Do an

đề………………………………………………………………………………………………………….i
I – PHÂN TÍCH ĐỀ:…………………………………………………………………………………………………………………… 1
I.1 – Yêu cầu:………………………………………………………………………………………………………………………. 1
I.2 – Phân tích:…………………………………………………………………………………………………………………….. 1
Phần 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ………………………………………………………………………………………………………….. 2
A – THIẾT BỊ CHÍNH………………………………………………………………………………………………………………………. 3
I – CÂN BẰNG VẬT CHẤT………………………………………………………………………………………………………….3
I.1 – Tính tổng lượng hơi thứ bốc lên……………………………………………………………………………………….3
I.2 – Tính nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi:………………………………………………………………..3
II – CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG:………………………………………………………………………………………………….4
II.1 – Áp suất và nhiệt độ mỗi nồi:……………………………………………………………………………………………4
II.2 – Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ:………………………………………………………………………………….4
II.3 – Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δthi và nhiệt độ sôi dung dịch:…………………………………………………….5
II.4 – Xác định nhiệt dung riêng dung dịch:……………………………………………………………………………….6
II.5 – Tìm lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi:…………………………………………………………………….6
III – TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT:……………………………………………………………………………………………8
III.1 – Lượng nhiệt trao đổi:…………………………………………………………………………………………………….8
III.2 – Hệ số truyền nhiệt K:…………………………………………………………………………………………………….9
III.3 – Kích thước buồng đốt:…………………………………………………………………………………………………12
III.4 – Kích thước buồng bốc:………………………………………………………………………………………………..13
B – THIẾT BỊ PHỤ………………………………………………………………………………………………………………………… 14
I – THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET:………………………………………………………………………………………..14
I.1 – Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ:…………………………………………………………………………14
I.2 – Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi baromet:……………………………………….15
I.3 – Kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ:……………………………………………………………………….15
II – ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN:…………………………………………………………………………………………..18
C – TÍNH CƠ KHÍ…………………………………………………………………………………………………………………………. 19
I – CHIẾU DÀY THIẾT BỊ:…………………………………………………………………………………………………………19
I.1 – Nồi 1:…………………………………………………………………………………………………………………………. 19
I.2 – Nồi 2:…………………………………………………………………………………………………………………………. 23
I.3 – Vỉ ống:……………………………………………………………………………………………………………………….. 26
II – HỆ THỐNG TAI ĐỠ:…………………………………………………………………………………………………………..26
II.1 – Khối lượng vật liệu:……………………………………………………………………………………………………..26
II.2 – Khối lượng nước:………………………………………………………………………………………………………..28
III – MẶT BÍCH:………………………………………………………………………………………………………………………. 29
Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………………………………..35

PHÂN TÍCH ĐỀ:

I.1 – Yêu cầu:
Thiết kế hệ thống cô đặc liên tục 2 nồi xuôi chiều theo các thông số sau:
+ Loại dung dịch: nước khóm
+ Nồng độ dầu: 10%
+ Nồng độ cuối: 40%
+ Năng suất theo nồng độ cuối: 1500kg/h
+ Loại thiết bị: tuần hoàn giữa
Công việc thiết kế bao gồm:
 Tính toán kích thước thiết bị chính: buồng bốc, buồng đốt, nắp, đáy mỗi nồi.
 Tính toán thiết bị phụ: thiết bị ngưng tụ Baromet.

I.2 – Phân tích:
Do vitamin C và một số chất khác trong nước khóm không bền với nhiệt nên
cô đặc nước khóm không thích hợp tiến hành ở nhiệt độ cao và thời gian lưu trong
thiết bị dài. Cô đặc ở áp suất chân không giúp hạ nhiệt độ sôi của dung dịch, giữ
được chất lượng của sản phẩm.
Hệ thống cô đặc liên tục 2 nồi xuôi chiều:
 Độ chân không nồi 2 cao hơn nồi 1, dung dịch sẽ tự di chuyển từ nồi 1 sang
nồi 2 mà không cần tốn thêm năng lượng và thời gian.
 Nhiệt độ sôi của nồi trước cao hơn nồi sau, do đó khi đi từ nồi 1 sang nồi 2,
dung dịch được làm lạnh đi, lượng nhiệt thải ra này có thể đủ làm bốc hơi
thêm 1 lượng nước, gọi là quá trình tự bốc hơi hay tự sôi.
 Áp suất không gian hơi quyết định nhiệt độ sôi của dung dịch trong mỗi nồi,
nên chọn áp suất sao cho nhiệt độ sôi nồi 1 dưới 900C và nồi 2 dưới 700C.
 Tuy nhiên ở nồi 2, nhiệt độ thấp mà nồng độ chất khô cao nên độ nhớt lớn,
hạn chế sự đối lưu, cần phải chọn chiều dài và đường kính ống truyền nhiệt
thích hợp.
Ống tuần hoàn trung tâm giúp tạo ra sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch trong
nồi cô đặc. Vận tốc tuần hoàn càng lớn thì hệ số cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng.
Nhưng do ống tuần hoàn cũng tham gia trao đổi nhiệt nên làm cho vận tốc tuần
hoàn giảm. Muốn cho tuần hoàn thật tốt phải thiết kế sao cho ống tuần hoàn không
trao đổi nhiệt.
Do đặc tính của nước trái cây là môi trường acid, gây ăn mòn thiết bị và dễ tạo
ra cáu cặn nên cần chú ý trong việc chọn vật liệu thiết kế.

THIẾT
KẾ
 Sơ đồ quy trình:

11

8
12
3

4
6

7 9
5
1
2 10

Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều
1- thùng dung dịch đầu 5- thiết bị đun nóng 9- nước ngưng
2- bơm 6- dung dịch vào cô đặc 10- sản phẩm cuối
3- thùng cao vị 7- hơi đốt 11- nước làm lạnh
4- lưu lượng kế 8- hơi thứ 12- hệ thống Baromet

 Thuyết minh quy trình viết cuối
Dung dịch nước khóm nồng độ đầu 10% (theo khối lượng) từ thùng chứa
được bơm lên thùng cao vị. Từ đây dung dịch được đưa qua một lưu lượng kế, rồi
qua thiết bị đun nóng để đạt được nhiệt độ ban đầu mong muốn, sau đó đưa vào nồi
cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi.
Hơi đốt được đưa vào nồi 1 là hơi nước bão hòa có áp suất 1,3236 at (theo
thang áp suất tuyệt đối và đơn vị áp suất kỹ thuật). Dung dịch vào nồi 1, đi bên
trong ống truyền nhiệt còn hơi đốt đi phía ngoài ống truyền nhiệt. Quá trình trao đổi
nhiệt diễn ra, dung dịch được nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ sôi và bắt đầu bốc hơi.
Ở đây dung dịch được cô đặc tuần hoàn tự nhiên đến khi đạt nồng độ chất khô 16%
rồi mới chuyển sang nồi 2 nhờ sự chênh lệch áp suất giữa 2 nồi. Hỗn hợp hơi – lỏng
bốc lên với tốc độ rất lớn, va đập vào cạnh hình zigzag của bộ phận tách bọt (bộ
phận phân ly lỏng – hơi) các giọt chất lỏng được rơi trở lại.
Hơi thứ của nồi 1 được dùng làm hơi đốt cho nồi 2. Ở nồi 2 dung dịch cũng
được cô đặc tuần hoàn tự nhiên đến khi đạt nồng độ 40% thì mở van xả vào bồn
chứa. Dung dịch chuyển từ nồi 1 sang nồi 2 rồi vào bồn chứa một cách tự nhiên và
liên tục. Hơi thứ của nồi 2 được đưa vào thiết bị ngưng tụ tạo chân không ở áp suất
0,1605 at.

ký‎ hiệu:
Để đơn giản trong việc chú thích tài liệu, quy ước ký hiệu như sau:
 [AI – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1. Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật
 [AII – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 2. Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật
 [B – x] – Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng,
T.S Phan Văn Thơm.
 [C – x] – Các quá trình và thiết bị trong Công nghệ hóa chất và thực phẩm,
tập 3 – Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, tác giả Phạm Xuân Toản.
 x: số trang
 Số chỉ công thức, bảng, hay địa chỉ trang web được ghi trong dấu ( )

