Thiết kế thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH

 (80) 
- Các thông số làm việc: 
 Dt = 600 mm 
 p0 = 0,6275 at = 0,06154 N/mm
2
 tm = tsdd(po + 2Δp) = 104,61 
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]) 
848,625
30cos
20.1,0600.9,0
cos
.1,0.9,0
' 




o
tt dDD

 mm 
Trong đó: 
dt = 20 mm – đường kính trong bé của đáy nón (đường kính của ống tháo liệu) 
 Pn = 0,1642 N/mm
2
 tt = 104,61 + 20 = 124,61 
oC (đáy có bọc lớp cách nhiệt) 
GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 
SVTH: Ngô Trần Hoàng Dương (60800371) Học kỳ 1 Năm học 2011 - 2012 
29 
- 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]) 
 tc = nc.[σ]* = 1,65.120 = 198 N/mm
2
 – giới hạn chảy của vật liệu ở tt (công thức 
1-3, trang 13, [7]) 
- Chọn bề dày tính toán đáy S = 5 mm, bằng với bề dày thực của buồng đốt. 
 Kiểm tra bề dày đáy: 
 869,0
848,625
544
'
'

D
l
Kiểm tra công thức 5-15, trang 99, [7]: 
).(2
'
'
'
'
).(2
.5,1
a
a
CS
D
D
l
D
CS



)15.(2
848,625
869,0
848,625
)15.(2
.5,1



 
844,8869,017,0  (thoả) (81) 
Kiểm tra công thức 5-16, trang 99, [7]: 
3
'
).(2
..3,0
'
'





 

D
CSE
D
l a
t
c
t
t

35
848,625
)15.(2
.
198
10.05,2
.3,0869,0 




 
 
449,0869,0  (thoả) (82) 
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]: 
n
aat
n P
D
CS
D
CS
l
D
EP 






 

'
.
'
.
'
'
..649,0][
2
848,625
15
.
848,625
15
.
544
848,625
.10.05,2.649,0
2
5 





 
 N/mm2 ≥ 0,1642 N/mm2 
5,0 N/mm2 ≥ 0,1642 N/mm2 (thoả) (83) 
GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 
SVTH: Ngô Trần Hoàng Dương (60800371) Học kỳ 1 Năm học 2011 - 2012 
30 
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: 
- Lực tính toán P nén đáy: 
  94,479821642,0.5.2600.
4
..
4
22 

nn PDP N (84) 
Trong đó: 
Dn – đường kính ngoài; mm 
Pn – áp suất tác dụng lên đáy thiết bị; N/mm
2
- Lực nén chiều trục cho phép: 
[P] = π.Kc.E
t
.(S-Ca)
2
.cos
2α 
Trong đó: 
Kc – hệ số phụ thuộc vào tỷ số 
).(2 a
t
CS
D

, tính theo các công thức ở trang 103, [7]. 
25075
)15.(2
600
).(2
25 




a
t
CS
D
⇒ qc = 0,074 
⇒ 06254,0074,0.
10.05,2
198
.875..875
5
 ct
t
c
c q
E
K

⇒ [P] = π.0,06254.2,05.105.(5-1)2.cos230o = 483321,5 N > 47982,94 N (thoả) (85) 
Điều kiện ổn định của đáy: 
   
1
n
n
P
P
P
P
1428,0
5,0
1642,0
5,483321
94,47982
 (thoả) (86) 
Vậy bề dày của đáy nón 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]: 














 aa
a CCSD
S
CS
d )('8,0
'
2max 
 37,511)15.(848,6258,0
3
15
2max 













 d mm (87) 
 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 
 D’ – đường kính tính toán của đáy; mm 
GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 
SVTH: Ngô Trần Hoàng Dương (60800371) Học kỳ 1 Năm học 2011 - 2012 
31 
So sánh: 
 Ống tháo liệu Dt = 20 mm < dmax 
⇒ Không cần tăng cứng cho lỗ. 
4. Tính cho nắp thiết bị 
4.1. Sơ lược về cấu tạo 
- Chọn nắp ellipse tiêu chuẩn Dt = 800 mm. 
⇒ 200
4
800
4
 tt
D
h mm và Rt = Dt = 800 mm 
- Nắp có gờ và chiều cao gờ là hg = 25 mm. 
- Nắp có 1 lỗ để thoát hơi thứ. 
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T. 
4.2. Tính toán 
Bề dày thực S: 
- Nắp có áp suất tuyệt đối bên trong giống như buồng bốc là po = 0,6275 at nên chịu áp 
suất ngoài là Pn = 1,3725 at = 0,1346 N/mm
2
 (51). 
- Nhiệt độ tính toán của nắp giống như buồng bốc là tt = 86,5 + 20 = 106,5 
oC (nắp có 
bọc lớp cách nhiệt). 
- Chọn bề dày tính toán nắp S = 7 mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc. 
Kiểm tra bề dày nắp: 
- Xét các tỷ số: 
25,0
t
t
D
h
2857,114
7
800

