Thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.docx

Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
`Tải tài liệu tại kết bạn zalo : 0973.287.149
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & VẬT LIỆU
----------o0o----------
BÁO CÁO
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG MỘT NỒI LIÊN TỤC ĐỂ CÔ
ĐẶC DUNG DỊCH NaOH
GVHD: Tiền Tiến Nam
SVTH: Vũ Thị Mỹ Thi
MSSV: 2004140463
Lớp: 05DHHH3
Khóa học : 2014 – 2018
Thành Phố Hồ Chí Minh 5/2017

GVHD: TIỀN TIẾN NAM
SVTH: VŨ THỊ MỸ THI Page 2
MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................................................................2
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................................................................3
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC.................................................................................................................4
I Nhiệm Vụ Của Đồ Án................................................................................................................ 4
II Giới Thiệu Về Nguyên Liệu....................................................................................................... 4
III Khái Quát Về Cô Đặc................................................................................................................. 4
IV Thiết Bị Cô Đặc.......................................................................................................................... 5
PHẦN 2: THUYẾT TRÌNH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ..................................................................................8
PHẦN 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH ..............................................................................10
I Cân Bằng Vật Chất Và Năng Lượng........................................................................................ 10
II. Thiết Kế Thiết Bị Chính........................................................................................................... 17
PHẦN 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ.............................................................................................................52
I THIẾT BỊ GIA NHIỆT ............................................................................................................ 52
II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ.............................................................................................................57
1. Chọn Thiết Bị Ngưng Tụ.......................................................................................................... 57
III.BỒN CAO VỊ........................................................................................................................... 62
IV. BƠM CHÂN KHÔNG......................................................................................................... 64
V. CÁC CHI TIẾT PHỤ ............................................................................................................... 65
Tài Liệu Tham Khảo...........................................................................................................................................66

LỜI CẢM ƠN
Một môn học nữa lại qua, đối với chúng em với môn học “ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT
BỊ” cung cấp cho em nhiều kiến thức về vận hành, thiết kế hệ thống và nhất là hệ thống cô
đặc vì đề tài của em làm là cô đặc NaOH.
Sau 12 tuần làm việc của môn đồ án và sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Tiền Tiến Nam
thuộc bộ môn QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC
PHẨM TPHCM, chúng em đã đi đến ngày hôm nay đã hoàn thành môn đồ án môn học
“QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ” với những gì đã qua em xin chân thành cảm ơn thầy Tiền
Tiến Nam, các thầy cô trong bộ môn “QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ” và các bạn chung khóa
đã giúp em hoàn thành môn đồ án này.
Vì đồ án này là một đề tài lớn đầu tiên của em, điều thiếu xót và hạn chế là không thể
tránh khỏi. Mong được sự đóng góp ý kiến , chỉ dẫn từ các thầy và bạn bè để củng cố thêm
kiến thức chuyên môn.
Em xin chân thành cảm ơn.

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC
I Nhiệm Vụ Của Đồ Án
- Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.
- Nồng độ dịch ban đầu 10%
- Nồng độ sản phẩm 20%
- Áp suất chân không cô đặc 0,65at
- Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: 300
C (chọn)
II Giới Thiệu Về Nguyên Liệu
Natri hydroxid NaOH nguyên chất là chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, khối
lượng riêng 2,13 g/ml, nóng chảy ở 318oC và sôi ở 1388oC dưới áp suất khí quyển. NaOH
tan tốt trong nước (1110 g/l ở 20oC) và sự hoà tan toả nhiệt mạnh. NaOH ít tan hơn trong
các dung môi hữu cơ như methanol, ethanol… NaOH rắn và dung dịch NaOH đều dễ
hấp thụ CO2 từ không khí nên chúng cần được chứa trong các thùng kín.
Dung dịch NaOH là một base mạnh, có tính ăn da và có khả năng ăn mòn cao. Vì
vậy, ta cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị và đảm bảo an toàn lao động trong quá trình sản
xuất NaOH.
Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành sản xuất hoá chất cơ
bản và lâu năm. Nó đóng vai trò to lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác
như dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn…
Trước đây trong công nghiệp, NaOH được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)2 tác
dụng với dung dịch Na2CO2 loãng và nóng. Ngày nay, người ta dùng phương pháp hiện
đại là điện phân dung dịch NaCl bão hoà. Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu được thường
có nồng độ rất loãng, gây khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên
chở và sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến một nồng độ nhất định theo yêu
cầu.
III Khái Quát Về Cô Đặc
1. Định Nghĩa
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch
gồm 2 hai nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh
lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử
dễ bay hơi hơn); đó là các quá trình vật lý – hoá lý. Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay

hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay
hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh.
2. Các Phương Pháp Cô Đặc
Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái
hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt
thoáng chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra
dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất
tan. Tuỳ tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh
đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh.
3. Ứng Dụng
- Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chín, các dung dịch nước trái
cây
- Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cô...
IV Thiết Bị Cô Đặc
1. Phân Loại
Theo Cấu Tạo
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm này có thể
cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền
nhiệt. Bao gồm:
 Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.
 Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cô đặc nhóm này
dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm
chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt
cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
 Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
 Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.

Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho phép dung
dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng
nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc biệt thích hợp cho các dung
dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép. Bao gồm:
 Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó
vỡ.
 Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và
bọt dễ vỡ.
Theo phương thức thực hiện quá trình
- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi; thường được dùng
trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt năng suất cực
đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.
- Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không.
- Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
- Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá lớn vì nó
làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp
cả hai phương pháp; đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu
quả kinh tế.
- Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể được điều khiển tự động
nhưng hiện chưa có cảm biến đủ tin cậy.
- Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài, có
hoặc không có ống tuần hoàn. Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, ta
có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư.
2. Hệ Thống Cô Đặc Chân Không Liên Tục
3. Các Thiết Bị Và Chi Tiết Trong Cô Đặc
Thiết bị chính:
- Ống nhập liệu, ống tháo liệu
- Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt
- Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp
- Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng

Thiết bị phụ:
- Bể chứa nguyên liệu
- Bể chứa sản phẩm
- Bồn cao vị
- Lưu lượng kế
- Thiết bị gia nhiệt
- Thiết bị ngưng tụ baromet
- Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị
- Bơm tháo liệu
- Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ
- Bơm chân không
- Các van
- Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất…

PHẦN 2: THUYẾT TRÌNH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Nguyên liệu ban đầu là dung dịch NaOH có nồng độ 10%. Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu
được bơm lên bồn cao vị. Từ bồn cao vị, dung dịch chảy qua lưu lượng kế rồi đi vào thiết bị
gia nhiệt và được đun nóng đến nhiệt độ sôi.
Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt đứng, bên trong
gồm nhiều ống nhỏ được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều. Các đầu ống được giữ chặt trên
vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân. Nguồn nhiệt là hơi nước bão hoà có áp suất 4 at đi
bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch đi từ dưới lên ở bên trong ống. Hơi nước bão hoà ngưng
tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên
nhiệt độ sôi. Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá
trình bốc hơi. Hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi
chảy ra ngoài.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc:
Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung
tâm. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hoà) đi trong khoảng không gian
ngoài ống. Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho dung dịch đang chuyển động
trong ống. Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng
tụ cung cấp để sôi, làm hoá hơi một phần dung môi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng
qua bẫy hơi để chảy ra ngoài.
Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm:
Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng – hơi có
khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống. Đối với ống tuần hoàn, thể
tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với trong ống truyền nhiệt nên
lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn. Vì lý do trên, khối lượng riêng của hỗn hợp
lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ống truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy
xuống dưới. Kết quả là có dòng chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị: từ dưới lên
trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn.
Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành 2 dòng. Hơi thứ đi lên
phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi dòng. Giọt lỏng
chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên. Dung dịch còn lại được hoàn lưu.
Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể chứa sản phẩm nhờ
bơm ly tâm. Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên của buồng bốc đi vào thiết bị
ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp). Chất làm lạnh là nước được bơm vào
ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn vào ngăn dưới cùng của thiết bị. Dòng hơi thứ đi

lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống
baromet. Khí không ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi được bơm
chân không hút ra ngoài. Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp
suất trong thiết bị ngưng tụ giảm. Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân
không, duy trì áp suất chân không trong hệ thống. Thiết bị làm việc ở áp suất chân không
nên nó phải được lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển
mà không cần bơm.
Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng
khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng.
Bơm chân không có nhiệm vụ hút khí không ngưng ra ngoài để tránh trường hợp khí không
ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất trong thiết bị và nước có
thể chảy ngược vào nồi cô đặc.

PHẦN 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
I Cân Bằng Vật Chất Và Năng Lượng
1. Dữ Kiện Ban Đầu
Nồng độ nhập liệu: xđ=10%
Nồng độ sản phẩm: xc=20%
Áp suất chân không Pck=0,65at Pc=0,35
Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: chọn t0 =300
C
Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa P=3at
2. Cân Bằng Vật Chất
Suất Lượng Nhập Liệu (Gđ)
𝐺đ𝑥đ = 𝐺𝑐𝑥𝑐
𝐺đ =
𝐺𝑐𝑥𝑐
𝑥đ
=
600.0,2
0,1
= 1200 (𝑘𝑔/ℎ)
Tổng Lượng Hơi Thứ Bốc Lên (W)
𝐺đ = 𝐺𝑐 + 𝑊
𝑊 = 𝐺đ − 𝐺𝑐 = 1200 − 600 = 600 (𝑘𝑔/ℎ)
3. Tổn Thất Nhiệt Độ
 Ta có áp suất tại thiết bị ngưng tụ là: 𝑃𝑐 = 1 − 0,65 = 0,35 (at)
Nhiệt độ hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ là tc = 72,050
C
 ∆′′′
= (1 ÷ 1,5)℃ là tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc
đến thiết bị ngưng tụ. Chọn ’’’
=10
C
 Nhiệt độ sôi của dung môi tại áp suất buồng bốc:
tsdm(P0) – tc= ’’’
tsdm(P0)= ’’’
+ tc = 1 +72,05 =73,050
C
 Áp suất buồng bốc tra [1], trang 312 ở nhiệt độ 73,050
C P0=0,364 (at)




3. 1 Tổn Thất Nhiệt Độ Do Nồng Độ Tăng (’
)
’
= ’o 𝑓
Trong đó:
 ’
o- tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường
x = 20%  ∆𝑜
′
= 8,2℃
 f – hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển
𝑓 = 16,14
(𝑡 + 273)2
𝑟
Trong đó:
- t - nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất đã cho (tsdm(P0) = 73,05o
C)
- r - ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc.
r = 2325,61 kJ/kg.
 𝑓 = 16,2 ×
(73,05+273)2
2325,61×103
= 0,8342
 ∆′
= 0,8342 × 8,2 = 6,84℃
tsdd(P0) = ’
+ tsdm = 6,84 + 73,05 = 79,89o
C
3. 2 Tổn Thất Nhiệt Độ Do Áp Suất Thủy Tĩnh (’’
)
Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ΔP (N/m2
), ta có:
Trong đó:
 s – khối lượng riêng trung bình của dung dịch khi sôi bọt; kg/m3
s = 0,5.dd
 dd – khối lượng riêng thực của dung dịch đặc không có bọt hơi; kg/m3
1
. . . ( )
2
s op
P g H at

 

Giả sử : tsdd(P+P)=800
C, C% = xc = 20 %, ta có dd = 1188 kg/m3
s = 0,5.1188=594 kg/m3
 Hop : Chiều cao thích hợp của dung dịch sôi tính theo kính quan sát mực chất lỏng; m
Hop = [0,26 + 0,0014.(ρdd – ρdm)].h0
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là h0 = 1,5 m (bảng VI.6, trang 80, [2])
ρdm – khối lượng riêng của dung môi tại nhiệt độ sôi của dung dịch 800
C.
Tra bảng I.249, trang 311, [1], ρdm = 971,8 kg/m3
⇒ Hop = [0,26 + 0,0014.(1188 – 971,8)].1,5 = 0,84402 (m)
⇒ Ptb = P0 + ΔP =0,364 + 0,0251 = 0,3891 (at)
Tra bảng I.251, trang 314, [1], Ptb = 0,3891 (at)  tsdm(Ptb) = 74,660
C
Ta có:
Δ’’ = tsdm(P0 + ΔP) – tsdm(P0) (trang 108, [3])
 Δ’’ = 74,66 –73,05 = 1,61o
C
Mặt khác : Δ’’ =tsdd(P0 + ΔP) – tsdd(P0)
 tsdd(P0 + P) = tsdd(P0) + ’’
= 79,89 + 1,61 = 81,5o
C
Sai số 1,875% được chấp nhận. Vậy tsdd(Ptb) = 81,5o
C
Sản phẩm được lấy ra tại đáy
 tsdd(P0 + 2P) = 79,89 + 2x1,61 =83,11o
C
Tổng tổn thất nhiệt
 = ’
+ ’’
+ ’’’
=6,84+ 1,61 + 1 = 9,45o
C
4
1 0,84402
.594.9,81. 0,0251( )
2 9,81.10
P at
  

Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa, áp suất hơi đốt là 3at, tD=132,90
C (bảng I.251, trang 315,
sổ tay 1)
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích:
thi = tD – (tc + ) = 132,9 – (72,05 + 9,45) = 51,4 o
C
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Nồng độ đầu xđ %wt 10
Nồng độ cuối xc %wt 20
Năng suất nhập liệu Gđ kg/h 1200
Năng suất tháo liệu Gc kg/h 600
HƠI THỨ
Suất lượng W kg/h 600
Áp suất P0 at 0,364
Nhiệt độ tsdm(P0)
0
C 73,05
Enthalpy iW kJ/kg 2627,68
Ẩn nhiệt hóa hơi rW kJ/kg 2325,76
HƠI ĐỐT
Áp suất PW at 3
Nhiệt độ td
0
C 132,9
Ẩn nhiệt ngưng tụ rD kJ/kg 2171
TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở P0 tsdd(Po)
0
C 79,89
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ Δ’ 0
C 6,84
Áp suất trung bình Ptb at 0,3891
Nhiệt độ sôi của dung môi ở Ptb tsdm(Ptb)
0
C 74,66
Tổn thất nhiệt độ do cột thuỷ tĩnh Δ’’ 0
C 1,61
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở Ptb tsdd(Ptb)
0
C 83,11
Tổn thất nhiệt độ trên đường ống Δ’’’ 0
C 1
Tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ 0
C 9,45
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích Δthi
0
C 51,4

4. Cân Bằng Năng Lượng
4. 1 Cân Bằng Nhiệt Lượng
Gọi : D: lượng hơi đốt vào nồi , kg/s
I: hàm nhiệt của hơi đốt, J/kg
tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, o
C
(= tD): nhiệt độ của nước ngưng, coi nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt
Cd, Cc, Cn: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu, cuối và nước ngưng
i: hàm nhiệt của hơi thứ J/kg
Dòng nhiệt vào:
 Do dung dịch đầu: Gđcđtđ
 Do hơi đốt: D.I
Dòng nhiệt ra :
 Do sản phẩm mang ra: Gccctc
 Do hơi thứ mang ra: Wi
 Do nước ngưng: Dcn
 Nhiệt độ cô đặc: Qcd
 Nhiệt tổn thất: Qtt
Nhiệt độ của dung dịch NaOH 10 % trước và sau khi đi qua thiết bị gia nhiệt :
 tvào = 30o
C
 tra = tsdm (Po) = 79,89o
C
⇒ Nhiệt độ của dung dịch NaOH 10 % đi vào thiết bị cô đặc là tđ = 79,89o
C
⇒ Nhiệt độ của dung dịch NaOH 20 % đi ra ở đáy thiết bị cô đặc là:

tc= tsdd(P0) + 2Δ’’ = 79,89+ 2.1,61 = 83,11o
C (công thức 2.15, trang 107, [3])
Nhiệt dung riêng của dung dịch NaOH:
Nhiệt dung riêng của dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau được tính theo công thức
(I.43) và (I.44), trang 152, [1]:
 x = 10 % (x < 0,2):
 Cđ = 4186.(1 - x) = 4186.(1 - 0,1) = 3767,4 (J/kg.K)
 x = 20 % (x = 0,2):
Cc = xcht +4186(1-x) =1310,75.0,2 + 4186(1-0,2)= 3610,95 [J/(kg.K)]
Với cct là nhiệt dung riêng của NaOH khan, được tính theo công thức (I.41) và bảng I.141,
trang 152, [1]:
4. 2 Phương Trình Cân Bằng Nhiệt
GđCđtđ + DI + DCntD = Wi + GcCctc + DCn + Qc + Qtt
Trong hơi nước bão hoà, bao giờ cũng có một lượng nước đã ngưng bị cuốn theo khoảng φ =
0,05 (độ ẩm của hơi).
.1 .1 .1 26000.1 16800.1 9630.1
1310,75
40
Na O H
ct
ct
c c c
c
M
   
  

Nhiệt lượng do hơi nước bão hòa cung cấp là: QD = D(1-)(I-Cn) (W)
Nước ngưng chảy ra có nhiệt độ bằng nhiệt độ của hơi đốt vào (không có quá lạnh sau khi
ngưng) thì I-Cn = rD= 2171000(J/kg) (ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt)
GđCđtđ + D(1-)( I-Cn) = Wi + GcCctc + Qtt
Thay Qtt = εQD = 0,05QD , QD = D(1-)(I-Cn), GcCctc = (Gđ – W) Cctc
 D(1-)(1-)(I-Cn) = Gđ(Cđtđ –Cctc) + W(i –Cctc)
𝐷 =
𝐺đ(𝐶đ𝑡đ−𝐶𝑐𝑡𝑐)+𝑊(𝑖−𝐶𝑐𝑡𝑐)
(1−𝜖)(1−𝜑)𝑟𝐷
=
1200(3610,95×83,11−3667,4×79,89)+600(2627680−3667,4×79,89)
3600×(1−0,05)×(1−0,05)×2171×103
= 0,2 (kg/s)
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:
QD = D(1-)rD =0,2(1-0,05)2171.103
= 412490 (W)
Nhiệt tổn thất: Qtt = 0,05QD =20624,5 (W)
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:
𝑑 =
𝐷
𝑊
=
0,2
600
3600
= 1,2 (kg hơi đốt/ kghơi thứ)
Nhiệt độ vào buồng bốc tđ
0
C 79,89
Nhiệt độ ra ở đáy buồng đốt tc 0
C 83,11
Nhiệt dung riêng dung dịch 10% cđ J/(kg.K) 3767,4
Nhiệt dung riêng dung dịch 20% cc J/(kg.K) 3610,95
Nhiệt tổn thất Qtt W 20624,5
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp QD W 412490
Lượng hơi đốt biểu kiến D kg/s 0,2
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng d kg/kg 1,2

II. Thiết Kế Thiết Bị Chính
1. Tính Toán Truyền Nhiệt Cho Thiết Bị Cô Đặc
Trong đó:
 1: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng; W/(m2
.K)
 r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hoà ở áp suất 3 at (2171 kJ/kg)
 H : chiều cao ống truyền nhiệt (H = h0 = 1,5 m)
 A : hệ số, đối với nước thì phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm: 𝑡𝑚 =
𝑡𝐷+𝑡𝑣1
2
 Sau nhiều lần tính lặp ta chọn nhiệt độ vách ngoài tv1=128,1o
C
 𝑡𝑚 =
132,9−128,1
2
= 130,5
Tra A ở [9], trang 40:
tm; 0
C 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
A 104 120 139 155 169 179 188 194 197 199 199
Tra bảng và nội suy ta được: A= 191,15
t1 = tD – tv1 = 132,9 – 128,1 = 4,8 o
C
 𝛼1 = 2,04 × 191,15 × (
2171×103
1,5×4,8
)
0,25
= 9137,6875 (W/m2
K)
Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng
 q1 = 1.t1 = 9137,6875.4,8= 43860,9 (W/m2
K)
Ta có công thức:
0,25
1
1
2,04. .
.
r
A
H t

 
  

 

Trong đó: Σrv – tổng trở vách; m2
.K/W
∑ 𝑟 = 𝑟1 +
𝛿
𝜆
+ 𝑟2 = 0,3448. 10−3
+
0,002
16,3
+ 0,387. 10−3
= 0,8545. 10−3
(m2
/KW)
Với:
+ 𝑟1 =
1
2900
= 0,3448. 10−3
(𝑚2
𝐾/𝑊) - nhiệt trở phía hơi nước do vách ngoài của ống
có màng mỏng nước ngưng (bảng 31, trang 29, [8]).
+ r2 = 0,387.10-3
m2
.K/W – nhiệt trở phía dung dịch do vách trong của ống có lớp cặn
bẩn dày 0,5 mm (bảng V.1, trang 4, [2]).
+ δ = 2 mm = 0,002 m – bề dày ống truyền nhiệt
+ λ = 16,3 W/(m.K) – hệ số dẫn nhiệt của ống (tra bảng XII.7, trang 313, [2] với ống
được làm bằng thép không gỉ OX18H10T)
 Δtv = tv1 - tv2 ; K – chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vách tường.
Với quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định nên qv = q1 = q2.
tv = qvrv= 43860,9.0,8545.10-3
=37,48 o
C
 tv2= 90,62o
C
Áp dụng công thức (VI.27), trang 71, [2]:
n- hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch. Do nước sôi sủi bọt n nên
được tính theo công thức (V.91), trang 26, [2]:
n=0,145P0,5
t2,33
2
. ;
v
v n
v
t W
q
r m

 
  
     
   
 

0,435
0,565 2
dd dd dd dm
2
dm dm dm dd
. . . .
n
c
c
  
 
  
 
       
 
         
 
       
 

Với P= P0 = 0,364 at = 35696,21 (N/m2
)
t2 = tv2 – tsdd(Po) = 90,62 – 80 = 10,62 o
C
 n = 0,145. 35696,210,5
. 10,622,33
= 6738,28 (W/m2
K)
- cdd = 3610,95 J/(kg.K) - nhiệt dung riêng của dung dịch ở tsdd(Ptb)
- cdm= 4190,736 J/(kg.K) - nhiệt dung riêng của nước ở tsdm(Ptb)
- dd= 0,00127 Pa.s - độ nhớt của dung dịch ở tsdd(Ptb)
- dm= 0,0003794 Pa.s - độ nhớt của nước ở tsdm(Ptb)
- dd= 1188 kg/m3 - khối lượng riêng của dung dịch ở tsdd(Ptb)
- dm= 975 kg/m3 - khối lượng riêng của nước ở tsdm(Ptb)
- λdd= 0,596W/(m.K) - hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở tsdd(Ptb)
- λdm = 0,6708W/(m.K) - hệ số dẫn nhiệt của nước ở tsdm(Ptb)
trong đó:
A – hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng.
Đối với chất lỏng liên kết, A = 3,58.10-8
M – khối lượng mol của hỗn hợp lỏng, ở đây là hỗn hợp NaOH và H2O.
M = a.MNaOH + (1 – a).MH2O = a.40 + (1 – a).18; kg/kmol
M=0,1011.40+0,8989.18=20,2242(đvC)
a được xem là phần mol của dung dịch NaOH
Xem nồng độ NaOH trong dung dịch là 20% (xc)
3
dd
W
. ;
.
AC
M m K

 
 
  
 

𝜆𝑑𝑑 = 3,58. 10−8
. 3610,95.1186,65. √
1186,65
20,2242
3
= 0,596 W/(m.K)
𝛼2 = 6738,28 × (
0,596
0,679
)
0,565
× [(
1188
975
)
2
× (
3610,95
4190,736
) × (
0,000379
0,00127
)]
0,435
= 4121,42 (W/m2
K)
 Nhiệt tải riêng phía dung dịch:
q2 = 2.t2 =4121,42.10,62 = 43769,48(W/m2
)
Sai số tương đối của q2 so với q1:
𝛿𝑞 =
𝑞1 − 𝑞2
𝑞1
× 100 =
43860,9 − 43769,48
43860,9
× 100 = 0,21%
|𝛿𝑞| ≤ 5% nên sai số được chấp nhận (các thông số đã được chọn phù hợp).
Nhiệt tải riêng trung bình: 𝑞𝑡𝑏 =
𝑞1+𝑞2
2
=
43860,9+43769,48
2
= 43815,19(𝑊/𝑚2
)
Hệ Số Truyền Nhiệt Tổng Quát K Cho Quá Trình Cô Đặc
K được tính thông qua các hệ số cấp nhiệt:
𝐾 =
1
1
𝛼1
+∑ 𝑟𝑣+
1
𝛼2
=
1
1
9137,6875
+0,8545.10−3+
1
4121,42
= 828,79(𝑚2
𝐾)
Diện Tích Bề Mặt Truyền Nhiệt.
𝐹 =
𝑄𝐷
𝐾∆𝑡ℎ𝑖
=
412490
828,79 × 51,4
= 9,683(𝑚2
)
2
0,2
40 0,1011
1 0,2 1 0,2
40 18
c
NaOH
c c
NaOH H O
x
M
a
x x
M M
  
