Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
PHẦN 3: TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH

PHẦN 3: TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH

Tải bản đầy đủ - 0trang

GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

σtk ,σtc -giới hạn bền khi kéo ,giới hạn bền khi chảy ở t0C.

Tra bảng XII.4, trg 310, [2]với thép X18H10T ta có:

σk = 540.106 N/m2 , σc = 220 .106 N/m2

(1) ⇒

(2) ⇒



540.106

.1 = 207,7.106 N / m 2

2,6

220.106

.1 = 146,7.106 N / m 2

[σk] =

1,5



[σ k] =



Ta chọn giá trị bé nhất để tính tiếp [σ] = 146,7.106 N/m2

Tra bảng XIII.8, trg 362, [2]với kiểu hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối hai

bên ta chọn hệ số bền mối hàn ϕh = 0,95.

2. Tính P: trong tháp là hỗn hợp lỏng - khí nên áp suất làm việc bằng tổng số

áp suất Pmt hơi và áp suất thủy tĩnh Ptcủa cột chất lỏng.

Pmt = 760 mmHg = 1,01.105N/m2.

Áp suất thủy lực của cột chất lỏng được xác định:

Pt = g.ρ1.H1 , N/m2 (công thức XIII.10, trg 360, [2]:

Trong đó:

+ ρt -khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3

Để đảm bảo khả năng chịu đựng của tháp khi gặp trường hợp làm việc bất thường ta

lấy ρt là khối lượng riêng lớn nhất của chất lỏng trong tháp, nghĩa là ρt = ρW.

ρa180 = 736 kg/m3 , ρa2100 = 714 kg/m3

ρb180 = 972 kg/m3 , ρb2100 = 958 kg/m3

Bằng phương pháp nội suy ta có:

ρa



97



ρb



97



∆ρ a

(97 − 80) = 736 − 1,1.17 = 717,3kg / m3

∆t

∆ρb

80

= ρb1 +

(97 − 80) = 972 − 0,7.17 = 960,1kg / m3

∆t

= ρ a1 +

80



Khối lượng riêng của hỗn hợp:



x

x

1

0,525 0,475

= a + b =

+

= 0,00123

ρ hh ρ a ρ b 717,3 960,1







ρhh = ρt = 815,227 kg/m3 .



+ Ht - chiều cao cột chất lỏng, m (lấy chiều cao lớn nhất = chiều cao tháp)



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

39



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Ht = Ntt(h + δ ) + 0,8



,m



Với Ntt : số đĩa thực tế, Ntt = 13,9 đĩa

h



: khoảng cách giữa các đĩa, h =0,35 m



δ : bề dày của đĩa, chọn δ = 0,003 m





Ht = 13,9.(0,35 + 0,003) + 0,8 = 5,742 m

Pt = 9,81.815,227.5,742 = 45920,94 N/m2



Vậy





P = Pmt + Pt = 147000 + 45 920,94 =192 920,94 N/m2



Với vật liệu bền, ta có:

[σ ]

146,7.10 6

.ϕ h =

.0,95 = 722,4 > 50 nên ta bỏ qua P ở mẫu số khi

P

192920,94



tính S.

3. Tính C:

C = C1 +_ C2 + C3 m

Trong đó C1 - bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của

mơi trường. Ở đây ta lấy C1 = 1 mm, tính cho thời gian làm việc từ 15÷ 20 năm, với

độ ăn mòn vật liệu là 0,05÷ 0,1 mm/năm.

C 2 - đại lượng bổ sung do bào mòn khi ngun liệu có hạt rắn

chuyển động với vận tốc lớn, ở đây C2 được bỏ qua .

C3 - đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày tấm vật liệu, với

vật liệu X18H10T thì C3 =0,22 mm (tra bảng XIII.9, trg 364, [2])

Vậy



C = 1 + 0,22 = 1,22 mm



Do đó

S=



Dt .P

0,65.192920,94

+C =

+ 1.22.10 −3 = 0,00166m = 1,66mm

2[σ ].ϕ

2.146,7.10 6.0,95



4. Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử :

σ =



[ D1 + ( S − C )].P0



2( S − C ).ϕ



σC

(công thức XIII.26, trg 365, [2]:

1,2



Po : áp suất thử, được tính:

P0 = Pth + Pt



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

40



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Pth : áp suất thử thủy lực, theo bảng XIII.5, trg 358, [2] thì P th = 1,5.P

=1,5.192920,94= 289 381,41 N/m2

Pt : áp suất thủy tĩnh của nước

Pt = ρ.g.h = 9,81.5,742.960,27= 54091,07 N/m2.





