Đề tài " THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN DUNG DỊCH NaCl "

Chia sẻ: meoancaran

Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác. Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là Natri Clorua (NaCl) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.NaCl tinh khiết được sử dụng nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều trong ngành y tế dưới dạng dịch truyền.

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Đề tài " THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN DUNG DỊCH NaCl "

Đề tài

" THIẾT KẾ THIẾT BỊ
CÔ ĐẶC MỘT NỒI
GIÁN ĐOẠN DUNG
DỊCH NaCl "
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò




THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN DUNG DỊCH NaCl



MỤC LỤC
Lời nói đầu 2
Chương I: Giới thiệu tổng quan
I.Nhiệm vụ của đồ án 3
II.Tính chất nguyên liệu và sản phẩm 3
III.Cô đặc 4
IV.Quy trình công nghệ 5
Chương II : Thiết kế thiết bị chính
A.Cân bằng vật chất và năng lượng 8
I. Cân bằng vật chất 8
II. Cân bằng năng lượng 9
B. Tính thiết kế thiết bị chính
I.Hệ số truyền nhiệt 14
II.Bề mặt truyền nhiệt và thời gian cô đặc 21
III.Buồng đốt và đáy 23
IV. Buồng bốc và nắp 24
C. Tính cơ khí cho thiết bị chính 27
I.Buồng đốt 27
II.Buồng bốc 28
III.Đáy 30
IV.Nắp 32
V. Tính cách nhiệt cho thân 32
VI.Mối ghép bích 33
VII.Vỉ ống 34
VIII.Khối lượng và tai treo 35
IX.Các ố ng dẫn ,cửa 37
Chương III :Tính chi tiết thiết bị phụ


trang 1
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

I.Thiết bị ngưng tụ Baromet 39
II.Bơm 44
Chương IV : Tính giá thành thiết bị 49


Kết luận 51
Tài liệu tham khảo 52


Lời nói đầu
Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng
đến nhiều ngành khác. Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là
Natri Clorua (NaCl) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.NaCl tinh khiết đ ược sử dụng
nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều trong ngành y tế dưới dạng
dịch truyền.đ
Nhiệm vu cụ thể của đồ án môn học là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn
NaCl từ 10% lên 27% ,năng su ất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chùm.
Đồ án gồm 4 chương :
 Chương I:Giới thiệu tổng quan
 Chương II :Thiết kế thiết bị chính
 Chương III :Thiết kế các chi tiết phụ
 Chương IV: Tính toán giá thành thiết bị
Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại to àn bộ các
kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học. Ngoài ra đây còn là d ịp mà sinh
viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chi tiết
của một thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế.
Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn
Nghệ , và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bị khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí
trường Đại học Bách khoa thành phố Hố Chí Minh. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần
Văn Nghệ và các thầy cô khác cũng như các b ạn b è đ ã giúp đỡ em trong quá trình thực
hiện đồ án.




trang 2
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò




trang 3
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

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 hệ thống cô đặc chân không gián
đo ạn dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 27%, năng suất 1200kg/mẻ, sử dụng
ống chùm.
II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM:
1 .Nguyên liệu :
- NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành ion
- Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày
- Khối lượng riêng dd 10% là 1073 (kg/m3)
- Độ nhớt là 1,07 *10-3 (Ns/m2) ở 200C (dung dịch 10%).
- Độ hòa tan ở 60oC là 27,1% ,ở 20oC là 26,3%
- Nguyên liệu đem đi cô đ ặc là dd NaCl 10% với dung môi là nước .
2. Sản Phẩm:
 Khi kết thúc quá trình cô đặc ,dung dịch ở nhiệt độ từ 75 -80 oC ,khi đó độ hòa tan của
dung d ịch khoảng 27,5% .Nhưng đ ộ hòa tan cuả dung dịch ở nhiệt độ thường chừng
26,3%.Vì vậy ,quá trình cô đặc NaCl này là để tạo dung dịch bão hòa ,và khi làm nguội thì
sẽ có NaCl tinh thể kết tinh .Trong khi các muối tạp chất khác như MgCl2 hay CaCl2 lại tan
ở nhiệt độ thường ,vì vậy quá trình này có thể đ ược sử dụng vừa thu dung dịch muối bão
hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ. Muối tinh khiết thường
được sử dụng trong thực phẩm và y tế.
3.Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đ ặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không
ngừng. Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch
thay đổi:
Các đ ại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt.
Các đ ại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ,
nhiệt độ sôi.


Yêu cầu chất lượng sản phẩm :
Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.




III. CÔ ĐẶC:



trang 4
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

1. Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp thường d ùng đ ể làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung
dịch hai hay nhiều cấu tử. Tùy 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 hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồ ng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách
tách b ớt một phần dung môi qua 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 thì một cấu tử sẽ tách ra
dạng tinh thể đ ơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy
tính chất cấu tử và áp suất b ên ngoài tác d ụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy
ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.


3. Phân loại và ứng dụng
a. Theo cấu tạo
 Nhóm 1: d ung d ịch đối lưu tự nhiên (tu ần ho àn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá
loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần ho àn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua b ề mặt
truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần ho àn trong
ho ặc ngo ài.
- Có buồng đốt ngoài ( không đ ồng trục buồng bốc).
 Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm đ ể tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5
m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung
dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong, ống tuần ho àn ngo ài.
- Có buồng đốt ngoài, ố ng tuần hoàn ngoài.
 Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm
biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung d ịch nước
trái cây,hoa quả ép…Gồm:
- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung d ịch sôi tạo bọt
khó vỡ.
- Màng dung d ịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và
bọt dễ vỡ.


trang 5
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

b. Theo phương pháp th ực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp su ất không đổi. Thường dùng cô
đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian
cô đ ặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao.
Cô đặc áp suất chân không: Dung d ịch có nhiệt độ sôi dưới 100 oC, áp su ất chân không.
Dung d ịch tuần ho àn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ
làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. 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 áp dụng điều khiển tự
động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
4. Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn
 Ưu điểm
- Giữ đ ược chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.
- Nhập liệu và tháo sản phẩm đ ơn giản, không cần ổn định lưu lượng.
- Thao tác d ễ dàng.
- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau.
- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch.
- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
 Nhược điểm
- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo
nồng độ, thời gian.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không d ùng được cho mục đích khác.
- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị.
IV. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Thuyết minh quy trình công nghệ
- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,7 at.
- Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 10% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc
bằng b ơm ly tâm. Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 20 phút đến khi nhập đủ 3240 kg
thì ngừng.
- Khi đã nhập liệu đủ 3240 kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước b ão hòa ở áp suất 3 at)
vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống
chùm) và một ống tuần ho àn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung d ịch chảy trong ống


trang 6
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ố ng. Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ố ng
tuần ho àn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung d ịch
trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ố ng truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung d ịch
trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy
tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ố ng truyền nhiệt). Dung môi là nước
bốc hơi và thoát ra ngoài qua ố ng 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 đ ược dẫn qua thiết bị
tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài. Hơi đốt khi
ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua b ẫy hơi rồi được xả ra ngo ài.
- Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 27% (sau thời gian cô đặc đã tính: 121,3 phút)
thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu.
2. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ
a Bơm
Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: b ơm ly tâm và bơm chân không.
+ Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh gu ồng trên đó có các cánh hướng dòng.
Bánh gu ồng đ ược gắn trên trục truyền động. Ống hút và ống đẩy.
Bơm ly tâm được dùng đ ể b ơm dung dịch NaCl từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô
đặc.
+ Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc.
b Thiết bị cô đặc
Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ. Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc và
buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần ho àn
trung tâm có đường kính lớn hơn.
Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng b ốc là đ ể tách hỗn hợp lỏng
hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ. Ống tuần ho àn
được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bị.
c Thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ đ ược sử dụng trong quy trình công nghệ là lo ại thiết bị ngưng tụ
trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng
thiết bị. Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải đ ược đặt ở một độ cao
cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngo ài khí quyển mà không cần máy bơm.
d Thiết bị tách lỏng
Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử
bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không.
e Các thiết bị phụ trợ khác



trang 7
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

- Bẫy hơi
- Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van.




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:


trang 8
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Dung dịch NaCl có:


- Nhiệt độ đầu 25oC, nồng độ đầu 10%.
- Nồng độ cuối 27%.
Chọn hơi đ ốt là hơi nước b ão hòa ở áp suất 3at.


Ap suất ngưng tụ: Pck = 0,7 at.


Cô đặc gián đoạn với năng suất 1200 kg/mẻ
1. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ

10 15 20 27
Nồng độ, %

Khối lượng riêng, kg/m3 1073 1110 1150 1205

2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn
G đ= Gc + W
Gđ.xđ = Gc.xc
Trong đó
: lượng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (kg)
Gđ , G c
: lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn (kg)
W
: nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn
xđ , xc
Gđ.xđ, Gc.xc: khối lượng NaCl trong dung dịch (kg)
Khối lượng dd đầu :


Gđ = 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg)
a Giai đoạn 10% đến 15%
Gđ = 3240 (kg)
xđ = 0,1 ; xc = 0 ,15
 Lượng sản phẩm ( là dung dịch NaCl 15% ):

xñ 0,1
 3240 *  2160 (kg)
Gc = G đ .
xc 0,15

 Lượng hơi thứ:

W = Gđ - Gc = 3240 – 2160 = 1080 (kg)
b Giai đoạn 15% đến 20%
Gđ = 2160(kg) ; xđ = 0,15 ; xc = 0,2




trang 9
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

xñ 0,15
 Gc = G ñ .  1620 (kg)
 2160 *
xc 0,2

W = Gđ – Gc = 2160 – 1620 = 540 (kg)
c Giai đoạn 20% đến 27%
Gđ = 1620 (kg) ; xđ = 0,2 ; xc = 0 ,27
xñ 0,2
 1200 (kg)
 Gc  Gñ .  1620 *
xc 0,27

W = 1620 – 1200 = 420 (kg)
 Tổng lượng hơi thứ bốc hơi
Wt = 1080+540+420 = 2040 (kg)
 Ta có b ảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất

10 15 20 27
Nồng độ dung dịch, %

Thể tích dung dịch trong nồi, m3 3,02 1,946 1,4 1

3240 2160 1620 1200
Khối lượng dung dịch, kg

0 1080 1620 2040
Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg

Khối lượng riêng dung dịch, kg/m3 1073 1110 1150 1205

II. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Ap suất làm việc trong buồng bốc thiết bị cô đặc P1 = 0 ,3 at.
 Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t1 = 68,7oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ).
Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dịch t sdm ( P1 ) =
68,7 oC

Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ '''  1K .
 Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ : t0 = 68,7 - 1 = 67,7oC.
1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch
a Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch NaCl theo nồng độ ở
áp suất P1 = 0,3 at ( ' ) :

Theo tài liệu [3] trang 149:

