Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là bài báo cáo Thiết kế Cô Đặc 1 nồi cho sinh viên học Công nghệ cần thiết để báo cáo. Tài liệu tham khảo cho các bạn cần. Được các giảng viên đại học và giảng viên bộ môn chỉnh sửa và hoàn thiện để cho sinh viên có thể báo cáo hội đồng.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI DUNG DỊCH NACL Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện: Lớp: Mã số sinh viên: TP.HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2022 BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHCN TP.HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TÍNH TOÁN HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HĨA HỌC KHOA: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC BỘ MƠN: MÁY & THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN: Tên nhiệm vụ: Tính toán hệ thớng và thiết kế thiết bị cô đặc nồi liên tục dùng để cô đặc dung dịch NaCl với suất theo nhập liệu 1800 kg/h Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung và số liệu ban đầu) a Số liệu ban đầu: - Nồng độ 10% khối lượng - Nồng độ cuối 42% khối lượng - Các thống số khác tự chọn b u cầu: - Tổng quan và quy trình cơng nghệ PFD - Cân vật chất và cân lượng cho toàn hệ thống công nghệ PFD - Tính toán chi tiết cho thiết bị quy trình cơng nghệ PFD c Bản vẽ: - Bản vẽ qui trình cơng nghệ PFD (1 bản A1) - Bản vẽ chi tiết thiết bị (1 bản A1) Ngày giao nhiệm vụ bài tập lớn: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ và tên người hướng dẫn: ThS Nguyễn Minh Tiến Tp Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 08 năm 2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) Nguyễn Minh Tiến LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em chân thành cảm ơn đến Thầy ThS Nguyễn Minh Tiến, đã tận tình hướng dẫn các bạn sinh viên và có cả bản thân em śt quá trình giảng dạy online dịch bệnh Covid-19 diễn biến phức tạp Mặc dù có chút thiệt hòi cho sinh viên tụi em, chút khó khăn việc giảng dạy của thầy các bạn sinh viên và bản thân em cũng đã hoàn thành đồ án học phần “Các quá trình và thiết bị hóa hoc” với đề tài Tính toán và thiết kế hệ thống cô đặc nồi liên tục dùng để đặc dung dịch NaCl Vì đồ án “Quá trình và thiết bị” là đề tài lớn mà bản thân em đảm nhận mùa dịch Covid-19 hiện tại bây giờ, nên vẫn còn thiếu xót và hạn chế quá trình thực hiện là tránh khỏi Do đó, em mong nhận thêm sự góp ý, dẫn từ thầy để củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn Em chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện học tập online thuận lợi, học tập tốt và toàn diện để chúng em học tập Ći em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công sự nghiệp cao quý, đạt nhiều thành tích tớt đẹp cơng việc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm bảng số: .Điểm chữ: Tp.HCM, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm bảng số: .