 



2. Tính Kích Thước Thiết Bị Cô Đặc
2.1 Tính Kích Thước Buồng Đốt
2.1.1 Số ống truyền nhiệt
Trong đó:
F = 9,683m2
– diện tích bề mặt truyền nhiệt
l = 1,5 m – chiều dài của ống truyền nhiệt
d – đường kính của ống truyền nhiệt
Vì α1 > α2 nên ta chọn d = dt = 25 mm.
Số ống truyền nhiệt là:
𝑛 =
𝐹
𝜋. 𝑑. 𝑙
=
9,683. 103
𝜋. 1,5.25
= 82,19
chọn số ống n = 91 và bố trí ống theo hình lục giác đều.
. .
F
n
d l


Nhiệt độ tường phía hơi ngưng tv1
0
C 128,1
Nhiệt độ tường phía dung dịch sôi tv2
0
C 90,62
Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng α1 W/(m2
.K) 9137,6875
Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi α2 W/(m2
.K) 4126,19
Bề dày ống truyền nhiệt δ m 0,002
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống λ W/(m.K) 16,3
Nhiệt trở phía hơi nước r1 (m2
.K)/W 3
0.3448.10
Nhiệt trở phía dung dịch r2 (m2
.K)/W 0,387.10-3
Hệ số truyền nhiệt tổng quát K W/(m2
.K) 828,79
Nhiệt tải riêng trung bình qtb W/m2
43815,19
Diện tích bề mặt truyền nhiệt F m2
9,683

2.1.2 Đường Kính Ống Tuần Hoàn Trung Tâm(Dth)
Áp dụng công thức (III.26), trang 121, [6]: 𝐷𝑡ℎ = √
4.𝑓𝑡
𝜋
;(m)
Chọn ft= 0,3FD với :
𝐹𝐷 =
𝜋𝑑𝑛
2
𝑛
4
=
𝜋. 0,0292
. 91
4
= 0,06(𝑚)
 ft = 0,3.0,06 = 0,018 (m2
)
𝐷𝑡ℎ = √
4.0,018
𝜋
= 0,1515 (𝑚)
Chọn Dth= 0,273 (m)= 273 mm theo tiêu chuẩn 290, [5]
Kiểm tra:
𝐷𝑡ℎ
𝑑𝑡
=
273
25
= 10,92 > 10 (thỏa)
2.1.3 Đường Kính Buồng Đốt (Dt)
Đối với thiết bị cố đặc có ống tuần hoàn trung tâm và ống đốt được bố trí theo hình lúc giác
đều, đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức (III-52), trang 135,[4]:
Trong đó
𝛽 =
𝑡
𝑑𝑛
- hệ số, thường có giá trị từ 1,3 đến 1,5. Chọn β = 1,4.
t – bước ống; m
dn = 0,029 m – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
ψ – hệ số sử dụng vỉ ống, thường có giá trị từ 0,7 đến 0,9. Chọn ψ = 0,8.
l = 1,5 m – chiều dài của ống truyền nhiệt
Dnth = 0,273 + 2.0,002 = 0,277 m – đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm
α = 60o
– góc ở đỉnh của tam giác đều

2
2
0,4. . .sin .
,( 2 . ) ;
.
n
t th n
d F
D D d m
l
 


 

F = 9,683 m2
𝐷𝑡 = √
0,4𝛽2𝑑𝑛𝑠𝑖𝑛𝛼.𝐹
0,8.1,5
+ (𝐷𝑡ℎ + 2𝛽𝑑𝑛)2
= √
0,4. 1,42. 0,029.9,683. 𝑠𝑖𝑛60
0,8.1,5
+ (0,277 + 2.1,4.0,029)2 = 0,536(𝑚)
 Chọn Dt=600mm=0,6 m theo tiêu chuẩn trang 291, [5]
2.1.4 Kiểm Tra Diện Tích Truyền Nhiệt
Phân bố 91 ống truyền nhiệt được phân bố hình lục giác đều như sau:
Số hình lục giác 5
Số ống trên đường xuyên tâm 11
Tổng số ống không kể các ống trong hình viên phân 91
Số ống trong các hình viên phân
Dãy 1 0
Dãy 2 0
Tổng số ống trong tất cả các hình viên phân 0
Tổng số ống của thiết bị 91
Ta cần thay thế những ống truyền nhiệt ở giữa hình lục giác đều bằng ống tuần hoàn trung
tâm. Điều kiện thay thế được suy ra từ công thức (V.140), trang 49, [2]:
Dth ≤ t.(b-1) + 4.dn; m
Trong đó:
 t - bước ống; m. Chọn t = 1,4dn
𝑏 >
𝐷𝑡ℎ − 4𝑑𝑛
𝑡
+ 1 =
273 − 4.29
1,4.29
+ 1 = 4,87

Chọn b=5 ống theo bảng V.11, trang 48, [2]. Như vậy, vùng ống truyền nhiệt cần được
thay thế có 5 ống trên đường xuyên tâm.
Số ống truyền nhiệt được thay thế là
𝑛 =
3
4
(𝑏2
− 1) + 1 =
3
4
(52
− 1) + 1 = 19 (ống)
 Số ống truyền nhiệt còn lại là: 91 – 19 =72 (ống)
Diện tích bề mặt truyền nhiệt lúc này:
𝐹′
= (𝑛′
𝑑𝑡 + 𝐷𝑡𝑛)𝜋𝐻 = (72 × 0,025 + 0,273)𝜋1,5 = 9,7688(𝑚2) (thõa)
2.2 Tính Kích Thước Buồng Bốc
2.2.1 Đường Kính Buồng Bốc (Db)
 Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc
Trong đó:
W- suất lượng hơi thứ (kg/h)
h = 0,22472 (kg/m3
) - khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc P0=0,364 (tra bảng
I.251, trang 314, [1] và nội suy)
 Tốc độ hơi thứ trong buồng bốc
Trong đó
Db là đường kính buồng bốc
Tốc độ lắng: được tính theo công thức (5.14), trang 276, [5]
Với:
h=0,22472 (kg/m3
)--khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc P0=0,364 (tra bảng
I.251, trang 314, [1])
’=975,97 (kg/m3
) khối lượng riêng tsdm=73,05o
C


3
W 600
0,742( / )
3600.0,22472
h
h
V m s

  
2 2 2
0,742 0,9447
. .
4 4
h
h
b b b
V
w
D D D
 
  
0 1,2 0,6
4 ( ' ''). 4.9,81.(975,97 0,22472).0,0003 1,477
( / )
3 . '' 3.7,804. .0,22472
b b
g d
w m s
D D
 
 
 
  

d là đường kính giọt lỏng; m. ta chọn giọt lỏng d=0,0003m
 hệ số trở lực, tính theo Re.
𝑅𝑒 =
𝑤ℎ𝑑𝑝′′
𝜇ℎ
=
0,9447.0,0003.0,22472
0,000012𝐷𝑏
2 =
5,307
𝐷𝑏
2 (*)
Với:
h=0,012.10-3
(Pas) độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất P0=0,364 at (tra hình I.35,
trang 117, [1])
Nếu 0,2 < Re < 500 thì  =
18,5
𝑅𝑒0,6
(**)
 Từ (*) và (**) suy ra  = 6,796𝐷𝑏
1,2
 Áp dụng điều kiện 𝑤ℎ < (0,7 ÷ 0,8)𝑤0 theo [5]

0,9447
Db
2 < 0,7
1,477
Db
0,6
Chọn Db=1 (m)=1000 (mm) theo tiêu chuẩn trang 293, [5].
Kiểm tra lại Re: 𝑅𝑒 =
5,307
12
= 5,307 (thỏa 0,2< Re <500)
 đường kính buồng bốc là Db=1(m)
2.2.2 Chiều Cao Buồng Bốc (Hb)
Áp dụng công thức VI.33, trang 72, [2]:
Utt = f.Utt(1at); [m3
/(m3
.h)]
Trong đó:
f – hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển
Utt(1at): cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi P = 1 at
Chọn Utt(1at)=1650[m3
/(m3
.h)] , f=1,1 (tra hình VI.3, trang 72, [2].)
 Utt = 1,1.1650 = 1815 [m3
/(m3
.h)]
Thể tích buồng bốc
Chiều cao buồng bốc 𝐻𝑏 =
𝑉𝑏
𝜋𝐷𝑏
2
4
=
4.1,47
𝜋.12
= 1,872(𝑚)
Nhằm mục đích an toàn ta chọn Hb = 2,5(m)(điều kiện cho quá trình sôi sủi bọt)
2.3 Tính Kích Thước Các Ống Dẫn.
Đường kính của các ống được tính một cách tổng quát theo công thức (VI.41), trang 74, [2]:
0,914
b
D
 

3
600
1,47( )
. 0,22472.1815
b
h tt
W
V m
U

  


Trong đó:
 G – lưu lượng khối lượng của lưu chất; kg/s
 v – tốc độ của lưu chất; m/s
 ρ – khối lượng riêng của lưu chất; kg/m3
2.3.1 Ống Nhập Liệu
Gđ=1200 (kg/h) Nhập liệu chất lỏng ít nhớt (dung dịch NaOH 10% ở 79,890
C). Chọn v=1,5
(m/s) (trang 74, [2])  = 1077,066 (kg/m3
)
𝑑 = √
4.1200
𝜋.1,5.1077,066.3600
= 0,0162 𝑚 = 16,2𝑚𝑚
Chọn dt = 20mm, dn = 25mm,
2.3.2 Ống Tháo Liệu
Gc = 600(kg/h) Tháo liệu chất lỏng ít nhớt (dung dịch NaOH 20% ở 83,110
C). Chọn v=1,5
(m/s) (trang 74, [2])  = 1085,201 (kg/m3
)
 𝑑 = √
4𝐺
𝜋𝜌
= √
4.600
𝜋.1,5.1185,201.3600
= 0,011(𝑚) = 11(𝑚𝑚)
2.3.3 Ống Dẫn Hơi Đốt
D = 0,2 (kg/s) Dẫn hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at, chọn v=20(m/s) theo tiêu chuẩn trang
74, [2].  = 1,618(kg/m3
) ( tra bảng I.251, trang 314, [1])
𝑑 = √
4𝐺
𝜋𝜌
= √
4.0,2
𝜋.20.1,618
= 0,089(𝑚) = 89(𝑚𝑚)
2.3.4 Ống Dẫn Hơi Thứ
W=600 (kg/h)
Dẫn hơi nước bão hòa ở áp suất 0,364at, chọn v=30(m/s) theo tiêu chuẩn trang 74, [2].  =
0,22472(kg/m3
) ( tra bảng I.251, trang 314, [1])
𝑑 = √
4𝐺
𝜋𝜌
= √
4.600
3600.𝜋.20.0,22472
= 0,1774(𝑚) = 177,4(𝑚𝑚)
4.
. .
G
d
v
 