' = ' o *f
Với f tra ở tài liệu [3] trang 147 :


trang 10
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Với t sdm ( P1 ) = 68,7oC ,f = 0,81



10 15 20 27
Nồng độ dung dịch, %

Tổn thất ' o , oC 1,9 3,25 4,85 8

Tổn thất ' ,oC 1,54 2,63 3,9 6,48

Nhiệt độ sôi dd , oC 70,2 71,3 72,6 75,2

b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh '' . Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất trung
bình
Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4]

''  t sdd( Ptb )  t sdd( P1 )  t sdm ( Ptb )  t sdm ( P1 )

Ptb = P1 + 0,5  hh .g.Hop = P1 +  P
Với:

 P = 0,5  hh .g.Hop


1
 hh   dd

2
Trong đó  dd : Khối lượng riêng dung d ịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ t sdd( P1  P )

 Hop : Chiều cao lớp chất lỏng sôi

Trong thiết bị tuần ho àn tự nhiên
Hop = 0,26  0,0014 dd   dm .H o

Với Ho Chiều cao ống truyền nhiệt
:

 dm : Khối lượng riêng dung môi ở tsdm

* Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho = 1,5m
 Tính cho trường hợp dung dịch NaCl 10 %
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số  dd   dm thay đ ổi không đáng kể nên :

 dm  999(kg / m 3 )

 dd ( 25%)  1073(kg / m 3 )

 H op  0.26  0.0014 * (1073  999) * 1.5  0,5454 (m)

1
 P  0,5 *  hh * g * H op  0,5 * * 1073 * 9,81 * 0,5454  1435,24 N / m 2  0,015at
2


trang 11
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

 Ptb  P1  P  0,3  0,015  0,315at

Nhiệt độ sôi của H2O ở 0,315 at là 69,7 oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh

''  t sdm( Ptb )  t sdm( P1 )  69,7  68,7  1 oC

 nhiệt độ sôi dung dịch NaCl 10 % ở áp suất P1+ P
t sdd ( P1  P )  70,2  1  71,2 oC

 Tính tương tự ta được



10 15 20 27
Nồng độ dung dịch, %

'' , oC 1 1,14 1,34 1,7

t sdd ( P1  2 P ) 72,2 73,6 75,3 78,6

2. Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn
Tính theo công thức 2.4 trang 104 Tài liệu [4]:
* Phương trình cân bằng nhiệt
'' ''
 .D.c.  D.(1   ).i D  Gñ. c ñ .t ñ  Gc .cc .t c  W .i w  D.c.  Qt  Qcñ

Với
: lượng hơi đốt sử dụng (kg)
D
  5% : tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo
: nhiệt độ nước ngưng (oC)


: nhiệt dung riêng nước ngưng ở  o C (J/kg độ)
C
: nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (J/kg độ)
cđ , cc
: nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (oC)
tđ, tc

i 'D
'
: entanpi của hơi đốt (J/kg)

i 'w
'
: entanpi của hơi thứ (J/kg)

: nhiệt lượng tổn thất (J)
Qt
: nhiệt lượng cô đặc (J)
Qcđ
* Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp ( do có 5% hơi nước ngưng cuốn theo )

QD = D.(1-  ).( i ''  c. ) = D.(1-  ).r =Gđ(cctc - c đ t đ ) +W (iw’’- cctc)  Qcd
D




trang 12
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

r = i ''  c. : nhiệt hóa hơi của nước ở áp PĐ
D


* Nhiệt dung riêng của dung dịch
Tính theo công thức 2.11 trang 106 Tài liệu [4]
cdd = 4190.(1-x) + c1.x
Trong đó
x: nồng độ dung dịch
c1: nhiệt dung riêng NaCl khan (J/kg độ)
Theo công thức 2.12 trang 183 Tài liệu [4]

26 * 10 3  26 * 10 3
 88,89 (J/kg độ)
c1 =
58,5

Vậy nhiệt dung riêng dung dịch theo nồng độ



Nồng độ dung dịch. % 10 15 20 27

3771 3652 3370 3082,7
Nhiệt dung riêng dung dịch, J/kg độ

* Chọn hơi đ ốt có áp suất PD =3 at  tD =132,9 oC
* Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at
r = 2171*103 J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
* Entanpi của hơi thứ ở 73,05 oC

i 'w =2620*103 J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )
'



* Tổn thất nhiệt Qt = 0,05*QD
* Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể
a Giai đoạn đưa dung d ịch 10% từ 25 oC đ ến 72,2 oC
Gđ = Gc = 3240 (kg)
cđ = cc =3771 (J/kg đ ộ)
tđ = 25 oC ; tc =72,2oC ; W = 0 kg
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q1 =3240*3771*(72,2-25) =5,77*10 8 (J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất ):
Q1
 6,07 * 10 8 (J)
QD1 =
0,95


trang 13
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Lượng hơi đốt sử dụng:

6,07 * 10 8
D1 =  294,3 (kg)
(1  0,05) * 2171* 10 3

b Giai đoạn đưa dung d ịch từ 10% đến 15 %:
Gđ = 3240 (kg) ; cđ =3771 (J/kg độ ); tđ =72,2 (oC)
Gc = 2160 (kg) ; cc = 3562 (J/kg độ) ; tc = 73,6 (oC)
W = 1080 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q2 = 2160*3562*73,6 – 3240*3771*72,2 + 1080*2620*10 3
Q2 =25,14*10 8 (J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất )

25,14 * 10 8
Q2
 26,46 * 10 8 (J)

QD2 =
0,95 0,95

Lượng hơi đốt sử dụng

26,46 * 10 8
 1283 (kg)
D2 =
(1  0,05) * 2171* 10 3

c Giai đoạn đưa dung d ịch từ 15% đến 20%:
Gđ = 2160 (kg) ; cđ = 3562 (J/kg đ ộ) ; tđ = 72,2(oC)
Gc = 1620 (kg) ; cc = 3370 (J/kg độ ); tc = 75,3(oC)
W = 540 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q3 = 1620*3370*75,3 – 2160*3370*72,2 + 540*2620*103
Q3 = 12,6*10 8 (J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ):

12,6 * 10 8
 13,26 * 10 8 (J)
QD3 =
0,95

Lượng hơi đốt sử dụng

13,26 * 10 8
 643 (kg)
D3 =
(1  0,05) * 2171* 10 3

d Giai đoạn đưa dung d ịch từ 20% đến 27%:
Gđ = 1620 (kg) ; cđ = 3370 (J/kg đ ộ ); tđ = 75,3(oC)


trang 14
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Gc = 1200 (kg) ; cc = 3082,7 (J/kg độ ); tc = 78,6 (oC)
W = 420 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q4 = 1200*3082,7*78,6 – 1620*3370*75,3 + 420*2620*10 3
Q4 = 9,8*108 (J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ):

9,8 * 10 8
 10,32 * 10 8 (J)
QD4 =
0,95

Lượng hơi đốt sử dụng:

10,32 * 10 8
 500 (kg)
D4 =
(1  0,05) * 2171* 10 3

* Tổng nhiệt lượng:
QD = 6,07*108 + 26,46*10 8 + 13,26*108 + 9 ,8*108 =56,11*108 (J)
* Tổng lượng hơi đốt:
D = 294,3 + 1283 + 643 + 500 =2720,3 (kg)
* Lượng hơi đốt riêng:
D 2720,3
 1,33 (kg/kg hơi thứ)

Driêng =
W 2040
* Tóm tắt cân bằng năng lượng:

10(25oC) 10(72,2oC)
Nồng độ dung dịch. % 15 20 27

Nhiệt lượng hữu ích, J*10 -8 0 5,77 30,9 43,5 53,3

Tổng nhiệt lượng cung cấp, J*10 -8 6,07 32,53 45,79 56,11

294,3 1577,3 2220,0 2720,3
Lượng hơi đốt sử dụng, kg

B. TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
I. HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT
1. Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi
1.1 Các kí hiệu và công thức
: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (W/m2K)
1

: hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi( W/m2K)
2



trang 15
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

: nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (W/m2)
q1
: nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi(W/m2)
q2
: nhệt tải riêng phía vách ố ng truyền nhiệt (W/m2)
qv
: nhiệt độ trung b ình vách ngoài ống (oC)
t v1

: nhiệt độ trung b ình vách trong ống (oC)
t v2

: nhiệt độ hơi ngưng, tD = 132,9(oC)
tD
: nhiệt độ dung dịch sôi (oC)
tdd
t 1  t D  t v1

 t 2  t v 2  t dd

 t v  t v1  t v 2

1
 
t D  t v1 : nhiệt độ màng nước ngưng (oC)
tm 
2
1.1.1 Phía hơi ngưng:
q 1   1 .t 1 (1)

Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2]

r
 1  2.04 * A * 4 (2)
t 1 * H
0 , 25
  2 * 3 
Với A= 
 p hụ thuộc vào nhiệt độ màng tm

 

tm , oC 40 60 80 100 120 140 160 180 200

139 155 169 179 188 194 197 199 199
A

 : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm (kg/m3)
 : hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ tm (W/mK)
 :đ ộ nhớt của nước ở nhiệt độ tm (Pas)
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tD
r = 2171*103 (J/kg)
H = 1 ,5 m: chiều cao ống truyền nhiệt
1.1.2 Phía dung dịch



trang 16
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

q2 =  2 .t 2 (3)

Theo công thức VI.27 trang 71 T ài liệu [2]
0 , 435
0 , 565 2
   cdd  n 
 
 2   n  dd *  dd
 *  (4)
*
   
  n cn  dd 
n  
 
Trong đó
 n ,  n , c n ,  n : hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m3 ), nhiệt dung riêng (J/kg
độ), độ nhớt (Pas) của nước
 dd ,  dd , c dd ,  dd : các thông số của dung dịch theo nồng độ

 n : hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước (W/m2K)

 n  0,56 * q 0,7 * p 0,15 (5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2])

