BÀI tập lớn cơ sở TÍNH TOÁN THIẾT kế THIẾT bị hóa CHẤT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TÍNH TỐN - THIẾT KẾ THIẾT BỊ HĨA CHẤT Bộ mơn Q trình thiết bị GVHD: PGS TS Nguyễn Hữu Hiếu Sinh viên thực hiện: Trần Nguyễn Hoàng Trọng Mssv: 1814490 Năm học 2021-2022 Mục lục Trang Đề Bài làm Bài Bài .6 Bài Bài 10 Tài liệu tham khảo 13 Đề tập lớn: Bài 1: Xác định thân bề dày thân hình trụ làm inox 304, đường kính D t =3 m Chiều cao thùng chứa hoá chất H = m, hoá chất có khối lượng riêng 1500 kg/m , hệ số mối hàn = 0,95, hệ số hiệu chỉnh =1,2, áp suất dư (đo) làm việc bồn bar, tốc độ ăn mịn hố chất T = 0,05 mm/năm, ứng suất cho phép inox 304 190 N/mm2 Nêu phương pháp gia công thiết bị Hệ số chứa đầy 0,8 Bài 2: Thiết kế bề dày thân vỏ thiết bị, vật liệu làm thiết bị inox 304, E150 =1,90 x 105 N/mm2, б150 =220 N/mm2, [бn] =140 N/mm2, [б] = 140 N/mm2, hệ số ăn mịn mơi trường C a = 1,3 mm, thân hàn tự động có hệ số bền mối hàn 0,98, hệ số hiệu chỉnh = 1,03 (các thông số khác tự chọn) L = m, D t = 1,5 m Cho biết: - Áp suất dư thiết bị phản ứng: 30 psi - Nhiệt độ nước bảo hòa dùng cho gia nhiệt vỏ áo: 180 0C - Môi trường phản ứng: pH=3, axit Bài 3: Xác định bề dày đáy elip tiêu chuẩn (các thông số tự chọn) thiết bị đặt đứng với chiều cao thiết bị H =5,5m, đường kính D t =2m, áp suất làm việc p = 1,5N/mm2, hệ số bền mối hàn 0,98, thiết bị chứa dung dịch hố chất có ρ = 1500kg/m3, vật liệu làm thiết bị làm kim loại chống ăn mịn có C a= 1,3 mm, [б] = 150N/mm2 Các thơng số khác cần chọn Bài 4: Xác định bề dày bích liền (khơng có cổ chuyển tiếp) nối đoạn tháp chưng cất hình trụ làm việc với áp suất dư 15at Bên thiết có chứa chất lỏng có khối lượng riêng 1200kg/m Chiều cao tháp 15m Biết: A=550mm; B=400mm; C=540mm; S=10mm; Dn=400mm; Z=20 db=20mm Ứng suất cho phép vật liệu làm bulong 150N/mm Ứng suất cho phép vật liệu làm bích 125N/mm Các thông số khác cần chọn BÀI LÀM Bài 1: Xác định thân bề dày thân hình trụ làm inox 304, đường kính D t =3 m Chiều cao thùng chứa hoá chất H = m, hoá chất có khối lượng riêng 1500 kg/m , hệ số mối hàn = 0,95, hệ số hiệu chỉnh =1,2, áp suất dư (đo) làm việc bồn bar, tốc độ ăn mịn hố chất T = 0,05 mm/năm, ứng suất cho phép inox 304 190 N/mm2 Nêu phương pháp gia công thiết bị Hệ số chứa đầy 0,8 Bài làm Thiết kế thân thiết bị Thân hình trụ, đường kính Dt = m Vật liệu chế tạo thân: Inox 304 Ứng suất cho phép vật liệu [σ] = 190 Áp suất tính toán: p𝑙𝑣 = bar = 0.5 N mm2 N mm2 ptt : áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng ptt = ρtt gH = 1500 × 9.81 × × 0.8 = 70632 Pa = 0.071 Vậy áp suất tính tốn 𝑝 = p𝑙𝑣 + 𝑝𝑡𝑡 = 0.571 N mm2 𝑁 𝑚𝑚2 Tính bền cho thân − Thân chịu áp suất Áp suất tính tốn p= 0.571 N/mm2 − Tính dày tối thiểu: s’ Xét [ σ] s′ = p × φh = Dt p [ σ] φh = 190 0.571 × 0.95 = 316 > 25, nên s’ tính theo cơng thức: 3000×0.571 2×190×0.95 = 4.75mm − Tính độ dày thực: s = s ′ + C Trong đó: C = Ca + Cb + Cc + Co Ca : Hệ số bổ sung ăn mịn hóa học mơi trường Chọn Ca = 2mm Cb : Hệ số bổ sung ăn mịn học mơi trường Chọn Cb = Cc: Hệ số bổ sung sai lệch chế tạo, lắp ráp Chọn Cc = Co : hệ số bổ sung để quy trịn kích thước Chọn Co = 1mm  C = 3mm  s = s ′ + C = 4.75mm + 3mm = 7.75mm Kiểm tra áp suất cho phép: s−Ca Dt = 7.75−2 3000 = 0.002 < 0,1 Chọn công thức: [p] = 2[σ]φh (s−Ca ) = 2×190 ×0.95 ×(7.75−2) = 0.69 D t+(s−Ca ) 3000+7.75−2 N mm2 Vì [p] > p → thỏa điều kiện bền, ta chọn độ dày cho thân thiết bị 8mm Ta sử dụng phương pháp hàn để gia công cho thiết bị Bài 2: Thiết kế bề dày thân vỏ thiết bị, vật liệu làm thiết bị inox 304, E 150 = 1,90 x 105 N/mm2, б150 =220 N/mm2, [бn] =140 N/mm2, [б] = 140 N/mm2, hệ số ăn mòn môi trường C a = 1,3 mm, thân hàn tự động có hệ số bền mối hàn 0,98, hệ số hiệu chỉnh = 1,03 (các thông số khác tự chọn) L = m, D t = 1,5 m Cho biết: - Áp suất dư thiết bị phản ứng: 30 psi - Nhiệt độ nước bảo hòa dùng cho gia nhiệt vỏ áo: 180 0C - Môi trường phản ứng: pH = 3, axit Bài làm Thiết kế thân thiết bị Đường kính D t = 1.5 m, L = 3m Vật liệu chế tạo thân: Inox 304 E150 = 1,90x105 N/mm2 б150 =220 N/mm2 Ca = 1,3 mm Hệ số bền mối hàn: φh =0,98 Ứng suất cho phép vật liệu [σ] = 140 N mm2 [бn] =140 N/mm2 Tính bền cho thân Trường hợp 1: Vỏ có p = 30psi = 2,041 at, khơng có p Vậy thân chịu áp suất Vậy áp suất tính tốn p = 2.041 at = 0.207 N mm2 − Thân chịu áp suất Áp suất tính tốn p = 0.207 N/mm2 − Tính dày tối thiểu: s’ Xét [ σ] s′ = p × φh = Dt p [ σ] φh = 140 0.207 × 0.98 = 662.8 > 25, nên s’ tính theo cơng thức: 1500×0.207 2×140×0.98 = 1.132mm − Tính độ dày thực: s = s ′ + C Trong đó: C = Ca + Cb + Cc + Co Ca : Hệ số bổ sung ăn mịn hóa học môi trường Chọn Ca = 1.3mm Cb : Hệ số bổ sung ăn mịn học mơi trường Chọn Cb = Cc: Hệ số bổ sung sai lệch chế tạo, lắp ráp Chọn Cc = 1mm Co : hệ số bổ sung để quy trịn kích thước Chọn Co = 1mm  C = 3.3mm  s = s ′ + C = 1.132mm + 3.3mm = 4.432mm Kiểm tra áp suất cho phép: Xét s−Ca Dt = 4.432−1.3 1500 = 0.0021 < 0,1 Chọn cơng thức: [p] = 2[σ]φh (s−Ca ) = 2×140 ×0.98 ×(4.432−1.3) = 0.572 D t+(s−Ca ) 1500+4.432−1.3 N mm2 Vì [p] > p → thỏa điều kiện bền, ta chọn độ dày cho thân thiết bị 5mm Trường hợp 2: Thân vỏ chưa có p mà có p a, vỏ ngồi có nước bão hịa nhiệt độ 1800C có áp suất 10.23 kg/cm2 = 1.003 N/mm2(tra bảng số liệu) Vậy thân chịu áp suất = 1.003 – 0.101 = 0.902 N/mm − Tính dày tối thiểu: s’ s ′ = 1.18 x Dt ( p Et x L Dt 0.4 ) = 1.18 x 1500 x ( 0.902 1.9x10 x 1.5 0.4 ) = 17.34mm − Tính độ dày thực: s = s ′ + C Trong đó: C = Ca + Cb + Cc + Co Ca : Hệ số bổ sung ăn mòn hóa học mơi trường Chọn Ca = 1.3mm Cb : Hệ số bổ sung ăn mòn học môi trường Chọn Cb = Cc: Hệ số bổ sung sai lệch chế tạo, lắp ráp Chọn Cc = 1mm Co : hệ số bổ sung để quy trịn kích thước Chọn Co = 1mm  C = 3.3mm  s = s ′ + C = 17.34mm + 3.3mm = 20.64mm