A – THIẾT BỊ CHÍNH

I- CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I.1 – Tính tổng lượng hơi thứ bốc lên
Chọn căn bản tính là 1 giờ hoạt động.
Cân bằng vật chất tổng quát:
Gđ = Gc + W, kg/h
Gđ , Gc , W: khối lượng dung dịch ban đầu, sản phẩm cuối, tổng lượng hơi thứ, kg/h
Theo đầu đề: Gc = 1500 kg/h
⇒ W = Gđ – 1500
Cân bằng vật chất đối với cấu tử chất khô:
Gđxđ = Gcxc
xđ , xc : nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu, sản phẩm cuối (% khối lượng)
Ta có: xđ = 10% = 0,1
xc = 40% = 0,4
⇒ 0,1Gđ = 0,4Gc
0,4 0,4
⇒ Gđ = 0,1 Gc = 0,1 *1500 = 6000 kg/h
⇒ W = 6000 – 1500 = 4500 kg/h

I.2 – Tính nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi:
Giả sử lượng hơi thứ của từng nồi:
W1
W2
=1 (thực tế: 1,1 – 1,2)
4500
⇒ W1 = W2 = 2 = 2250 kg/h
Nồi 1:
G1: khối lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 trong 1 giờ (kg/h)
Cân bằng vật chất tổng quát:

– W1 = 6000 – 2250 = 3750 kg/h
Cân bằng vật chất đối với cấu tử chất khô:
Gđxđ = G1x1
x1 : nồng độ của dung dịch khi ra khỏi nồi 1 (% khối lượng)
Gđ 6000
⇒ x1 = G1 xđ = 3750 * 0,1 = 0,16 = 16%
x1 = 16%

Nồi 2:
Nồng độ của dung dịch khi ra khỏi nồi 2 chính là nồng độ sản phẩm cuối
x2 = xc = 40%

II – CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG:

II.1 – Áp suất và nhiệt độ mỗi nồi:
Như đã giới thiệu, do đặc tính của nước khóm không bền với nhiệt nên chọn
áp suất sao cho nhiệt độ sôi nồi 1 không quá 900C và nồi 2 không quá 700C.
+ Chọn áp suất hơi đốt PD = 1,3236 at ứng với nhiệt độ hơi đốt tD = 1070C
+ Chọn áp suất hơi thứ nồi 2 hay áp suất trong thiết bị ngưng tụ P ng = 0,1605 at
ứng với nhiệt độ tng = 550C
Chêng lệch áp suất chung của cả hệ thống: Chọn giữa hđốt và hthứ n2,
ΔP = PD – Png = 1,3236 – 0,1605 = 1,1631 at đảm bảo t1 <90
Giả sử phân bố áp suất cho 2 nồi như sau: Nồi chân
không
Hơi đốt Hơi thứ nồi 1 Hơi thứ nồi 2
0 0 0
P D, at t D, C P 1 , at t1 , C P 2 , at t2 , C
1,3236 107 0,59 85 0,1605 55
Khi đó nhiệt độ sôi nồi 1 vào khoảng 870C, nồi 2 khoảng 620C.
Giả sử này được chấp nhận khi hiệu số nhiệt độ hữu ích giả thuyết và tính toán sai
lệch nhau không quá 5%. Nếu không đạt phải chọn phân bố áp suất khác.

II.2 – Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ:

II.2.1 – Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi dung dịch cao hơn nhiệt độ sôi dung môi
nguyên chất, Δ’:
Đó chính là hiệu số giữa nhiêt độ sôi của dung dịch và nhiệt độ sôi của dung môi
nguyên chất ở áp suất bất kỳ.
Δ’ được xác định theo công thức gần đúng của Tisencô:
Δ’ = Δ0’f, 0C [AII – 59] – (VI.10)
0
Trong đó Δ ’: tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường
f: hệ số hiệu chỉnh
Δ’ có thể được tra từ http://www.sugartech.co.za, do cô đặc có tuần hoàn dung dịch
nên tra theo nồng độ cuối và ứng với nhiệt độ hơi thứ:
Nồi 1: nhiệt độ hơi thứ 850C, nồng độ cuối 16% ⇒ Δ1’ = 0,2 độ

độ hơi thứ 550C, nồng độ cuối 40% ⇒ Δ2’ = 0,9 độ

II.2.2 – Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao, Δ’’:
Δ’’ = ttb – t0 [AII – 60] – (VI.13)
ttb, t0: nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất Ptb, P0
h2
Ptb = P0 + (h1 + 2
)ρdds.g, N/m2 [AII – 60] – (VI.12)
Ptb : áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc, N/m2
P0 : áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, N/m2
h1 : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng của dung dịch, m
h2 : chiều cao ống truyền nhiệt, m
ρdds : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, ρdds = ρdd/2, kg/m3
g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
Tra theo dd đường cùng nđộ ở nhiệt độ hơi thứ

P0, h1, m h2, m ρdd, 2 0 0
Nồi P 0, at 2 3 P tb, N/m P tb, at t0, C ttb, C ∆”, độ
N/m chọn chọn kg/m
1 0.59 57879 0.4 1.2 1031.5 62938.5 0.6416 85.2 87.26 2.06
2 0.1605 15745 0.4 1.2 1159.7 21433.4 0.2185 55.9 62.38 6.48

II.2.3 – Tổn thất nhiệt độ do sức cản thủy lực trong các ống dẫn, Δ’’’:
Thường đối với mỗi nồi Δ’’’ = 1÷1,50C [AII – 67]
0
Chọn Δ1’’’ = Δ2’’’ = 1 C

Tổng kết:
Nồi ∆’, độ ∆”, độ ∆”’, độ Σ∆, độ
1 0,2 2,06 1 3,26
2 0,9 6,48 1 8,38
Σ 1,1 8,54 2 11,64

Vậy tổng tổn thất nhiệt độ:
ΣΔ = (Δ1’ + Δ2’) + (Δ1’’ + Δ2’’) + (Δ1’’’ + Δ2’’’) = 11,640C

II.3 – Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δthi và nhiệt độ sôi dung dịch:
Hiệu số nhiệt độ hữu ích là hiệu số giữa nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi
trung bình của dung dịch.

II.3.1 – Hiệu số nhiệt độ hữu ích chung của toàn hệ thống:
Δthi = Δtch – ΣΔ, độ [AII – 67] – (VI.17)
Δtch : hiệu số nhiệt độ chung, là hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt t D của nồi 1 và nhiệt độ
hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ tng
⇒ Δtch = tD – tng = 107 – 55 = 520C

Δtch – ΣΔ = 52 – 11,64 = 40,360C

II.3.2 – Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi:
Ở mỗi nồi Δthi = T – ttb
T : nhiệt độ hơi thứ mỗi nồi
ttb : nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi

Nhiệt độ hơi đốt Nhiệt độ sôi Hiệu số nhiệt độ
Nồi 0 0 0
T, C dung dịch t tb , C hữu ích Δthi , C

1 107 87.26 19.74
2 85 62.38 22.62

Có nhiều phương pháp phân bố hiệu số nhiệt độ hữu ích.
Chọn phương pháp phân phối theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau.
Khi đó đối với 1 nồi thứ k bất kỳ:
Qk Σ∆t
∆t k = .
K k n Qi [C – 155] – (3.33)
∑K
i =1 i

Điều kiện này sẽ được kiểm tra sau khi tính hệ số truyền nhiệt K để so sánh với giả
thiết trên.