Với q : nhiệt tải riêng (W/m2)
p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m2)
p = p 1 = 0,3 at = 29430 (N/m2)
* Các thông số của nước ( Bảng I.249 trang 311 Tài liệu [2] ):
tsdm = 68,7 (oC)
 n  978,5 (kg/m3)
cn = 4186 (J/kg độ)
 n = 0,4*10-3 (Ns/m2)

 n = 66,7*10-2 (W/mK)
* Các thông số của dung dịch:
 dd tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40 oC )



 dd tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1]



 dd
  3.58 * 10 8 * c dd *  dd * 3 , W/mK
M dd

1
Mdd =
1 x
x

58,5 18

Với x : nồng độ dung dịch
cdd và  dd xác định theo nồng đo





trang 17
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò




10 15 20 27
Nồng độ dung dịch, %

tsdd, oC 72,2 73,6 75,3 78,6

 dd , kg/m3 1073 1110 1150 1205

3771 3562 3370 3082,7
cdd , J /kg độ

 dd , Ns/m2 0,71*10-3 0,78*10 -3 0,89*10-3 1,08*10-3

19,34 20,09 20,9 22,14
Mdd

 dd , W/mK 0,55 0,54 0,528 0,504

1.1.3 Phía vách ống truyền nhiệt
Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]
t v
qv  (6)
 rv
 t v = q v *  rv

1 v 1
r
Trong đó:   
v
r1 rv r2

1
 0,464 * 10 3 , (W/mK)-1: nhiệt trở của nước thường
Lấy
r1

1
 0,389 *10 3 (W/mK )-1: nhiệt trở cuả cáu b ẩn
r2

 v  2 mm: bề d ày ố ng truyền nhiệt

 v  17,5 W/mK: hệ số dẫn nhiệt qua vách

2 * 10 3
0,389 * 10 3 =9,653*10 -4, (W/mK)-1
  rv  0,464 * 10 3 
17.5
1.1.4 Hệ số truyền nhiệt K
1
, W/m2K
K
1 1
  rv 
1 2



trang 18
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp như
sau
1 Chọn t v1 (< tD )  t 1

2 Tính  1 theo công thức (2)

3 Tính q1 theo công thức (1)
4 Tính t v theo công thức (6) với q v = q1  t v , t 2
2



5 Tính  n theo công thức (5) với q = q1

6 Tính  2 theo công thức (4)

7 Tính q2 theo công thức (3)
1
.q1  q 2 
8 Tính qtb =
2
q 1  q tb
9 Xác định sai số ss =
q1

Nếu ss > 5% thì chọn lại t v1 và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏ

10 Tính K theo công thức (7)
1.2 Tính K cho các giai đoạn
a. Tímh ở nồng độ 10% :
Chọn
t v1  128  t1  4,9 K


1:
 Tính

1
* 132,9  128  130,45 o C  A  191
tm 
2

2171* 10 3
r
 9083,57 (W/m2K)
  1  2,04 * A * 4  204 * 191* 4
t1 * H 4,9 * 1,5

q1   1 * t1  9083,57 * 4,9  44509,5(W / m 2 )


t v  q1 *  rv  44509,5 * 9,653 * 10 4  42,97( o C )


 t v2  128  42,9  85( o C )

 t 2  85  72,2  12,8( o C )

 n  0,56 * q10,7 * p 0,15  0,56 * 44509,50,7 * 29430 *160,15  4703,525 (W/m2K)




trang 19
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

0 , 435
0 , 565
 1073  2 3771 0,4 * 10 3 
 0,55 
 2  4703,525 *  * *
  
3
 0,667   978,5  4186 0,71 * 10 
 

 2  3402,56(W / m 2 K )

q 2   2 * t 2  3402,56 * 12,8  43552,76 (W/m2)


1
q1  q 2   1 44509,5  43552,76  44031(W / m 2 )
q tb 

2 2

q 1  q tb 44509,5  44031,13
ss   0,01  1% (thỏa)

q1 44509,5

Vậy t v1  128 o C

1
 730(W / m 2 K )
K=
1 1
 9,653 *10 4 
9083,57 3402,56

b. Tính ở nồng độ 15%:

Tính tương tự t v1  128,3 o C

1
 718(W / m 2 K )
K=
1 1
 9,653 * 10 4 
9228,18 3141,75

c. Tính ở nồng độ 20%:
Tímh tương tự t v1  128,5 (oC)

1
 704,42(W / m 2 K )
K=
1 1
 9,653 * 10  4 
9331,3 2880,75

d. Tính ở nồng độ 27%:

Tính tương tự t v1  129 o C

1
 675(W / m 2 K )
K=
1 1
 9,653 * 10  4 
9616,99 2425,78

o Bảng tóm tắt

Nồng độ dung dịch,% 10 15 20 27

tsdd, oC 72,2 73,6 75,3 78,6



trang 20
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò


q1, W/m2 44509,5 42449,63 41057,72 37506,29

q2,W/m2 43552,76 43115,41 39083,09 34434,39

qtb, W/m2 44031,13 42782,52 40070,4 35970,34

 1 ,W/m2K 9083,57 9228,18 9331,3 9616,99

 2 , W/m2K 3402,56 3141,75 2880,75 2425,78

K, W/m2K 730 718 704 675

ss, % 1 0,78 2,4 4

2. Hệ số truyền nhiệt trong quá trình gia nhiệt dung dịch ban đầu từ 25oC đến
72,2 oC:
2.1 Các kí hiệu và công thức
Các kí hiệu  1 ,  2 , q1, q2, q v, t v1 , t v2 , tD, tdd, t 1 , t 2 , t v , tm như mục 1.1

2.1.1 Phía hơi ngưng:
q 1   1 .t 1

r
 1  2,04 * A * 4
 t1 * H

A xác đ ịnh theo tm
r = 2171*103 J/kg
H = 1,5 m
2.1.2 Phía vách:

t v
qv 
 rv
 9,653 * 10 4 (W / m 2 K ) 1
r v


2.1.3 Phía dung dịch:
q 2   2 * t 2

2 *l Nu * dd
 2 
Nu 
dd l

Trong đó

Nu  C Gr * Pr 
n




trang 21
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

c dd *  dd
Pr 
 dd
3
l *  dd *  dd * t 2 * g
Gr  2
 dd
* C và n phụ thuộc vào Pr và Gr như sau
3
 Gr*Pr  10 thì Nu = 0.5

 500 thì Nu  1,18Gr. Pr 
0 ,125
3
 Gr*Pr  10

Gr * Pr  500  2 * 10 7 thì Nu  0,54Gr. Pr 
0 , 25


 Gr*Pr  2 *10 thì Nu  0,135Gr. Pr 
0 , 33
7



* l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1,5 m
: khối lượng riêng ( kg/m3 ), hệ số dãn nở thể tích ( K-1 ), hệ số
*  dd ,  dd , dd ,  dd , c dd
dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg đ ộ ) của dung dịch NaCl lấy ở
1 _ 
nhiệt độ màng t m   t dd  t v2 
2 
_
1
(72,2  25)  48,6( o C )
Với t dd 
2

 dd  1073( kg / m 3 )

cdd = 3771 (J/kg độ)

 dd  0,78 * 10 3 (Ns/m2)

 dd  0.577W / mK

 của dung dịch NaCl 25%

To ,oC 0 20 40 60 80 100 120

 .10 3 0,425 0,455 0,48 0,505 0,535 0,57 0,605

2.1.4 Hệ số truyền nhiệt :
1
, W/m2K
K
1 1
  rv 
1 2

* Trình tự tính lặp
(1). Chọn t v1  t 1



trang 22
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

(2). Tính  1

(3). Tính q1
(4). Tính t 1  t v 2  t 2

(5). Tính Nu2   2

(6). Tính q2
1
(7). Tính qtb =
2q1  q 2 

q 1  q tb
, tính cho đ ến sai số nhỏ (và phải nhỏ hơn 5% )
(8). Tính ss =
q

2.2 Thực hiện tính lặp

(1). Chọn t v1  124,5 o C

 t1  132,9  124,5  8,4 (oC)

1
132,9  124,5  128,7 o C  A  190.13
tm=
2

2171* 10 3
 7921,83(W / m 2 K )
 1  2,04 * 190,134
(2).
8,4 * 1,5

q1   1 t1  7921,83 * 8,4  66543,35(W / m 2 )
(3).

t v  q1 . rv  66543,35 * 9,653 * 10 4  64,23 (oC)
(4).

 t v2  124,5  64,23  60,27( o C )

 t 2  60,27  48,6  11,67 (oC)

(5). Tính  2 :

c dd . dd 3771* 0,78 * 10 3
Pr    4,868
 dd 0,55

1
60,27  48,6  54,435o C    0,49 *10 3 (K-1)
'
tm 
2

1,5 3 * 10732 * 0,49 * 11,67 * 9,81
 3,583 * 1014
 Gr 
0,78 *10  3 2



ta thấy Gr*Pr > 2.107  Nu  0,135 * (Pr* Gr ) 0 ,33  14456




trang 23
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Nu * dd
 5300 (W/m2K)
 2 
l

q 2   2 * t 2  61851(W / m 2 )
(6).

(7). qtb = 64197,25(W/m2)
(8). ss=0.035=3,5% (tho ả)
Vậy hệ số truyền nhiệt giai đoạn này
1
 781(W / m 2 K )
K
1 1
 9,653 * 10 4 
7921,83 5300

II. BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC
Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ d T
dQ= K*F(T-t)*dT
Giả sử đến cuối quá trình dung d ịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt  F không đổi, T
không đổi
dQ
 F.d T=
K T  t 

Lấy tích phân ta đ ược
Q
dQ
F.T2 = (1)
 KT  t 
0


T2 : thời gian cô đặc ( không kể thời gian gia nhiệt cho dung dịch đầu đến 83.48oC ), s
Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J
1
* Ta tính tích phân (1) bằng đồ thị. Cần xác định Q, ở từng thời điểm.
K T  t 

Nồng độ dung dịch, % 10 15 20 27

Q*10 -8, J 0 26,46 39,72 50,04

t(tsdd), oC 72,2 73,6 75,3 78,6

K, W/m2K 730 718 704 675

T-t 60,7 59,3 57,6 54,3

1
* 10 5 2,257 2,349 2,466 2,728
K.(T  t )

: Q*10-8 (x)
Vẽ đồ thị có : trục ho ành


trang 24
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

1
*10 5 (y)
: trục tung :
K.T  t 




3

3

2

2
y




1

1

0
0 20 40 60
x Q .10  8


Từ việc tính tích phân đồ thị ta có
2
 Giai đoạn 1 ( 10%  15% ) : S1 = F. T1 = 60937 (m s)
2
 Giai đoạn 2 ( 15%  20% ) : S2 = F. T2 = 31923(m s)
2
 Giai đoạn 3 ( 20%  27% ) : S3 = F. T3 = 26801 (m s)

 Tổng quá trình cô đ ặc từ 10% đến 27%

S = F. T = 119661 (m2s)
* Chọn thời gian cô đặc là 80 phút
 Bề mặt trao đổi nhiệt là
F = 119661 / 4800 = 24,9 (m2) .
Chọn F=25 (m2)
 Thời gian của các giai đoạn
 Giai đo ạn 1 : T1 = 60937 / 25 = 2438 s

 Giai đo ạn 2 : T2 = 31923/ 25 = 1277 s
 Giai đo ạn 3 : T3 = 26801 / 25 = 1072 s
* Thời gian gia nhiệt ban đầu
Q  K.t.F. T




trang 25
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Q
T=
K.t.F
Với Q : nhiệt lượng d ùng cho gia nhiệt, J
K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m2K
t : chênh lệch nhiệt độ, K
132,9  25  132,9  83,48  74,89K
t 
132,9  25
ln
132,9  83,48