Po = 289 381,41+ 54091,07= 343 472,48 N/m2



Ta có:



VT =



[0,65 + (1,66 − 1,22)].343472,48

= 180775,767 N/m2

2.(1,66 − 1,22).0,95

146,7.106

VP =

= 122,25.106 N/m2 > VT

1,2



Vậy S = 1,66 mm là thỏa mãn, tuy nhiên để chịu được tải trọng của tháp và tăng tính

bền vững của tháp ta chọn bề dày tháp là S = 4 mm.

II. Tính đáy và nắp thiết bị:

Thơng thường người ta dùng đáy và nắp elip đơí với thiết bị có thân hàn thẳng đứng

chịu áp suất trong lớn hơn 7.104 N/m2. Trong trường trường hợp thiết kế tháp chưng

luyện làm việc ở áp suất khí quyển nên ta sử dụng đáy và nắp có gờ có dạng elip có

đường kính trong là 0,65 m. Chọn vật liệu của đáy và nắp giống như vật liệu của

thân tháp. Theo hình XIII.11, trg 381,[2], ta có:

Chiều cao phần lồi đáy:

hb = 0,25.Dt = 0,25.0,65 = 0,16 m.

Chọn chiều cao của gờ là 25 mm.

Bề dày đáy và nắp thiết bị (công thức XIII.47, trg 385, [2]:

S=



Dt .P

D

. t +C , m

3,8.[σ k ].k .ϕ h − P 2.hb



Trong đó ϕh - hệ số bền của mối hàn hướng tâm, tra bảng XIII.8, trg 362, [2]

chọn ϕh = 0,95

k - hệ số không thứ nguyên, chọn k =1.

C - đại lượng bổ sung C = 0,00122 m.

[σ ]

.k .ϕ h = 709,75 > 30 nên bỏ qua P ở mẫu số khi tính S.

P

0,65 2 × 192920,94

+ 0,00122 = 0,0017 m = 1,7 mm

Vậy

S=

3,8 × 146,7 × 10 6 × 1 × 0,9 × 2 × 0,16







SVTH: Đinh Hồng Thảo

41



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Do S - C = 1,7 – 1,22 = 0,48 < 10 nên thêm 2mm vào giá tri S tính ở trên.

Vậy



S = 3,7 mm, để an tồn ta chọn S = 4 mm.



 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy tĩnh:

Điều kiện thỏa mãn:

σ =



2



[ Dt + 2.hb ( S − C )].P0

7,6.k .ϕ h .hb .( S − C )







σc

, N/m2 (Công thức XIII.49, trg

1,2



386, [2].

⇒σ =



[0,65 2 + 2.0,16.(0,004 − 0,00122)].343472,48

= 47457469,89 N/m2

7,6.1.0,9.0,16.(0,004 − 0,00122)



σ c 146,7.106

=

= 122,25.106

1,2

1,2



N/m2 > σ



Vậy bề dày của đáy và nắp tháp S = 4mm là thỏa mãn.

III. Tính bề dày lớp cách nhiệt:

Để tránh tổn thất nhiệt cho môi trường xung quanh, đảm bảo cho quá trình chưng

luyện đạt hiệu suất cao nhất thì ta phải trang bị cho tháp chưng luyện một lớp cách

nhiệt.

Chọn vật liệu cách nhiệt là bơng thủy tinh có hệ số dẫn nhiệt nhỏ:

λ = 0,0372 W/m.độ

Ta giả thiết như sau:

-



Nhiệt độ khơng khí tkk = 25oC.

Nhiệt độ bên ngoài lớp cách nhiệt : t = 50oC.

Xem đây là quá trình nhiệt ổn định qua vách phẳng.

Để đảm bảo khả năng cách nhiệt cho toàn tháp ta chọn nhiệt độ làm việc

trong tháp là 100oC.

Nhiệt tải riêng ra môi trường xung quanh:

q = ∆t.α , W/m2



Trong đó:



∆t - hiệu số nhiệt độ giữa tường bên ngồi của thiết bị với mơi



trường:



∆t = 50 - 25 = 25oC.

α - hệ số cấp nhiệt từ bề mặt thiết bị ra ngồi mơi trường.

α = 1,98.4 ∆t (cơng thức V.75, trg 24, [2]:



SVTH: Đinh Hồng Thảo

42



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

= 1,98.4 25 = 4,427 W/m2.độ .

=>

q = 25. 4,427 = 110,68 W/m2

Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trong tháp và nhiệt độ mặt ngoài tháp:

∆t1 = 100 - 50 = 50oC .

