(TIỂU LUẬN) 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 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 hố chất H = m, hố 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, E 150 , =1,90 x 105 N/mm2, б150 =220 N/mm2, [бn] =140 N/mm2, [б] = 140 N/mm2 hệ số ăn mịn mơi trường Ca = 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 mòn 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/m3 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/mm2 Ứng suất cho phép vật liệu làm bích 125N/mm2 Các thơng 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, hố 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 mòn hoá 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 N N mm Áp suất tính toán: p = bar = 0.5 mm ptt: áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng ptt = ρttgH = 1500 × 9.81 × × 0.8 = 70632 Pa = 0.071 N mm Vậy áp suất tính tốn = p + = 0.571 Tính bền cho thân − Thân chịu áp suất Áp suất tính tốn p= 0.571 N/mm2 − Tính dày tối thiểu: s’ [σ ] p Xét s′ = − Dp t = × φh = 3000×0.571 [ ] 190 571 × 0.95 = 316 > 25, nên s’ tính theo cơng thức: = 4.75mm σ φh 2×190×0.95 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 = 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 tròn kích thước Chọn Co = 1mm  C = 3mm  s = s + C = 4.75mm + 3mm = 7.75mm ′ Kiểm tra áp suất cho phép: s−C a = Dt 7.75−2 = 0.002 < 0,1 3000 Chọn cơng thức: [p] = t 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, E1 = , 1,90 x 105 N/mm2, б150 =220 N/mm2, [бn] =140 N/mm2, [б] = 140 N/mm2 hệ số ăn mịn mơi trường Ca = 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 Dt = 1.5 m, Vật liệu chế tạo thân: Inox 304 E150 = 1,90x105 N/mm2 Ca = 1,3 mm Ứng suất cho phép vật liệu 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 mm − Thân chịu áp suất Áp suất tính tốn p = 0.207 N/mm − Tính dày tối thiểu: s’ [σ ] p Xét s′ = − Dp t = × φh = 1500×0.207 140 207 × 0.98 = 662.8 > 25, nên s’ tính theo cơng thức: = 1.132mm [ ] σ φh 2×140×0.98 Tính độ dày thực: s = s′ + C 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−C a = 4.432−1.3 Dt = 0.0021 < 0,1 1500 Chọn công thức: [p] = t 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 bả ng s ố liệu) Vậy thân chịu áp suất = 1.003 – 0.101 = 0.902 N/mm2 − − Tính dày tối thiểu: s’ s′ = 1.18 x Dt (Ept x L 0.4 D t) = 1.18 x 1500 x (10.9x10.9025 x 0.4 5) = 17.34mm 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 = 17.34mm + 3.3mm = 20.64mm ′ Kiểm tra áp suất cho phép: 2(s−C ) ≤ a 1.5√ D → t 0.24 ≤ ≤ 6.23 (Thỏa điều kiện) Ta có: L = Dt 1.5 t E 0.3 [ t σc → L > 0.3 Dt Vậy áp suất cho phép tính theo cơng thức: t [p] = 0.649E 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 toàn 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 thông số khác cần chọn Bài làm Thiết kế đáy thiết bị Đáy elip tiêu chuẩn Dt =2m H = 5,5m φh =0,98 p = 1,5N/mm2 ρ = 1500kg/m3 Đối với đáy (nắp) ellipse tiêu chuẩn: −  [б] = 150N/mm2 Ca= 1,3 mm, Rt = Dt Áp suất tính tốn: p = plv + ptt Trong đó: ptt: áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng ptt = ρttgH = 1500 × 9.81× 5.5 = 80932.5 Pa = 0.081 p = plv + ptt = 1.5 + 0.081 = 1.581mm N N mm 2 Tính dày tối thiểu: s’ Xét [σ ] p × φh = 150 581 × 0.98 = 93 > 25 Vậy bề dày tối thiểu tính theo cơng thức: Rtp ′ s = 2[σ]φ − 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 = 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 = 10.8mm + 3.3mm = 14.1mm − Kiểm tra áp suất cho phép: ′ [p] = Xét tỉ lệ: ht Dt 14.1−1.3 s−Ca = Dt 2000 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/m3 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/mm2 Các thơng số khác cần chọn Thiết kế bích liền thiết bị ρ = 1200kg/m3 H = 15m Dn = A= 550mm; Dt = B= 400mm; Db = C=540mm; S=10mm; Do =400mm; Z=20 db=20mm 10 Bài làm [ ] = 150 Áp suất tính tốn: p = plv + ptt Trong đó: plv = 15at = 1.52 N mm ptt: áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng ptt = ρttgH = 1200 × 9.81× 15 = 176580 Pa = 0.177mm  p = plv + ptt = 1.52 + 0.177 = 1.697 N N mm Tính cánh tay địn momen gây uốn bích: Db−Do l= Db−Dt−S l= Tính hệ số k (Chọn t1 = 10mm) với cơng thức: D k=1+ 2l  k=1+ Tính hệ số Ψ Ψ=(1− 70 =(1− 65 Tính bề dày bích, t2: ( Chọn k0 = 0.8) t = 0.61d b 11 = 0.61 x 20 x √ Kiếm tra: |t2 −t1 | = 34−10 = 2.4 > 5% → chọn t1 = t2 = 34mm 10 t1 Tính lặp hệ số k: Tính bề dày bích, t3: ( Chọn k0 = 0.8) t = 0.61d √ b kk = 0.61 x 20 x √ |t Kiếm tra: −t t2 Tính lặp hệ số k: Tính bề dày bích, t4: ( Chọn k0 = 0.8) t = 0.61d b = 0.61 x 20 x = 63mm |t Kiếm tra: −t3 | = 63−59 t3 = 0.068 > 5% → chọn t3 = t4 = 63mm 59 12 Tính lặp hệ số k: =1+  k=1+ Tính bề dày bích, t5: ( Chọn k0 = 0.8) t = 0.61d b = 0.61 x 20 x = 63.4mm Kiếm tra: |t −t | = 63.4−63 = 0.00635 < 5% t4 63 Vậy chọn bề dày bích liền khơng có cổ 63,4mm 13 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... tính theo cơng thức: t [p] = 0.649E 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. .. 0,98, thiết bị chứa dung dịch hố chất có ρ = 1500kg/m3, vật liệu làm thiết bị làm kim loại chống ăn mòn có C a= 1,3 mm, [б] = 150N/mm2 Các thơng số khác cần chọn Bài làm Thiết kế đáy thiết bị Đáy