II.4 – Xác định nhiệt dung riêng dung dịch:
Giá trị nhiệt dung riêng của dung dịch nước khóm được tra từ
http://www.rpaulsingh.com/teaching/SpecificHeat1.htm dựa theo thành phần của
nước khóm, ứng với nhiệt độ của dung dịch ở từng thời điểm

Ra khỏi nồi 2 x2 = 40 ts2 = 62,38 C2 = 3177

(tđ và ts1 bằng nhiệt độ sôi dung dịch trong nồi 1, ts2 bằng nhiệt độ sôi dung dịch
trong nồi 2)

II.5 – Tìm lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi:
Giả thiết:
+ Không lấy hơi phụ (toàn bộ hơi thứ nồi 1 làm hơi đốt cho nồi 2)
+ Không có tổn thất nhiệt ra môi trường
+ Bỏ qua nhiệt cô đặc (hay nhiệt khử nước)
Chọn nhiệt độ tham chiếu là 00C

W2, i2

Gđ, tđ, Cđ
D, iD

G1, C1, G2, C2, ts2
ts1
D, Cn1, θ1 W1, Cn2, θ2

Sơ đồ khối hệ thống cô đặc 2 nồi
Các phương trình cân bằng năng lượng:
Nồi 1:
D( iD – Cn1θ1 ) = G1C1ts1 – GđCđtđ + W1i1
Nồi 2:
W1( i1 – Cn2θ2 ) = G2C2ts2 – G1C1t1 + W2i2
Trong đó:
D : khối lượng hơi đốt cho nồi 1 trong 1 giờ, kg/h
W1, W2 : khối lượng hơi thứ nồi 1, nồi 2 trong 1 giờ, kg/h
Gđ, G1, G2 : khối lượng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2 trong 1 giờ,
kg/h
Cđ, C1, C2 : nhiệt dung riêng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, J/kg.độ
tđ, ts1, ts2 : nhiệt độ dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, 0C
iD, i1, i2 : enthalpy hơi đốt vào nồi 1, hơi thứ nồi 1, hơi thứ nồi 2, J/kg
Cn1, Cn2 : nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, nước ngưng nồi 2, J/kg.độ
θ1, θ2 : nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2, 0C

0 0
G, kg/h C, J/kg.độ t, C i, J/kg Cn , J/kg.độ θ, C
đ (D) 6000 3957 87,26 2690600
1 3750 3805 87,26 2653000 4229,1 107
2 1500 3177 62,38 2598700 4203 85
Thay các số liệu vào 2 phương trình trên ta có:
D (2690600 – 4229,1*107) = 3750*3805*87,26 – 6000*3957*87,26 + 2653000W1
2238086D = 2653000W1 -826635795
D = 1,18539W1 -369,34938 (1)

W1(2653000 – 4203*85) = 1500*3177*62,38 – 3750*3805*87,26 + 2598700W2
2295745W1 = 2598700W2 -947819235
W1 = 1,13196W2 -412,85911 (2)

Mặt khác, W1 + W2 = W = 4500 kg/h (3)
Giải hệ 3 phương trình (1), (2), (3) ta được:

kg/h
W1 = 2195,62 kg/h
W2 = 2304,38 kg/h
Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ:
Wl − Wn
Công thức so sánh: Wn
* 100% <5% thì chấp nhận
Trong đó:
Wl: lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị lớn
Wn: lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị nhỏ
2250 −2195,62
Nồi 1: 2195,62
* 100% = 2,48% <5%
2304,38 −2250
Nồi 2: 2250
* 100% = 2,42% <5%
Vậy giả thiết ban đầu được chấp nhận.
Nhận xét:
D 2233,31
= =1,017
W1 2195,62

Dùng 1,017 kg hơi đốt để bốc hơi 1 kg hơi thứ nồi 1 là chấp nhận được.
D 2233,31
= =0, 496
W 4500

Hệ thống 2 nồi: dùng 0,496 kg hơi đốt bốc hơi được 1 kg hơi thứ, xét về năng lượng
thì lợi ích gấp đôi.
W1 2195,62
= = 0,953
W2 2304,38

W1 < W2 do hiện tượng tự sôi (tự bốc hơi) của dung dịch.

III – TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT:

III.1 – Lượng nhiệt trao đổi:
Q = Dr, W [B – 115]
D : lượng hơi đốt cho mỗi nồi, kg/h
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt mỗi nồi, J/kg

Lượng hơi đốt, Nhiệt độ Ẩn nhiệt -9 -6
Nồi 0 Q*10 , J/h Q*10 , W
kg/h hơi đốt, C ngưng tụ, J/kg
1 (D) 2233,31 107 2242400 5,008 1,391
2 2195,61 85 2297000 5,043 1,401
(W1)

Nồi 1: Q1 = 1,391*106W
Nồi 2: Q2 = 1,401*106W

số truyền nhiệt K:
qtb
K= ∆ t hi , W/m2.độ [B – 116] – (III.17)
qtb : nhiệt tải riêng trung bình, W/m2
Δthi : hiệu số nhiệt độ hữu ích tính theo lý thuyết, 0C

III.2.1 – Nhiệt tải riêng trung bình:
q1 + q 2
qtb = 2
, W/m2 [B – 116]

α1 1/Σr α2
tbh
∆t1 tw1
∆tw tw2
∆t2 tdds
q
q1
q2

δ

Sự truyền nhiệt từ hơi đốt qua thành ống đến dung dịch

q: nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành ống đốt, W/m2
q1: nhiệt tải riêng phía hơi ngưng tụ, W/m2
q2: nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi, W/m2
tbh: nhiệt độ hơi nước bão hòa dùng làm hơi đốt, 0C
tdds: nhiệt độ sôi dung dịch, 0C
tw1, tw2: nhiệt độ thành ống đốt phía hơi ngưng tụ, phía dung dịch sôi, 0C
Δt1 = tbh – tw1, 0C
Δt2 = tw2 – tdds, 0C
Σr: tổng nhiệt trở của thành ống đốt, m2.độ/W
α1, α2: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, phía dung dịch sôi, W/m2.độ
Ta có:
1
q= Σr (tw1 – tw2)
q1 = α1Δt1
q2 = α2Δt2
Theo lý thuyết q = q1 = q2
Do chưa có các giá trị hiệu số nhiệt độ ta phải giả sử Δt 1 để tính nhiệt tải riêng, sau
đó kiểm tra lại bằng cách so sánh q 1 và q2. Nếu kết quả so sánh nhỏ hơn 5% thì chấp
nhận giả thiết.

nhiệt trở của thành ống đốt Σr:
δ
Σr = r1 + λ + r2 , m2.độ/W [AII – 3]
r1: nhiệt trở trung bình của hơi nước (có lẫn dầu nhờn)
r1 = 0,232*10-3 m2.độ/W [AII – 4]
r2: nhiệt trở trung bình lớp cặn bẩn
r2 = 0,387*10-3 m2.độ/W
δ: chiều dày thành ống đốt, m
λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống đốt, W/m.độ
Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt bằng đồng, có:
(http://www.engineeringtoolbox.com)
λ = 385 W/m.độ (ở 1100C)
δ = 2,8mm = 2,8*10-3 m
Đường kính ngoài: dng = 79 mm = 79*10-3 m
Đường kính trong: dtr = 73,4 mm = 73,4*10-3 m
δ 2,8 * 10 −3
Σr = r1 + λ + r2 = 0,232*10-3 + 385
+ 0,387*10-3 = 6,2627*10-4 m2.độ/W

III.2.3 – Hệ số cấp nhiệt α1, α2 :

a/ α1 : hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m2.độ
Trường hợp ngưng hơi bão hòa tinh khiết (không chứa khí không ngưng) trên bề
mặt đứng, hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức:
r
α = 2,04 Α
1 4
∆ 1 .H
t , W/m2.độ [AII – 28] – (V.101)
A : hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng tm [AII – 28] – (V.101)
tm = 0,5 (tbh + tw1)
tw1 : nhiệt độ bề mặt ống đốt phía hơi ngưng tụ, 0C
tbh : nhiệt độ hơi bão hòa dùng làm hơi đốt, 0C
Δt1 = tbh – tw1 Thử cho đến khi q1 và q2 lệch ko quá 5%,
H : chiều cao ống, m ∆thi giả sử và ∆thi tính lệch ko quá 5%