Điểm chữ: Tp.HCM, ngày tháng năm 2021 Giáo viên phản biện MỤC LỤC Phần I TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC I Nhiệm vụ đồ án Nhiệm vụ của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc nồi liên tục để cô đặc NaCl Năng suất nhập liệu tính theo nguyên liệu đầu vào 1800 kg/h và nồng độ 18% đến 42% khối lượng II Giới thiệu chung về nguyên liệu NaCl 2.1 Nguồn gốc và trạng thái tự nhiên - NaCl hay còn gọi là muối ăn có khối tinh thể màu trắng, có vị mặn, tan nước và phân ly thành ion - Sư dụng phổ biến là đồ gia vị và chất bảo quản thực phẩm - Phổ biến tự nhiên (nước biển, muối mỏ, ) 2.2 Tính chất vật lý của muối NaCl - Các đặc điểm vật lý của muối Natri Clorua: + Công thức hoá học: NaCl + Điểm nóng chảy: 801oC (1074oK) + Mật độ tỷ trọng: 2,16 g/cm3 + Điểm sôi: 1465oC (1738oK) + Độ hoà tan nước: 35,9g/100mL (25oC) + Khối lượng mol: 58,4 g/mol - NaCl tạo thành các tinh thể có cấu trúc cân đối lập phương - Các ion Cluarua lớn xếp khới kép kín lập phương - Các ion Natri nhỏ điền vào các lỗ hổng bát diện 2.3 Tính chất hoá học của muối Natri Clorua - Là chất điện ly mạnh phân li hoàn toàn nước sản phẩm là các ion dương - Là muối bazơ khá mạnh và axit mạnh nên nó mang tính trung tính đó tương đới trơ mặt hoá học 2.4 Ứng dụng: Muối NaCl có nhiều ứng dụng đời sống và sản xuất, nó dùng để: + Làm gia vị và bảo quản thực phẩm Muối iot là muối ăn NaCl có trộn them KIO + KI + Làm nguyên liệu để sản xuất: Na, NaOH, H2, Cl2, Na2CO3, nước gia – ven NaClO, … + Muối Natri Clorua dùng để sát trùng vết thương tốt + Muối giúp cân sinh lý thể giúp gia súc, gia cầm phát triển khỏe mạnh, giảm bệnh tật 2.5 Các phương pháp sản xuất muối Natri Clorua: - Sản xuất muối biển phương pháp bay mặt bằng: + Phương pháp phơi cát + Phương pháp phơi nước - Sản xuất muối biển phương pháp bay cưỡng bức: + Phương pháp cô đặc nồi hở + Phương pháp bay chân không - Các phương pháp sản xuất muối khác: + Phương pháp điện thẩm tích + Phương pháp ngâm chiết lòng đất III Khát quát về cô đặc 3.1 Định nghĩa - Cơ đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hoà tan dung dịch cách tách phần dung môi nhiệt độ sôi, dung môi tác khỏi dung dịch bay lên gọi là thứ - Mục đích của quá trình đặc: + Làm tăng nồng độ của chất hoà tan dung dịch + Tách chất rắn hoà tan dạng rắn (kết tinh) + Tác dung môi dạng nguyên chất (nước cất) - Đặc điểm của quá trình đặc là dung môi tách khỏi dung dịch dạng hơi, còn dung chất hoà tan dung dịch không bay hơi, đó nồng độ của dung dịch tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, quá trình chưng cất các cấu tử hỗn hợp bay khác nồng độ hỗn hợp Hơi của dung môi tách quá trình đặc gọi có nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng thiết bị khác, nếu dùng thứ đun nóng thiết bị ngoài hệ thớng đặc ta gọi đó là phụ - Truyền nhiệt quá trình cô đặc có thể trực tiếp gián tiếp, truyền trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng nước bão hoà để đốt nóng 3.2 Các phương pháo đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái dưới tác dụng của nhiệt áp suất riêng phần của nó áp suất tác dụng lên mặt thoáng chât lỏng Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức nào đó cấu tử tách 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 nhiệt đọ cao hay thấp và phải dùng đến máy lạnh 3.3 Phân loại - Theo sự bớ trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng - Theo chất tải nhiệt: đun nóng (hơi nước bão hòa, quá nhiệt), khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước áp suất cao…) bằn dòng điện Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm 3.4 Bản chất của sự cô đặc nhiệt - Để tạo thành (trạng thái tự do), tớc độ chuyển động nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ lượng thực hiện quá trình này - Bên cạnh đó, sự bay xảy chủ yếu là các bọt khí hình thành quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng các phần tử bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên nồi cô đặc Tách khơng khí và lắng keo (protit) ngăn chặn sự tạo bọt cô đặc 3.5 Ứng dụng cô đặc - Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… - Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ… - Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù cô đặc là hoạt động gián tiếp nó cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là tất yếu Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao Do đó, yêu cầu đặt cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc IV Thiết bị cô đặc dùng phương pháp nhiệt 4.1 Phân loại và ứng dụng 4.1.1 Theo cấu tạo Người ta thường tiến hành phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau: - 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 tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Bao gồm: • Có buồng đớt (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn ngoài • Có buồng đớt ngoài (khơng đồng trục buồng đốt) - 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 bề mặt truyền nhiệt bao gồm: • Có buồng đớt ớng tuần hoàn ngoài • Có buồng đốt ngoài ống tuần hoàn ngoài - Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc lâu làm biến chất sản phẩm Đặt biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm dung dịch nước trái cây, nước ép hoa quả… Bao gồm: • Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngoài: dung dịch sơi tạo bọt khó vỡ • Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt hay ngoài: dung dịch sơi tạo bọt và bọt dễ vỡ 10 S= S= Trong đó: y : yếu tố hình dạng D’: đường kính đới với đáy có gờ, mm (theo hình XIII.16, STQTTB T2, 400) [σu] - ứng suất cho phép của vật liệu ́n, N/m2 Tính ứng suất [σu] = [σ] theo bảng (XII.6, STQTTB T2, 312) với [σu] phụ thuộc vào nhiệt độ tường tT2 = 103 0C → [σu] = [σ] = 127,11.106 (N/m2) - Các đại lượng P, φh, φ, C tính toán với thân hình trụ chịu áp suất Từ kết quả tính toán buồng đớt ta có: C = 1,4 (mm), [φh] = 0,9 - Áp suất bên thiết bị: P = Pmt + P1 (N/m2) với: + P1 – áp suất thủy tĩnh phần dưới của thân thiết bị P1 = ρddsgH + Pmt = P0 (81,2 oC) = 0,52 (at) = 50994,58 (N/m2) + (NaCl) = tại xtb = 26%, tsdd(ptb) = 91,22 (NaCl) = 1155,26 (kg/m3) với : H’ - Chiều cao chất lỏng đáy thiết bị đến mặt thoáng chất lỏng H’= H1+ H2+ Hf+ Hn (m) H1: Chiều cao thích hợp của dung dịch sơi H2: Chiều cao ống truyền nhiệt Hf = 0,04 (m) (dữ liệu trên): Chiều cao gờ Hn = 0,544 (m) (dữ liệu trên): Chiều cao hình nón → H’= H1+ H2+ Hf + Hn → H’= 0,3+1,5+0,04+0,544 = 2,384 (m) → P = 50994,58 + 1155,26.9,81.2,384= 32117,6 (N/m2) Vậy : S= 45 - ⇒ lấy S = mm Xác định đường kính D’: D’ = Dt – 2[Rδ( 1- cosα) + 10S sinα] = 0,6-2[0,09(1-cos30) + 10*2.10-3 sin30] = 0,574 (m) - Xét biểu thức : ⇒ 0,5[Dt – 2Rδ(1-cosα) + d] = 0,5[0,6 - 2*0,09(1- cos30) + 49,5.10-3] = 0,31 (m) → D’ = 0,574 > 0,31 → Tính bề dày S theo công thức (XIII.53/ [2]/tr399): S= Xét → Nên có thể bỏ qua đại lương P công thức tính S - Vậy : S= Chọn theo tiêu chuẩn (XIII.21, STQTTB T2, 394) S = (mm) Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thủy lực công thức : - - S= - = 4,55.106 (N/m2) Xét : (N/m2) S = (mm) 2.3 Tính kích thước các ớng dẫn Đường kính của các ớng tính tổng quát theo cơng thức (VI.41), tr.74, [2]: Trong đó: G – lưu lượng khối lượng của lưu chất; kg/s – tốc độ của lưu chất; m/s ρ – khối lượng riêng của lưu chất; kg/m3 v – thể tích riêng của lưu chất; m3/kg 2.3.1 Đường kính ống dẫn nhập liệu Nhập liệu dung dịch NaCl nhớt, nên chọn = (m/s) (tr.74, [2]) và có Gđ = 1800 kg/h 46 Tra bảng (I.57, tr.45, [1]) ta có khối lượng riêng dung dịch NaCl xtb =26 %, tại tsdd(ptb) = 91,22 oC có ρddNaCl = 1153,23 (kg/m3) Quy chuẩn theo bảng XIII.26,tr 413, QTTB tập 2, ta chọn dt = 20 mm và dn = 25 mm 2.3.2 Đường kính ống dẫn tháo liệu Tháo liệu dung dịch NaCl nhớt, nên chọn = (m/s) (tr.74, [2]) và có Gc = 428,57 kg/h Tra bảng (I.57, tr.45, [1]) ta có khối lượng riêng dung dịch NaCl xtb = 26 %, tại tsdd(ptb) = 91,22 o C có ρddNaCl = 1153,23 (kg/m3) Quy chuẩn theo bảng XIII.26, tr.413, QTTB tập 2, ta chọn dt = 15 mm và dn = 18 mm 2.3.3 Đường kính ống dẫn đốt Lượng đốt biểu kiến D = 1503,83 kg/h = 0,42 kg/s (đã tính toán phần cơng nghệ) Dẫn nước bão hoà áp suất PD = at, t = 132,7 oC → v = 0,618 (m3/kg) và ρ = 0,618 kg/m3 (tra bảng I.251, trang 315, [1]) Chọn = 20 m/s (trang 74, [2]) (Với G = D) Quy chuẩn theo bảng XIII.26, tr.413, QTTB tập 2, ta chọn dt = 150 mm và dn = 159 mm 2.3.4 Đường kính ống dẫn thứ Lưu lượng khối lượng: W = 1371,43 kg/h = 0,38 kg/s Dẫn nước bão hoà áp suất P = at Chọn = 20 m/s (hơi nước bão hoà) (trang 74, [2]), ρ = 0,618 kg/m3 (tra bảng I.251, trang 315, [1]) Quy chuẩn theo bảng XIII.26, QTTB tập trang 415, ta chọn dt = 250 mm và dn = 273 mm 2.3.5 Đường kính ống dẫn khí không ngưng Quy chuẩn theo bảng XIII.26, QTTB tập trang 410, Chọn dt = 20 mm; dn = 25 mm 47 2.4 Chọn mặt bích 2.4.1 Các ống dẫn Mặt bích làm thép CT3, tra bảng XIII.26, trang 409-416, [1]: Kiểu bích Kích thước nới Ớng Py.10-6 (N/m2) Dy Dn Bu lông Dt D D1 db (mm) z H (mm) cái Nhập liệu 0,6 20 25 105 75 58 M12 14 Tháo liệu 0,6 15 18 80 55 40 M10 10 Hơi đốt 0,6 150 159 300 250 318 M22 30 Hơi thứ 0,6 250 259 535 495 465 M20 16 22 Khí khơng ngưng 0,6 20 25 90 65 50 M10 12 2.4.2 Nới b̀ng bớc và b̀ng đớt Mặt bích làm thép CT3 là phận quang trọng để nối các phần của thiết bị cũng các phận khác với thiết bị Hệ thống cô đặc tính có áp suất làm việc khơng cao nên chọn loại bích liền để nới các phận của thiết bị Sớ liệu mặt bích nới với buồng đớt và buồng bốc thể hiện bảng sau: - Buồng đốt và buồng bốc nối với theo đường kính buồng đớt Dt = 600 mm - Áp suất tính toán của buồng bớc là 0,52366 N/mm2 ⇒ Chọn dự phòng áp suất thân là Py = 0,6 N/mm2 để bích kín thân - Các thơng sớ của bích tra từ bảng XIII.27, trang 419, [2] 48 B̀NG BỚC – B̀NG ĐỚT Kích thước nới Py Dt N/mm2 mm 0,6 600 Db D D1 D0 mm 740 690 650 611 Kiểu bích Bu lơng Db Z h �đệm mm cái mm mm M20 20 20 2.4.3 Nối buồng đốt và đáy - Buồng đốt và buồng đáy nối với theo đường kính buồng đớt Dt = 600 mm - Áp suất tính toán của đáy là 0,52366 N/mm2 ⇒ Chọn dự phòng áp suất thân là Py = 0,6 N/mm để bích kín thân Bích làm thép CT3 - Các thơng sớ của bích tra từ bảng XIII.27, trang 419, [2]: ĐÁY – BUỒNG ĐỐT Kích thước nới Py Dt N/mm2 mm 0,6 600 Db D D1 D0 mm 740 690 650 611 Kiểu bích Bu lông Db Z h �đệm mm cái mm mm M20 20 20 2.4.3 Nồi buồng bốc và nắp - Buồng buồng bốc và nắp nối với theo đường kính buồng bớc Dt = 1200 mm ⇒ Chọn dự phòng áp suất thân là Py = 0,3 N/mm2 để bích kín thân - Các thơng sớ của bích tra từ bảng XIII.27, QTTB tập trang 422: B̀NG BỚC - NẮP Kích thước nới Py Dt D Db D1 D0 49 Kiểu bích Bu lông Db Z h �đệm N/mm2 mm 0,3 1200 mm 1340 1290 1260 1113 mm cái mm mm M20 24 22 2.5 Tính toán khối lượng và chọn tai treo thiết bị Tai treo (giá đỡ) là phận dung để giữ thiết bị vào phần vị trí định quá trình hoạt động Kích thước và hình dáng của tai treo phụ thuộc vào các ́u tớ định như: đặc tính của tải trọng , vào vật liệu làm thiết bị, trọng lượng của thiết bị Tai treo thiết bị: Chọn tai treo làm vật liệu OX18H10T gắn với buồng đốt Vị trí gắn tai treo khoảng 2/3 chiều cao buồng đớt - Ta có: �thép không gỉ (OX18H10T) = 7900 (kg/m3) và ρCT3= 7850 (kg/m3) theo Bảng XII.7, STQTTB - T2, 313 Tải trọng tác dụng lên tai treo là: Q = 2.5.1 Khối lượng theo của buồng đốt - Buồng đốt làm thép không gỉ OX18H10T - Thể tích thép làm buồng đớt: Vbđ = - Trong đó: • ,đ đường kính ngoài của buồng đớt, m • ,đ đường kính của buồng đớt, m • đ chiều cao của buồng đốt (bằng chiều cao các ống truyền nhiệt), m - Khối lượng thép làm buồng đớt: đ = × đ = 7900 × 0,0114 = 90,06 (kg) 2.5.2 Khới lượng của buồng bốc - Buồng bốc làm thép khơng gỉ OX18H10T - Thể tích thép làm buồng bớc: 50 Vbb = - Trong đó: • b đường kính ngoài của buồng đớt, m • b đường kính của buồng đớt, m • b chiều cao của buồng đốt, m - Khối lượng thép làm buồng đốt: b = 1 × b = 7900 × 0,0242 = 191,18 (kg) 2.5.3 Khới lượng của ớng trùn nhiệt - Ớng làm thép khơng gỉ OX18HH10T - Thể tích thép làm ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm: - Trong đó: • đường kính ngoài của ớng truyền nhiệt, m • sớ ớng truyền nhiệt (n = 169 ớng ) • đường kính của ớng truyền nhiệt, m • đường kính ngoài của ớng tuần hoàn trung tâm, m • đường kính của ớng tuần hoàn trung tâm, m • H chiều cao ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm, m Khối lượng thép làm ống: ống = 1 × ớng = 7900 × 0,0446 = 352,34 (kg) 2.5.4 Khối lượng thép làm đáy buồng đốt Đáy của thiết bị dạng elip có gờ Với các thông sớ đường kính Dt = 600 nm, bề dày S = mm, chiều cao của gờ H = 25 mm 51 Tra bảng XIII.11/Tr384,[2] có khối lượng của đáy là m = 14 (kg) 2.5.5 Khối lượng thép làm nắp buồng đốt Nắp của thiết bị dạng elip có gờ Với các thơng sớ đường kính Dt = 600 mm , bề dày S = mm , chiều cao gờ H = 25 mm Tra bảng XII.11/Tr384,[2] có khối lượng của đáy là m = 14 (kg) 2.5.6 Phần hình nón cụt giữa buồng bốc và b̀ng đớt - Phần hình nón cụt làm thép khơng gỉ OX18H10T - Đường kính lớn đường kính buồng bớc = 1200 - Đường kính nhỏ đường kính buồng đớt = 600 - Bề dày của phần hình nón cụt (khơng tính gờ) với bề dày buồng bớc S = mm - Bề dày của phần gờ hình nón cụt với bề dày buồng đớt S = mm - Chiều cao của phần hình nón cụt (khơng tính gờ) là = 200 - Chiều cao của phần gờ nón cụt là = 40 - Thể tích thép làm phần hình nón cụt: - Khới lượng thép làm phần hình nón cụt: = 1 × = 7900 × = 7900×2,58.10-3 = 20,38 kg 2.5.7 Khối lượng thép làm bích và vĩ ớng Có mặt bích, gồm mặt nới nắp với buồng bốc, mặt nối đáy với buồng đốt, mặt nối buồng đốt với nón cụt Ngoài còn có vỉ ống buồng đốt 32 Mặt bích làm thép CT31 Thể tích thép làm mặt bích khơng vỉ ớng buồng đớt Thể tích thép làm mặt bích khơng có vỉ ớng: Thể tích thép làm mặt bích có vỉ ớng: 52 Trong đó: D, Z, db, h là những thông sớ của bích nới buồng bớc – buồng đớt và bích nới buồng đớt – đáy Dt – đường kính của buồng đớt; m dn – đường kính ngoài của ớng truyền nhiệt; m Dnth – đường kính ngoài của ớng tuần hoàn trung tâm; m Thể tích thép làm mặt bích nới nắp và buồng bớc: Trong đó: D, Z, db, h là những thơng sớ của bích nới buồng bớc – buồng đớt và bích nới buồng bớc – đáy Dt – đường kính của buồng đớc; m ⇒ Tổng thể tích thép làm mặt bích: Vbích = V1 + V2 + V3 = 0,00564 + 0,014 + 0,0119 = 0,03154 m3 ⇒ Khối lượng thép làm mặt bích: mbích = ρ2.Vbích = 7850.0,03154= 247,589 (kg) 2.5.8 Khối lượng dung dịch thiết bị Khối lượng riêng lớn có thể có của dung dịch là khối lượng riêng nồng độ NaCl xtb = 26% và nhiệt độ tsdd(Po): ρddmax = ρdd(26%; 91oC) = 1155,2 kg/m3 (bảng I.57, tr.45, [1]) = + + ℎ + đ Trong đó: Vc: Thể tích dung dịch phần nón cụt = Với: Db, Dd là đường kính buồng bớc và buồng đớt là chiều cao của gờ nón cụt; m Hc là chiều cao của phần hình nón cụt (khơng tính gờ); m 53 VớngTN là thể tích dung dịch ớng truyền nhiệt VớngTH là thể tích dung dịch ớng tuần hoàn trung tâm (VốngTN +VốngTH)= 0,0446 (m3) Vđ là thể tích dung dịch đáy nón Vđ= 0,00258 (m3) Bảng XIII.21, tr 394, [2] = 0,1433 + 0,0446 + 0,00258 = 0,19048 (3) Khối lượng của dung dịch: mmax = = 0,19048.1155,2 = 220,04 () Tổng tải trọng của thiết bị: mtb = 90,06 + 191,18+ 352.34 + 14 + 14 +20,38 + 247,589 = 929,549 kg M = mtb + mddmax = 929,549 + 220,04 = 1150 kg Chọn tai treo thẳng đứng, làm thép CT3 Trọng lượng mỗi tai treo: Chọn các thông số của tai treo chọn từ bảng XIII.36, trang 438, [2]: G.10-4 F.10-4 q.10-6 m2 N/m2 1,0 89,5 1,12 N/mm L B B1 H S I a d mt kg 110 85 90 170 45 15 23 Trong đó: G – tải trọng cho phép tai treo; N F – bề mặt đỡ; N q – tải trọng cho phép bề mặt đỡ; N/m2 mt – khối lượng tai treo; kg 2.6 Sơ lược về cấu tạo - Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị Vỉ ống phải giữ chặt các ống truyền nhiệt và bền dưới tác dụng của ứng suất - Dạng của vỉ ống giữ nguyên trước và sau nong - Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T 54 - Nhiệt độ tính toán của vỉ ống là tt = tD = 132,7 oC - Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu tt là = 118 N/mm (hình 1-2, trang 16, [7]) Chọn hệ số hiệu chỉnh η = ⇒ Ứng suất uốn cho phép của vật liệu tt là: [] = η = 1.118 = 118 N/mm2 2.6.1 Tính toán *Tính cho vỉ ống ở buồng đốt Chiều dày tính toán tới thiểu phía ngoài của vỉ ống h1' xác định theo công thức (8-47), trang 181, [7]: Trong đó: K = 0,3 – hệ số chọn (Trang 181, [7]) Dt – đường kính của buồng đớt; mm Po – áp suất tính toán ớng; N/mm2 - Chọn Po = at = 294300 N/m2 = 0,2943 N/mm2 – ứng suất uốn cho phép của vật liệu tt; N/mm2 - Chọn - Chiều dày tính toán tới thiểu phía giữa của vỉ ớng h’ xác định theo công thức (8-48), trang 181, [7]: Trong đó: K = 0,45 – hệ số chọn (trang 181, [7]) - hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ - Với: Chọn Dn = 600 mm – đường kính vỉ ống; mm Σd – tổng đường kính của các lỗ bớ trí đường kính vỉ; mm Σd = 6.25+ 600 = 750 mm ⇒ = 0,043 < ⇒ h’ = 600.0,45 55 ⇒ Chọn h’ = 50 mm *Kiểm tra bền vỉ ống: Ứng suất uốn của vỉ xác định theo công thức (8-53), trang 183, [7]: Trong đó: dn = 29 mm – đường kính ngoài của ớng truyền nhiệt ⇒ L = - xác định theo hình 8-14,trang 182, [7] với các ống bố trí theo đỉnh của tam giác t = 0,0406 m – bước ống ⇒ N/mm2 118 N/mm2 Tính cho vỉ ống ở dưới buồng đốt: - Chiều dày tính toán tới thiểu phía ngoài của vỉ ống h1' xác định theo công thức (8-47), trang 181, [7]: Trong đó: K = 0,3 – hệ sớ chọn (Trang 181, [7]) Dt – đường kính của buồng đớt; mm Po – áp suất tính toán ống; N/mm2 po = pm + N/mm2 Với: , chọn - Chiều dày tính toán tới thiểu phía giữa của vỉ ớng h’ xác định theo công thức (8-48), trang 181, [7]: ⇒ Chọn h’ = 40 mm *Kiểm tra bền vỉ ống: - Ứng suất uốn của vỉ xác định theo công thức (8-53), trang 183, [7]: Vậy vỉ ống dưới buồng đốt là 40 mm 56 2.7 Kính quan sát - Vật liệu chế tạo là thép CT3 Đường kính quan sát là D = 200 mm Chiều dày 15 mm Kính bớ trí cho mực chất lỏng có thể nhìn thấy Do đó, có kính giớng bên buồng bốc, tạo thành 180o - Bảng thơng sớ kính quan sát XIII.26, sớ tay QTTB tập trang 415 KÍNH QUAN SÁT Kích thước nới Py Dt N/mm2 D Db mm 200 219 2.8 Lớp cách nhiệt D1 D0 mm 290 255 232 Kiểu bích Bu lơng Db Z h mm cái mm M16 16 Để hạn chế quá trình tổn thất nhiệt quá trình hoạt động của thiết bị, người ta thường dùng lớp cách nhiệt cho thiết bị 2.7.1 Bề dày lớp cách nhiệt cho buồng bốc Bề dày lớp cách nhiệt cho buồng bớc tính giớng theo công thức buồng đốt (VI.66,tr 92, [2]) αn( tT2 – tkk ) = ( tT1 – tT2 ) (mm) - Trong đó tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí, khoảng 40-50 oC - Chọn tT2 = 400C , tT1= 127,1 0C → Tra bảng (VII.1, STQTTB T2, 97), chọn nhiệt độ khơng khí tkk = 27,20C - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu amiang có độ ẩm 50%, λc = 0,07 (W/m.độ) - Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến khơng khí: αn = 9,3 + 0,058.tT2 = 11,62 (W/m2.độ) → Bề dày lớp cách nhiệt: δ = 41 (mm) ⇒ Chọn δ = 41 (mm) 57 PHẦN V KẾT LUẬN - Các phần tính toán cho thấy các thông số đã chọn đã ổn định, phù hợp với thiết bị - Hệ thống cô đặc tuần hoàn nồi liên tục dung dịch NaCl với suất nhập liệu 1800 kg/h khá đơn giản Vì suất này không cao của các thiết bị mức độ vừa phải - Có thể tự động hóa - Phù hợp với quy mơ phòng thí nghiệm và cơng nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhiều tác giả, Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa tập 1, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa tập 2, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006 [3] Phạm Văn Bơn, Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học và thực phẩm, tập 10 [4] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt và truyền khối, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006 [5] Phạm Văn Bôn, Ngũn Đình Thọ, Q trình và thiết bị Cơng nghệ hóa học và thực phẩm, tập [6] Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ giáo dục và đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng 58 [7] Phạm Xuân Toản, Các trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất và thực phẩm, tập – Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 59 ... ? ?1 = 12 7 ,1 (Quá trình này dừng lại sai số bé 5%) = = 13 0 () Tra A, bảng trang 29, [2] tm (oC) 20 40 60 80 10 0 12 0 14 0 16 0 18 0 A 10 12 0 13 9 15 5 16 9 17 9 18 8 19 4 19 7 19 9 ⇒ Tra A = 19 1... hiệu 1X18H9T có ? ?1 = 12 9,7 0C và hệ số dẫn nhiệt λ = 17 ,54 (W/m.độ) (I .12 5, STQTTB T1, 12 7) ⇒ r3 = = 1, 14 10 −4 (m2.độ/W) 1. 2 .1 Tổng nhiệt trơ ∑r = r1 + r2 + r3 = 0,464 .10 -3 + 0 ,19 3 .10 -3... 0 ,19 3 .10 -3 + 1, 14 10 −4 = 7,797 .10 −4 (m2.độ/W) 1. 2.2 Nhiệt độ tường phía dung dịch sôi ⇒ 2 = ? ?1 – q1.∑r = 12 7 ,1 – 30808,35.7,797 .10 −4 = 10 3 oC ⇒ ∆2 = 2 − () = 10 3 – 91, 22 = 11 ,78 (o)