Mặt khác ta có:

Với



∑r



∆t1 = q. ∑ r

là nhiệt trở tổng cộng, m2.độ/W. Được tính:



Trong đó:



∑ r = r1 + r2 + r3



r1: nhiệt trở lớp cặn, r1 = 0,387.10-3 m2.độ/W. (Tra bảng V.1, trg 4, [2].

r2: nhiệt trở thành thiết bị, r2 = δ/λ = 4.10-3/16,3 = 0,2454.10-3 m2.độ/W.

r3: nhiệt trở lớp cách nhiệt dày δ, r3 = δ/λ = δ/0,0372 m2.độ/W

Do đó :



∑ r = ∆t1/q = 50/110,68 = 0,4517 m2.độ/W



Suy ra :

=>



r3 = ∑ r - r1 - r2 = 0,4511 m2.độ/W

δ = r3.0,0372 = 0,017 m = 17mm



Để đảm bảo cách nhiệt tốt ta chọn lớp cách nhiệt có bề dày 20 mm.

IV. Tính đường kính các loại ống dẫn:

Đường kính ống dẫn (công thức II.36, trg 369, [1]:

D=



Với



4.V

,m

3600.π .ω



V : lưu lượng thể tích, m3/h

ω : tốc độ trung bình của chất lỏng và khí (cho ở bảng II.2, trg



369, [1].

1. Đường kính ống dẫn hồn hợp đầu vào đĩa tiếp liệu:

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu vào tháp là 880C (tra bảng I.2, trg 9, [1] ta có)

ρa = ρa

89



80



ρ

− ρa

+ a

(88 − 80)

100 − 80



= 736 +



100



80



714 −736

(88 −80) = 727,2( kg / m 3 )

100 −80



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

43



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

ρb = ρb +

89



80



= 972 +



100



80



ρb − ρb

(88 − 80)

100 − 80



958 − 972

(88 − 80) = 966,4(kg / m 3 )

100 − 80



Khối lượng riêng của hỗn hợp:

1

x

x

= A+ B

ρ hh ρ a ρ B



ρa, ρb: khối lượng riêng của metylic và nước

xA, xB: nồng độ phân khối lượng của metylic và nước.

1

0,525 0,475

=

+

= 0,001198

ρ hh 727,2 966,4





ρhh = 834,26 kg/m3

Lưu lượng thể tích chất lỏng chảy trong ống:

V=



GF

2500

=

= 3( m 3 / h)

ρ hh 834,26



Hỗn hợp tự chảy vào tháp nên chọn vận tốc chất lỏng đi trong ống là ω = 0,20 m/s.

Vậy đường kính ống dẫn là:

D=



4.3

= 0,073(m) ≈ 73(mm)

0,20.3600.π



2. Đường kính ống dẫn từ thiết bị ngưng tụ hồi lưu về tháp:

Nhiệt độ của lỏng hồi lưu là 67oC, khối lượng riêng của lỏng hồi lưu tính tương tự

như trên được ρhh = 845,23 kg/m3.

Lưu lượng thể tích chất lỏng chảy trong ống:

V=



R X .GP 2,224.344,83

=

= 0,91(m 3 / h)

ρ hh

845,23



Hỗn hợp tự chảy vào tháp nên ta chọn ω = 0,25

Vậy đường kính ống dẫn là:

D=



4.0,91

= 0,035 (m) = 35 (mm).

0,25.3600.π



3. Đường kính ống dẫn hơi ra khỏi đỉnh tháp:

Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp gđ = 1111,73 kg/h.

Phân tử lượng trung bình của hơi đi ra khỏi đỉnh tháp:



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

44



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

MTB = 32.0,962 + 18.0,038 = 31,468 đvC

Khối lượng riêng của hơi ra khỏi đỉnh tháp ở 67oC là:

ρ=



M TB .273

= 1,128(kg / m 3 ) (Công thức I.3, trg 5, [1].

22,4.(273 + 67)



Lưu lượng hơi đi trong ống:

V=



g d 1111,73

=

= 985,58(m 3 / h)

ρ

1,128



Chọn vận tốc hơi đi trong ống là ω = 20 m/s .

Vậy đường kính ống dẫn hơi là:

D=



4.985,58

= 0,132(m) ≈ 132(mm)

20.3600.π



4. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy:

Khối lượng riêng của sản phẩm đáy ở 97 oC đã tính ở phần tính cơ khí thiết bị chính

ρhh = 935,17 kg/m3

Lưu lượng thể tích:

V=



Gỉ 2155,17

=

= 2,3(m 3 / h)

ρ hh

935,17



Chọn vận tốc chất lỏng đi trong ống là ω = 0,26 m/s

Vậy đường kính ống dẫn sản phẩm đáy:

D=



4.2,3

= 0,056(m) = 56(mm)

0,26.3600.π



5. Đường kính ống dẫn hơi nước bão hòa vào đáy tháp để đun sôi lại:

Với lượng hơi đốt đi vào D2 = 663,503 kg/h (đã tính ở phần cân bằng nhiệt

lượng của tháp chưng luyện) ta chọn đường kính ống dẫn hơi là 100 mm và đường

kính ống dẫn nước ngưng ra là 40 mm.

V. Chọn 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. Vì tháp làm việc ở áp suất khí quyển nên ta chọn kiểu

bích liền.

1. Bích để nối thân thiết bị, nắp và đáy:



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

45



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Theo bảng IX.5, trg 170, [2] ứng với Dt = 650 mm, khoảng cách giữa hai đĩa là 350

mm thì số đĩa giữa hai mặt bích liên tiếp là 4. Với 13,9 đĩa ta có tất cả là 10 bộ bích

nối thân, nắp và đáy.

Theo bảng XIII.27, trg 419, [2] ta chọn bích kiểu 4 để nối các đoạn thân tháp, nối

nắp và nối đáy. Để đảm bảo bích chịu được khi gặp trường hợp làm việc bất thường

ta chọn áp suất Py bằng áp suất thử P0 đã tính trong phần cơ khí thiết bị chính, P y ≈

0,3.106 N/m2

Số liệu của bích được cho ở bảnh sau:



Py.106

N/m2

0,3



Kích thước nối (mm)



Dt

mm



D



Db



D1



D0



650



790



740



700



661



Kiểu bích

4



Bulơng

db



z



h



h1



M20



20



22



3



Giữa hai bích có một lớp lót bề mặt đệm bít kín để đảm bảo độ kín của tháp,

kích thước của bề mặt đệm bít kín (tra ở bảng XIII.31, trg 433, [2] ứng với D y = 650

mm là D2 = 700 mm, D4 = 680 mm.

2. Bích để nối ống dẫn với thiết bị:

Để nối các ống dẫn với thân thiết bị ta dùng kiểu bích liền bằng kim loại đen.

Tra bảng XIII.26 trang 409 Sổ tay QTTB tập 2 ta có bảng số liệu sau:

Py.106

N/m2

0,25

0,6

0,25

0,6

0,25

0,6

0,25

0,6

0,25

0,6



Kích thước nối (mm)



Kiểu bích

1

h



Dy

mm



Dn



D







D1



40



45



130



100



80



M12



4



14



50



57



140



110



90



M12



4



14



70



76



160



130



110



M12



4



14



100



108



205



170



148



M16



4



14



150



159



260



225



202



M16



8



16



Bulơng

db

z



SVTH: Đinh Hồng Thảo

46



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Ống dẫn được nối với thiết bị thông qua mối ghép tháo được, do đó ta phải

dùng đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có mặt bích. Kích thước chiều dài ống nối

ta chọn ở bảng XIII.32, trg 434, [2]:

Dy (mm)

l (mm)



40

100



50

100



70

110



100

120



150

130



VI. Tính tải trọng của tháp:

Khối lượng của tháp bao gồm tổng khối lượng của thân tháp, đáy, nắp, lớp

cách nhiệt, chất lỏng trong tháp, bích và đĩa.

1. Khối lượng cuả thân tháp:

Tính theo cơng thức :

Trong đó



G1 =



H .ρ.π

2

2

.( Dn − Dt )

4



,kg .



H :chiều cao tháp chưa kể đáy và nắp ,

H = Ntt(h + δ ) = 13,9.(0,35 + 0,003) = 4,9067 m

ρ



: khối lượng riêng của thép X18H10T, ρ = 7900 kg/m3



Dt : đường kính trong của tháp, Dt = 0,65 m.

Dn : đường kính ngoài của tháp

Dn = Dt + 2.S = 0,65 + 2.0,004 = 0,659 m

Vậy



G1 =



4,9067.7900.π

(0,659 2 − 0,65 2 ) = 647,95kg

4



2. Khối lượng của đáy và nắp elip có gờ:

Tra bảng XIII.11, trg 384, [2] ta được khối lượng của đáy và nắp elip có gờ

ứng với đường kính trong của tháp 0,8 m, chiều dày đáy và nắp 4 mm, chiều cao gờ

25 mm là:

G2 = 2.16 = 32 kg.

3. Khối lượng của chất lỏng trong tháp:

Xem chất lỏng chiếm đầy tháp, ta sẽ bỏ qua khối lượng của các ống chảy

chuyền và các chóp.

G3 = V.ρhh (kg)

Trong đó



V : thể tích chất lỏng



SVTH: Đinh Hồng Thảo

47



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

π .Dt .H π .0,652.4,9067

=

= 1,63 m3 .

4

4

ρhh : khối lượng riêng của chất lỏng, lấy khối lượng riêng lớn nhất,

2



V=



ρhh = 815,227 kg/m3.

Vậy



G3 = 1,63. 815,227 = 1326,67 kg.



4. Khối lượng của các đĩa:

Để đơn giãn ta coi đĩa là một tấm tròn khơng bị kht lỗ có chiều dày δ nên

khối lượng của 31 đĩa là:

π

4



π

4



G4 = 31. .D t2.δ.ρ = 31. .0,82.0,003.7900 = 369,3kg

5. Khối lượng lớp cách nhiệt:

Bề dày lớp cách nhiệt là 20 mm

Khối lượng bông thủy tinh bao quanh thân tháp, cả phần gờ của đáy và nắp:

π

4



2

m1 = ρ. .(( Dn + 0,02) 2 − Dn ).( H + 2.0,025)



π

4



= 200. .(0,679 2 − 0,659 2 ).(4,9067 + 0,05) = 20,79kg

Khối lượng phần bông thủy tinh phủ đáy và nắp:

m2 = 2.Fđáy.0,02.ρ = 2.0,51.0,02.200 = 4,08 kg

Vậy khối lượng lớp bông cách nhiệt:

G5 = m1 + m2 = 20,79 + 4,08 = 24,87 kg .

6. Khối lượng của bích:

-



Khối lượng các bích nối thân, nắp và đáy:



Một cách gần đúng ta có khối lượng một bích đơn (khơng tính đến các lỗ khóet

để vặn bulơng nên bỏ qua khối lượng của các bulông):

π

4



π

4



2

mđ = ( D 2 − D0 ). .h.ρ = (0,932 − 0,882 ). .0,022.7900 = 12,35kg



Dùng 10 bộ bích = 20 bích đơn, nên khối lượng tồn bộ 10 bộ bích là:

m1 = 20.12,35 = 247 kg.

-



Khối lượng các bích nối ống dẫn với thân tháp:



Bích nối ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp:



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

48



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

md =



π

π

2

.( D 2 − Dn ).h.ρ = (0,16 2 − 0,0762 ).0,014.790 = 1,72kg

4

4



Vậy khối lượng cặp bích này:

m2 = 2.1,72 = 3,44 kg

- Bích nối ống dẫn hơi ra khỏi đỉnh tháp:

π

4



m3 = 2. .(0,262 − 0,1592 ).0,016.7900 = 8,4kg

- Bích nối ống dẫn dung dịch đáy:

π

4



m4 = 2. .(0,142 − 0,057 2 ).0,014.7900 = 2,84kg

- Bích nối ống dẫn lỏng hồi lưu:

π

4



m5 = 2. .(0,132 − 0,0452 ).0,014.7900 = 2,58kg

- Bích nối ống dẫn hơi đốt:

π

4



m6 = 2. .(0,2052 − 0,1082 ).0,014.7900 = 5,27 kg

- Bích nối ống dẫn nước ngưng:

m7 = m5 = 2,58 kg

Vậy tổng các loại bích nối thân, nắp, đáy và ống dẫn:

G6 = m1 +m2 +m3 +m4 +m5 +m6 +m7 = 23,39 kg

Tổng khối lượng toàn tháp:

G = G1+G2+G3+G4+G5+G6 = 2164,14 kg.

VII. Chọn tai treo, chân đỡ:

1. Chọn tai treo:

Ta dùng 4 tai treo kiểu VII, hình XIII.21, trg 436, [2] do đó tải trọng trên một

tai treo:

G=



2164,14.10

= 5410,35 N

4



Theo bảng XIII.36, trg 438, [2] thì ta chọn tai treo có các số liệu sau:

Tải trọng cho phép trên một tai treo Gcp = 10 000 N > G

Bề mặt đỡ F = 89,5.10-4 m2

Tải trọng cho phép lên một bề mặt đỡ q = 1 120 000 N/m2

Tải trọng thực tế lên một bề mặt đỡ:



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

49



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

PHẦN 3: TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×