Kiểm tra áp suất cho phép: 2(s−Ca ) 1.5√ ≤ Dt L Dt D x (20.64−1.3) ≤ √ ( t ) = 1.5√ s−C a 1500 ≤ 1500 ≤√ 1.5 x (20.64−1.3) → 0.24 ≤ ≤ 6.23 (Thỏa điều kiện) Ta có: L Dt 0.3 → = 1.5 =2 Et 2(s−Ca ) 1.5 t [ σc L Dt Dt > 0.3 ] = 0.3 x 1.9 x 10 x (20.64−1.3) 1.5 220 [ ] 1500 = 1.073 Et 2x(s−Ca ) 1.5 σtc [ Dt ] Vậy áp suất cho phép tính theo cơng thức: 2.5 [p] = 0.649Et Dt ( s−Ca ) L Dt = 0.649 x 1.9 x 105 x 1.5 20.64−1.3 2.5 x( 1500 ) = 1.164 N mm2 Vì [p] > p → thỏa điều kiện bền, ta chọn độ dày cho thân thiết bị 21mm Vậy ta chọn thiết kế thân thiết bị theo trường hợp để đảm bảo an tồn q trình thiết bị vận hành Bài 3: Xác định bề dày đáy elip tiêu chuẩn (các thông số tự chọn) thiết bị đặt đứng với chiều cao thiết bị H =5,5m, đường kính D t =2m, áp suất làm việc p = 1,5N/mm2, hệ số bền mối hàn 0,98, thiết bị chứa dung dịch hố chất có ρ = 1500kg/m3, vật liệu làm thiết bị làm kim loại chống ăn mịn có C a= 1,3 mm, [б] = 150N/mm2 Các thơng số khác cần chọn Bài làm Thiết kế đáy thiết bị Đáy elip tiêu chuẩn H = 5,5m Dt =2m p = 1,5N/mm2 φh =0,98 ρ = 1500kg/m3 Ca= 1,3 mm, Đối với đáy (nắp) ellipse tiêu chuẩn: [б] = 150N/mm2 Rt = Dt − Áp suất tính tốn: p = plv + ptt Trong đó: ptt : áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng ptt = ρtt gH = 1500 × 9.81 × 5.5 = 80932.5 Pa = 0.081  p = plv + ptt = 1.5 + 0.081 = 1.581 N mm2 Tính dày tối thiểu: s’ Xét [ σ] p × φh = 150 1.581 × 0.98 = 93 > 25 Vậy bề dày tối thiểu tính theo cơng thức: s′ = R 2000 x 1.581 = = 10.8mm 2[σ]φh x 150 x 0.98 − Tính độ dày thực: s = s ′ + C N mm2 Trong đó: C = Ca + Cb + Cc + Co Ca : Hệ số bổ sung ăn mòn hóa học mơi trường Chọn Ca = 1.3mm Cb : Hệ số bổ sung ăn mòn học môi trường Chọn Cb = Cc: Hệ số bổ sung sai lệch chế tạo, lắp ráp Chọn Cc = 1mm Co : hệ số bổ sung để quy trịn kích thước Chọn Co = 1mm  C = 3.3mm  s = s ′ + C = 10.8mm + 3.3mm = 14.1mm − Kiểm tra áp suất cho phép: [p] = 2[σ]φh (s − Ca ) x 150 x 0.98 x (14.1 − 1.3) N = = 1.87 R t + (s − Ca ) 2000 + (14.1 − 1.3) mm2 Xét tỉ lệ: ht Dt = 0.25 > 0.2 (1) s−Ca Dt = 14.1−1.3 2000 = 0.0064 < 0.125 (2) p < [p] (3) Ta có, tỉ lệ (1), (2), (3) thỏa mãn điều kiện bền → Vậy ta chọn độ dày đáy thiết bị 15mm Bài 4: Xác định bề dày bích liền (khơng có cổ chuyển tiếp) nối đoạn tháp chưng cất hình trụ làm việc với áp suất dư 15at Bên thiết có chứa chất lỏng có khối lượng riêng 1200kg/m Chiều cao tháp 15m Biết: A=550mm; B=400mm; C=540mm; S=10mm; Dn=400mm; Z=20 db=20mm Ứng suất cho phép vật liệu làm bulong 150N/mm Ứng suất cho phép vật liệu làm bích 125N/mm Các thơng số khác cần chọn Thiết kế bích liền thiết bị ρ = 1200kg/m3 H = 15m Db = C=540mm; S=10mm; Dn = A= 550mm; Dt = B= 400mm; Do =400mm; Z=20 10 db=20mm Bài làm [𝜎]𝑏 = 150 𝑁 [𝜎]𝑏𝑖 = 125 𝑚𝑚2 𝑁 𝑚𝑚2 Áp suất tính tốn: p = plv + ptt Trong đó: plv = 15at = 1.52 N mm2 ptt : áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng ptt = ρtt