6,07 *10 8
 379s  6,32 (phút)
T=
781 * 82 * 25
* Chọn thời gian nhập liệu 20 phút
Thời gian tháo sản phẩm 15 phút
* Tồng thời gian cô đặc 1 mẻ là
Tt = 20 + 6,3 + 80 + 15 = 121,3( phút)
III. BUỒNG ĐỐT VÀ ĐÁY:
: F = 32 (m2) (lấy d ư 20% đ ể an to àn )
Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 1,5m
Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : dng = 38mm
: dtr = 34 mm
 Số ống cần :
F  nd tr H

F 32
n   200 (ống)
d tr H  * 0,034 * 1,5

 Chọn b ước ống t = (1.2  1.5 ).d ng

Chọn t = 56 mm
 Chọn ống tuần ho àn

 Đường kính ống tuần hoàn

Chọn dtr (th) = 315 mm
dng(th) = 325 mm
Số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ
Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn



trang 26
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

325  4 * 38
 m=( d ng(th)- dng)/t +1 =  1  4,1
56
Chọn m=7
 có 5 ố ng trên đường chéo ống tuần hoàn
 a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )
Tổng số ống bị chiếm chỗ

n '  3a.(a  1)  1  3 * 4 * (4  1)  1  37 (công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48)

 Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo T ài liệu [2] trang 48 )

 Số hình lục giác đều : 9 hình
 Số ống trên đường chéo : 19 ống
 Tổng số ống : 271 ống


Số ống truyền nhiệt còn lại
n  271  37  234 (ống)
Như vậy ta có thể chọn số ống an to àn là 234 ống .
 Đường kính trong buồng đốt

Dt = t.(b-1) + 4.d ng= 56*(19 -1) + 4*38 =1160 (mm)
Với b = 19 , số ống trên đu ờng chéo lục giác
Chọn đ ường kính buồng đốt Dt (bđ) = 1200 (mm)
 Đáy :

Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60o
Tra b ảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2]
Chiều cao gờ hgờ = 50 mm
Chiều cao phần nón hn = 1087 (mm)
Bề mặt trong :Ft= 2,608( m2)
Thể tích đáy nón Vđáy = 0 ,532 (m3)
Thể tích truyền nhiệt và ống tuần ho àn

 * 0,034 2 0,315 2
*15  0,436 (m3)
*1,5   *
Vô = 234 *
4 4
Cuối quá trình cô đặc Vdd = 1 > 0,532 +0,436
 dung d ịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt


trang 27
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

IV. BUỒNG BỐC VÀ NẮP
1. Đường kính
 Lưu lượng hơi thứ

Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đo ạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này là
lớn nhất )
Vhôi  W1 /( 1 * T1) ( m3/s)

Trong đó
: lượng hơi thứ trong giai đầu (kg)
W1
W1 = 1080 (kg)
: khối lượng riêng hơi thứ ở áp suất P1 = 0,3 at
1

1 = 0,1876 (kg/m3 ) ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
: thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 10% đến 15% )
T1
T1 = 2438 s
1080
 2,361 (m3/s)
 Vhôi 
0,1876 * 2438

 Vận tốc hơi:

Vh 4 * 2,361 3,0065
 hôi   2
2 2
Dtr ( bb )  .Dtr (bb ) Dtr (bb )

4
Vận tốc lắng:


Xác định theo công thức 5.14 trang 157 Tài liệu [3]

4 g  l   h d l
o 
3 h

Trong đó
: khối lượng riêng giọt lỏng (kg/m3)
l

: khối lượng riêng hơi thứ,  h = 0,1876 (kg/m3)
h

: đường kính giọt lỏng, dl = 0,3 mm = 3*10 -4 m
dl
 : hệ số trở lực

Ta có
 l = 978,5 (kg/m3 ), tra ở nhiệt độ 68,7 oC (Bảng I.249 trang 310 Tài liệu [1])

 tính theo Re


trang 28
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

 h d h
Re 
h

Với  h =0,0106*10 -3 Pa.s : độ nhớt động lực học của hơi thứ

4 * 2,361 3 * 10 4 * 0,1876 15,963
Re  2
*
0.0106 * 10 3
2
 .Dtr ( bb) Dtr (bb )

 Giả sử 0,2< Re < 500


18,5 18,5
 3,509 * Dtr,(2bb )
1
 
0,6 0,6
Re  15,963 
 
 Dtr (bb ) 
2
 

 Vận tốc lắng

4 * 9,81 * (978,5  0,1876) * 3 * 10 4 2,415
o  
1, 2
( Dtr (bb ) ) 0,6
3 * 3,509 * Dtr (bb ) * 0,1876

Mà  h  70%  80% o

4 * 2,361 2,415
  0,8 *
 
2 0.6
 .Dtr (bb ) Dtr ( bb )

 Dtr ( bb )  1,372 (m)

* Ta chọn đường kính buồng bốc
Dtr(bb) =1,6 m = 1600 (mm)
 Kiểm tra Re

15,963
 6,236  0,2;500 (thỏa)
Re 
1,6 2

2. Chiều cao
Tính theo trang 71,72 Tài liệu [2]
 Thể tích không gian hơi

W
( m3)
Vkgh 
 h * U tt

Với W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)
: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (m3/m2h)
Utt
: khối lượng riêng hơi thứ,  h  0,1876 (kg/m3 )
h



trang 29
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

2040 * 60
 1530 (kg/h)
Ta có W=
80
Utt = f.(Utt (1at) )
Với Utt (1at) : cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất bằng 1 at
: hệ số hiệu chỉnh
f
Chọn Utt (1at) = 1650 (m3/m3h) (lấy trung b ình giữa 1600 và 1700)
 f = 1 ,5 ( Đồ thị VI.3 trang 72 Tài liệu [2] )
 Utt = 1,5*1650 =2475 (m3/m3h)
 Thể tích không gian hơi:
1530
 3,295 (m3)
Vkgh 
0,1876 * 2475

 Chiều cao phần không gian hơi trong trụ bốc
4Vkgh 4 * 3,295
 1,64 (m)
H kgh  
2
 * 1,6 2
D tr ( bb )



h1= 50 mm : chi u cao
ph n
g bu ng b c
h3
h2= 400 mm :chi u cao ph n
h2 =400 mm
nón bu ng b c
h1 =50 mm h3 : chi u cao dung d ch
trong
 Thể tích dung dịch trong buồng bốc trước khi cô đặc

Vdd (bb) = Vdd – Vô - Vđáy = 3,02 – 0 ,436 – 0,532 = 2,052 (m3)
Mặt khác :
Vdd(bb) = Vdd phần gờ + Vdd phần nón + Vdd phần trụ
2 2
Dtr (bÑ ) Dtr (bb )
 * h2 2
 
2
= Dtr ( bb)  Dtr (bÑ )  Dtr (bb ) * Dtr ( bÑ )  
* h1  * h3
4 12 4

1,2 2 1,6 2
0,4
(1,6 2  1,2 2  1,6 *1,2)  
2,052   * * 0,05   * h3
4 12 4
 h3  0,68 (m)

Chiều cao phần trụ buồng bốc
Hb = Hkgh + h3 = 1,64 + 0,68 = 2,32 (m)
Chọn chiều cao phần trụ buồng bốc 2,4 (m)



trang 30
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Chiều cao buồng bốc
2,4+ 0,4 + 0,05 = 2,85 (m)
Khi kết thúc cô đặc Vdd = 1 (m3)
 Thể tích dung dịch trong buồng bốc
Vdd(bb) = 1 – 0,436 -0,532= 0,032 (m3)
Tương tự như trên ta được chiều cao dung dịch ngập phần buồng bốc là
h’1 = 0,028 m = 28 (mm)
3. Nắp
- Chọn nắp elip tiêu chuẩn có gờ, đ ường kính trong 1600 mm
- Tra b ảng XIII.10 trang 382 Tài liệu [2]
Chiều cao gờ : hg = 50 (mm)
Chiều cao phần Elip : ht = 400 (mm)
Diện tích bề mặt trong : Ft = 3,03 (m2)
:Vn= 0,637 (m3)
Thể tích nắp
Chiều cao cuả thiết bị:
0,45+2,85+1,5+1,087+0,05= 5,937 (m)

C. TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH
I. BUỒNG ĐỐT
 Đường kính trong : Dt = 1200 (mm)
 Chiều cao : Hđ = 1500 (mm)
1. Các thông số tra và chọn
Ap suất tính toán
1.1
Buồng đốt chịu áp suất trong
PBĐ = Phơi đốt –Pa = 3 – 1 = 2 at = 0,2 (N/mm2)
Nhiệt độ tính toán
1.2
Nhiệt độ hơi đốt tD = 132.9oC

Buồng đốt đ ược bọc cách nhiệt nên nhiệt độ tính toán tBĐ = 132.9 + 20  153o C
Chọn vật liệu
1.3
Vật liệu đ ược chọn là thép không gỉ X18H10T doNaCl có tính ăn mòn
 Ứng suất cho phép tiêu chu ẩn ở 153oC




trang 31
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

 *BD  115 (N/mm2 ) ( hình 1.2 trang 22 Tài liệu [7] )
Ứng suất cho phép:

 BD   *BD .  115 * 0,95  109,25 (N/mm2)
Với   0,95 là hệ số hiệu chỉnh

Hệ số bền mối hàn  h  0,95 (b ảng 1-7 trang 24 Tài liệu [7] )

2. Tính và chọn bề dày – tính bền cho buồng đốt
 h 109,25 * 0,95
Ta có  BD *   519  25
PBD 0,2

 Bề dày tối thiểu thân buồng đốt tính theo công thức

Dtr ( BD ) * PBD 1200 * 0,2
'
 1,156 (mm)
S BD  
2. BD *  h 2 * 109,25 * 0,95

Bề d ày này quá nhỏ. Tra bảng 5 -1 trang 128 Tài liệu [7] được Smin = 3-4 mm
Dung dịch ăn mòn (NaCl ) nên Ca = 1
Vậy chọn bề d ày buồng SBĐ = 4 mm
* Kiểm tra áp suất tính toán
S BD  C a 4  1
  0,0025  0.1
Dtr ( BD ) 1200

Cho nên áp suất tính toán cho phép xác định theo công thức

PBD  2. BD *  h * ( S BD  C a )  2 *109,25 * 0,95 * (4  1)  0,518 (N/mm2)
Dtr ( BD)  S BD  C a 1200  4  1