0 -3
Δt1, C r*10 , α1 ,
Nồi tbh, 0C tdds, 0C 0 0
tw1, C tm, C A 2 q1 , W/m
2

(giả sử) J/kg W/m .độ
1 107 87.26 1.28 105.72 106.36 181.862 2242.4 12895.93 16506.79
2 85 62.38 1.37 83.63 84.315 171.158 2297 12004.41 16446.04

b/ α2 : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi, W/m2.độ
Trường hợp dung dịch (dung môi là nước) sôi và tuần hoàn mãnh liệt trong ống thì
hệ số cấp nhiệt được tính theo hệ số cấp nhiệt của nước αn theo công thức:
0 , 435
λ 
0 , 565
 ρ 
2
 C dd  µn 
α2 = αn  dd
λ 
  dd
 
 
C 
 µ 
 [AII – 71] – (VI.27)
 n   ρn
   n  dd 


Trong đó:

biểu thị cho dung dịch, chỉ số n biểu thị cho nước
λ: hệ số dẫn nhiệt, W/m.độ
ρ: khối lượng riêng, kg/m3
C: nhiệt dung riêng, J/kg.độ
μ: độ nhớt động lực, Ns/m2
Hệ số cấp nhiệt của nước khi sôi sủi bọt, đối lưu tự nhiên, áp suất 0,2÷100 at
được tính theo công thức:
α = ,3( ∆ )
45 n t p
, W/m2.độ
2
2 , 33 0 ,5
[B – 44]
0
Δt2 = tw2 – tdds , C
p: áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (áp suất hơi thứ), at

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch λdd được tính theo công thức:
λdd = (326,775 + 1,0412T – 0,00331T2) * (0,796 + 0,009346* %H2O) *10-3
T: nhiệt độ sôi dung dịch, K

Do qw = q1→ Δtw = tw1 – tw2 = qw*Σr = q1*Σr
Từ Δtw ta suy ra được Δt2 và tính được αn:

0 0 0 αn ,
Nồi p, at Δtw, C tw2 , C Δt2, C 2
W/m .độ
1 0.59 10.34 95.38 8.12 4582.21
2 0.1605 10.30 73.33 10.95 4794.04

Từ αn ta tính được α2:
3
λ, 3 C, μ*10 , α2 , 2
ρ, kg/m q2, W/m so với q1
W/m.độ J/kg.độ Ns/m
2 2
W/m .độ
dd 0.2189 1030 3805 0.515
Nồi 1 1989.59 16160.03 2.15%
n 0.679 966.95 4235.5 0.323
dd 0.2434 1155.4 3177 1.914
Nồi 2 1488.95 16304.50 0.87%
n 0.6609 981.91 4183 0.453

Ta tính được hệ số truyền nhiệt K và kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích:

Δthi, Q*10 ,K, -6
Δthi so
Nồi qtb, W/m2 2 Q/K
0
C W/m .độ W 0
tính, C sánh
1 16333.41 19.74 827.427 1.391 1681.115 19.691 0.25%
2 16375.27 22.62 723.929 1.401 1935.273 22.669 0.22%
Tổng 42.36 3616.388 42.36

Vậy điều kiện bề mặt truyền nhiệt 2 nồi bằng nhau được thỏa mãn:

2 2 2
Nồi Q*10 , W K,W/m .độ Δthi tính,0 C F, m F+10%F, m
1 1.391 827.427 19.691 85.37 93.91
2 1.401 723.929 22.669 85.37 93.91

III.3 – Kích thước buồng đốt:

III.3.1 – Số ống truyền nhiệt:
F
n=
π.d .l , ống
F: bề mặt truyền nhiệt, m2
F = 93,91 m2
d: đường kính ống truyền nhiệt, m, ở đây α1>α2 nên chọn đường kính trong
dtr = 73,4 mm = 73,4*10-3 m
l: chiều dài ống truyền nhiệt, m
l = 1,2 m
F 93,91
n=
π d .l
.
=
π* 73,4 *10 −3 *1,2
= 340 ống
Tra chuẩn: 367 ống.
Chọn bố trí ống theo hình lục giác đều, xếp đầy các hình viên phân.

III.3.2 – Ống tuần hoàn trung tâm:

a/ Đường kính ống tuần hoàn:
4 f th
Dth =
π
,m
fth : tiết diện ngang ống tuần hoàn, m2
Chọn fth = 15% tổng tiết diện ngang các ống truyền nhiệt [AII – 75]
2
d
⇒ f th = 0,15 * nπ
4
ng
, m2
dng: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, m
dng = 79 mm = 79*10-3 m
4 f th
⇒ Dth =
π
= 0,15 * n * d ng = 0,15 * 340 * (79 * 10 −3 ) 2 =
2
0,564 m
Lấy tròn Dth = 0,6 m
Chọn vật liệu làm ống tuần hoàn là thép CT3, chiều dày 4mm

b/ Số ống truyền nhiệt danh nghĩa:
Là số ống nằm trong lòng ống tuần hoàn trung tâm.

ống truyền nhiệt danh nghĩa ta xem đường kính ống tuần hoàn là đường
kính trong của 1 thiết bị trao đổi nhiệt, khi đó:
Dth = t(b – 1) + 4dng, m [AII – 48] – (V.140)
t: bước ống, m. Thường chọn t = 1,2÷1,5dng , với dng: đường kính ngoài ống truyền
nhiệt, m
Chọn t = 1,3dng = 1,3*79*10-3 = 0,1027 m
b: số ống trên đường chéo của hình lục giác đều
Dth −4d ng 0,6 −4 * 79 * 10 −3

⇒ b=
t
+ =
1
0,1027
+ =3,76
1

Tra chuẩn: b = 5, ứng với số ống truyền nhiệt danh nghĩa là 19 ống
⇒ Số ống còn lại: 367 – 19 = 348 ống > 340 ống
Số ống này vẫn đảm bảo đủ bề mặt truyền nhiệt, vậy ta lắp đặt 348 ống.

III.3.3 – Đường kính trong buồng đốt:
Bố trí ống theo hình lục giác đều, đường kính trong buồng đốt được tính theo
công thức:
0,4 β2 sin 60 0 F .d ng
+( Dth +2 β.d ng ) ,m
2
Dtđ =
ψ.l

[AII – 74] – (VI.40)
β = t/dng, với t là bước ống. Do ở trên chọn t = 1,3dng suy ra β = 1,3
dng: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dng = 79 mm = 79*10-3 m
ψ: hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψ = 0,7÷0,9
Chọn ψ = 0,9
l: chiều dài ống truyền nhiệt, l = 1,2 m
0,4 * (1,3) sin 60 0 * 93,91 * 79 * 10 −3
2

⇒ Dtđ =
0,9 * 1,2
(
+ 0,6 +2 * 1,3 * 79 * 10 −3 ) 2
= 2,16m
Lấy tròn Dtđ = 2,2 m
Vậy đường kính buồng đốt 2 nồi là 2,2 m.

III.4 – Kích thước buồng bốc:
Đường kính buồng bốc:
4Vkgh
Dbb =
π.H kgh ,m [AII – 72] – (VI.35)
Vkgh: thể tích không gian hơi, m3
W
Vkgh =
ρh .U tt , m3 [AII – 71] – (VI.32)
W: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h
Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích hơi
nước bốc hơi trên 1 đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong 1 đơn vị thời
gian), m3/m3.h
Ở áp suất thường Utt = 1600÷1700 m3/m3.h , áp suất hơi thứ có ảnh hưởng đáng kể
đến Utt. Tuy nhiên không có số liệu hiệu chỉnh ở áp suất nhỏ hơn 1 at nên có thể
chọn Utt = 1700 m3/m3.h

riêng của hơi thứ, kg/m3
Hkgh: chiều cao không gian hơi, m
4Vkgh
H kgh =
π.Dbb
2 ,m [AII – 72] – (VI.34)
Ta sẽ chọn Dbb, sau đó tính Hkgh
Thường Dbb lớn hơn đường kính buồng đốt Dtđ không quá 0,6 m
Chọn Dbb = Dtđ + 0,4 = 2,2 + 0,4 = 2,6 m

Nhiệt độ Áp suất ρh , Utt , 3 Hkgh ,
Nồi 0 3 3 3
W, kg/h V, m Dbb, m
hơi thứ, C hơi thứ, at kg/m m /m .h m
1 85 0.59 0.3531 1700 2195.62 3.6577 2.6 0.69
2 55 0.1605 0.1043 1700 2304.38 12.996 2.6 2.45