2.3.5 Ống Dẫn Nước Ngưng
Gn =
1
3
D
Dẫn nước lỏng cân bằng với hơi nước bão hòa ở áp suất 3at, chọn v=0,75(m/s) (chất lỏng
nhớt) theo tiêu chuẩn trang 74, [2].  =932 (kg/m3
) ( tra bảng I.251, trang 314, [1])
𝑑 = √
4𝐺
𝜋𝜌
= √
4.0,2
3𝜋.0,75.932
= 0,011(𝑚) = 11(𝑚𝑚)
Chọn dt=20 (mm); dn=25 (mm),
2.3.6 Ống Dẫn Khí Không Ngưng
Chọn dt=20 (mm); dn=25 (mm),
3. Tính Bền Cơ Khí Cho Các Chi Tiết Của Thiết Bị Cô Đặc
3.1Tính cho buồng đốt
3.1.1 Sơ lược về cấu tạo
- Buồng đốt có đường kính trong Dt = 600 mm, chiều cao Ht = 1500 mm.
- Thân có 3 lỗ, ứng với 3 ống: dẫn hơi đốt, xả nước ngưng, xả khí không ngưng.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
3.1.2 Tính toán
a. Bề dày tối thiểu S’
Hơi đốt là hơi nước bão hoà có áp suất 3 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là:
Pm=PD – Pa= 3 – 1 = 2 at = 0,1962 N/mm2
Áp suất tính toán là:
Pt = Pm + ρgH = 0,1962 + 1188.9,81.10-6
.1,5 = 0,2137 N/mm2
Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD = 132,9O
C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng đốt là:
ttt = tD + 20 = 132,9 + 20 = 152,9 o
C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt).
Theo hình 1.2, trang 16, [7], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
[σ]*
= 115 N/mm2
.
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [7]).
⇒ Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ] = η.[σ]* = 0,95.115 = 109,25 N/mm2
Tra bảng 2.12, trang 34, [7]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2,05.105
N/mm2
Xét

[𝜎]𝜑
𝑃𝑡
=
109,25.0,95
0,2137
= 485,67 > 25
Theo công thức 5-3, trang 96, [7]:
𝑆′
=
𝐷𝑡𝑃𝑡
2[𝜎]𝜑
=
600.0,2137
2.109,25.0,95
= 0,6177(𝑚𝑚)
Trong đó:
- φ = 0,95 – hệ số bền mối hàn (bảng 1-8, trang 19, [7], hàn 1 phía)
- Dt = 600 mm – đường kính trong của buồng đốt
- Pt= 0,2137 N/mm2 – áp suất tính toán của buồng đốt
b. Bề dày thực S
- Dt=600 mm Smin=3mm > 0,6177 mm
chọn S’=Smin=3mm
- Chọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm).
- Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
- Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0=0,22 mm (theo bảng XIII.9, trang
364, [2]).
 Hệ số bổ sung bề dày là: C = Ca + Cb + Cc+ C0 = 1 + 0 + 0 + 0,22 = 1,22 mm
 Bề dày thực là: S = S’ + C = 3 + 1,22 = 4,22 mm
Chọn S = 5 mm.
c. Kiểm tra bề dày buồng đốt
Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [7]
Áp suất tính toán cho phép trong buồng đốt:
[𝑃] =
2[𝜎]𝜑(𝑆−𝐶𝑎)
𝐷𝑡+(𝑆−𝐶𝑎)
=
2.109,25.0,95.(5−1)
600+(5−1)
= 1,3747(𝑁/𝑚𝑚2) > 0,2137(𝑁/𝑚𝑚2) (thỏa)
Vậy bề dày buồng đốt là 5 mm.
⇒ Đường kính ngoài của buồng đốt:
Dn= Dt + 2S = 600 + 2.5 = 610 mm
d. Tính bền cho các lỗ
Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [7]):
Trong đó:
 Dt = 600 mm – đường kính trong của buồng đốt

5 1
0,00667 0,1
600
a
t
S C
D
 
  
3
max 3,7. ( ).(1 );
t a
d D S C k mm
  

 S = 5 mm – bề dày của buồng đốt
 k – hệ số bền của lỗ
𝑘 =
𝐷𝑡𝑃𝑡
(2,3[𝜎] − 𝑃𝑡)(𝑆 − 𝐶𝑎)
=
0,2137.600
(2,3.109,25 − 0,2137)(5 − 1)
= 0,1277
𝑑𝑚𝑎𝑥 = 3,7√𝐷𝑡(𝑆 − 𝐶𝑎)(1 − 𝑘)
3
= 3,7√600(5 − 1)(1 − 0,1277)
3
= 47,334 mm
So sánh:
 Ống dẫn hơi đốt Dt= 300 mm > dmax
 Ống xả nước ngưng Dt= 30 mm < dmax
 Ống xả khí không ngưng Dt = 20 mm < dmax
⇒ Cần tăng cứng cho lỗ của hơi đốt vào, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng
bằng bề dày thân (5mm)
3.2Tính Cho Buồng Bốc
- Buồng bốc có đường kính trong là Dt = 1000 mm, chiều cao Ht = 2500 mm.
- Thân có 5 lỗ, gồm: ống nhập liệu, ống thông áp, cửa sửa chữa và 2 kính quan sát.
- Phía dưới buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ liên kết với buồng đốt.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
3.2.2 Tính Toán
a. Bề dày tối thiểu S’.
Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân không nên chịu áp lực từ bên ngoài. Vì áp suất tuyệt
đối thấp nhất ở bên trong là 0,364 at nên buồng bốc chịu áp suất ngoài là:
Pn=Pm= 2Pa– P0= 2.1 – 0,364 = 1,636 at = 0,16 N/mm2
Nhiệt độ của hơi thứ ra là tsdm(Po) = 73,05 o
C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng bốc là:
ttt=73,05 + 20 = 93,050
C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt).
Chọn hệ số bền mối hàn h= 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [7], hàn 1 phía)
Theo hình 1.2, trang 16, [7], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là: [σ]* = 122
N/mm2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [7]).
⇒ Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ] = η.[σ]* =0,95.122=115,9 N/mm2
Tra bảng 2.12, trang 34, [7]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2,05.105
N/mm2
.
Chọn hệ số an toàn khi chảy là nc = 1,65 (bảng 1-6, trang 14, [7]).

⇒ Ứng suất chảy của vật liệu là:
Khối lượng riêng của dung dịch NaOH ở 20% tsdd(Ptb) là =1186,65kg/m3
Áp dụng công thức 5-14, trang 98, [7]:
 Dt= 1000 mm – đường kính trong của buồng bốc
 Pn= 0,16 N/mm2
– áp suất tính toán của buồng bốc
 L = 2500 mm – chiều dài tính toán của thân, là khoảng cách giữa hai mặt bích.
b. Bề dày thực S.
Dt=1000 mm ⇒ Smin = 3 mm < 6,14 mm ⇒ chọn S’ = 6,14 mm (theo bảng 5.1, trang 94,
[7]).
Chọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca= 1 mm (thời gian làm việc 10 năm).
Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày Co = 0,5 mm (theo bảng XIII.9, trang 364,
[2]).
⇒ Hệ số bổ sung bề dày là:
C = Ca + Cb + Cc + Co = 1 + 0 + 0 + 0,5 = 1,5 mm
Bề dày thực S=S’+C=6,14+1,5=7,64 mm
Chọn S= 8 mm
c. Kiểm tra bề dày buồng bốc.
Áp dụng công thức 5-15, trang 99, [7]
   
* 2
. 122.1,65 201,3 /
t
c c
n N mm
 
  
0,4
0,4
5
0,16 2500
' 1,18. . . 1,18.1000. .
2,05.10 1000
6,14( )
n
P L
S D
E D
mm
 
 
 
   
   

2500
2,5
1000
t
L
D
 

Kiểm tra công thức 5-16, trang 99, [7]
2,5 ≥ 0,506 (thỏa)
 
   
   
 
2
2
5 2
0,649. . . .
8 1 8 1
1000
0,649.2,05.10 . . . 0,16 /
2500 1000 1000
a a
t t
n n
t t
S C S C
D
P E P
L D D
N mm
 
 
 
 
 
   
 
 
 
 0,218 (N/mm2
) ≥ 0,16 (N/mm2
) (thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục.
Xét: L = 2500 mm  5D = 5.1000 = 5000 mm
Lực nén chiều trục lên buồng bốc:
 
2
2
1000 2.8
. . . .0,16 129651,35( )
4 4
n
nct n
D
P P N
 

  
Theo điều kiện 5-33, trang 103, [7]:
1000
25 71,42 250
2( ) 2.(8 1)
a
D
S C
   
 
Tra 𝑞𝑐 = 𝑓 [
𝐷
2(𝑆−𝐶𝑎)
]ở trang 103, [7]
 
 
 
 
2
1,5
2
2 8 1 1000
1,5 2,5
1000 2 8 1
0,177 2,5 8,45
a t
t t a
S C D
L
D D S C

 


  

  
 
 
3
3
5
2
0,3. .
2 8 1
2,05.10
2,5 0,3. .
201,3 1000
t
a
t
t
t c t
S C
E
L
D D

 

  
 
  
   
 

𝐷
2(𝑆 − 𝐶𝑎)
50 100 150 200 250 500 1000 2000 2500
qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055
qc = 0,07
Điều kiện thỏa mãn độ ổn định của thân (5-32, trang 103, [7])
Ứng suất nén ép được tính theo công thức 5-48, trang 107, [7]:
Ứng suất nén cho phép được tính theo công thức 5-31, trang 103, [7]:
(1)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực nén ép
chiều trục :
Kiểm tra điều kiện 5-47, trang 107, [7]
Vậy bề dày buồng bốc là 8mm
Đường kính ngoài buồng bốc:
d. Tính bền cho các lỗ.
Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [7]):
Trong đó:
5
201,3
875. . 875. .0,07 0,06
2,05.10
t
c
c c
t
K q
E

   
. .
nct
a t
c
P
S C
K E

 
5
129651,35
8 1
.0,06.2,05.10
7 1,83( )
thoa

  
 
       
 
2
129651,35
5,85 /
. . 1000 8 . 8 1
nct
n
t a
P
N mm
D S S C

 
  
   
   
5 2
8 1
. . 0,06.2,05.10 . 86,1 /
1000
t a
n c
t
S C
K E N mm
D

 
  
   
5,85 0,16
1 1
86,1 0,218
0,8 1( )
n n
n n
P
P
thoa


    
 
2 1000 2.8 1016( )
n t
D D S mm
     
3
max 3,7. ( ).(1 );
t a
d D S C k mm
  

- Dt = 1000 mm – đường kính trong của buồng đốt
- S = 8 mm – bề dày của buồng đốt
- k – hệ số bền của lỗ
So sánh:
- Ống dẫn nhập liệu Dt = 20 mm < dmax
- Cửa sửa chữa Dt = 600 mm > dmax
- Kính quan sát Dt = 200 mm > dmax
⇒ Cần tăng cứng cho lỗ của hơi đốt vào, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng
bằng bề dày thân (8 mm)
3.3Tính Cho Đáy Thiết Bị
3.3.1 Sơ Lược Về Cấu Tạo
- Chọn đáy nón tiêu chuẩn Dt=600 mm.
- Đáy nón có phần gờ cao 40 mm và góc ở đáy là 2α = 600
.
- Tra bảng XIII.21, trang 394, [2]:
+ Chiều cao của đáy nón (không kể phần gờ) là H = 544 mm
+ Thể tích của đáy nón là Vđ= 0,071 m3
- Đáy nón được khoan 1 lỗ để tháo liệu và 1 lỗ để gắn vòi thử sản phẩm.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T
3.3.2 Tính Toán
Chiều cao hình nón cụt nối buồng đốt và buồng bốc Hc:
- Chiều cao này bằng chiều cao của phần dung dịch trong buồng bốc.
- Tổng thể tích của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm:
𝑉1 = 𝜋
(𝑛′
𝑑𝑡
2
+ 𝐷𝑡ℎ
2 )
4
. 𝑙 = 𝜋
(72. 0,0252
+ 0,2732)
4
1,5 = 0,1408(𝑚3)
- Thể tích của phần đáy nón: Vđ=V2=0,071 m3
- Với đường kính trong của ống nhập liệu là 20 mm, tốc độ nhập liệu được tính lại:
 
       
. 0,218.1000
0,157
2,3.86,1 0,218 . 8 1
2,3. .
n t
n a
t
P D
k
P S C

  
 
 
3
3
max 3,7. ( ).(1 ) 3,7. 1000.(8 1).(1 0,157) 66,86;
t a
d D S C k mm
       

𝑣𝑛𝑙 =
𝐺𝑑
𝜋
𝑑𝑛𝑙
2
4
𝜌
=
1200
3600
𝜋
0,022
4
1076,025
= 0,986(𝑚/𝑠)
- Tốc độ dung dịch đi trong ống tuần hoàn trung tâm:
𝑣′
=
𝑣𝑛𝑙𝑑𝑛𝑙
2
𝐷𝑡ℎ
2 =
0,986. 0,022
0,2732
= 5,292. 10−3(𝑚/𝑠)
- Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị:
𝜏 =
𝑙 + 𝑙′
𝑣′
=
𝑙 +
𝑉𝑑
𝜋
𝐷𝑡ℎ
2
4
𝑣′
=
1,5 +
0,071
𝜋
0,2732
4
5,292. 10−3
= 512,65(𝑠)
Trong đó:
vnl tốc độ của dung dịch trong ống nhập liệu; m/s
dnl – đường kính trong của ống nhập liệu; m
Dth – đường kình trong của ống tuần hoàn; m
l – chiều dài của ống truyền nhiệt; m
l’ – chiều dài hình học của đáy; m
Thể tích dung dịch đi vào trong thiết bị:
∑ 𝑉 = 𝑉
𝑠𝜏 =
𝐺𝑑
𝜌𝑠
𝜏 =
𝐺𝑑
𝜌
2
𝜏 =
1200
3600
1076,025
2
× 512,65 = 0,3176(𝑚3)
Trong đó:
𝜌𝑠 =
𝜌𝑑𝑑
2
- khối lượng riêng của dung dịch sôi bọt trong thiết bị; kg/m3
Tổng thể tích của phần hình nón cụt và phần gờ nối với buồng đốt:
V3 =  V – V1 – V2 = 0,3176 – 0,1408 – 0,071 = 0,1058 (m3
)
Chọn chiều cao của phần gờ nối với buồng đốt là Hgc=40mm
Thể tích của phần gờ nối với buồng đốt:
Thể tích của phần nón cụt
Vc = V3 – Vgc = 0,1058 – 0,0113 = 0,0945 (m3
)
Chiều cao chất lỏng của hình nón cụt
 
2 2
3
0,6
. . . .0,04 0,0113
4 4
d
gc gc
D
V h m
 
  

𝐻𝑐 =
𝑉
𝑐
𝜋
(𝐷𝑏
2
+ 𝐷𝑏𝐷𝑑 + 𝐷𝑑
2)
12
=
0,0945
𝜋
(12 + 1.0,6 + 0,62)
12
= 0,1842(𝑚)
Chọn Hc = 185mm
Bề dày thực S:
Chiều cao của cột chất lỏng trong thiết bị:
H’
= Hc + Hgc + Hbd + Hd = 185 + 40 + 1500 + (40 +544) = 2309 (mm)
Trong đó:
 Hc – chiều cao của chất lỏng trong phần hình nón cụt; mm
 Hgc – chiều cao của chất lỏng trong phần gờ nối với buồng đốt; mm
 Hbđ – chiều cao của chất lỏng trong buồng đốt; mm
 Hđ – chiều cao của chất lỏng trong đáy nón; mm
Áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị:
Ptt = dd.g.H’
=1186,65.9,81.2,304.10-6
= 0,02682 (N/mm2
)
Đáy có áp suất tuyệt đối bên trong là: P0=0,364 at nên chịu áp suất ngoài là 1,636 at = 0,16
N/mm2
. Ngoài ra đáy còn chịu áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị. Như
vậy, áp suất tính toán là:
Pn = Pm + Ptt = 0,16 + 0,02682 = 0,18682 (N/mm2
)
Các thông số làm việc:
- Dt =600mm
- P0=0,364at
- Tm = tsdd(Po + 2P) = 83,11 o
C
Các thông số tính toán
- l’: chiều cao tính toán của đáy; (m) l’=H=544 mm
- D’: đường kính tính toán của đáy; (m) (công thức 6-29, trang 133, [7])
𝐷′
=
0,9𝐷𝑡 + 0,1𝑑𝑡
𝑐𝑜𝑠𝛼
=
0,9.600 + 0,1.20
𝑐𝑜𝑠30°
= 625,85(𝑚𝑚)
Trong đó: dt=20mm đường kính trong bé của đáy nón (đường kính ống tháo liệu)
- Pn = 0,18682 (N/mm2
)
- tt = 83,11 + 20=103,110
C (đáy có lớp bọc cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn
- [σ]* = 120 N/mm2
ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt (hình 1-2, trang 16,
[7])
- η = 0,95 – hệ số hiệu chỉnh (đáy có bọc lớp cách nhiệt)
- [σ] = η.[σ]* = 0,95.120 = 114 N/mm2
ứng suất cho phép của vật liệu

- Et
= 2,05.105
(N/mm2
) module đàn hồi của vật liệu ở tt (bảng 2-12, trang 34, [7])
- nc= 1,65 – hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [7])
Chọn bề dày tính toán là S= 5 mm, bằng với bề dày thực của buồng đốt
Kiểm tra bề dày đáy:
𝑙′
𝐷′
=
544
625,85
= 0,87
1,5√
2(𝑆 − 𝐶𝑎)
𝐷′
≤
𝑙′
𝐷′
≤ √
𝐷′
2(𝑆 − 𝐶𝑎)
 1,5√
2(5 − 1)
625,85
≤ 0,87 ≤ √
625,85
2(5 − 1)
0,17 ≤ 0,87 ≤ 8,845 (thỏa)
𝑙′
𝐷′
≥ 0,3
𝐸𝑡
𝑡
𝜎𝑐
𝑡
√[
2(𝑆 − 𝐶𝑎)
𝐷′
]
3
 0,87 ≥ 0,3
2,05. 105
198
√[
2(5 − 1)
625,85
]
3
 0,87 ≥ 0,45
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của áp suất ngoài:
So sánh Pn với áp suất tính toán cho phép trong thiết bị [Pn] theo 5-19, trang 99, [7]:
[𝑃𝑛] = 0,649. 𝐸𝑡
.
𝐷𝑡
𝐿
. [
(𝑆 − 𝐶𝑎)
𝐷𝑡
]
2
. √
𝑆 − 𝐶𝑎
𝐷𝑡
= 0,649.2,05. 105
.
600
544
. [
5 − 1
600
]
2
. √
5 − 1
600
= 0,53(𝑁 𝑚𝑚2
⁄ ) ≥ 0,16(𝑁 𝑚𝑚2
⁄ )(𝑡ℎ𝑜𝑎)
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của lực nén ép chiều trục :
Lực tính toán P nén đáy :
Theo điều kiện 5-33, trang 103, [7]:
Tra 𝑞𝑐 = 𝑓 [
𝐷
2(𝑆−𝐶𝑎)
]ở trang 103, [7]
𝐷
2(𝑆 − 𝐶𝑎)
50 100 150 200 250 500 1000 2000 2500
qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055
 
2
2
600 2.5
. . . .0,53 154890,728( )
4 4
n
n
D
P P N
 

  
600
25 75 250
2( ) 2.(5 1)
a
D
S C
   
 

Điều kiện ổn định của đáy:
Vậy bề dày đáy là 5 mm
Tính bền cho các lỗ:
Vì đáy chỉ có lỗ để tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng
được tính theo công thức (8-3), trang 162, [7]:
𝑑𝑚𝑎𝑥 = 2 [(
𝑆 − 𝐶𝑎
𝑆′
− 0,8) √𝐷′(𝑆 − 𝐶𝑎) − 1] = 2 [(
5 − 1
3
− 0,8) √625,848(5 − 1) − 1]
= 51,37(𝑚𝑚)
Trong đó:
S – bề dày đáy thiết bị; mm
S’ – bề dày tính toán tối thiểu của đáy; mm (chọn theo cách tính của buồng đốt)
Ca– hệ số bổ sung do ăn mòn; mm
Dt – đường kính trong của đáy; mm
So sánh:
Ống tháo liệu: Dt= 20 mm< dmax  không cần tăng cứng cho lỗ
3.4Tính Cho Nắp Thiết Bị
3.4.1 Sơ lược về nắp thiết bị
 Chọn nắp ellipse tiêu chuẩn Dt=1000 mm.
ℎ𝑡 =
𝐷𝑡
4
=
1000
4
= 250(𝑚𝑚) và Rt=Dt=1000mm.
 Nắp có gờ và chiều cao gờ là hg=25mm.
 Nắp có môt lỗ để thoát hơi thứ.
 Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.
0,074
c
q
 
5
198
875. . 875. .0,074 0,0625
2,05.10
t
c
c c
t
K q
E

   
     
2 2
2 5 2 0
. . . . os 0,0625.2,05.10 . 5 1 . os 30
483321,5 154890,728
t
c a
P K E S C c c
N N
 
   
 
   
154890,728 0,1869
1 1
483321,5 0,53
0,385 1( )
n
n
P
P
P P
thoa
    
 

3.4.2 Tính toán
Bề dày thực S
- Nắp có áp suất tuyệt đối bên trong giống như buồng bốc là P0= 0,364 at nên chịu áp
suất ngoài là Pn = 1,636 at = 0,16 N/mm2
- Nhiệt độ tính toán của nắp giống như buồng bốc là tt=73,05 + 20 = 93,050
C (nắp có
bọc lớp cách nhiệt).
- Chọn bề dày tính toán nắp S = 8 mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc.
Kiểm tra bề dày nắp
Xét các tỉ số:

𝑅𝑡
𝑆
≤
0,15𝐸𝑡
𝑥𝜎𝑐
𝑡 và 0,2 ≤
ℎ𝑡
𝐷𝑡
≤ 0,3
[𝑃𝑛] =
2[𝜎𝑛](𝑆−𝐶𝑎)
𝛽𝑅𝑡
(công thức 6-12, trang 127, [7])
- Et
= 2,05.105
N/mm2 – module đàn hồi của vật liệu ở tt (bảng 2-12, trang 34, [7])
- 𝜎𝑐
𝑡
= 𝑛𝑐[𝜎]∗
= 1,65.120 = 198(𝑁/𝑚𝑚2) giới hạn chảy của vật liệu ở tt, (công thức 1-3,
trang 13, [7])
Với: [σ]* = 122 N/mm2 - ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt (hình 1-2, trang 16,
[7])
nc= 1,65 – hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [7])
- x = 0,7 với thép không gỉ
- [𝜎𝑛] = 86,1(𝑁/𝑚𝑚2) ứng suất cho phép của vật liệu làm nắp (1)
[𝑃𝑛] =
2.86,1.(8−1)
1,24.1000
= 0,972(𝑁/𝑚𝑚2) ≥ 0,16(𝑁/𝑚𝑚2) thỏa
250
0,25
1000
t
t
h
D
 
1000
125
8
t
R
S
 
5
0,15. 0,15.2,05.10
221,86
. 0,7.198
t
t
c
E
x
 
 
   
5
5
. 5. . .
. 6,7. . . 1 .
2,05.10 .(8 1) 5.0,7.1000.198
1,24
2,05.10 .(8 1) 6,7.0,7.1000.(1 0,7).198
t t
a t c
t t
a t c
E S C x R
E S C x R x



 

  
 
 
  

Vậy bề dày của nắp ellip là 8mm
Tính bền cho các lỗ
Vì nắp chỉ có lỗ tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng
được tính theo công thức 8-3, trang 162, [7]:
𝑑𝑚𝑎𝑥 = 2 [(
𝑆 − 𝐶𝑎
𝑆′
− 0,8) √𝐷𝑡(𝑆 − 𝐶𝑎) − 1] = 2 [(
8 − 1
4,582
− 0,8) √1000(8 − 1) − 1]
= 119,77(𝑚𝑚)
Trong đó:
- S = 8 mm – bề dày của nắp thiết bị.
- S’ bề dày tính toán tối thiểu của đáy; mm (chọn theo cách tính của buồng bốc)
- Ca hệ số bổ sung do ăn mòn; mm
- Dt đường kính trong của nắp tháp; mm
So sánh ống dẫn hơi thứ
- Ống dẫn hơi thứ Dt = 300mm > dmax
- Cần tăng cứng cho lỗ ống dẫn hơi thứ, dung bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng
bề dày nắp (8 mm)
3.5Tính Mặt Bích
3.5.1 Sơ Lược Về Cấu Tạo
- Bu lông và bích được làm từ bằng thép CT3.
- Mặt bích ở đây được dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với
buồng đốt và buồng đốt với đáy của thiết bị. Chọn bích liền bằng thép, kiểu 1 (bảng
XIII.27, trang 417, [2]).
Các thông số cơ bản của mặt bích:
- Dt – đường kính gọi; mm
- D – đường kính ngoài của mặt bích; mm
- Db – đường kính vòng bu lông; mm

- Dl – đường kính đền vành ngoài đệm; mm
- D0 – đường kính đến vành trong đệm; mm
- db – đường kính bu lông; mm
- Z – số lượng bu lông; cái
- h – chiều dày mặt bích; mm
3.5.2 Chọn Mặt Bích
Mặt bích nối buồng đốt và buồng bốc
- Buồng đốt và buồng bốc được nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt=
600 mm.
- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,2137 N/mm2
.
- Áp suất tính toán của buồng bốc là 0,16 N/mm2
- Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py=0,6 N/mm2
để bích kín thân.
- Các thông số của bích được tra từ bảng XIII.27, trang 419, [2]:
BUỒNG ĐỐT – BUỒNG BỐC
Py Dt
Kích thước nồi Kiểu bích
D Db D1 D0
Bu lông 1
db Z h δđệm
N/mm2
mm mm mm cái mm mm
0,6 600 740 690 650 611 M20 20 20 5
Mặt bích nối buồng đốt và đáy.
Buồng đốt và đáy được nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt = 600 mm.
Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,2137 N/mm
Áp suất tính toán của đáy là 0,1869 N/mm2
⇒ Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py= 0,6 N/mm để bích kín thân.
Các thông số của bích được tra từ bảng XIII.27, trang 419, [2]:
BUỒNG ĐỐT – ĐÁY
Py Dt
D Db D1 D0
Bu lông 1
db Z h δđệm
N/mm2
mm mm mm cái mm mm
0,6 600 740 690 650 611 M20 20 20 5
Mặt bích nối nắp và buồng bốc
Buồng bốc và nắp được nối với nhau theo đường kính buồng bốc Dt = 1000 mm.

Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,2137 N/mm2
Áp suất tính toán của nắp là 0,1869 N/mm2
⇒ Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py= 0,3 N/mm để bích kín thân.
Các thông số của bích được tra từ bảng XIII.27, trang 419, [2]:
NẮP – BUỐNG BỐC
Py Dt
D Db D1 D0
Bu lông 1
db Z h δđệm
N/mm2
mm mm mm cái mm mm
0,3 1000 1140 1090 1060 1013 M20 28 22 6
3.6Tính Vỉ Ống
- 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 được giữ nguyên trước và sau khi nong.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T
- Nhiệt độ tính toán của vỉ ống là tt = tD = 132,90
C.
- Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt là[𝜎]𝑢
∗
= 118(𝑁/𝑚𝑚2) (hình 1-2,
trang 16, [7]). Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 1.
 Ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở tt là:
[𝜎]𝑢 = [𝜎]𝑢
∗
= 1.118 = 118(𝑁/𝑚𝑚2)
3.6.2 Chọn Mặt Bích
Tính cho vỉ ống ở trên buồng đốt
Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống ℎ1
′
được xác định theo công thức (8-
47), trang 181, [7].
ℎ1
′
= 𝐷𝑡𝐾√
𝑃𝑜
[𝜎𝑢]
= 600.0,3√
0,2137
118
= 7,66(𝑚𝑚)
Trong đó:
- K = 0,3 – hệ số được chọn (trang 181, [7])
- Dt – đường kính trong của buồng đốt; mm
- P0 – áp suất tính toán ở trong ống; N/mm2

- [σ]u – ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở ttt; N/mm2
- Chọn ℎ1
′
= 10𝑚𝑚
- Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống h’ được xác định theo công thức
(8-48), trang 181, [7]:
Trong đó:
K = 0,45 – hệ số được chọn (trang 181, [7])
0– hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ:
Với:
Dn- đường kính vỉ ống; mm
∑ 𝑑– tổng đường kính của các lỗ được bố trí trên đường kính vỉ; mm
∑ 𝑑 = 6x25 + 273 = 423 mm
𝜑0 =
𝐷𝑛 − ∑ 𝑑
𝐷𝑛
=
600 − 423
600
= 0,295 < 1
ℎ′
= 600.0,45√
0,2137
118.0,295
= 21,16(𝑚𝑚)
Chọn h’ = 30 mm
Kiểm tra bền vỉ ống:
Ứng suất uốn của vỉ được xác định theo công thức (8-53), trang 183, [7]:
Trong đó:
dn=29mm
t = 0,0406m – bước ống.
𝐿 =
√3
2
𝑡 =
√3
2
. 0,0406 = 0,035𝑚 = 35𝑚𝑚 được xác định theo hình 8-14, trang 182, [7] với
các ống được bố trí theo đỉnh của tam giác đều.
 𝜎𝑢 =
0,2173
3,6(1−0,7
29
35,16
)(
30
35,16
)
2 = 0,193(𝑁/𝑚𝑚2) < 118(𝑁/𝑚𝑚2)
 
0
0
' . .
.
t
u
P
h D K
 

0 1
n
n
D d
D


 

 
2
'
3,6. 1 0,7. .
u u
n
P
d h
L L
 
 
   
  
 
 
 

Vậy vỉ ống trên buồng đốt dày 30mm
Tính cho vỉ ống ở dưới buồng đốt
Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống được xác định theo công thức (8-47),
trang 181, [7].
ℎ1
′
= 𝐷𝑡𝐾√
𝑃𝑜
[𝜎𝑢]
= 600.0,3√
0,2312
118
= 7,97(𝑚𝑚)
Trong đó:
- K = 0,3 – hệ số được chọn (trang 181, [7])
- Dt – đường kính trong của buồng đốt; mm
- P0 – áp suất tính toán ở trong ống; N/mm2
𝑃𝑜 = 𝑃𝑚 + 𝜌𝑑𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑔. 𝐻 = 0,2137 + 1186.9,81.1,5. 10−6
= 0,2312(𝑁/𝑚𝑚2)
Với 𝜌𝑑𝑑𝑚𝑎𝑥 = 𝜌𝑑𝑑(20%, 79,89℃) = 1186(𝐾𝑔/𝑚3)chọn dự phòng
- [σ]u – ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở tt; N/mm2
Chọn ℎ1
′
= 10𝑚𝑚
Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống h’ được xác định theo công thức (8-48),
trang 181, [7]:
Trong đó:
K = 0,45 – hệ số được chọn (trang 181, [7])
o– hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ:
Với:
Dn- đường kính vỉ ống; mm
∑ 𝑑– tổng đường kính của các lỗ được bố trí trên đường kính vỉ; mm
∑ 𝑑= 6x25 + 273 = 423 mm
𝜑0 =
𝐷𝑛 − ∑ 𝑑
𝐷𝑛
=
600 − 423
600
= 0,295 < 1
ℎ′
= 600.0,45√
0,2312
118.0,295
= 22(𝑚𝑚)
Chọn h’ = 30 mm
'
1
h
 
0
0
' . .
.
t
u
P
h D K
 

0 1
n
n
D d
D


 


Kiểm tra bền vỉ ống:
Ứng suất uốn của vỉ được xác định theo công thức (8-53), trang 183, [7]:
Trong đó:
dn=29mm
t = 0,0406m – bước ống.
𝐿 =
√3
2
𝑡 =
√3
2
. 0,0406 = 0,035𝑚 = 35𝑚𝑚 được xác định theo hình 8-14, trang 182, [7] với
các ống được bố trí theo đỉnh của tam giác đều.
 𝜎𝑢 =
0,2312
3,6(1−0,7
29
35,16
)(
30
35,16
)
2 = 0,2087(𝑁/𝑚𝑚2) < 118(𝑁/𝑚𝑚2)
Vậy vỉ ống trên buồng đốt dày 30mm
3.7Khối Lượng Và Tai Treo
Khối lượng tai treo cần chịu: m = mtb + mdd
Tổng khối lượng thép làm thiết bị:
mtb= mđ + mn + mbb + mbđ + mc + mvỉ + mống TN + mống TH + mbích + mbu lông + mốc
Trong đó:
- mđ – khối lượng thép làm đáy; kg
- mn – khối lượng thép làm nắp; kg
- mbb – khối lượng thép làm buồng bốc; kg
- mbđ – khối lượng thép làm buồng đốt; kg
- mc – khối lượng thép làm phần hình nón cụt nối buồng bốc và buồng đốt; kg
- mống TN – khối lượng thép làm ống truyền nhiệt; kg
- mống TH – khối lượng thép làm ống tuần hoàn trung tâm; kg
Khối lượng riêng của thép không gỉ OX18H10T là 1= 7900 kg/m3
Khối lượng riêng của thép CT3 là 2= 7850 kg/m3
3.7.1 Buồng đốt
Buồng đốt được làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
Thể tích thép làm buồng đốt:
 
2
'
3,6. 1 0,7. .
u u
n
P
d h
L L
 
 
   
  
 
 
 
   
2 2 2 2 3
d . . . 0,61 0,6 .1,5 0,0143( )
4 4
b nbd tbd bd
V D D H m
 
    

Trong đó:
Dnbd = 610mm - đường kính ngoài buồng đốt
Dtbd =600mm - đường kính trong buồng đốt
Hbd = 1500mm - chiều cao buồng đốt
Khối lượng thép làm buồng đốt:
3.7.2 Buồng Bốc
Buồng bốc được làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
Thể tích thép làm buồng bốc:
Trong đó:
Dnbb = 1016 mm - đường kính ngoài buồng bốc
Dtbb = 1000 mm - đường kính trong buồng bốc
Hbb = 2500 mm- chiều cao buồng bốc
Khối lượng thép làm buồng bốc:
3.7.3 Phần Hình Nón Cụt Giữa Buồng Bốc Và Buồng Đốt
- Hình nón cụt được làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
- Đường kính trong lớn bằng đường kính buồng bốc Dtl= 1000mm.
- Đường kính trong nhỏ bằng đường kính buồng đốt Dtn = 600 mm.
- Bề dày của phần hình nón cụt (không tính gờ) bằng với bề dày buồng bốc S = 8 mm.
- Bề dày của phần gờ nón cụt bằng với bề dày buồng đốt S = 5 mm.
- Chiều cao của phần hình nón cụt (không tính gờ) là Hc = 180 mm.
- Chiều cao của phần gờ nón cụt là Hgc= 40 mm.
Thể tích thép làm phần hình nón cụt:
Vbd =
π
12
[(Dnl
2
+ DnlDnn + Dnn
2 ) − (Dtl
2
+ DtlDtn + Dtn
2 )]HC +
𝜋
4
𝐷𝑑
2
𝐻𝑔𝑐
=
𝜋
12
[(1,0162
+ 1,016.0,616 + 0,6162) − (12
+ 1.0,6 + 0,62)]0,18
+
𝜋
4
(0,612
− 0,62)0,04 = 0,00404(𝑚3
)
Khối lượng thép làm phần hình nón cụt:
b 1
m . 7900.0,0143 112,614( )
đ bđ
V kg

  
   
2 2 2 2 3
d . . . 1,016 1 .2,5 0,0633( )
4 4
b nbb tbb bd
V D D H m
 
    
bb 1
m . 7900.0,0633 500,07( )
bđ
V kg

  

mc =1 Vc = 7900. 0,00404 = 31,9 (kg)
3.7.4 Đáy Nón
Đáy nón được làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
Đáy nón tiêu chuẩn có góc đáy 600
, có gờ cao 40 mm.
Dt = 600 mm
S = 5 mm
Tra bảng XIII.21, trang 394, [2]: Khối lượng thép làm đáy nón: mđ = 1,01.27,5 = 27,775 kg
3.7.5 Nắp Ellipse
Nắp ellipse được làm bằng thép không gỉ OX18H10T. Nắp ellipse tiêu chuẩn có:
Dt = 1000 mm
S = 8 mm
hg = 25 mm
Tra bảng XIII.11, trang 384, [2]: Khối lượng thép làm nắp ellipse: mn = 1,01.49 = 42,925 kg
3.7.6 Ống Truyền Nhiệt Và Ống Tuần Hoàn Trung Tâm
Ống được làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
Thể tích thép làm ống:
𝑉
𝑜𝑛𝑔 = 𝑉𝑜𝑛𝑔 𝑇𝐻 + 𝑉𝑜𝑛𝑔 𝑇𝑁 = 𝜋
[𝑛′(𝑑𝑛
2
− 𝑑𝑡
2) + (𝐷𝑛
2
− 𝐷𝑡
2)]
4
𝐻
= 𝜋
[91(0,0292
− 0,0252) + (0,2772
− 0,2732)]
4
1,5 = 0,026𝑚3
Trong đó:
dn – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt; m
dt – đường kính trong của ống truyền nhiệt; m
Dnth – đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm; m
Dtth – đường kính trong của ống tuần hoàn trung tâm; m
H – chiều cao của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm; m
Khối lượng thép làm ống: mong = 1Vong = 7900.0,026 = 205,4(kg)
3.7.7 Mặt bích
Có 6 mặt bích, gồm 2 mặt nối nắp và buồng bốc, 2 mặt nối buồng bốc và buồng đốt, 2 mặt
nối buồng đốt và đáy. Các mặt bích phía buồng đốt có vỉ ống. Mặt bích được làm bằng thép
CT3.
Thể tích thép làm hai mặt bích

𝑉1 = 2
𝜋
4
(𝐷2
− 𝐷𝑡
2
− 𝑍𝑑𝑏
2)ℎ =
𝜋
2
(0,742
− 0,62
− 20. 0,022)0,02 = 0,0056(𝑚3)
Thể tích thép làm hai vỉ ống có mặt bích
𝑉2 = 2
𝜋
4
(𝐷2
− 𝐷𝑛𝑡ℎ
2
− 𝑛′
𝑑𝑛
2
− 𝑍𝑑𝑏
2)ℎ
=
𝜋
2
(0,742
− 0,2772
− 91. 0,0292
− 20. 0,022). 0,02 = 0,0121(𝑚3)
Trong đó:
- D, Z, db, h là những thông số của bích nối buồng bốc – buồng đốt và bích nối buồng
đốt – đáy.
- Dt – đường kính trong của buồng đốt; m
- dn – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt; m
- Dnth– đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm; m
Thể tích thép làm mặt bích nối nắp và buồng bốc
𝑉2 = 2
𝜋
4
(𝐷2
− 𝐷𝑡
2
− 𝑍𝑑𝑏
2)ℎ =
𝜋
2
(1,1402
− 12
− 28. 0,022)0,022 = 9,966. 10−3(𝑚3)
Trong đó:
- D, Z, db, h là những thông số của mặt bích nối nắp - buồng bốc
- Dt – đường kính trong của buồng bốc; m
Tổng thể tích thép làm mặt bích:
 Vbích = V1 + V2 + V3 = 0,0056 + 0,0121 + 9,966.10-3
= 0,027666 (m3
)
Tổng khối lượng thép làm phần hình nón cụt:
mbích = 2 Vbích = 7850. 0,027666 = 217,18 (kg)
3.7.8 Bulong Và Ren
Bu lông và ren được làm bằng thép CT3.
Dùng cho bích nối buồng bốc – buồng đốt và bích nối buồng đốt – đáy:
Trong đó:
- D = 1,7.db= 1,7.20 = 34 mm – đường kính bu lông
- H = 0,8.db= 0,8.20 = 16 mm – chiều cao phần bu lông không chứa lõi
- h’ = 0,8.db= 0,8.20 = 16 mm – chiều cao đai ốc
- h’’ = h + 2 = 20 + 2 = 22 mm – chiều cao phần lõi bu lông
- h’’’ = 9 mm – kích thước phần ren trống
 
2 2
'
1
. ' '' '''
2. . .
4
b
D H d h h h
V Z 
 
  
 


Dùng cho bích nối buồng bốc – nắp
Trong đó:
- D = 1,7.db = 1,7.20 = 34 mm – đường kính bu lông
- H = 0,8.db = 0,8.20 = 16 mm – chiều cao phần bu lông không chứa lõi
- h’ = 0,8.db= 0,8.20 = 16 mm – chiều cao đai ốc
- h’’ = h + 2 = 22 + 2 = 24 mm – chiều cao phần lõi bu lông
- h’’’ = 9 mm – kích thước phần ren trống
3.7.9 Đai Ốc
Đai ốc được làm bằng thép CT3.
Dùng cho buồng bốc – buồng đốt và bích nối buồng đốt với đáy
Trong đó:
H’ = 0,8.db= 0,8.20 = 16 mm – chiều cao đai ốc
dt= 1,4.db = 1,4.20 = 28 mm – đường kính trong của đai ốc
dn = 1,15.dt = 1,15.28 = 32,2 mm – đường kính ngoài của đai ốc
Dùng cho bích nối nắp và buồng bốc.
Trong đó:
H’ = 0,8.db= 0,8.20 = 16 mm – chiều cao đai ốc
dt= 1,4.db = 1,4.20 = 28 mm – đường kính trong của đai ốc
dn = 1,15.dt = 1,15.28 = 32,2 mm – đường kính ngoài của đai ốc
 
2 2
' 3
1
0,034 .0,016 0,02 . 0,016 0,022 0,009
2.20. . 0,001172( )
4
V m

 
  
 
 
 
2 2
'
2
. ' '' '''
. .
4
b
D H d h h h
V Z 
 
  
 

 
2 2
' 4 3
2
0,034 .0,016 0,02 . 0,016 0,024 0,009
28. . 8,378.10 ( )
4
V m
 
 
  
 
 
2 2
"
1 2. . . . '
4
n t
d d
V Z H

 

 

2 2
" 3
1
0,0322 0,028
2.20. . .0,016 0,000127( )
4
V m

 

 
 
2 2
"
2 . . . '
4
n t
d d
V Z H

 

 


⇒ Tổng thể tích thép làm bu lông, ren và đai ốc:
⇒ Tổng khối lượng thép làm bu lông, ren và đai ốc:
3.7.10 Vỉ Ống
Được làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
Thể tích thép làm vỉ ống:
Trong đó:
Dt = 600 mm – đường kính trong của buồng đốt
dn = 29 mm – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
Dnth = 277 mm – đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm
S = 30 mm – chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống
𝑉𝑣𝑖 = 2𝜋
0,62−91.0,0292−0,2772
4
. 0,03 = 9,923.10−3
Khối lượng thép làm vỉ ống:
mvi = 1Vvi = 7900.9,923.10-3
= 78,39 (kg)
2 2
" 5 3
2
0,0322 0,028
28. . .0,016 8,89.10 ( )
4
V m
 
 

 
 
' ' '' ''
1 2 1 2
4 5 3 3 3
0,001172 8,378.10 0,000127 8,89.10 ( ) 2,77.10 ( )
V V V V V
V m m
  
     
     


3
2. 7850.2,77.10 21,77( )
bulong đai ôc
m m V kg
 
   

2 2 2
'.
2. . .
4
t n nth
vi
D n d D
V S

 
 
 


Chi tiết Loại thép Khối lượng; kg
Buồng đốt OX18H10T 112,614
Buồng bốc OX18H10T 500,07
Phần hình nón cụt OX18H10T 31,9
Đáy nón OX18H10T 27,775
Nắp ellipse OX18H10T 49,925
Ống truyền nhiệt & ống tuần hoàn trung tâm OX18H10T 205,5
Mặt bích CT3 217,18
Bu long, Ren, Đai ốc CT3 21,77
Vỉ ống OX18H10T 78,39
Tổng 1245,124
Khối lượng lớn nhất có thể có của dung dịch trong thiết bị:
Khối lượng riêng lớn nhất có thể có của dung dịch là khối lượng riêng ở nồng độ 20 % và
nhiệt độ  tsdd(Po) : dd max = dd(20%,79,89o
C) = 1188,044 (kg/m3
)
Thể tích dung dịch trong thiết bị
Với
- Db – đường kính trong của buồng bốc; m
- Dđ – đường kính trong của buồng đốt; m
- Hc– chiều cao của phần hình nón cụt (không tính gờ); m
- Hgc – chiều cao của gờ nón cụt; m
- Vống TH– thể tích dung dịch trong ống tuần hoàn trung tâm; m3
- Vống TN – thể tích dung dịch trong ống truyền nhiệt; m3
Vống TH + Vống TN = 0,1548 m3
- Vđ – thể tích dung dịch trong đáy nón; m3
Vđ=0,071 (m3
)
mdd max = dd max Vdd = 1188,044.0,5158 = 612,79 (kg)
dd ông TH ô TN
c ng d
V V V V V
   
 
 
2 2 2
2 2 2
3
.
. . .
12 4
1 0,6.1 0,6 0,6
. .0,18 .0,04 0,29( )
12 4
b b d d d
C C gc
C
D D D D D
V H H
V m
 
 
 
 
 
  
 
3
dd ông TH ô TN 0,29 0,1548 0,071 0,5158
c ng d
V V V V V m
       

- Tổng trọng tải của thiết bị
mt=mtb + mdd max=1245,124 + 612,79=1857,914 (kg)
- Chọn 4 tai treo thẳng đứng được làm từ thép CT3
- Trọng lượng trên mỗi tai treo:
𝐺 =
𝑔𝑚𝑡
4
=
9,81.1857,914
4
= 4556,5𝑁 = 0,45565. 104
𝑁
Các thông số của tai treo được chọn từ bảng XIII.36, trang 438, [2]:
G.10-4
F.104
q.10-6
L B B1 H S l a d mt
N m2
N/m2
mm kg
0,5 72,5 0,69 100 75 85 155 6 40 15 18 1,23
Trong đó:
 G: tải trọng cho phép trên một tai treo; N
 F:bề mặt đỡ; N
 q: tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ
 mt: khối lượng một tai treo; kg

PHẦN 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
I THIẾT BỊ GIA NHIỆT
4. Hệ Số Truyền Nhiệt
Chọn thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống.
Dòng nhập liệu (dòng lạnh):
𝑡1
′
= 30℃
𝑡1
′′
= 79,89℃
 𝑡̅ =
𝑡1
′ +𝑡1
′′
2
=
30+79,89
2
= 54,945℃
Dòng hơi đốt (dòng nóng):
𝑡2
′
= 𝑡2
′′
= 132,9℃
Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vào bằng cách
chia làm nhiều miệng vào. Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ (ω = 10 m/s), nước ngưng chảy màng
(do ống truyền nhiệt ngắn có h0 = 1,5 m), ngưng hơi bão hoà tinh khiết trên bề mặt đứng.
Công thức (V.101), trang 28, [4] được áp dụng:
Trong đó:
- 1– hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng; W/(m2
.K)
- r - ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hoà ở áp suất 3 at (2171 kJ/kg)
- H - chiều cao ống truyền nhiệt (H = h0 = 1,5 m)
- A - hệ số, đối với nước thì phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm
𝑡𝑚 =
𝑡𝐷 + 𝑡𝑣1
2
- Sau nhiều lần tính lặp ta chọn nhiệt độ vách ngoài tv1=128,10
C
 𝑡𝑚 =
132,9+128,1
2
= 130,5℃
Tra A ở [2], trang 28:
tm; 0
C 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
A 104 120 139 155 169 179 188 194 197 199 199
Tra bảng và nội suy ta được: A= 191,15
t1 = tD – tv1 = 132,9 – 128,1 = 4,8 o
C
 𝛼1 = 2,04 × 191,15 × (
2171×103
1,5×4,8
)
0,25
= 9137,6875 (W/m2
K)
0,25
1
1
2,04. .
.
r
A
H t

 
  

 

Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng
 q1 = 1.t1 = 9137,6875.4,8= 43860,9 (W/m2
)
Ta có công thức:
Trong đó: Σrv – tổng trở vách; m2
.K/W
∑ 𝑟 = 𝑟1 +
𝛿
𝜆
+ 𝑟2 = 0,3448. 10−3
+
0,002
16,3
+ 0,387. 10−3
= 0,8545. 10−3
(m2
/KW)
Với:
+ 𝑟1 =
1
2900
= 0,3448. 10−3
(𝑚2
𝐾/𝑊) - nhiệt trở phía hơi nước do vách ngoài của ống
có màng mỏng nước ngưng (bảng 31, trang 29, [8]).
+ r2 = 0,387.10-3 m2
.K/W – nhiệt trở phía dung dịch do vách trong của ống có lớp cặn
bẩn dày 0,5 mm (bảng V.1, trang 4, [2]).
+ δ = 2 mm = 0,002 m – bề dày ống truyền nhiệt
+ λ = 16,3 W/(m.K) – hệ số dẫn nhiệt của ống (tra bảng XII.7, trang 313, [2] với ống
được làm bằng thép không gỉ OX18H10T)
 Δtv = tv1 - tv2 ; K – chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vách tường.
Với quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định nên qv = q1 = q2.
tv = qvrv= 43860,9.0,8545.10-3
=37,48 o
C
 tv2= 90,62o
C
𝑡𝑊 =
𝑡𝑣1+𝑡𝑣2
2
=
128,1+90,62
2
= 109,36℃
Các thông số hóa lý của dung dịch NaOH ở 10% ở tw và 𝑡̅
Thông số tw = 109,36 𝑡̅ =54,9450
C
λ; W/(m.K) 0,585 0,56
ρ; kg/m3
) 1056,98 1097,22
c; J/(kg.K) 3874,68 3838,68
μ; N.s/m2
0,7.10-3
0,9446.10-3
Trong đó:
λ – hệ số dẫn nhiệt; W/(m.K): tra bảng I.130, trang 135, [1]
ρ – khối lượng riêng; kg/m3
: tra bảng 4, trang 11, [8]
c – nhiệt dung riêng; J/(kg.K): tra bảng I.154, trang 172, [1]
μ – độ nhớt động lực học; Ns/m2
: tra bảng I.107, trang 100, [1]
Chuẩn số Prandtl:
2
. ;
v
v n
v
t W
q
r m

 
  
     
   
 


𝑃𝑟 =
𝜇𝑐
𝜆
=
0,9446. 10−3
. 3838,68
0,56
= 6,675
𝑃𝑟𝑤 =
𝜇𝑤𝑐𝑤
𝜆𝑤
=
0,7. 10−3
. 3874,68
0,585
= 4,636
Chọn tốc độ của dung dịch NaOH 10 % trong ống truyền nhiệt là v = 1 m/s. Đường kính
trong của ống truyền nhiệt là d = 25 mm.
Chuẩn số Reynolds:
𝑅𝑒 =
𝑣. 𝑑. 𝜌
𝜇
=
1.0,025.1097,22
0,9446. 10−3
= 29039,28 > 10000
 Áp dụng công thức tính hệ số cấp nhiệt khi dòng chảy rối trong ống (Re > 10000):
Chọn l=1m
𝑁𝑢 = 0,021.1,02. 29039,280,8
6,6750,43
(
6,675
4,636
)
0,25
= 197,378
𝛼2 =
𝑁𝑢. 𝜆
𝑑
=
197,378.0,56
0,025
= 4421,27[𝑊/𝑚𝑚2
𝐾]
tv2 = 90,62 o
C  t = t2 = tv2 – tc = 90,62 – 79,89 = 10,73
 q2 = 2 t2 = 4421,27. 10,73 = 47440,227 (W/m2
)
Sai số tương đối của q2 so với q1:
𝛿𝑞 =
𝑞1 − 𝑞2
𝑞1
× 100 =
43860,9 − 47440,227
43860,9
× 100 = 8,16%
|𝛿𝑞| ≤ 5% nên sai số được chấp nhận (các thông số đã được chọn phù hợp).
Nhiệt tải riêng trung bình: 𝑞𝑡𝑏 =
𝑞1+𝑞2
2
=
43860,9+47440,227
2
= 45650,56(𝑊/𝑚2
)
Hệ Số Truyền Nhiệt Tổng Quát K Cho Quá Trình Cô Đặc
K được tính thông qua các hệ số cấp nhiệt:
𝐾 =
1
1
𝛼1
+∑ 𝑟𝑣+
1
𝛼2
=
1
1
9137,6875
+0,8545.10−3+
1
4421,27
= 840,254(𝑚2
𝐾)
5. Diện Tích Bề Mặt Truyền Nhiệt
Dòng nhiệt vào ( W):
0,25
0,8 0,43
w
Pr
0,021. .Re .Pr .
Pr
Nu 
 
  
 
1000
40 1,02
25
l
d

    

 Do dung dịch đầu : 𝐺𝑑𝑐𝑑𝑡1
′
 Do hơi đốt 𝐷𝑖𝐷
′′
 Do hơi ngưng trong đường ống dẫn hơi đốt: DctD
Dòng nhiệt ra ( W):
 Do sản phẩm mang ra: 𝐺𝑑𝑐𝑑𝑡1
′′
 Do nước ngưng: Dc
 Nhiệt tổn thất: Qtt
Phương trình cân bằng nhiệt
GđCđ𝑡1
′
+ D𝑖𝐷
′′
+ DctD = GcCc𝑡1
′′
+ Dc + Qtt
Trong hơi nước bão hoà, bao giờ cũng có một lượng nước đã ngưng bị cuốn theo khoảng φ
= 0,05 (độ ẩm của hơi).
Nhiệt lượng do hơi nước bão hòa cung cấp là: QD = D(1-)(I-Cn) (W)
Nước ngưng chảy ra có nhiệt độ bằng nhiệt độ của hơi đốt vào (không có quá lạnh sau khi
ngưng) thì I-Cn = rD= 2171000(J/kg) (ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt)
GđCđtđ + D(1-)( I-Cn) = GcCctc + Qtt
Thay Qtt = εQD = 0,05QD , QD = D(1-)(I-Cn), Gd = Gc = G = 1200 kg/h
 D(1-)(1-)(I-Cn) = G(cđ𝑡1
′′
– cc𝑡1
′
)
𝐷 =
𝐺(𝐶đ𝑡1
′′−𝐶𝑐𝑡1
′)
(1−𝜖)(1−𝜑)𝑟𝐷
=
1200(3859,92.79,89−3795.30)
(1−0,05)(1−0,05)2171.103.3600
= 0,033(𝑘𝑔/𝑠)
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:
QD = D(1-)rD =0,033(1-0,05)2171.103
= 68060,85 (W)
Diện tích bề mặt truyền nhiệt
𝐹 =
𝑄𝐷
𝑞𝑡𝑏
=
68060,85
45650,56
= 1,491(𝑚2)
Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III-49), trang 134, [4]:
. .
F
n
d l


Trong đó:
 F = 1,491 m2
 l = 1,5 m – chiều dài của ống truyền nhiệt
 d – đường kính của ống truyền nhiệt
 Vì α1 > α2 nên ta chọn d = dt = 25 mm.
Số ống truyền nhiệt là:

𝑛 =
1,491
𝜋0,025.1,5
= 12,656
Theo bảng V.11, trang 48, [2], chọn số ống n = 19 và bố trí ống theo hình lục giác đều.
Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức V.140, trang 49, [2]: D
= t.(b-1) + 4.dn
Trong đó:
dn = dt + 2S = 25 + 2.2 = 27 mm đường kính ngoài của ống truyền nhiệt.
t = β.dn = 1,4.0,027 = 0,0378 m – bước ống
𝑏 = √
4
3
(𝑛 − 1) + 1 = √
4
3
(19 − 1) + 1 = 5 số ống trên đường xuyên tâm của lục giác.
 D = 0,0378.(5-1) + 4.0,027 = 0,2592 m
Thể tích bình gia nhiệt
V = π
D2
4
l = π
0,25922
4
1 = 0,0527(m3)
Dung dịch chảy chậm trong ống nên thời gian truyền nhiệt lớn, chọn số pass phía vỏ m = 1.
DUNG DỊCH NaOH
Suất lượng Gđ kg/h 1200
Nồng độ xđ % wt 10
Nhiệt độ đầu vào t'
1
0
C 30
Nhiệt độ đầu ra t’’
1
0
C 79,89
Nhiệt dung riêng đầu vào cđ J/(kg.K) 3859,92
Nhiệt dung riêng đầu ra cc J/(kg.K) 3795
HƠI ĐỐT
Áp suất PD at 3
Nhiệt độ tD
0
C 132,9
Ẩn nhiệt ngưng tụ rD kJ/kg 2171
Chiều cao thiết bị gia nhiệt H m 1
Đường kính trong ống truyền nhiệt dt m 0,025
Đường kính ngoài ống truyền nhiệt dn m 0,027
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp QD W 68060,85
Lượng hơi đốt biểu kiến D kg/s 0,033

II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
1. Chọn Thiết Bị Ngưng Tụ
Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm:
+ Hơi nước (chủ yếu)
+ Dung môi dễ bay hơi
+ Khí không ngưng
Khí bổ sung cần được giải phóng để tạo chân không. Thiết bị ngưng tụ được kết hợp với
bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu quả nhất.
Thiết bị ngưng tụ làm ngưng tụ hầu hết hơi nước, giải phóng một lượng hơi nước lớn cho
bơm chân không, do đó giảm tiêu hao năng lượng cơ học và tránh hỏng hóc cho bơm (chỉ
hút khí không ngưng).
Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet). Trong đó, nước
làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra
từ phần trên của thiết bị qua bộ phận tách lỏng.
Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và cột áp thuỷ
tĩnh bằng với áp suất khí quyển.
2. Tính thiết bị ngưng tụ
Theo bảng VII.1, trang 97, [2]: nhiệt độ không khí trung bình ở TPHCM là t = 27,2 0
C, độ
ẩm tương đối là φ = 77 %. Theo giản đồ h – x của không khí ẩm, h = 72,5 kJ/kg không khí
ẩm.
Nhiệt độ bầu ướt được chọn là tứ = 23 0
C.
Nhiệt độ đầu của nước lạnh được chọn là t2d = 23 + 3 = 26 0
C.
Với Pc = 0,35 at và tc = 72,05 0
C: Nhiệt độ cuối của nước lạnh được chọn là t2c = tc – 10 =
72,05 – 10 = 62,05 0
C.
Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp, lượng không khí cần hút được tính theo công thức VI.47,
trang 84, [2]: Gkk = 0,000025.W + 0,000025.Gn + 0,01.W; kg/s
Trong đó
Gn – lượng nước được tưới vào thiết bị ngưng tụ; kg/s, được tính theo công thức VI.51, trang
84, [2]:
 
 
2
2 2
. .
.
n c
n
n c d
W i c t
G
c t t



Với:
W = 600 kg/h – lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ.

i = 2650 kJ/kg – nhiệt lượng riêng của hơi nước (bảng I.251, trang 314, [1]).
cn = 4180 J/(kg.K) – nhiệt dung riêng trung bình của nước.
 
 
 
600
. 2650000 4180.62,05
3600 2,644 /
4180. 62,05 26
n
G kg s

  

 
kk
3
kk
600 600
G 0,000025. 0,000025.2,644 0,01.
3600 3600
G 1,737.10 /
kg s

   
 
Đối với thiệt bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, nhiệt độ không khí được tính theo công thức
VI.50, trang 84, [2]:
tkk = t2d + 4 + 0,1.(t2c – t2d) = 26 + 4 + 0,1.(62,05 – 26) = 33,605 0
C.⇒ Ph = 0,056 at (tra giản
đồ h – x của không khí ẩm) - Thể tích không khí cần hút được tính theo công thức VI.49,
trang 84, [2]:
 
 
 
 
3
3 3
4
288. . 273
288.1,737.10 . 273 33,605
5,318.10 /
0,35 0,056 .9,81.10
kk kk
kk
h
G t
V
P P
m s



 




Kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ
Thông thường, năng suất tính toán được chọn lớn hơn 1,5 lần so với năng suất thực tế.
Khi đó, đường kính trong của thiết bị được tính theo công thức VI.52, trang 84, [2]:
1,383. ;
.
tr
h h
W
D m
 

ρh = 0,2166 kg/m3
– khối lượng riêng của hơi thứ ở 0,35 at (tra bảng I.251, trang 314, [1])
ωh = 20 m/s – tốc độ của hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ (chọn)
600 / 3600
1,383. 0,27( )
0,2166.20
tr
D m
 
Chọn Dtr= 0,5 m =500mm
Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet được chọn theo bảng VI.8, trang 88, [2]:
Kích thước Ký hiệu Giá trị; mm
Đường kính trong của thiết bị Dtr 500
Chiều dày của thành thiết bị S 5
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a0 1300

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.docx

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.docx

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.docx

Similar to Thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.docx (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH.docx