượng riêng của dung dịch NaOH Tra bảng I.23 [ 1-35 ],nội suy và dựng đồ thịtrên excel ta có:
Nồi 1: ts1 = 114,42°C và x1 = 5,25% Khối lượng => ρdd1 = 1013,65 [kg/m3]Nồi 2: ts2 = 80,68°C và x2 = 24% Khối lượng => ρdd2 = 1225,4 [kg/m3]Khối lượng mol M tính theo công thức :
Trong đó phần mol của NaOH trong dung dịch là:
Nồi 1 : NNaOH=
5,25 %405,25 %
40 +
= 2,43(%mol)
→ M1 = 40×2,43100 + 18×(1−2,43100 ) = 18,54(kg/mol)
Nồi 2 : NNaOH=
MH 2 O
24 %4024 %
40 +76 %
= 12,44(%mol)
→ M2 = 40 12,44100 + 18.(1−12,44100 ) = 20,74(kg/mol)Như vậy ta có
λdd1 = A.Cdd1.ρdd1.√3 ρdd 1
M1 = 3,58.10-8 3840,56 1013,65.3
√1013,6518,54 = 0,529 (W/m.độ)
λdd2 = A.Cdd2.ρdd2.3
√ρdd 2
M2 = 3,58.10-8.3495,94 1225,4.3
√1225,420,74 = 0,597 (W/m.độ)
Độ nhớt của dung dịch tính theo công thức Pavalov:
Trang 27[1-85]Trong đó:
Tra θ1, θ2 dựa vào Bảng I.102 [1-94]Theo công thức Pavalov:
Nồi 2: (tương tự như nồi 1)
Lấy nước làm chất tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ x1=24%Chọn t1= 600C, ta có µ12= 1,99.10-3 (N.s/m2) θ12= 19,51 0CChọn t2= 800C, ta có µ22= 1,55.10-3 (N.s/m2) θ22= 28,850CTra µ1, µ2 dựa vào Bảng I.107 [1-100]
Tra θ1, θ2 dựa vào Bảng I.102 [1-94]Theo công thức Pavalov:
=> 19,51−22,8560−80 =80−80,68
=> θ32 = 28,96°C
Trang 28Thay vào bảng I.102[1-94] và nội suy với θ32 = 28,96°C ta đượcμdd2 = 0,819.10-3 [N.s/m2]
Thay các số liệu vào công thức tính hệ số hiệu chỉnh ta có:Ψ1 = (0,529
0,69 )
¿ = 0,776 < 1Ψ2 = (0,5970,68 ¿ ¿0,565¿= 0,729 < 1Thay vào công thức ta có:
α2i = 45,3.(pi’)0,5.ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt2i2,33.ψi [W/m2.độ] α21 = 45,3.(p '1¿ ¿0,5.(Δt¿¿21)2,33.¿Ψ1
= 45,3.1,520,5 6,972,33.0,776=3995,89[W/m2.độ]α22 = 45,3.(p '2¿ ¿0,5.(Δt¿¿22)2,33.¿Ψ2
3.10.4 Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch
Theo công thức: q2i = α2i ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt2i [W/m2]Thay số vào có:
q21 = α21 ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt21 = 3995,89.6,97 = 27851,35 [W/m2]
Trang 29q22 = α22 ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt22 = 2766,47.9,35 = 25866,49[W/m2]q11 = α11 ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt11 = 8588,76.3,23=27741,68[W/m2]q12 = α12 ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt12 =8243,83.3,12=25720,74
3.10.5 So sánh q1i và q2i
Sai số:
Nồi 1: ε1 = |q11−q21|
q11 100% = |27741,68−27851,3527741,68 |.100% = 0,39% < 5%Nồi 2: ε2 = |q12−q22|
q12 100% = |25720,74−25866,49|
25720,74 100% = 0,57% < 5%Vậy ta chấp nhận giả thiết: ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt11 = 3,23 °C; ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt12 = 3,12°C
Ta có bảng số liệu sau 6:
Nồi ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pt2i (°C) Ψi α2i (W/m2.độ) q2i (W/m2)
3.11 Xác định hệ số truyền nhiệt của từng nồi
Tính theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích điều kiện bề mặt truyềnnhiệt các nồi bằng nhau:
Trang 303.12.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi
Ta có công thức:
(
C)Có: QK1
976 = 3698,11 (m2.độ) ;
876,74 = 3905,50 (m2.độ)
Tính hiệu số hữu ích của từng nồi theo công thức :
ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pTi¿
= (ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pT1+ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pT2) .QiKiQ1K1+
Nồi 1: ∆ T1¿
= (28,48+29,42).3698,11+3905,503698,11 = 28,16 (°C)Nồi 2: ∆ T2¿
−∆ T2|
∆ T2 100% = |29,74−29,42|
29,42 100% = 1,09% <5%Vậy ta chấp nhận giả thiết: ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pp1:ΔP là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp pp2 = 2,0:1
Trang 31Thay số vào công thức trên ta có:
Nồi 1: F1 = 3609351,33976.28,16 = 131,32(m2)Nồi 2: F2 = 876,74.29,743424104,4 = 131,32(m2)Vậy F1 = F2
PHẦN 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
Trong tính toán cơ khí ta chỉ cần tính cho nồi 1, thông số nồi 2 lấy giống nồi 1.