 PBĐ = 0,2 N/mm2 < [P]BĐ = 0,518 N/mm2 (thoả)
Vậy bề dày buồng đốt SBĐ = 4 mm
II. BUỒNG BỐC
- Đường kính trong buồng bốc Dtr(bB) = 1600 mm
- Chiều cao Hb = 2850 m
1. Các thông số tra và chọn
Ap suất tính toán
1.1
Thân buồng bốc chịu áp suất ngo ài
PBB = Pa + ( 1 - 0,3 ) = 1,7 at =0,17 (N/mm2)
Nhiệt độ tính toán
1.2



trang 32
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

: tD = 68,7 (oC)
Nhiệt độ hơi thứ
Suy ra nhiệt độ tính toán : tBB = 68,7 + 20 = 88,7 oC ( do bọc cách nhiệt )
Chọn vật liệu
1.3
Chọn vật liệu làm buồng bốc là thép không gỉ X18H10T∕ŽČ∕∕∕∙
 Ứng suất cho phép tiêu chu ẩn ở 88,7oC

 *BB  123 N/mm2 ( hình 1.2 trang 22 Tài liệu [7] )
Mođun đàn hồi ở 88,7 oC tra ở b ảng 2-12 trang 45 Tài liệu [7]
EBB = 20*10 6 (N/cm2) = 2*105 (N/mm2)
Giới hạn chảy ở 88,7oC

 c ( BB )   BB .nc  123 * 1,65  202,95 (N.mm2)
*



Với nc =1,65 tra ở b ảng 1-6 trang 20 Tài liệu [7]
2. Tính bề dày – Tính ổn định cho buồng bốc
Bề d ày tối thiểu đ ược xác định theo công thức 5.14 trang 133 Tài liệu [7]
0, 4
P l' 
 1,18 * Dtr ( bB) *  BB * B 
'
S
E 
BB
 BB Dtr ( bB ) 
'
l BB  2850 (mm) : chiều dài tính toán buồng bốc
0, 4
 0,17 2850 
'
S  1,18 * 1600 *   8,87 (mm)
* 
BB 5
 2 * 10 1600 
Bề d ày thực buồng bốc
'
SBB = S BB  C a  C o  8,87  1  0,13  10 (mm)

* Kiểm tra điều kiện :

2S  C a  l' D tr ( bB)
 BB 
1.5
2S  C a 
D tr ( bB) D tr ( bB)

3
 2S  C a  
l 'BB E
 0.3 BB  
D 
Dt  c( BB)  
tr ( bB)


Thế số ta được

0,159  1,78  9.43
(thỏa)

 1,78  0,352
* Kiểm tra áp suất cho phép


trang 33
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

2
Dtr ( bB )  S BB  C a  S BB  C a
PBB  
 0,649 * E BB * '
l BB  Dtr (bB )  Dtr ( bB )
 
2
1600  10  1  10  1
 0,1729 (N.mm2)
5
= 0,649 * 2 * 10 *  
2850  1600  1600

PBB = 0,17 (N/mm2) < PBB  0,1729 (N/mm2)  thỏa

* Kiểm tra lực nén chiều trục
Lực nén chiều trục ( trang 149 Tài liệu [7] )

 D tr ( bB)  2S BB 
2

PNCT  .PBB
4
2
 1600  2 *10
PNCT  * 0,17  350404 (N)
4
Dtr ( bB)
 88,89  25;250  k c  0,087 (b ảng trang 140 Tài liệu [7] )
Tỉ số
2S BB  C a 

 c ( BB ) 202,95
 K c  875 * k c  875 * * 0,087 =0,077
2 * 10 5
E BB

Điều kiện

PNCT
SBB – Ca 
 * K c . E BB

350404
 2,7 (thỏa )
9
 * 0,077 * 2 * 10 5

Vậy bề dày buồng bốc thỏa lực nén chiều trục
* Kiểm tra đồng thời áp suất ngoài và lực nén chiều trục
Ứng suất cho phép khi nén ( công thức 3.51 trang 140 Tài liệu [7] )
S  Ca 10  1
 n BB  86,9 (N/mm2)
 0,077 * 2 * 10 5 *
 K c E BB
Dtr ( bB ) 1600

Ứng suất khi nén ( công thức 5.48 trang 145 Tài liệu [7] )
PNCT 350404
 7,698 (N/mm2)
 n ( BB )  
 .( Dtr (bB )  S B ).( S B  C a )  * (1600  10) * (10  1)

Kiểm tra điều kiện ( công thức 5.47 trang 145 Tài liệu [7] )
 n ( BB ) PBB
 1 (thỏa )

 n BB PBB

trang 34
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Vậy thân buồng bốc thỏa đồng thời điều kiện áp suất ngoài và lực nén chiều trục
Kết luận : Bề d ày buồng bốc là SBB = 10 mm
III. ĐÁY
Tính theo công thức trang 178-179 Tài liệu [7]
Đáy nón chịu cùng áp su ất ngo ài với buồng bốc
PĐ = 0,17 (N/mm2)
Chọn sơ bộ bề dày đáy SĐ = 10 mm
D’ : đường kính tính toán của đáy nón
0,9 Dt  0,1d t 0,9 * 1200  0,1 * 34
D'   1216 (mm)

cos  cos 30
Với dt = 32 mm là đường kính lỗ tháo sản phẩm
3
 2S  C a  
l' E
* 
Xét  0,3 *  
'
c Dt
D  
3
 210  1 
2 * 10 5
1087
  0,3 * * 
1216 202,95  1216 

 0 ,89 > 0,53

2S  C a  l' Dtr (bB )
 BB 
Xét : 1,5
2S  C a 
Dtr ( bB) Dtr ( bB )

 0,18  0,89  8,22 (thỏa)
Vậy áp suất cho phép tính theo công thức 5.19 trang 135 Tài liệu [7]
2,5
D '  S  Ca 
PD  0,649 * E D * '  
l  D' 
2, 5
1216  10  1 
 0,68 (N/mm2) > 0,17 (N/mm2) (thỏa)
5
= 0,649* 2 * 10 * * 
1087  1216 

* Kiểm tra điều kiện ổn định:
Lực nén chiều trục ( công thức 6.26 trang 178 Tài liệu [7] )
2
PNCT  DngD PD
4
Với DngĐ = DtrĐ + 2 SĐ = 1200 + 2*10 = 1220 mm

* 1220 2 * 0,17  203974 (N)
 PNCT 
4


trang 35
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Lực nén chiều trục cho phép ( công thức 6.27 trang 178 Tài liệu [7] )

PNCT   K c E Ñ (S Ñ  Ca ) 2 cos 2 
Xác đ ịnh Kc
DtrD 1200
  66,67
2.(S D  C a ) 2.(10  1)

 k c  0,067 tra ở b ảng trang 140 Tài liệu [7]

 cÑ 202,95
 K c  875 * * k c  875 * * 0,067  0,0595
t
2 * 10 5


 PNCT    * 0,0595 * 2 * 10 5 * (10  1) 2 . cos 2 30  2404051( N)

Điều kiện ổn định ( công thức 6.30 trang 178 Tài liệu [7] )
PNCT P 203974 0,17
 D   0,33  1 (thoả )
PNCT  PD  2404051 0,68
Vậy bề d ày đáy là 10 (mm)
IV. NẮP ELIP
- Nắp elip tiêu chuẩn có gờ
Đường kính trong 1600 mm
Chiều cao gờ : hg = 50 mm
Chiều cao phần Elip : ht = 400 mm
Rt = Dt = 1600 mm
- Nắp chịu áp suất ngoài như buồng bốc PN = 0 ,17 (N/mm2 )
- Vật liệu là thép không gỉ X18H10T
EN = 2*105 (N/mm2)
 cN  202,95 (N/mm2)

Chọn bề dày nắp SN = SBB = 10 mm
* Kiểm tra
R t 1600
 160

SN 10

0,15 * E N 0,15 * 2 * 10 5
 211,17 ( với   0.7 đối với thép không gỉ )

 *  cN 0,7 * 202.95




trang 36
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Rt 0,15 * E N
Ta thấy nên tính áp su ất cho phép theo công thức 6.7 trang 166 Tài

 *  cN
SN
liệu [7]
2. N  * ( S  C a ) h 400
( kiểm tra điều kiện 0,2 < t   0,25  0,3 thoả )
[ PN ] 
 * Rt Dt 1600

E N * (S  C a )  5 *  cN * Rt

E N * ( S  C a )  6,7 *  *  cN Rt (1   )

2 * 10 5 * 9  5 * 0,7 * 202,95 * 1600
=  2,186
2 * 10 5 * 9  6,7 * 0,7 * 202,95 * 1600 * (1  0,7)

2 * 86,9 * 9
 PN    0,447 (N/mm2.)
2,186 * 1600

Ta thấy P N = 0,17 < [PN] =0,447 cho nên nắp thỏa điều kiện ngoài áp su ất
Vậy bề dày nắp SN =10 (mm)
V. TÍNH CÁCH NHIỆT CHO THÂN
 Chọn vật liệu cách nhiệt là amiang carton

 Bề dày lớp cách nhiệt

 tT 1  t T 2 
 , m (công thức VI.66 trang 92 tài liệu [2] )
 n t T 2  t KK 

Trong đó
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt,   0,144W / mK


: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị
tT1
: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí vào khoảng 40oC  50 oC
tT2
: nhiệt độ không khí
tKK
n : hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngo ài của lớp cách nhiệt đến không khí

 n  9,3  0,058 * t T 2 (W / m 2 K ) (công thức VI.67 trang 92 tài liệu [2] )

 n  9,3  0,058 * (50  273)  28,034(W / m 2 K )

0,144 * 132,9  50 
   0,0212 (m)
28,034 * 50  30

Vậy chọn bề d ày lớp các nhiệt   22(mm)




trang 37
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò



VI. MỐI GHÉP BÍCH
1. Bích nối buồng bốc với nắp
- Ap suất trong thiết bị P = 0,17 N/mm2
- Đường kính trong bích Dt = 1600 mm
- Chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị
Tra b ảng XIII.27 trang 420 Tài liệu [2], bích kiểu 1, ta đ ược các thông số


D1
h
Dt = 1600 mm
Dn
db Dn = 1620 mm
Dt
D1 = 1660 mm
Db = 1700 mm
D = 1750 mm
Db h = 35 mm
db = M 24
D S bulong 40 cái


- Do môi trường ăn mòn ta chọn đệm amiang-carton
Bề dày 3 mm


Ap su ất lớn nhất chịu đ ược 0,6 N/mm2


Nhiệt độ lớn nhất chịu đ ược 500 oC


2. Bích nối buồng đốt và đáy
Chọn theo bảng XIII.27 trang 420 Tài liệu [2]. Bích liền bằng thép, kiểu 1
Dt = 1200 mm D = 1340 mm



Dn = 1208 mm h = 25 mm



Số bulong 32 cái
D1 = 1260 mm



Db = 1290 mm db = 20 mm ( M20)