Do dung dịch chiếm h1 = 0,4 m chiều cao buồng bốc nên tổng chiều cao tối thiểu
buồng bốc là:
Hbb = Hkgh + h1 = 2,45 + 0,4 = 2,85 m
Chọn tổng chiều cao buồng bốc 2 nồi đều là 3 m.
Vậy ta có: Dbb = 2,6 m
Hbb = 3m

B – THIẾT BỊ PHỤ

I- THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET:

I.1 – Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ:
W ( i − C n t 2c )
Gn = , kg/s [AII – 84] – (VI.51)
C n ( t 2c − t 2đ )

Gn: lượng nước lạnh cần thiềt để ngưng tụ, kg/s
W: lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s
i: hàm nhiệt của hơi ngưng, J/kg
t2đ, t2c: nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, 0C
Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ
2304,38
Ở đây W = W2 = 2304,38 kg/h = 3600 kg/s = 0,64 kg/s
Chọn t2đ = 280C, t2c = 400C , nhiệt độ trung bình = 0,5(28+40) = 340C
Cn(340C) = 4178J/kg.độ
i(550C) = 2598700 J/kg
0,64( 2598700 −4178 * 40 )
⇒ Gn =
4178( 40 −28)
= 31,04 kg/s

Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi baromet:
Gk
Vk = ρk , m3/s
Gk = 25*10-6(W + Gn) + 0,01W
= 25*10-6(0,64 + 31,04) + 0,01*0,64 = 7,192*10-3 kg/s
ρk = 1,25 kg/m3 [B – 122]
Gk 7,192 * 10 −3
⇒ Vk = ρk = 1,25 = 5,7536*10-3 m3/s

I.3 – Kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ:

2

3

1
b

Dba b
H

4

5

d
Hba

bị ngưng tụ Baromet
1- cửa vào nước lạnh 4- cửa hơi vào
2- ống thông với thiết bị thu hồi 5- ống Baromet
3- tấm ngăn

I.3.1 – Đường kính trong:
W
Dba =1,383
ρh .ωh
,m [AII – 84] – (VI.52)
W: lượng hơi ngưng tụ, W = 0,64 kg/s
ρh: khối lượng riêng của hơi ngưng, ở 550C: ρh = 0,1043 kg/m3
ωh: tốc độ của hơi đi trong thiết bị ngưng tụ, m/s
Thiết bị ngưng tụ làm việc với áp suất 0,1605 at nên có thể chọn ωh trong khoảng
55÷35 m/s
Chọn ωh = 40 m/s
W 0,64
⇒ Dba =1,383
ρ .ω
h h
=1,383
0,1043 * 40
= 0,54 m
Lấy tròn Dba = 0,6 m

I.3.2 – Kích thước tấm ngăn:
Tấm ngăn có dạng hình viên phân, để đảm bảo làm việc tốt, chiều rộng tấm ngăn b
có thể được xác định như sau:
Dba
b=
2
+ 50 , mm [AII – 85] – (VI.53)
Dba: đường kính trong thiết bị ngưng tụ, Dba = 0,6 m = 600 mm
Dba 600
⇒ b=
2
+ 50 =
2
+ 50 = 350mm
Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ:
Xem nước làm nguội là nước bẩn thì lấy đường kính các lỗ bằng 5 mm.
Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ,
nghĩa là trên 1 cặp tấm ngăn là:
Gn
f =
ωc , m2 [AII – 85] – (VI.54)

nước, m3/s
Ở nhiệt độ trung bình 340C, khối lượng riêng của nước là 994kg/m3
31,04
Gn = 31,04 kg/s = 994 m3/s
ωc: tốc độ của tia nước, m/s
Chọn chiều cao gờ của tấm ngăn là 40 mm thì ωc = 0,62 m/s [AII – 85]
Gn 31,04
⇒ f =
ωc
=
994 * 0,62
= 0,05 m2
Chọn chiều dày tấm ngăn δ = 4 mm
Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, bước lỗ được xác định theo công thức:
1/ 2
 f 
t = 0,866d  e 
f  , mm [AII – 85] – (VI.55)
 tb 

d: đường kính của lỗ, d = 5 mm
fe
f tb : tỉ số giữa tổng diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết bị
fe
ngưng tụ, chọn f tb = 0,05
1/ 2
 f 
⇒ t = 0,866d  e  = 0,866 * 5 * ( 0,05) 0,968 mm
1/ 2
f  =
 tb 

I.3.3 – Chiếu cao thiết bị ngưng tụ:
Mức độ đun nóng được xác định theo công thức: [AII –85] – (VI.56)
t 2c − t 2đ 40 − 28
P= = = 0,444
t bh − t 2 đ 55 − 28

Dựa vào mức độ đun nóng với đường kính lỗ 5 mm, tra bảng VI.7 ta có:
Số ngăn: 8
Số bậc: 4
Khoảng cách trung bình giữa các ngăn: 400 mm
Tra bảng VI.8 với đường kính trong Dba = 0,6 m = 600 mm ta có những kích thước
cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet như sau:
Chiều dày thành: S = 5 mm
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp: a = 1300 mm
Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy: P = 1200 mm
Bề rộng của tấm ngăn: b = 350 mm
Khoảng cách giữa tâm thiết bị ngưng tụ với thiết bị thu hồi: K1 = 725 mm
Chiều cao của hệ thống thiết bị: H = 4550 mm
Chiều rộng của hệ thống thiết bị: T = 1400 mm
Đường kính thiết bị thu hồi: D1 = 400 mm
Chiều cao thiết bị hu hồi: h = 1400 mm
Đường kính các cửa ra và vào:
Hơi vào: d1 = 350 mm
Nước vào: d2 = 125 mm
Hỗn hợp khí và hơi ra: d3 = 100 mm

Baromet: d4 = 150 mm
Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi: d5 = 100 mm
Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi: d6 = 70 mm
Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet: d7 = 50 mm

I.3.4 – Kích thước ống Baromet:
Đường kính trong:
0,004( G n + W )
d =
π .ω
,m [AII – 86] – (VI.57)
W: lượng hơi ngưng, W = 0,64 kg/s
Gn: lượng nước lạnh tưới vào tháp, Gn = 31,04 kg/s
ω: tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, m/s
Chọn ω = 0,5 m/s
0,004(G n +W ) 0,004(31,04 +0,64 )
⇒ d =
π.ω
=
π * 0,5
= 0,284 m
Chiều cao ống Baromet: chọn Hba = 11 m

II – ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN:
Đường kính trong các ống dẫn và cửa ra vào thiết bị được xác định theo công thức:
VS
d =
0,785ω ,m [AII – 74] – (VI.42)
VS: lưu lượng khí (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống, m3/s
ω: tốc độ thích hợp của (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống, m/s

 Đối với dung dịch và nước ngưng:
G
VS = ρ , m3/s
G: khối luợng dung dịch, nước ngưng đi trong ống, kg/s
ρ: khối lượng riêng dung dịch, nước ngưng ở nhiệt độ tương ứng, kg/m3
ω trong khoảng 0,5÷1 m/s

 Đối với hơi bão hòa:
VS = G.v”, m3/s
G: khối lượng hơi đi trong ống, kg/s
v”: thể tích riêng của hơi ở nhiệt độ tương ứng, m3/kg
ω trong khoảng 20÷40 m/s

v”hơi, 3 ω, d chuẩn, Bề dày,
G, kg/h 3 3 VS, m /s d, m
kg/m m /kg m/s mm mm
Ống nhập liệu 6000 1005.5 0.0017 0.5 0.065 66.929 3.048
Ống tháo Nồi 1 3750 1030 0.001 0.5 0.051 54.787 2.769
sản phẩm Nồi 2 1500 1155.4 0.0004 0.5 0.030 36.626 2.769
Ống dẫn hơi đốt 2233.3 1.3374 0.8297 20 0.230 250 11.5
Ống dẫn Nồi 1 2195.6 2.832 1.7272 20 0.332 350 13.5
hơi thứ Nồi 2 2304.4 9.589 6.138 25 0.559 600 11.5
Ống nước Nồi 1 2233.3 951 0.0007 0.5 0.041 42.722 2.769
ngưng Nồi 2 2195.6 968.6 0.0006 0.5 0.040 42.722 2.769
Chọn vật liệu làm ống là thép CT3