4.1 Buồng đốt nồi cô đặc
Thiết bị làm việc ở áp suất thấp (<1,52 N/m2), chọn nhiệt thành thiết bị là nhiệt độ môi trường, đối với thiết bị đốt nóng có cách nhiệtbên ngoài Chọn thân hình trụ hàn, làm việc chịu áp suất trong, kiểu hàn giáp mối hai bên, hàn tay hồ quang điện, vật liệu chế tạo là thép bền không gỉ X18H10T Khi chế tạo cần chú ý:
F – diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, m3.
H – chiều cao của ống truyền nhiệt, m.
dtr– đường kính trong của ống truyền nhiệt, m Theo bảng [2-81], chọn:
Đường kính ngoài của ống là: dng = 38 (mm) Bề dày ống truyền nhiệt: δ= 2 (mm)
Đường kính trong của ống truyền nhiệt là:
Trang 32dtr= dng – 2.δ=¿ 38 – 2.2 = 34 (mm) Chiều dài ống truyền nhiệt là 3 (m)
Số ốngtrên đường
ống xuyêntâm
Tổng sốốngkhông kể
các ốngtronghình viên
Số ống tronghình viên
trongcác hình
Tổng sốống củathiết bịDã
y 1Dãy 2
Dãy 3
(*) Xác định đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm:
tổng thiết diện tất cả các ống truyền nhiệt:
Fth = 0,3986.25% = 0,0996 (m2) Đường kính trong của ống tuần hoàn trung tâm là:
Trang 33Ta có bước ống t = .dn = 1,316 38 = 50 (mm)
Khi lắp ống tuần hoàn trung tâm vào cùng trong mạng ống truyền nhiệt, cần phải bỏ đi một số hình lục giác Vì khoảng cách bước ống t= 50 (mm) nên:
=dtht =
40050 =8
Chọn n’=8 Vậy cần bỏ đi 4 hình lục giác tương đương 61 ống(*) Kiểm tra lại bề mặt truyền nhiệt.
4.1.2 Tính đường kính trong của buống đốt
Đối với thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm có các ốngtruyền nhiệt sắp xếp theo hình lục giác đều Đường kính trong củabuồng đốt được tính theo công thức:
Trang 34o t – bước ống của chùm ống truyền nhiệt trong buồng đốt;o dng – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m)
o ψl – hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψl=( 0,7÷ 0,9 ), chọn ψl= 0,9o L – chiều dài của ống truyền nhiệt (m)
o dth−¿ đường kính ngoài của ống tuần hoàn (m)
o α=60 độ do xếp theo hình lục giác đều, ba ống cạnh nhau ở 2 dãy sát nhau tạo thành 1 tam giác đều có góc ở đỉnh bằng 60 độ.
4.1.3 Tính chiều dày thân buồng đốt
Thân hình trụ hàn, là việc chịu áp suất trong, kiểu hàn giáp nối hai bên, hàn tay bằng hồ quang điện Tra bảng XII.51 [2-352] chọn vật liệu chế tạo là thép X18H10T
Bề dày buồng đốt được xác định bởi công thức XIII.8 [2-360]
2[σb]φ− pb
+C (m)
Trong đó:
o Dtr−đường kínhtrong của buồng đốt (m)
o φ – hệ số bền của thân trụ theo phương dọc
o C – giá trị số bổ sung do ăn mòn, do bào mòn và dung sai về chiều dày (m)
o pb– áp suất làm việc trong thiết bị (N/m2)o [σb] - ứng suất cho phép (N/m2)
C= C1 + C2 + C3 , mTrong đó:
Trang 35o C1: bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị Đối với vật liệu bền (0,05÷ 0,1 mm/năm¿lấy C1= 1 (mm).
o C2: bổ sung do hao mòn chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn ở trong thiết bị, chọn C2= 0 (mm)
o C3: bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu Tra bảng XIII.9 [2-364] Chọn C3 = (0,4 mm)
(*) Xác định ứng suất cho phép:
Khi tính toán sức bền của thiết bị trước hết cần xác định ứng suất cho phép Đại lượng ứng suất cho phép phụ thuộc vào dạng ứng suất, đặc trưng bền của vật liệu chế tạo, nhiệt tính toán, công nghệ chế tạo và điều kiện sản suất Ứng suất cho phép được xác định theo công thức XIII.1, XIII.2 [2-355].
[𝜎k] =σk
nkη N/m2 XIII.1 [2 - 355] [𝜎c] =σc
ncη N/m2 XIII.2 [2 - 355]Trong đó:
o nk, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy Tra bảng XIII.3 [2 - 356] với thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định được nk = 2,6 và nc = 1,5.
o [𝜎k], [𝜎c]: ứng suất cho phép khi kéo, theo giới hạn chảy.
o 𝜎k: giới hạn bền khi kéo Tra bảng XII.4 [2 - 309] với thép khônggỉ X18H10T dày 4-25 mm ta được 𝜎k = 550.106 (N/m2).
o 𝜎c: giới hạn chảy Tra bảng XII.4 [2 - 309] với thép không gỉ X18H10T dày 4-25mm ta được 𝜎c = 220.106 (N/m2).
o η: hệ số hiệu chỉnh Các chi tiết bộ phận không bị đốt nóng hay được cách ly với nguồn nóng trực tiếp (nhóm thiết bị 2) Các thiết bị dùng để sản suất ở áp suất cao (loại 1) Tra bảng XIII.2 [2 - 356] ta xác định được η=0,9.
Trang 36Suy ra:
[𝜎k] =550.102,66.0,9=190,38.106(N/m2)[𝜎c] =220.106.0,9
1,5 =132,00.10
(N/m2)Vậy ứng suất cho phép của vật liệu là:
[𝜎] = min {[𝜎k], [𝜎c]} = [𝜎k]¿132,00.106(N/m2)(*) Xác định áp suất làm việc (áp suất trong thiết bị)
Môi trường làm việc là hỗn hợp hơi – lỏng, áp suất được tính như sau:pb = pmt + p1
pmt: áp suất hơi trong thiết bị = 4 at = 4.98100= 392400(N/m2 )
ptt: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng: ptt = ρ𝐻gTrong đó :
- ρ: khối lượng riêng chất lỏng
- H: chiều cao cột chất lỏng, H = Hống + hb = 3 + 0,3 + 0,5 = 3,8 (m)
- g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2 )
Thay số vào ta có Ptt= 1013,65 9,81.3,8= 37786,84 N/m2Vậy Pb =37786,84 + 392400 = 430186,84 (N/m2) (*) Xác định chiều dày buồng đốt:
Trang 37Đảm bảo điều kiện Vậy chọn chiều dày phòng đốt là S = 6 (mm)
4.1.4 Tính chiều dày lưới đỡ ống
Chiều dày lưới đỡ ống phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Để đáp ứng yêu cầu này chọn chiều dày tối thiểu của mạng ống là S’= 13 (mm)
Để đáp ứng yêu cầu này thì chiều dày mạng ống là S = S’ + C = 13 + 1,4 = 14,40 (mm) => Chọn S = 15 mm
nung cũng như sau khi nung ống.
Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống là f ≥ fmin
Tiết diện dọc giới hạn bởi ống là 𝑓 = 𝑆 (𝑡 − 𝑑𝑛) ≥ 𝑓𝑚𝑖𝑛 = 4,4𝑑𝑛 + 12 (𝑚𝑚2)
Trong đó:
o S: Là chiều dày mạng ống, mm
Trang 38Để thỏa mãn yêu cầu này ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giớihạn bền uốn với điều kiện
σu'= pb
l ).(Sl )
≤ σ u=1,4 132,00.106(¿184,80.106)
Vậy thỏa mãn điều kiện nên chọn chiều dày lưới đỡ ống là S =15 mm