Tính Toán Thiết Kế Thiết Bị Cô đặc Chân Không Theo Tiêu Chuẩn Asme

Tải bản đầy đủ (.docx) (16 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Luận Văn - Báo Cáo
>>
3. Kỹ thuật

tính toán thiết kế thiết bị cô đặc chân không theo tiêu chuẩn asme

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (382.37 KB, 16 trang )

MỤC LỤCI.TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC1. Lý thuyết về cô đặca. Định nghĩaCô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịchgồm 2 hai hay 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 mộtphần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn); đó là các quá trình vật lý – hoá lý. Tuỳ theotính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thểtách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đunnóng) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh.b. Các phương pháp cô đặc:- Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng tháihơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lênmặt thoáng chất lỏng.- Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách radưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung môi để tăng nồngđộ chất tan. Tuỳ tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng màquá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máylạnh.c. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt :- Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tửchất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệtđể khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cungcấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.- Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trìnhcấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở2trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Táchkhông khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.d. Ứng dụng của sự cô đặcTrong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước tráicây… Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2,các muối vô cơ… Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩmđều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩmmong muốn. Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiếtvà gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cảithiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bịhiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu được đặt ra cho ngườikỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá cácnguyên lý mới của thiết bị cô đặc.2. Thiết bị cô đặc dùng trong phương pháp nhiệt:Theo cấu tạooNhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị côđặc nhóm này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảmbảo 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)oNhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị côđặc nhóm này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tạibề mặt truyền nhiệt.Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dungdịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.Bao gồm:3- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.oNhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm nàychỉ cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truy ền nhiệt một lần(xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một sốthành phần của dung dịch. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩmnhư nước trái cây, hoa quả ép. Bao gồm:- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dungdịch sôi tạo bọt khó vỡ.- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịchsôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.Theo phương thức thực hiện quá trìnhCô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi; thườngđược dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cốđịnh, 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 suấtchân 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 quálớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cô chânkhông, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp; đặc biệt có thểsử 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 đượcđiều khiển tự động nhưng hiện chưa có cảm biến đủ tin cậy.4+ Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốtngoài, có hoặc không có ống tuần hoàn. Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật và tínhchất của dung dịch, ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, ápsuất thường hoặc áp suất dư.3. Các thiết bị chính trong hệ thống 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:5+ 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…II.TIÊU CHUẨN ASMEAmerican Society of Mechanical Engineers (ASME) là một tổ chức nghềnghiệp giúp thúc đẩy nghệ thuật, khoa học, và quy trình kỹ thuật của các ngành nghềkỹ thuật và liên kết các ngành khoa học trên khắp thế giới thông qua việc thườngxuyên giáo dục, đào tạo và phát triển nghề nghiệp, "codes" và tiêu chuẩn, nghiên cứu,hội thảo và xuất bản ấn phẩm, liên lạc các hiệp hội, và các nỗ lực khác giúp tổ chứcvươn xa hơn.Vì vậy mà ASME là một đoàn thể kỹ thuật, một tổ chức tiêu chuẩn, một tổ chứcnghiên cứu và phát triển, một tổ chức vận động hành lang, một nhà cung cấp về đàotạo và giáo dục, và là một tổ chức phi lợi nhuận. Được thành lập như một đoàn thể kỹthuật, tập trung vào kỹ thuật cơ khí ở Bắc Mỹ, ASME ngày nay là một tổ chức đanghề nghiệp và toàn cầu.ASME có trên 140,000 thành viên trên 158 quốc gia trên thế giới.ASME được thành lập vào năm 1880 bởi Alexander Lyman Holley, HenryRossiter Worthington, John Edison Sweet và Matthias N. Forney để đáp ứng lại nhiềuthất bại trong các đường ống chịu áp lực nồi hơi. Được biết đến cho việc thiết lập6"codes" và các tiêu chuẩn cho các thiết bị cơ khí, ASME chỉ đạo một trong những "tàiliệu kỹ thuật vận hành" lớn nhất thế giới, tổ chức nhiều hội thảo kỹ thuật và hàng trămkhóa học phát triển nghề nghiệp hàng năm, và bảo trợ cho nhiều chương trình giáodục vươn xa.ASME là một trong những tổ chức về tiêu chuẩn lâu đời nhất của Hoa Kỳ. Tổ chứcphát hành gần 600 "codes" và tiêu chuẩn trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật, như bu lôngốc vít, đường ống nước, thang máy, đường ống dẫn và hệ thống nhà máy điện và cácthành phần.ASME phát triển các tiêu chuẩn tự nguyện để nâng cao an toàn, sức khỏe và chấtlượng sống của cộng đồng, cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho sự đổi mới, thươngmại và cạnh tranh.ASME phát triển và xét duyệt các tiêu chuẩn dựa trên nhu cầu của thị trường thôngqua quy trình thống nhất, thỏa thuận và cam kết giữa các bên liên quan gồm các nhàsản xuất, người dùng, chính quyền và các bên quan tâm khác. Việc xây dựng tiêuchuẩn ASME cùng với sự xét duyệt theo sau đều được đánh giá dựa trên các dữ liệucó độ tin cậy cao với sự nhất trí của các ủy ban tham gia vào quy trình xây dựng tiêuchuẩn.III. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN7CHỌN THÔNG SỐTÍNH TOÁNKIỂM TRAKhôngThỏaThỏaKẾT LUẬNIV. THÔNG SÔ CÔNG NGHỆThông sốNăng suất nhập liệuNồng độ đầuNồng độ cuốiNhiệt độ đầu của nguyên liệuÁp suất hơi thứNhiệt độ hơi thứNhiệt độ sản phẩm đáyNhiệt độ hơi đốt (hơi bão hòa)Áp suất hơi đốt (hơi bão hòa)Chiều cao buồng bốcĐường kính trong buồng bốcSố ống truyền nhiệtĐường kính trong buồng đốtGiá trị11830300,686,5104,6142,93200080091600Đơn vịm3/h%wt%wtoCatoCoCoCatmmmmmm8Chiều cao buồng đốt1500mmBảng 1: Thông sô công nghệTHÔNG SỐ THIẾT KẾĐường kính trong của buồng đốt:D = 600 mmChiều cao buồng đốt:H = 1500 mmV.Đường kính trong của buồng bốc:Dt = 800 mm = 31,5 inChiều cao buồng bốc:L = 2000mm = 78,74 inChiều cao buồng đốt:H = 1500 mmÁp suất thiết kế cho buồng đốt và vỉ ống:Pt = Phbh = 3 at 44,1 PsiNhiệt độ thiết kế cho buồng đốt:Tt = Thbh + 20 = 142,9 + 20 = 162,9oC = 325,22 oF(trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)Nhiệt độ thiết kế cho buồng bốc và nắp:tt = 86,5+20 = 106,5 oC = 223,7(trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)Nhiệt độ thiết kế cho đáy:tt = 104,6 + 20 =124,6 oC = 256,239Nhiệt độ thiết kế vỉ ống:tt = 142,9oC = 289,22Cô đặc dung dịch NaOH nên chọn vật liệu chế tạo:Thép không gỉ 304(Tra bảng PL3, 23, 24, phụ lục 3, hàng 43, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực – ThầyNguyễn Hữu Hiếu)Ứng suất cực đại cho phép (325,22 oF):St = 14,697 103 PsiChọn mối hàn giáp mối một phía, tra bảng PL 4, phụ lục 4E = 0,65Dung sai ăn mòn cho phép:CA = 2mm = 0,07887 in.VI.THIẾT KẾ BUỒNG ĐỐT.Pt = 44,1 Psi > Pkq =14,7 psi  nắp chịu áp suất trong. Bề dày tối thiểu yêu cầu:− Theo ứng suất vòng:tt,v = = 0,055 in = 1,375 mm− Theo ứng suất dọc trục:tt,d = = 0,018 in = 0,45 mm Bề dày thực yêu cầu cho buồng đốt chịu áp suất trong:tt = tt,v + CA = 1,375 + 2 = 3,375 mm•Kiểm tra áp suất làm việc tối đa cho phép :Để thuận tiện cho việc chế tạo, chọn bề dày tối thiểu yêu cầu cho thân để kiểm tra làtt = 4mm = 0,157 in+ Theo ứng suất vòng :(MAWP)v =10(MAWP)v = 126 psi > Pt = 44,1 psi+Theo ứng suất dọc:(MAWP)d =(MAWP)d = 255,35 psi > Pt = 44,1 psiVậy, MAWP = 126 psi = min{(MAWP)v ; (MAWP)d}Buồng đốt chịu áp suất trong, có bề dày tối thiểu yêu cầu là 4 mm.VII.THIẾT KẾ BUỒNG BỐCGiả sử bề dày tối thiểu yêu cầu được chọn:tt = 6 mm = 0,236 inDn = 800 + 2= 812 mm = 31,97 inL = 2000mm = 78,74 inTra hình PL 6.1, Phụ lục 6, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực – Thầy Nguyễn HữuHiếu, thu được: A 0,00035Tra hình PL 6.8: B 4536 psi•Kiểm tra áp suất tối đa cho phép:Pa =Thỏa điều kiện bền. Vậy khi chịu áp suất ngoài, buồng bốc có bề dày tối thiểu yêu cầulà 6 mm.VIII. THIẾT KẾ ĐÁY – NẮP.a. Nắp elip:Giả sử bề dày nắp bằng bề dày buồng bốc tt = 6 mm = 0,24 in11Đường kính ngoài Dn = 812 mm = 31,97 inBán kính cong:Hệ số A:A == =1,04×Từ Hình PL6.8, Phụ lục 6 sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực – Thầy Nguyễn HữuHiếu:với , tra được:B = 9000 Psi•Kiểm tra áp suất ngoài tối đa cho phép:Pa ===75PsiPa = 14,7 PsiThỏa điều kiện bềnVậy chọn thép tấm 304 có bề dày tối thiểu là 6mm để chế tạo nắp thiết bị.b. Đáy :Giả sử tt =4 mm ( chưa kể dung sai)Chọn đáy có:+ α = 30o+ Đường kính ngoài ở phần đầu lớn của phần nón được xét :DL= 600mm = 23,62 in+ Đường kính ngoài của phần đầu nhỏ của phần nón được xét :DS = 0Với và chiều dài tương đương của đáy :L=12Le =Bề dày hiệu dụng và các tỷ số hình học của đáy :te= tcos α = mm = 0,682 inTừ hình PL6.1, Phụ lục 6, tra đượcA 0.0023Từ hình PL6.8, Phụ lục 6, với A 0.0023, T = 124,6 o C, tra đượcB = 15876•Kiểm tra áp suất ngoài tối đa cho phép:Pa = = 122,22 psi > Pa = 14,7 psiThỏa điều kiện bền .Chọn thép tấm 304 có bề dày 6 mm là phù hợp để chế tạo đáy nón.IX.THIẾT KẾ VỈ ỐNG.Bề dày tối thiểu yêu cầu được chọn sơ bộ:tt = 30 mm (đã tính dung sai ăn mòn)Các thông số hình học cần thiết:Dn = 600mmL = 1500mm (chiều dài buồng đốt)Tra hình PL 6.1, Phụ lục 6, thu được A 0.0055Tra hình PL 6.8: B 1546 psi13•Kiểm tra áp suất tối đa cho phép:Pa =Thỏa điều kiện bền.Vậy chọn tấm thép có bề dày là 30 mm để chế tạo vỉ ống.LỰA CHỌN MẶT BÍCHCác yếu tố chọn vật liệu làm đệm- Điều kiện quá trình làm việc+ Áp suất+ Nhiệt độ+ Tính ăn mòn của chất lỏng- Loại mặt bích, mục đích sử dụng.- Độ đàn hồi của vật liệuVí dụ:- Áp suất trong thiết bị có xu hướng làm tách các mặt bích ra khỏi nhau⟶ Áp suất tác dụng lên đệm thấp hơn áp suất của lực siết chặt đệm ban đầu- Vật liệu làm đêm ⟶ không bị ăn mòn & phải chịu được nhiệt độ caoX.Dựa vào bảng phụ lục 7.3 trang 316, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực, chọn mặtbích số 19 ,21:KíchĐườngthước kính ngoàiSTTốngdanhMặt bíchBề mặt đượcKhoan lỗnângBulôngDb609,684546125 7205M36812,8108550135 9305M45nghĩad11960021800Cổh1d4fsố d2kd3h2r20 39 770 660201224 26 810 740161214XI.KẾT LUẬN.Thiết bị có các bề dày tối thiểu yêu cầu:Thiết bịGiá trịĐơn vịBuồng đốt4mmBuồng bốc6mmĐáy6mmNắp6mmVỉ ống30mmMặt bích600Kích thước danhnghĩa800Bảng 2 : Kết luậnXII. TÀI LIỆU THAM KHẢO.Đồ án quá trình thiết bị.Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực – Nguyễn Hữu Hiếu1516