C – TÍNH CƠ KHÍ

I- CHIẾU DÀY THIẾT BỊ:

I.1 – Nồi 1:

I.1.1 – Buồng đốt:
Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong, bằng thép CT3
Chiều dày được xác định theo công thức: [AII – 360] – (XIII.8)
Dt p
S =
2[σ]ϕ − p
+C ,m
[σ ] ϕ ≥
Khi p 50 có thể bỏ qua p ở mẫu số
Dt: đường kính trong buồng đốt, Dt = 2,2 m
ϕ: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc, tra bảng XIII.8 ta có ϕ = ϕh = 0,95
C: số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m
C = C1 + C2 + C3
C1: số bổ sung do ăn mòn, đối với vật liệu bền (0,05÷0,1 mm/năm) lấy C1 = 1 mm
C2: số bổ sung do hao mòn, khi tính toán thiết bị hóa chất có thể bỏ qua C2
C3: số bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu, tra
bảng XIII.9 chọn C3 = 0,8 mm
⇒ C = C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 mm

p: áp suất trong thiết bị, N/m2
Môi trường làm việc là hỗn hợp hơi – lỏng, áp suất được tính như sau:[AII – 360]
p = pmt + p1, N/m2
pmt: áp suất của hơi trong thiết bị, N/m2
⇒ pmt = 1,3236 at = 1,3236*9,81*104 N/m2 = 129845,16 N/m2

p1: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng được tính theo công thức:

N/m2
ρ1: khối lượng riêng chất lỏng (nước ngưng ở 1070C) ρ1 = 953,22 kg/m3
H1: chiều cao lớn nhất của cột nước ngưng, chọn H1 = 0,2 m
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
⇒ p1 = gρ1H1 = 9,81*953,22*0,2 = 1870,22 N/m2
⇒ p = pmt + p1 = 129845,16 + 1870,22 = 131715,38 N/m2

[σ]: ứng suất cho phép, N/m2
Lấy giá trị nhỏ nhất từ các công thức sau:
[σ k ] = σ k η , N/m2
k n

[σ c ] = σ c η , N/m2
c n

[σk], [σc]: ứng suất cho phép khi kéo, khi chảy, N/m2
η: hệ số điều chỉnh
nk, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền khi kéo và theo giới hạn chảy
σk, σc: giới hạn bền khi kéo, giới hạn chảy, N/m2
Tra bảng XIII.2 được η= 0,9
Tra bảng XIII.3 được nk = 3,5 nc = 2,0
Tra bảng XIII.4 được σk = 380*106 N/m2 σc = 240*106 N/m2
[σk ] = σk η = 380 * 10
6

nk 3,5
* 0,9 = 97,71*106 N/m2

[σc ] = σc η = 240 * 10
6

nc 2,0
* 0,9 = 108*106 N/m2
[σ] ϕ= 97,71 * 10 6
Chọn số nhỏ thế vào p 131715,38
* 0,95 =705 >50

Dt p 2,2 * 131715,38
⇒ S =
2[σ]ϕ
+C =
2 * 97,71 * 10 6 * 0,95
+1,8 * 10 6 = 3,36*10-3 m = 3,36 mm
Chọn S = 4 mm

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: [AII – 365] – (XIII.26)
σ= t
[ D + ( S − C )] p0 ≤ σ c
2( S − C )ϕ 1,2
, N/m2
Áp suất thử tính toán p0 được xác định theo công thức:
p0 = pth + p1, N/m2
pth: áp suất thử thủy lực, N/m2
Tra bảng XIII.5 ta có pth = 1,5pmt = 1,5*129845,16 = 194767,74 N/m2

p1: áp suất thử thủy tĩnh của cột chất lỏng, p1 = 1870,22 N/m2
⇒ p0 = pth + p1 = 194767,74 + 1870,22 = 196637,96 N/m2

[ Dt + ( S −C )] p 0
=
[ ]
2,2 + ( 4 −1,8)10 −3 196637,96 σ
=103,6 * 10 6 < c =
240 * 10 6
= 200 * 10 6
2( S −C )ϕ 2( 4 −1,8)10 * 0,95
−3
1,2 1,2

Vậy S = 4 mm là đạt yêu cầu

I.1.2 – Đáy buồng đốt:
Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất trong, bằng thép CT3

Dt

hB h
S

Chiều dày đáy được tính theo công thức: [AII – 385] – (XIII.47)
Dt p D
S = . t +C ,m
3,8[σk ]k .ϕh − p 2hb

[σk ] k .ϕ
Khi p
h ≥ 30 có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số
Dt: đường kính trong buồng đốt, Dt = 2,2 m
p: áp suất trong buồng đốt, p = 131715,38 N/m2
hb: chiều cao phần lồi của đáy, tra bảng XIII.10 ứng với Dt = 2,2 m có hb = 0,55 m
d
k: hệ số không thứ nguyên, k =1 −
Dt

d: đường kính của lỗ lớn nhất trên đáy, cửa ra sản phẩm, chọn d = 0,1m
d 0,1
⇒ k =1 −
Dt
=1 −
2,6
= 0,96

ϕh : hệ số bền, ϕh = 0,95
[σk]: ứng suất cho phép, tính tuơng tự như trường hợp thành buồng đốt
⇒ [σk] = 97,71*106 N/m2
C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,8*10-3 m, có tăng thêm sau khi tính thử S
Thêm 2 mm khi S – C ≤ 10 mm
Thêm 1 mm khi 20 mm > S – C > 10 mm

[σk ] k .ϕ =
97,71 * 10 6
* 0,96 * 0,95 = 677 >30
h
p 131715,38

⇒
Dt p D 2,2 * 131715,38 2,2
S = . t +C = . +C =1,71 * 10 −3 +C
3,8[σk ]k .ϕh 2hb 3,8 * 97,71 * 10 6 * 0,96 * 0,95 2 * 0,55

⇒ S – C = 1,71*10-3 m = 1,71 mm <10 mm

vào C, khi đó S = 1,71 + 1,8 + 2 = 5,51 mm
Chọn S = 6 mm

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: [AII – 385] – (XIII.49)
σ= t
[ D 2 + 2hb ( S − C ) ] p0 ≤ σ c
7,6k .ϕh .hb ( S − C ) 1,2
, N/m2

Với p0 = 196637,96 N/m2
⇒ σ=
[( 2,2) 2
]
+ 2 * 0,55( 6 −1,8 − 2 )10 −3 1,5 * 196637,96 σ
=170,3 * 10 6 < c = 200 * 10 6
7,6 * 0,96 * 0,95 * 0,55( 6 −1,8 − 2 )10 −3 1,2

Vậy S = 6 mm là đạt yêu cầu

I.1.3 – Buồng bốc:
Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3
Kiểm tra các điều kiện:
l
1≤ D ≤8
0,4
 pn l 
 t.  ≤ 0,523
E D

l: chiều dài (chiều cao) tính toán thiết bị, l = Hb = 3 m
D: đường kính trong buồng bốc, Dbb = 2,6 m
l 3
⇒ 1≤ D
=
2,6
=1,15 ≤ 8 thỏa

pn: áp suất tính toán bên ngoài, bằng hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất hơi
thứ bên trong, N/m2
⇒ pn = (1 – 0,59)*9,81*104 = 40221 N/m2

Et: module đàn hồi ở nhiệt độ thành, Et = 185*109 N/m2
0,4 0, 4
 pn l   40221 3 
⇒  t . 
E D 
= . 
185 * 10 9 2,6 
= 0,0023 < 0,523 thỏa