S
Rt 
2244,218
3,201.7,0
10.05,2.15,0
.
.15,0 5

t
c
t
x
E

⇒ 
t
c
t
t
x
E
S
R
.
.15,0
 và 3,02,0 
t
t
D
h
 (88) 
⇒  
 
t
an
n
R
CS
P
.
).(.2

 
 (công thức 6-12, trang 127, [7]) 
Trong đó: 
 Et = 2,05.105 N/mm2 – module đàn hồi của vật liệu ở tt (bảng 2-12, trang 34, [7]) 
 tc = nc.[σ]* = 1,65.122 = 201,3 N/mm
2
 – 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 
GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 
SVTH: Ngô Trần Hoàng Dương (60800371) Học kỳ 1 Năm học 2011 - 2012 
32 
 
t
cta
t
t
cta
t
xRxCSE
RxCSE



).1.(..7,6)(
...5)(



7875,1
3,201).7,01.(800.7,0.7,6)17.(10.05,2
3,201.800.7,0.5)17.(10.05,2
5
5



 (89) 
 [σn] = 87,188 N/mm
2
 - ứng suất nén cho phép của vật liệu làm nắp (74) 
⇒   7316,0
800.7875,1
)17.(188,87.2


nP N/mm
2 
> 0,1346 N/mm
2
 (thoả) (90) 
Vậy bề dày của nắp ellipse là 7 mm. 
Tính bền cho các lỗ: 
Vì nắp 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]: 














 aat
a CCSD
S
CS
d )(8,0
'
2max 
 59,681)17.(8008,0
582,4
17
2max 













 d mm (91) 
 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 bốc) 
 Ca – hệ số bổ sung do ăn mòn; mm 
 Dt – đường kính trong của nắp; mm 
So sánh: 
 Ống dẫn hơi thứ Dt = 150 mm > dmax 
⇒ Cần tăng cứng cho lỗ của ống dẫn hơi thứ, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng 
cứng bằng bề dày nắp (7 mm). 
5. Tính mặt bích 
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]). 
GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 
SVTH: Ngô Trần Hoàng Dương (60800371) Học kỳ 1 Năm học 2011 - 2012 
33 
- 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 
 D1 – đường kính đến 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 
5.2. Chọn mặt bích 
Mặt bích nối buồng bốc và buồng đốt: 
- 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 0,313 N/mm2. 
Áp suất tính toán của buồng bốc là 0,1346 N/mm2. 
⇒ Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,6 N/mm
2
 để bích kín thân. 
- Các thông số của bích được tra từ bảng XIII.27, trang 419, [2]: 
BUỒNG BỐC – BUỒNG ĐỐT 
Py Dt 
Kích thước nối Kiểu bích 
D Db D1 D0 
Bu lông 1 
db Z h δđệm 
N/mm
2
 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 0,313 N/mm2. 
Áp suất tính toán của đáy là 0,15795 N/mm2. 
⇒ Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,6 N/mm
2
 để bích kín thân. 
- Các thông số của bích được tra từ bảng XIII.27, trang 419, [2]: 
BUỒNG ĐỐT - ĐÁY 
Py Dt 
Kích thước nối Kiểu bích 
D Db D1 D0 
Bu lông 1 
db Z h δđệm 
N/mm
2
 mm mm mm cái mm mm 
0,6 600 740 690 650 611 M20 20 20 5 
GVHD: ThS. Hoàng Minh Nam ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 
SVTH: Ngô Trần Hoàng Dương (60800371) Học kỳ 1 Năm học 2011 - 2012 
34 
Mặt bích nối nắp và buồng bốc: 
- Buồng bốc và nắp được nối với nhau theo đường kính buồng bốc Dt = 800 mm. 
- Áp suất tính toán của buồng bốc và nắp cùng là 0,1346 N/mm2. 
⇒ Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,3 N/mm
2
 để bích kín thân. 
- Các thông số của bích được tra từ bảng XIII.27, trang 420, [2]: 
NẮP – BUỒNG BỐC 
Py Dt 
Kích thước nối Kiểu bích 
D Db D1 D0 
Bu lông 1 
db Z h δđệm 
N/mm
2
 mm mm mm cái mm mm 
0,3 800 930 880 850 811 M20 24 22 5 
6. Tính vỉ ống 
6.1. Sơ lược về cấu tạo 
- Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị. Vỉ ống phải giữ chặt các ống 
truyền nhiệt và bền dưới tác dụng của ứng suất. 
- Dạng của vỉ ống 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 = 142,9 
o
C (92) 
- Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt là  *u = 118 N/mm
2
 (hình 1-2, 
trang 16, [7]). Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 1. 
⇒ Ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở tt là: 
    118118.1. *  uu  N/mm
2
 (93) 
6.2. Tính toán 
Tính cho vỉ ống ở trên buồng đốt: 
- Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống '1h được xác định theo công thức 
(8-47), trang 181, [7]: 
99,8
118
2942,0
.3,0.600
][
.. 0'1 
u
t
p
KDh

 mm (94) 
Trong đó: 
 K = 0,3 – hệ số được chọn (trang 181, [7]) 
 Dt – đường kính trong của buồng đốt; mm 
 po – áp suất tính toán ở trong ống; N/mm
2
 [σ]u – ứng