gH = 1200 × 9.81 × 15 = 176580 Pa = 0.177  p = plv + ptt = 1.52 + 0.177 = 1.697 N mm2 Tính cánh tay địn momen gây uốn bích: l1 = D b −D o l2 = D b −D t −S 540−400 = 2 = = 70mm 540−400−10 = 65mm Tính hệ số k (Chọn t = 10mm) với công thức: k=1+  Dt Dn [ 2l2 D t k=1+ (1 − 2l2 400 550 Db S ) + ( ) − 1] [ x 65 400 t1 (1 − x 65 540 10 ) + ( ) − 1] = 4.21 10 Tính hệ số Ψ D b −2l2 l Ψ = (1 − ) [( l2 = (1 − 70 65 Do ) + 1] + 0,2 l1 l2 540−2 x 65 ) [( ) + 1] + 0,2 x 550 70 65 = 0.096 Tính bề dày bích, t 2: ( Chọn k0 = 0.8) t2 = 0.61db √ [ σ] b l [ z + 0.7Ψ [ kk0 [σ] bi l2 p Do ( ) ] σ] b db 11 N mm2 150 = 0.61 x 20 x √ 70 4.21 x 0.8 x 125 Kiếm tra: |t2 −t1 | t1 = 34−10 x[ x 20 + 0.7 x 0.096 x 65 1.697 150 400 x( 20 ) ] = 34mm = 2.4 > 5% → chọn t1 = t = 34mm 10 Tính lặp hệ số k: k=1+  k=1+ Dt Dn [ 2l2 D t 400 (1 − 550 [ x 65 400 2l2 Db S ) + ( ) − 1] t2 (1 − x 65 540 10 ) + ( ) − 1] = 1.4 34 Tính bề dày bích, t 3: ( Chọn k0 = 0.8) [ σ] b t3 = 0.61db √ l [ z + 0.7Ψ [ kk0 [σ] bi l2 150 = 0.61 x 20 x √ 70 1.4 x 0.8 x 125 Kiếm tra: |t3 −t2 | t2 = 59−34 x[ p Do ( ) ] σ] b db x 20 + 0.7 x 0.096 x 65 1.697 150 400 x( 20 ) ] = 59mm = 0.74 > 5% → chọn t = t3 = 59mm 34 Tính lặp hệ số k: k=1+  k=1+ Dt Dn [ (1 2l2 D t 400 550 [ x 65 400 − 2l2 Db S ) + ( ) − 1] (1 − t3 x 65 540 10 ) + ( ) − 1] = 1.224 59 Tính bề dày bích, t 4: ( Chọn k0 = 0.8) t4 = 0.61db √ [ σ] b l [ z + 0.7Ψ [ kk0 [σ] bi l2 = 0.61 x 20 x √ 150 p Do ( ) ] σ] b db 70 1.224 x 0.8 x 125 x [ 65 x 20 + 0.7 x 0.096 x 1.697 150 x( 400 = 63mm Kiếm tra: |t4 −t3 | t3 = 63−59 59 = 0.068 > 5% → chọn t3 = t4 = 63mm 12 20 ) ] Tính lặp hệ số k: 𝑘=1+  k=1+ Dt Dn [ (1 − 2l2 D t 400 550 [ x 65 400 2l2 Db S ) + ( ) − 1] (1 − t4 x 65 540 10 ) + ( ) − 1] = 1.213 63 Tính bề dày bích, t 5: ( Chọn k0 = 0.8) t5 = 0.61db √ [ σ] b l [ z + 0.7Ψ [ kk0 [σ] bi l2 = 0.61 x 20 x √ 150 p Do ( ) ] σ] b db 70 1.213 x 0.8 x 125 x [ 65 x 20 + 0.7 x 0.096 x = 63.4mm Kiếm tra: |t5 −t4 | t4 = 63.4−63 63 = 0.00635 < 5% Vậy chọn bề dày bích liền khơng có cổ 63,4mm 13 1.697 150 x( 400 20 ) ] Tài liệu tham khảo [1] Hồ Lê Viên, “Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 239 trang [2] Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447 trang Em xin trân trọng cảm ơn thầy đọc làm em, làm cịn nhiều thiếu xót mong thầy bỏ qua Chúc thầy sức khỏe 14 ... [1] Hồ Lê Viên, ? ?Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 239 trang [2] Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất... chọn thiết kế thân thiết bị theo trường hợp để đảm bảo an tồn q trình thiết bị vận hành Bài 3: Xác định bề dày đáy elip tiêu chuẩn (các thông số tự chọn) thiết bị đặt đứng với chiều cao thiết bị. .. kiện bền, ta chọn độ dày cho thân thiết bị 8mm Ta sử dụng phương pháp hàn để gia công cho thiết bị Bài 2: Thiết kế bề dày thân vỏ thiết bị, vật liệu làm thiết bị inox 304, E 150 = 1,90 x 105 N/mm2,