3. Bích nối buồng đốt và buồng bốc
Chọn như bích buồng đốt và đáy
VII. VỈ ỐNG
- Chọn vỉ tròn phẳng
- Vật liệu X18H10T



trang 38
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

 nhiệt độ tính toán Ttt = 132,9(oC)
Ứng suất cho phép tiêu chu ẩn [  ]* = 120 (N/mm2)
Hệ số an toàn nB = 2,6 (bảng 1 -6 trang 20 Tài liệu [7])
Giới hạn bền uốn [  ]u = 120*2.6 = 312 N/mm2
Ap su ất làm việc Po : Po = PĐ + PCK = 3+(1 -0.3) = 3,7 at = 0,37 (N/mm2)
- Chiều d ày tính toán tối thiểu của vỉ ống :

Po
h’ = KDt . (công thức 8.19 trang 212 Tài liệu [7])
[ ] u

K : hệ số, K = 0,28 0,36. Chọn K= 0,3



Dt : đường kính trong thân buồng đốt, mm




0,37
 h '  0,3 * 1200 *  12,4 mm
312
Chọn h’ = 13 (mm)
- Tính sơ bộ chiều d ày vỉ:
dn 38
h'   5  9,75 (mm) (dn đường kính ngo ài ống truyền nhiệt)
5 
8 8
- Kiểm tra ứng su ất uốn
Ứng suất uốn trong vỉ của thiết bị trao đổi nhiệt lắp cứng trong phạm vi diện tích hình
chữ nhật ABCD
P
u  2
 h' 
d
3,6 * (1  0,7 * n ) *  
l
l 
B



l =0,5*(AB + CD)
t
AB = t*sin60o = CD
A C
6 0o = 56*sin60o = 45,3 mm
 l = 45,3 (mm)



D




trang 39
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

0,37
u   3,023
2
38   13 

3,6 * 1  0,7  * 
45,3   45,3 


 u  [ ]u thỏa
- Chọn bề d ày vỉ bằng bề d ày bích, hvỉ =25 mm
VIII. KHỐI LƯỢNG VÀ TAI TREO
1. Khối lượng thép làm thiết bị
m theùp  Vtheùp . theùp

- Khối lượng riêng thép không gỉ  theùp  7900 (kg/m3)

- Thể tích thép buồng đốt

* 1,208 2  1,2 2 * 1,5  0,0227 (m3)
VTĐ =  /4 * ( D2ngbĐ - D2ngbĐ) 
4
Với DngbĐ = 1 ,208 m : đ ường kính ngoài buồng đốt
: đ ường kính trong buồng đốt
DtrbĐ = 1,2 m
: chiều cao buồng đốt
HĐ = 1,5 m
- Thể tích thép buồng bốc
VtB  Vt.truïB  Vt .noùnB  Vt.gôøB

 
.DngB  DtrB .H truï  * 1,62 2  1,6 2 * 2,4  0,1214 (m3)
2 2
Vt .truïB 
4 4
Vt.noùnB  Vnoùn.ngoaøiB  Vnoùn.trongB = 0,6377-0,62 = 0,0177 (m3)


* 0,4 * 1,62 2  1,22 2  1,62 * 122  0,6377 (m3)
VnónngoàiB 
12

* 0,4 * 1,6 2  1,2 2  1,6 * 1,2   0,62 (m3)
VnóntrongB 
12

* 1,22 2  1,2 2  * 0,05  1,9 * 10 3 (m3)
Vt.gờ 
4
Vậy thể tích thép buồng bốc:

VtB  0,1214  0,0177  1,9 * 10 3  0,141 (m3)

- Thể tích thép làm đáy:
Vt.đáy = diện tích bề mặt trong đáy * bề dày đáy = 2,57*10*10 -3 = 0,0257 (m3)
- Thể tích thép làm nắp:


trang 40
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Vt nắp = diện tích bề mặt trong nắp * bề dày nắp = 3,03*10*10 -3 = 0,0303 (m3)
- Thể tích thép làm ố ng truyền nhiệt
Vt.ống = Vt.ốngTN + Vt.ốngtuầnhoàn
 
* 0,038 2  0,034 2 * 1,5  * 0,325 2  0,315 2  * 1,5  0,087 (m3)
= 234*
4 4
- Thể tích thép làm bích buồng đốt
Thể tích thép làm 2 mặt bích không có vỉ ống:

 2 
2 
 
V1  2. Dng .bích . .H bích  DngbD .H bích   2 * * 0,025 * 1,34 2  1,208 2  0,0132 (m3)
4 4 4
 
Thể tích thép 2 mặt bích có vỉ:

* H bích Dng .bích  Dng .tuaàn.hoaøn  180 * Dng .oángTN 
2 2 2
V2 = 2 *
4

* 0,025 * 1,34 2  0,325 2  180 * 0,038 2   0,056 (m3)
= 2*
4
- Thể tích thép làm bích nối buồng bốc với nắp
 
* H bích * Dng.bích  DngbB   2 * * (1,75 2  1,62 2 ) * 0,035  0,024 (m3)
2 2
V3 = 2 *
4 4
 Tổng thể tích thép làm thiết bị không kể ống truyền nhiệt :
Vthép.1 = 0.0227 + 0,141 + 0,0257 + 0,0303 + 0,0132 +0,056 +0,024
= 0,3129 (m3)
 Khối lượng thép làm thiết bị không tính ống truyền nhiệt:
mthép.1 = 0,3129*7900  2472 (kg)
Khối lượng thép làm thiết bị


mthép = 2472 + 0,087*7900  3160 (kg)
Khối lượng dung dịch lớn nhất là 3240 (kg)


Tổng tải trọng của thiết bị :


M = 3160 + 3240 = 6400 (kg)


2. Tai treo
- Dùng 4 tai treo
- Tải trọng trên mỗi tai treo




trang 41
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

6400 * 9,81
 15696 (N)
m=
4
Tra b ảng XIII.36 trang 438 Tài liệu [2] ta được
Tải trọng cho phép 25000 (N)


Bề mặt đỡ 173*10-4 (m2)


Tải trọng cho phép trên b ề mặt đỡ q = 1,45*106 (N/m2)


Các kích thước


L = 150 mm S = 8 mm
B = 120 mm l = 60 mm
B1 = 130 mm a = 20
H = 215 mm d = 30 mm
Khối lượng 3,48 kg, vật liệu thép CT3
IX. CÁC ĐƯỜNG ỐNG DẪN, CỬA
1. Ống và cửa nhập liệu
Thời gian nhập liệu : Tnl = 20 phút = 1200 s
Lưu lượng nhập liệu
3,02
 2,517 * 10 3 (m3/s)
Vnl 
1200
Chọn vận tốc dung dịch đi trong ống
  1,5 m/s (trang 74 Tài liệu [2])
Vậy đường kính ống nhập liệu:

4Vnl 4 * 0,002517
 0,046 m =46 (mm)
d nl  
 *  * 1,5

Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 T ài liệu [2]
Đường kính trong 50 (mm)
Bề dày 3,5 (mm)
Chiều dài ố ng 100 (mm)
2. Ống và cửa tháo liệu:
Thời gian tháo liệu Ttl = 15 phút = 900 (s)
1
( m3/s)
Lưu lượng tháo liệu Vtl 
900



trang 42
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Chọn vận tốc dung dịch đi trong ống
  1,5 (m/s) (trang 74 Tài liệu [2])
 Đường kính ống tháo liệu

4 *1
 0,031 m = 31 (mm)
d tl 
 * 1,5 * 900

Chọn ống tháo liệu :
Đường kính trong 32 (mm)
Bề dày 3 (mm)
Chiều dài 90 (mm)
3. Ống dẫn hơi thứ :
Thời gian cô đặc (lấy trong giai đoạn đầu)
T1 = 2438 (s)
Lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu 1080 (kg)
Vậy lưu lượng hơi thứ:
1080
 2,36 (m3/s) (  hôithöù  0,1876 (kg/m3)
Vht 
0,1876 * 2438

Chọn vận tốc hơi đi trong ống vht = 20 (m/s)
 đường kính ống dẫn hơi thứ:

4 * Vht 4 * 2,36
 0,39 m = 390 (mm)
d ht  
 * v ht  * 20

Chọn dht = 400 (mm)
Bề d ày S = 13 (mm)
Chiều d ài 150 (mm)
4. Ống dẫn hơi đốt:
Thời gian cô đặc và gia nhiệt T =86,3 phút = 5178 (s)
Lượng hơi đốt D = 2720,3 (kg)
Khối lượng riêng hơi đốt ở 3 at  hñ  1.628 (kg/m3)

 lưu lượng hơi đốt:
2720,3
 0,323 (m3/s)
Vhñ  D/(  hñ . T ) =
1.628 * 5178
Chọn vận tốc hơi đốt vhđ = 20 m/s


trang 43
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

 đường kính ống dẫn hơi đốt

4.V hñ 4 * 0,323
 0,143 m = 143 (mm)
d hñ  
 .vhñ  * 20

Chọn dhđ = 150 mm
Bề d ày S = 4,5 mm
Chiều d ài 150 mm
5. Ống dẫn nước ngưng:
Lượng nước ngưng mn = 2720,3 (kg)
Thời gian ngưng T =86,3 phút = 5178 (s)
Khối lượng riêng nước ngưng ở 132,9oC
 n  932,277 (kg/m3)

 lưu lượng nước ngưng:
2720,3
 5,637 *10  4 (m3/s)
Vnn 
5178 * 932,277

Chọn vận tốc nước ngưng chảy trong ống vnn = 1,5( m/s)
 đường kính ống dẫn nước ngưng:

4 * 5,637 * 10 4
4Vnn
 0,022 m = 22 (mm)
d nn  
 * vnn  * 1,5

Chọn dnn = 25 mm
Bề d ày S = 3,5 mm
Chiều d ài 90 mm
 Tóm tắt các đ ường ống dẫn và cửa

Ống Đường kính trong, mm Bề dày, mm Chiều dài, mm

Nhập liêu 50 3,5 100

Tháo liệu 32 3 90

Hơi thứ 400 13 150

Hơi đ ốt 150 4,5 150

Nước ngưng 25 3,5 90

CHƯƠNG III. CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ PHU


trang 44
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

I. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET
1. Chi phí nước để ng ưng tụ
Công thức 4.39 trang 188 Tài liệu [4]
i  cn * t n 2
Gn  W
cn * t n 2  t n1 

Trong đó
: lượng nước cần cung cấp (kg)
Gn
: lượng hơi thứ cần ngưng (kg)
W
: entanpi của hơi thứ ở áp suất ngưng tụ 0,3 at (J/ kg)
i
i = 2620*103 J/kg (bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1])
: nhiệt dung riêng trung bình của nước (J/kg độ)
cn
cn =4178 (J/kg độ)
tn1, tn2: nhiệt độ vào và ra của nước (oC )
tn1 = 25 oC
tn2 = 60 oC