Khi các điều kiện được thỏa, do các loại thép có hệ số Poatxông µ = 0,33 nên có thể
tính chiều dày theo công thức sau: [AII – 370] – (XIII.32)
0, 4
p l 
S =1,25D n . 
 Et D 
+C ,m
C: số bổ sung, tính như trường hợp buồng đốt, C = 1,8*10-3 m
0, 4 0, 4
p l   40221 3 
⇒ S =1,25 D n . 
Et D 
+C =1,25 * 2,6 . 
185 * 10 9 2,6 
+1,8 * 10 −3 = 9,24 * 10 −3 m
 

Chọn S = 10 mm

I.1.4 – Nắp buồng bốc:
Nắp hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3
Chiều dày nắp được xác định theo công thức: [AII – 387] – (XIII.50)

D
S = . t +C ,m
3,8[σn ]k .k1 .ϕh − p n 2hb

[σn ] k .k .ϕh ≥ 30
Khi pn
1 có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số
Dt: đường kính trong buồng bốc, Dt = 2,6 m
pn: áp suất tính toán bên ngoài, pn = 40221 N/m2
hb: chiều cao phần lồi của nắp, tra bảng XIII.10 ứng với Dt = 2,6 m có hb = 0,65 m
d
k: hệ số không thứ nguyên, k =1 −
Dt

d: đường kính của lỗ lớn nhất trên nắp, lỗ thông hơi, chọn d = 0,6m
d 0,6
⇒ k =1 −
Dt
=1 −
2,6
= 0,77

k1: hệ số, đối với lỗ có nắp không tăng cứng k1 = 0,64
ϕh = 0,95
[σn] = 97,71*106 N/m2
C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,8*10-3 m, có tăng thêm sau khi tính thử S
[σn ] k .k .ϕ =
97,71 * 10 6
* 0,77 * 0,64 * 0,95 =1137 > 30
1 h
pn 40221

Dt p n D
⇒ S = . t +C
3,8[σn ]k .k1 .ϕh 2hb

2,6 * 40221 2,6
⇒ S = +C =1,203 * 10 − +C
3
.
3,8 * 97,71 * 10 6 * 0,77 * 0,64 * 0,95 2 * 0,65

⇒ S – C = 1,203*10-3 = 1,203 mm < 10 mm
Thêm 2 mm vào C khi đó S = 1,203 + 1,8 +2 = 5,003 mm
Chọn S = 6 mm

Kiểm tra ứng suất khi thử thủy lực: [AII – 387] – (XIII.51)
σ= t
[ D 2 + 2hb ( S − C ) ] p0n ≤ σ c
7,6k .k1 .ϕ h ( S − C ) 1,2
, N/m2

Áp suất thử p0n
= 1,5pn , N/m2
⇒
σ=
[( 2,6) + 2 * 0,65( 6 −1,8 −2 )10 −3 1,5 * 40221
2
] σ
= 80,19 * 10 6 < c =
240 * 10 6
= 200 * 10 6
7,6 * 0,77 * 0,64 * 0,95 * 0,65( 6 −1,8 −2 )10 −3 1,2 1,2

Vậy S = 6 mm là đạt yêu cầu

I.2 – Nồi 2:

I.2.1 – Buồng đốt:
Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3
Chiều dày được xác định theo công thức: [AII – 370] – (XIII.29)

S = 0,5 Dt 
[σ n ]ϕ 
− 1 + C
 [σ n ]ϕ − 1,73 p n  ,m
 
Dt = 2,2 m
[σn] = 97,71*106 N/m2
ϕ = ϕh = 0,95
C = 1,8*10-3 m
pn: áp suất tính toán bên ngoài, bằng hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất chân
không bên trong, N/m2
Áp suất bên trong: p = pmt + p1, N/m2
pmt = 0,59 at = 0,59*9,81*104 N/m2 = 57879 N/m2
p1 = 1870,22 N/m2
⇒ p = pmt + p1 = 57879 + 1870,22 = 59749,22 N/m2
⇒ pn = 98100 – 59749,22 = 38350,78 N/m2
 97,71 * 10 6 * 0,95 
⇒ S = 0,5 * 2,2 −1 +1,8 * 10 −3 = 2,19 * 10 −3 mm
 97,71 * 10 6 * 0,95 −1,73 * 38350,78 
 

Chọn S = 3 mm

I.2.2 – Đáy buồng đốt:
Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3
Chiều dày đáy được tính theo công thức: [AII – 387] – (XIII.50)
Dt p n D
S = . t +C ,m
3,8[σn ]k .k1 .ϕh − p n 2hb

Dt: đường kính trong buồng đốt, Dt = 2,2 m
hb = 0,55 m
[σn] = 97,71*106 N/m2
k = 0,96
C = 1,8*10-3 m
pn = 38350,78 N/m2
[σn ] k .k .ϕ =
97,71 * 10 6
* 0,96 * 0,74 * 0,95 =1719 > 30
1 h
pn 38350,78

Dt p n D
⇒ S = . t +C
3,8[σn ]k .k1 .ϕh 2hb

2,2 * 38350,78 2,2
S = * +C =6,73 * 10 −4 +C
3,8 * 97,71 * 10 6 * 0,96 * 0,74 * 0,95 2 * 0,55

⇒ S – C = 6,73*10-4 m = 0,673 mm <10 mm
Thêm 2 mm vào C, khi đó S = 0,673 + 1,8 + 2 = 4,473 mm
Chọn S = 5 mm

Kiểm tra ứng suất khi thử thủy lực: [AII – 387] – (XIII.51)
σ= t
[D 2 + 2hb ( S − C )] p0n ≤ σc
7,6k .k1 .ϕh .hb ( S − C ) 1,2
, N/m2

p0n
= 1,5pn , N/m2
σ=
[( 2,2) + 2 * 0,55(5 −1,8 −2 )10 −3 1,5 * 38350,78
2
] σ
= 82,27 * 10 6 < c =
240 * 10 6
= 200 * 10 6
7,6 * 0,96 * 0,74 * 0,95 * 0,55(5 −1,8 −2 )10 −3 1,2 1,2

Vậy S = 5 mm là đạt yêu cầu

I.2.3 – Buồng bốc:
Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3
Tính tương tự buồng bốc nồi 1: [AII – 370] – (XIII.32)
0, 4
p l 
S =1,25D n . 
t
+C ,m
E D

Với pn = (1 – 0,1605)*9,81*104 = 82354,95 N/m2
0, 4 0, 4
 pn l   82354,95 3 
 t . 
E D 
= 9
.  = 0,003 < 0,523 thỏa
 185 * 10 2,6 
0, 4 0, 4
p l  82354,95 3 
⇒ S =1,25 D n .
t
E D 
 +C =1,25 * 2,6 9
. 
2,6 
+1,8 * 10 −3 =11,7 * 10 −3 m
185 * 10

Chọn S = 12 mm

I.2.4 – Nắp buồng bốc:
Nắp hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3
Tính tương tự nắp buồng bốc nồi 1: [AII – 387] – (XIII.50)
Dt p n D
S = . t +C ,m
3,8[σn ]k .k1 .ϕh − p n 2hb

Với pn = 82354,95 N/m2
[σn ] k .k .ϕ =
97,71 * 10 6
* 0,77 * 0,64 * 0,95 = 555 > 30
1 h
pn 82354,95

Dt p n D
⇒ S = . t +C
3,8[σn ]k .k1 .ϕh 2hb

2,6 * 82354,95 2,6
⇒ S = +C =2,464 * 10 − +C
3
.
3,8 * 97,71 * 10 6 * 0,77 * 0,64 * 0,95 2 * 0,65

⇒ S – C = 2,464*10-3 = 2,464 mm < 10 mm
Thêm 2 mm vào C khi đó S = 2,464 + 1,8 +2 = 6,264 mm
Chọn S = 8 mm

Kiểm tra ứng suất khi thử thủy lực: [AII – 387] – (XIII.51)
σ= t
[ D 2 + 2hb ( S − C ) ] p0n ≤ σ c
7,6k .k1 .ϕ h ( S − C ) 1,2
, N/m2

Áp suất thử p0n
= 1,5pn , N/m2

⇒ σ=
[( 2,6) 2
]
+ 2 * 0,65(8 −1,8 − 2 )10 −3 1,5 * 82354,95 σ
= 86,04 * 10 6 < c = 200 * 10 6
7,6 * 0,77 * 0,64 * 0,95 * 0,65(8 −1,8 − 2 )10 −3 1,2

Vậy S = 8 mm là đạt yêu cầu

Buồng đốt, Đáy, Buồng bốc, Nắp,
Nồi
mm mm mm mm
1 4 6 10 6
2 3 5 12 8

I.3 – Vỉ ống:
Buồng đốt có 2 vỉ ống cố định được hàn vào mặt trên và mặt dưới. Chiều dày
vỉ ống Sv phải đảm bảo giữ chặt ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn, bền dưới tác
dụng của các loại ứng suất, chống được ăn mòn. Chọn phương pháp gắn ống vào vỉ
bằng phương pháp nong
Chiều dày tối thiểu:
dn
Smin = 8
+5 , mm
dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 79 mm
dn 79
⇒ Smin = 8
+5 =
8
+ 5 =14,875 mm
Để giữ nguyên hình dạng vỉ ống sau khi nong cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn
bởi 2 thành lỗ gần nhất fm phải lớn hơn tiết diện nhỏ nhất cho phép fmin:
fm = Sv(t – d1) ≥ fmin = 5d1
f min 5d 1
⇒ Sv ≥ =
t − d1 t − d1

d1 = dn + 1 = 79 + 1 = 80 mm
t = 1,3dn = 1,3*79 = 102,7 mm
5 * 80
⇒ Sv ≥ 102,7 − 80
= ,62
17 mm
Tính đến sự ăn mòn 2 phía: C = 2 mm
⇒ Sv = 17,62 + 2 = 19,62 mm
Chọn Sv = 20 mm

II – HỆ THỐNG TAI ĐỠ:

II.1 – Khối lượng vật liệu:

II.1.1 – Khối lượng đồng làm ống truyền nhiệt:
m1 = n.π.d.l.δ.ρ, kg
n: số ống truyền nhiệt, n = 348 ống
79 +73,4
d: đường kính trung bình, d = 2
=76,2 mm = 76,2*10-3 m
l: chiều dài ống, l = 1,2 m
δ: chiều dày thành ống, δ = 2,8 mm = 2,8*10-3 m
ρ: khối lượng riêng của đồng, ρ = 8800 kg/m3

n.π.d.l.δ.ρ = 348*π*76,2*10-3*1,2*2,8*10-3*8800 = 2463,24 kg

II.1.2 – Khối luợng thép:
m2 = V.ρ, kg
3
V: tổng thể tích thép sử dụng, m , bao gồm thép làm ống tuần hoàn, vỉ ống, buồng
bốc, buồng đốt, nắp và đáy
ρ: khối lượng riêng của thép, ρ = 7850 kg/m3
Thể tích thép được tính như sau:
 Đối với ống tuần hoàn, buồng bốc, buồng đốt:
V = π.d.l.δ, m3
d: đường kính trung bình, m
l: chiều dài (chiều cao), m
δ: chiều dày, m, do tính khối lượng cực đại nên chọn chiều dày lớn nhất trong 2 nồi
để tính
3
d trong, m δ, m d trung bình , m l, m V, m
Ống tuần hoàn 0.6 0.004 0.604 1.2 0.009
Buồng bốc 2.6 0.012 2.612 3 0.295
Buồng đốt 2.2 0.004 2.204 1.2 0.033

 Đối với vỉ ống (2 vỉ):
 D2 
V=2 δ π − ( S n + S th )  , m3
 4 

D: đường kính vỉ, bằng đường kính trong buồng đốt, D = 2,2 m
δ: chiều dày vỉ, δ = 20 mm = 0,02 m
Sn: tổng tiết diện ngang ống truyền nhiệt, m2
(79 * 10 −3 ) 2
Sn = 340π* 4
= 1,67 m2
Sth: tiết diện ngang ống tuần hoàn, m2
(0,6 + 2 * 0,004) 2
Sth = π* 4
= 0,29 m2
 D2   ( 2,2 ) 2 
⇒V=2 δπ
 4
−( S n +S th ) = 2 * 0,02 
 
π
4
−(1,67 +0,29 ) =

0,074 m3

 Đối với đáy và nắp:
πD 2
V= δ
4
, m3
D: đường kính phôi, m
δ: chiều dày, m

3
D trong, m D (phôi), m δ, m V, m
Nắp 2.6 3.003 0.008 0.057
Đáy 2.2 2.599 0.006 0.032

thép: V = 0,009 + 0,295 + 0,033 + 0,074 + 0,057 + 0,032 = 0,5 m3
Tổng khối lượng thép: m2 = 0,5*7850 = 3925 kg
Tổng khối lượng vật liệu: m1 + m2 = 2463,24 + 3925 = 6388,24 kg

II.2 – Khối lượng nước:
Để đảm bảo hệ thống tai đỡ đủ an toàn ta giả sử thiết bị chứa đầy nước
m3 = V.ρ, kg
V: tổng thể tích nước ở buồng bốc, buồng đốt, nắp và đáy, m3
ρ: khối lượng riêng của nước, lấy ở 200C, ρ = 998,2 kg/m3

Thể tích nước ở buồng bốc và buồng đốt được tính như sau:
πD 2
V= 4
l , m3
D: đường kính trong, m
l: chiều cao, m
Thể tích nước nắp và đáy: tra bảng XIII.10 theo đường kính trong:

3
D, m l, m V, m
Buồng bốc 2.6 3 15.928
Buồng đốt 2.2 1.2 4.562
Nắp 2.6 2.515
Đáy 2.2 1.547
Tổng: 24.551

⇒ Khối lượng nước:
m3 = V.ρ = 24,551*998,2 = 24506,81 kg

⇒ Khối lượng cực đại:
m = m1 + m2 + m3 = 6388,24 + 24506,81 = 30895,05 kg
⇒ Trọng lượng cực đại:
P = mg = 30895,05*9,81 = 30,3*104 N
Chọn sử dụng 4 tai đỡ
Trọng lượng mỗi tai đỡ phải chịu là: 30,3*104/4 = 7,6*104 N
Tra bảng XIII.36:

a

S

H
d

S
L B

Tải trọng
Bề mặt Tải trọng cho Khối
cho phép
đỡ phép lên bề L B B1 H S a d lượng 1
mỗi tai đỡ 4 -6
-4 F*10 mặt đỡ q*10 tai đỡ
G*10
2 2
N m N/m mm kg
8 639 1.25 270 240 240 420 14 25 34 21.5

III – MẶT BÍCH:
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như
nối các bộ phận khác với thiết bị.
Do hệ thống làm việc với áp suất thấp < 0,1*10 6 N/m2 nên chọn loại bích
liền, là bộ phận được hàn liền với thiết bị
 Để nối các ống dẫn: chọn bích liền bằng kim loại đen kiểu 1

Dδ
DI

db

Tra bảng XIII.26 ta có:

Kích thước nối Kiểu bích
Dy Bulông 1
Dn D Dδ DI
db z h
mm cái mm
250 273 370 335 312 M16 12 22
350 377 485 45 415 M20 12 22
600 611 740 690 650 M20 20 22

 Để nối các bộ phận của thiết bị: chọn bích liền bằng thép kiểu 1
Tra bảng XIII.27 ta có:

Kích thước nối Kiểu bích
Dt Bulông 1
D0 D Dδ DI
db z h
mm cái mm
Buồng bốc 2600 2619 2770 2710 2670 M27 60 35
Buồng đốt 2200 2215 2350 2300 2260 M24 56 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1) Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1 và 2. Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật.
2) Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, T.S Phan
Văn Thơm.
3) Các quá trình và thiết bị trong Công nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 3 –
Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt. Tác giả Phạm Xuân Toản.
4) Đồ án môn học Cô đặc dung dịch nước khóm, sinh viên Võ Thành Lợi –
CNTP K27.
5) Báo cáo đồ án Cô đặc dung dịch nước khóm, sinh viên Nguyễn Hoàng
Hoan – CNTP K27.
6) Các trang web:
http://www.sugartech.co.za