Tài liệu liên quan

• giải pháp nhằm để nâng cao hiệu quả đầu tư phát triển trong doanh nghiệp cho phù hợp với tình hình phát triển của đất nước ta hiện nay.
  • 62
  • 544
  • 0
• Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 2005
  • 132
  • 707
  • 3
• Vận dụng phương pháp Grap để nâng cao hiệu quả dạy học phần Sinh học cơ thể thực vật, sinh học 11 chương trình chuẩn
  • 87
  • 446
  • 0
• tính toán hệ thống bay hơi qua màng để nâng cao nồng độ dung dịch etylic - nước
  • 49
  • 1
  • 4
• TÍNH TOÁN VAN CUNG CHỊU tác ĐỘNG của ĐỘNG đất THEO TIÊU CHUẨN mỹ
  • 7
  • 296
  • 2
• Nghiên cứu đánh giá hiệu suất hoạt động của mạng không dây theo tiêu chuẩn IEEE 802.15 bằng phương pháp mô phỏng máy tính
  • 90
  • 1
  • 2
• Một số giải pháp quản trị dự án để nâng cao hiệu quả các dự án ODA trong ngành GTVT - tình huống cụ thể dự án mạng lưới giao thông miền trung vay vốn ngân hàng phát triển châu á (ADB5)
  • 93
  • 699
  • 0
• Vận dụng phương pháp grap để nâng cao hiệu quả dạy học phần sinh học cơ thể thực vật, sinh học 11 CTC
  • 88
  • 460
  • 0
• Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia công suất 50 triệu lit năm
  • 33
  • 749
  • 2
• Tóm tắt vận dụng phương pháp grap để nâng cao hiệu quả dạy học phần sinh học cơ thể thực vật sinh học 11 chương trình chuẩn
  • 21
  • 425
  • 2

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(862.36 KB - 16 trang) - tính toán thiết kế thiết bị cô đặc chân không theo tiêu chuẩn asme Tải bản đầy đủ ngay ×