2620 *103  4178 * 60
 Gn  2040 *  36491 (kg)
4178 * 60  25

2. Lượng không khí do bơm hút từ thiết bị ngưng tụ
- Theo công thức 4.40 trang 188 Tài liệu [4]
Gkk = 0,01*W + 2,5*10-5*(W + Gn)
Trong đó
: lượng hơi thứ cần ngưng (kg)
W
: lượng nước cần cho ngưng tụ (kg)
Gn
Gkk : lượng không khí cần hút (kg)

 Gkk  0,01 * 2040  2,5 * 10 5 * 2040  36491  21,28 (kg)

- Thể tích không khí cần hút (công thức VI.49 trang 84 Tài liệu [2])
288 * G kk * (273  t kk )
Vkk 
P  Ph

Với
: nhiệt độ không khí (oC)
tkk
Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô (công thức VI.50 trang 84 Tài liệu [2]):


trang 45
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

tkk = tn1 + 4 + 0,1*(tn2 – tn1) = 25 + 4 + 0,1*(60 – 25) = 32,5 (oC)
: áp su ất hỗn hợp trong thiết bị ngưng tụ (N/m2)
P
P = 0,3 at = 29430 (N/m2)
: áp su ất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp, lấy bằng áp suất hơi bão hoà ơ
Ph
tkk
Ph = 0,0448 (at) = 4394,88 (N/m2)
- Vậy thể tích không khí cần hút :
288 * 21,28 * ( 273  32,5)
 74,79 (m3)
Vkk =
29430  4394,88

Thể tích không khí cần hút ở 0oC và 760 mmHg
Vkk1 = 0,001*(0,02*(W+Gn)+8W)
=0,001*(0,02*(2040+36491)+8*2040) = 17 (m3)
3. Đường kính thiết bị ngưng tu:
- Theo công thức VI.52 trang 84 Tài liệu [2]

W
Dtr  NT   1,383 *
h *h

Với W : lưu lượng hơi ngưng, kg/s
2040
 0,425 (kg/s)
W=
4800
: khối lượng riêng hơi ở áp suất 0,3 (at)
h

 h  0,1876 (kg/m3 ) (trang 314 Tài liệu [1])

: tốc độ hơi (m/s)
h

Chọn  h = 20 (m/s )

Dtr(NT) : đường kính trong thiết bị ngưng tụ

0,425
 0,47 ( m )
Dtr  NT   1,383 *
0,1876 * 20

- Chọn đ ường kính trong thiết bị ngưng tụ 500 mm
4. Kích thước tấm ngăn
- Tấm ngăn dạng hình viên phân
- Chiều rộng tấm ngăn b




trang 46
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

D tr NT  500
b  50   50  300 (mm)
2 2
- Trên tấm ngăn đục nhiều lỗ nhỏ
- Nước làm nguội là nước sạch
- Lấy đường kính lỗ dlỗ = 2 (mm)
- Tổng diện tích lỗ trên một cặp tấm ngăn
Gn
f , công thức VI.54 trang 85 Tài liệu [2]
c

: lưu lượng nước (m/s)
Gn


36491
 7,6 (kg/s)
Gn =
4800
c : tốc độ tia nước (m/s)



Chọn chiều cao gờ tấm ngăn là 40 mm nên  c =0,62 (m/s)

7,6
*10 6  12536 (mm2)
f
0,62 * 977,8

Với  n  977,8 (kg/m3 ) ở 68,7 oC

- Số lỗ n
4f 4 *12536
 3990 (lỗ)
n 
2
 *4
 * dl

- Chọn chiều dày tấm ngăn 4 mm
- Các lỗ xếp theo hình lục giác đều
0,5
f 
- Bước lỗ t = 0,866* d l *  c  (mm)
f 
 tb 

fc
tỉ số giữa diện tổng diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị ngưng tụ

f tb

fc 12536
  0,064
500 2
f tb
*
4
- Vậy bước lỗ :

t  0,866 * 2 * 0,0640,5  0,44 (mm)

5. Chiều cao thiết bị ng ưng tụ:



trang 47
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

- Mức độ đun nóng nước ( công thức VI.56 trang 85 Tài liệu [2])
t n 2  t n1 60  25
P   0,8
t o  t n1 68,7  25

- Tra b ảng VI.7 trang 86 Tài liệu [2] với đường kính tia nước 2 mm thì
Số bậc 4
Số ngăn 8
Kho ảng cách giữa các ngăn 400 mm
Thời gian rơi qua một bậc 0,41 s
- Chọn khoảng cách giữa các ngăn giảm dần từ d ưới lên như sau 400 mm, 350 mm, 300
mm, 250mm, 200 mm, 150mm, 100 mm
- Khoảng cách từ ngăn trên cùng nắp thiết bị 1300 (mm)
- Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đ ến đáy thiết bị 1200 (mm)
- Nắp elip tiêu chu ẩn có gờ, đuờng kính trong 500 (mm)
Chiều cao gờ 50 (mm)
Chiều cao phần elip 125 (mm)
- Đáy nón tiêu chu ẩn có gờ , góc đáy 60oC, đuờng kính trong 500 (mm)
Chiều cao gờ 50 (mm)
Chiều cao phần nón 450 (mm )
- Vậy chiều cao thiết bị ngưng tụ
Hnt = 125 + 25 +1300 + 100 +150 +200 +250 +300 +350 +400 +1200 +50 +450
=4900 mm = 4,9 (m)
6. Đường kính ống baromet
Theo công thức VI.57 trang 86 T ài liệu [2]

0,004 * Gn  W 
db  (m)
 *
Với W : lưu lượng hơi ngưng (kg/s)
: lưu lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s)
Gn
 : tốc độ hỗn hợp nước và hơi đã ngưng chảy trong ống, thường lấy
 =0,5  0,6 m/s. Vậy chọn  = 0,55 (m/s)
: đ ường kính tro ng ống baramet (m)
db




trang 48
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò


0,004 * 7,6  0,425
 0,143 (m)
db 
 * 0,5

Chọn đ ường kính ống baromet db = 150 mm
7. Chiều cao ống baromet
H = h1 + h2 + 0,5 (m) (công thức VI.58 trang 86 Tài liệu [2])
 h1 : chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển
và áp su ất trong thiết bị ngưng tụ
 h2 : chiều cao cột nước trong ống dẫn cần để khác phục toàn bộ trở lực khi nước chảy
trong ống
Tính h1
-

P'
, m (công thức Vi.59 trang 86 Tài liệu [2])
h1 = 10,33 *
760
P’ độ chân không trong thiết bị ngưng tụ P’ = 0,7 at = 514,5 (mmHg)
514,5
 7 (m)
h1 = 10,33 *
760
Tính h2:
-

2  H 
h2  1      , m (công thức VI.60 trang 87 Tài liệu [2])
 
2g  db 




Lấy   1   2  1,5

1  0,5 hệ số trở lực khi vào ống

 2  1 hệ số trở lực khi ra khỏi ống

H : chiều cao ống baromet (m)
d b : đ ường kính trong ống baromet, d b = 0,15 (m)
 : hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống
 *  *d
Re =

Với  = 0,5 (m/s) vận tốc nước chảy trong ống
d = 0,15 (m) đường kính trong ống baromet
  983,2 (kg/m3 ) khối lượng riêng của nước ở 60oC



trang 49
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

  0,47 * 10 3 (Ns/m2) độ nhớt động lực của nước ở 60 oC

0,5 * 983,2 * 0,15
 156894  10 5  chế độ chảy rối
 Re 
0,47 *10 3

0,221
   0,0032   0,0178
1568940, 227

0,5 2  H 
 1,5   0,03185  1,51 * 10 3 H
h2  1  0,0178 *
2 * 9,81  0.15 
Tính H
-

H= 7 + 0,03185 + 1,51*10 -3H
 H  7,04 m

8. Các kích thước khác
Chiều d ày thành thiết bị 5 (mm)
-

Lỗ hơi vào 300 (mm)
-

Lỗ nước vào 100 (mm)
-

Hỗn hợp khí và hơi ra nối với thiết bị thu hồi 80 (mm)
-

Đường kính ống nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet 50 (mm)
-

Khoảng cách từ tâm thiết bị ngưng tụ đến tâm thiết bị thu hồi 675 (mm)
-

Đường kính thiết bị thu hồi 400 (mm)
-

Chiều cao thiết bị thu hồi 1440 (mm)
-

Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi 50 (mm)
-

Ống thông khí 50 (mm)
-




II. BƠM
1. Bơm chân không
o Tốc độ hút của bơm chân không ở 0 oc và 760 mmHg
SB = 17/80 = 0,2125 (m3/ph) = 12,75 (m3/h)
 Công suất bơm chân không

m 1
 
 p2  m
Vkk m    1
N * * p1 *  
 p1  
 ck * t m  1
 
 



trang 50
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

: chỉ số đa biến, thường m = 1,2  1 ,62. Lấy m = 1,5
m
: áp suất trước khi nén. p1 = P – Ph = 0,3 – 0,05 = 0,25 at
p1
Ph = 0,05 áp suất hơi nước trong hỗn hợp
: áp suất sau khi nén. P2 = Pa = 1 at = 9.81*104 (N/m2)
p2
Vkk : thể tích không khí cần hút (m3)
: thời gian cô đặc (s )
t
 ck : hệ số hiệu chỉnh,  ck = 0.8
1, 51
 
74,79 1,5  1  1,5
  1  836 (W)
4
N * 0,25 * 9,81 * 10 * 
 0,25  
0,8 * 4800 1,5  1
 
 
 Chọn b ơm chân không

Hiệu bơm KBH-4
Tốc độ hút ở 0 oC và 760 mmHg: 0,4 (m3/ph)
Ap suất giới hạn: 110 (mmHg)
Công suất động cơ 1,5 (kW)
Khối lượng bơm 38 (kg)
2. Bơm nhập liệu
 Công suất bơm

Q*H * * g
N
1000
3
 Q : lưu lượng nhập liệu (m /s)

3,02
 0,0025167 (m3/s)
Q
1200
 H : côt áp của bơm (m)

Phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt 1 -1 (mặt thoáng bể chứa nguyên liệu) và 2-2
(miệng ống nhập liệu)
2 2
p1 1. v1 v
p
 H = Z2+ 2  2. 2  h1-2

Z1+
 
2g 2g


Trong đó
: chiều cao hình học của mặt cắt so với đất. Chọn Z1 = 2 m, Z2 = 6 ,5 m
Z1 , Z2


: áp suất tại 2 mặt cắt. p1 = p2 = 1 at
p1,p 2





trang 51
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

: vận tốc dung dịch tại 2 mặt cắt (m/s)
v1,v2


v1 = 0
v2 = v : vận tốc dung dịch đi trong ống ( m/s)
: tổng tổn thất trong ống (m)
h1-2



v2  l 
Ta có h 12     
2g  d 
 : tổng hệ số tổn thất cục bộ

   v  2 *  khuc.quanh.90  2 *  van   ra  0,5  2 * 1,19  2 * 0,5  1  4,88

l, d : chiều dài, đường kính ống nối b ơm ( m)
 : hệ số ma sát
Xác định 
Chọn đường kính d = d hút = d đẩy = dnl = 50 (mm)
Vận tốc chảy trong ống
4.Q 4 * 0,0025167
v   1,28 (m/s)
2
 * 0,05 2
 .d
v * d *  1,28 * 0,05 *1073
  96721
Chu ẩn số Re =
0,71 *10 3

 : khối luợng riêng dung dịch NaCl 10% (kg/m3)
Với

 : độ nhớt động lực của dung dịch NaCl 10% (Pa.s)

Chọn độ nhám ống thép   0,2 (mm)
8
8
 d 7  50  7
 6 *   6*   3301,07
Re gh
   0,2 
9
9
 d 8  50  8
Re n  220,    220 *    109674,4
   0,2 
Vậy Regh < Re < Ren nên
0.25 0.25
 100  0,2 100 
 
  0,11,46 *   0,11,46 *   0,029
d Re  50 96721
   
Chiều dài đường ống từ bể lên cửa nhập liệu l =8 m
 Tổng tổn thất áp suất:




trang 52
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

1,28 2  
7
 4,88   0,8 (m)
h1 2  *  0,029 *
2 * 9,81  0,05 

Chọn  1   2  1  Cột áp của b ơm

p 2  p1 v 2 1,28 2
  h1 2  6,5  2   0,91  5,38 (m)
H = (Z2 – Z1) +
 2g 2 * 9,81

 Công suất bơm

5,38 * 1073 * 9,81 * 0,0025167
N  0,178 (kW)
1000 * 0,8

 Chọn b ơm theo bảng 1.7 trang 35 Tài liệu [4]

Hiệu bơm : X20/18
Lưu lượng Q = 5,5*10-3 m3/s
Cột áp H = 10,5 m
Số vòng n = 48,3 v/ph
Động cơ điện : Lo ại A02-31-2
Công suất N = 3 kW
Hiệu suất  ñ  0,83

3. Bơm vào thiết bị ngưng tụ
 Công su ất bơm

Q * H * n * g
N
1000

 n : khối lượng riêng của nước ở 25 oC,  n =996,9 (kg/m3)


 : hiệu suất của bơm,  = 0,8

3
 Q : lưu lượng nhập liệu (m /s)

Gn 36491
 7,626 *10 3 (m3/s)
Q 
 n .t 996,9 * 4800

: thời gian cô đặc (s)
t

 H : côt áp của bơm (m)

Phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt 1-1 (mặt thoáng bồn chứa nước vào thiết bị ngưng
tụ) và 2-2 (mặt thoáng cửa vào ống dẫn nước)
2 2
p v v
p
Z1+ 1  1. 1  H = Z2+ 2  2. 2  h1-2
 
2g 2g


trang 53
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Trong đó
: chiều cao hình học của mặt cắt so với đất. Chọn Z1 = 2 m, Z2 = 12 m
Z1 , Z2


p1
 10 mH2O
: áp suất tại mặt cắt 1-1, p1 = 1 at 
p1



p2
: áp suất tại mặt cắt 2-2, p2 = 0,3 at   3 mH2O
p2


: vận tốc nước tại 2 mặt cắt, m/s
v1,v2


v1 = 0
v2 = v : vận tốc nước chảy trong ống, m/s
: tổng tổn thất trong ống, m
h1-2



v2  l 
Ta có h 12     
2g  d 
 : tổng hệ số tổn thất cục bộ

   v  2 *  khuc.quanh.90  2 *  van   ra  0,5  2 *1,19  2 * 0,5  1  4,88

l, d : chiều dài, đường kính ống nối từ bể chứa đến thiết bị ngưng tụ (m)
 : hệ số ma sát
Xác định 
Chọn đường kính d = d hút = d đẩy = dnl =100 mm
Vận tốc chảy trong ống

4 * 7,626 * 10 3
4Q
v   1 (m/s)
 *d 2  * 0,12
v * d *  1 * 0,1 * 996,9
  111760
Chu ẩn số Re =
0,892 *10 3

 : khối luợng riêng của nước ở 25oC (kg/m3)
Với

 : độ nhớt động lực của nước ở 25 oC,  =0,892*10-3 (Pas)

Chọn độ nhám ống thép   0,2 mm
8 8
 d 7  100  7
 6,    6 *    7289,34
Re gh
   0.2 
9
9
 d 8  100  8
Re n  220 *    220 *    239201,1
   0,2 



trang 54
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Vậy Regh < Re < Ren nên
0 , 25 0, 25
 100  0,2 100 
 
  0,11,46 *   0,11,46 *   0,025
d Re  100 111760 
   
Chiều dài đường ống từ bể lên cửa nhập liệu l = 15 m
 Tổng tổn thất áp suất

12  
15
h1 2   4,88   0,44 (m)
*  0,025 *
2 * 9,81  0,1 

Chọn  1   2  1  Cột áp của b ơm

p 2  p1 v 2 12
  h1 2  12  2  (3  10)   0,44  3,5 (m)
H = (Z2 – Z1) +
 2g 2 * 9,81

 Công suất bơm

7,626 * 10 3 * 3,5 * 996,9 * 9,81
N  0,326 (kW)
1000 * 0,8

 Chọn b ơm theo bảng 1.7 trang 35 Tài liệu [4]

Hiệu bơm : X45/21
Lưu lượng Q = 12,5*10 -3 (m3/s)
Cột áp H = 13,5 (m)
Số vòng n = 48,3 (v/ph)
Động cơ điện : Lo ại A02-51-2
Công suất N = 10 (kW)
Hiệu suất  ñ  0,88




CHƯƠNG IV. TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
- Khối lượng thép làm thiết bị không kể ống truyền nhiệt : 2464 kg
Giá thép X18H10T : 50000 đ/kg
 $thiết bị = 50000*2472 = 123600000 (đ)
- Ống truyền nhiệt
Ống có d < 50 mm giá 50000 đ/m
Ống có d >50 mm giá 100000 đ/m
 $ống = 234*1,5*50000 + 100000*1,5 = 17700000 (đ)


trang 55
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

- Bulong
Giá 1 bulong 3000 đ/cái
 $bulong = (32*2 +40 )*3000 = 312000 (đ)
- Đệm :
Giá 250000 đ
 $đệm = 3*250000 = 750000 (đ)
- Tai đỡ
Vật liệu CT3, giá 10000 đ/kg
Khối lượng 1 tai 3,48 kg
 $tai treo = 3,48*4*10000 = 139000 (đ)
- Cửa quan sát : 300000 (đ/cái)
 Vậy tổng giá thành thiết bị chính:

$thiết bị chính = (123,6 + 17,7 +0,312 + 0,75 + 0,139 +0, 3)*106 = 142801000 (đ)
- Nhiệt kế giá: 150000 đ/cái
 $nhiệt kế = 150000*2 = 300000 (đ)
- Ap kế giá: 600000 đ/cái
 $áp kế = 60000*3 = 1800000 (đ)
- Bơm chân không 1500000 đ/cái
- Bơm nhập liệu
Công su ất N = 0,23 kW = 0,3 Hp
Chọn bơm 0,5 Hp
Giá bơm 700000 đ/Hp
 $bơm nhập liệu = 700000*0,5 = 350000 (đ)
- Bơm vào thiết bị ngưng tụ (bơm nước)
N = 0 ,39 kW = 0,52 Hp
Chọn bơm 1 Hp
 $bơm nước = 700000*1= 700000 (đ)
- Thiết bị ngưng tụ baromet và bình tách lỏng giá: 15000000 (đ)
- Ống dẫn liệu: 8m ống thép và 2 cút:
Giá 1 cút 2000 (đ)
1m ố ng d 50 là 20000 (đ/m)


trang 56
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

$nhập liệu= 20000*8+8*2000= 176000 (đ)
- Ống dẫn nước vào thiết bị ngưng tụ : 15m ống thép và 2 cút :
Giá 1m ống d100 là 30000 (đ/m)
$ngưng= 30000*15+ 10*2000= 470000 (đ)
Vậy tổng giá thành thiết bị ( chưa kể tiền gia công lắp đ ặt)
$ = (142,801 + 0,3 + 1,8 +1,5 +0,35*2 +15+0,176+0,47)*10 6 = 162747000 (đ)
Nếu tình giá gia công b ằng 100% giá vật tư thì tổng giá thành thiết bị là:
$tổng = 2 *162747000 = 325494000 (đ)




KẾT LUẬN




trang 57
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò

Hệ thống cô đặc gián đoạn đ ược thiết kế gồm nồi cô đặc và thiết bị ngưng tụ baromet
khá đơn giản, không phức tạp, không cần thiết bị gia nhiệt ban đầu và bồn cao vị để ổn
định lưu lượng. Thời gian cô đặc tương đối ngắn (121,3 phút ), hệ số truyền nhiệt đạt được
trong quá trình cô đặc là khá cao.
Thiết bị tương đối nhỏ gọn, giá thành không quá cao có thể chấp nhận được.
Tuy nhiên ta khó có thể điều khiển được quá trình cô đặc và thời gian cô đặc có thể thay
đổi không ổn định.
Quá trình cô đ ặc là quá trình cần thiết trong công nghệ hóa chất và thực phẩm nên cần
được nghiên cứu phát triển để có được hiệu quả cô đặc cao, chi phí thấp.




trang 58
GVHD : Traàn Vaên Ngheä
Ñoà aùn moân hoïc Maùy vaø Thieát bò



TÀI LIỆU THAM KHẢO


[1] Các tác giả, Sổ tay Quá trình và thiết bị Công nghệ hoá chất, Tập 1, NXB Khoa
học và Kỹ thuật, 1992
[2] Các tác giả, Sổ tay Quá trình và thiết bị Công nghệ hoá chấ t, Tập 2, NXB Khoa
học và Kỹ thuật, 1992
[3] Phạm Văn Bôn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ, Giáo trình QT & TB CNHH tập 5
: Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc gia TP HCM, 2002
[4] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, QT & TB CNHH tập 10 : Ví
dụ và Bài tập, Trường ĐH Bách Khoa TP HCM
Phạm Văn Bôn : Hướng dẫn đồ án môn học, Trường ĐH Bách Khoa TP HCM,
[5]
1993
[6] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, QT &
TB CNHH tập 1, quyển 2 : Phân riêng bằng khí động, lực ly tâm, Bơm, quạt, máy nén,
Tính hệ thống đ ường ống, NXB ĐH Quốc gia TP HCM, 1997
[7] Hồ Lê Viên, Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất, NXB Khoa học và Kỹ
thuật, 1978
[8] Nguyễn Văn Lụa, QT & TB CNHH tập 1, quyển 1: Khuấy – Lắng – Lọc, NXB
ĐH Quốc gia TP HCM, 2002




trang 59
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản