TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM BÀI TẬP CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HĨA HỌC MSMH: CH3349 Sinh viên: Nguyễn Hồng Trung MSSV: 2014883 Lớp: A01 Thời gian: 03/05/2023 GVHD: Hoàng Minh Nam TP.HCM 05/2023 BÀI TẬP SỐ BÀI LÀM Chọn vật liệu Thiết bị làm việc môi trường muối NaCl có tính ăn mịn nên: + Nắp buồng bốc hơi, thân buồng bốc đáy thiết bị làm thép hợp kim 1X18H9T + 1X18H9T + Lớp cách nhiệt sử dụng thủy tinh cố định thép CT3 Tính bề dày thiết bị Ptd1= 0.4at Tra sổ tay QTTB suy Ptd2= P2+ Pa= 2.5+ 1= 3.5 at Ptd3= Pa = at Vì Pa> Ptd1 Ptd2> Pa (1>0.4 3.5>1): + Thân buồng bốc hơi, nắp buồng bốc chịu áp suất + Buồng đốt, đáy thiết bị chịu áp suất 2.1 Thân buồng bốc thiết bị chịu áp suất Ptt2= Pa= 1at= 0.1 N/mm2 Ttt2= Ttm1= 700C []= []*× nắp= 125 N/mm2 Dthân= Dt1= 2000 mm ℎ = + + ) ℎ3 (ℎ 2 ( = 2000 + × ) 400 400 + = 2400 Ca = Mô đun đàn hồi vật liệu tra bảng 2-12, nội suy ta có: Et= 2×105 N/mm2 = 220 2 = 1.18 × âℎâ × ( = 1.18 × 2000 ×( × 10 2 × ) = 7.66 âℎâ 240 ) × 2000 0.4 = ���2 + �� + �� + �� = 7.66 + + 1.34 = 10 Kiểm tra: 1.5 × √ 2( âℎâ − �� ) = 0.14 ≤ ℎâ â = 2400 = 1.2 ≤ = 10.54 √ ℎâ â ℎâ â �ℎâ â ℎâ â ℎâ â Et √[ = 240 = 1.2 ≥ 0.3 × 200 � [ ] = 0.649 â ℎ × â = 0.649 × × 105 × − ) 2× ] = 0.41 (ℎâ â ℎâ â Áp suất tính tốn cho phép: ℎ − − ) ×√ âℎâ × ×( ℎ â 30 − 30 − 300 √ × 3000 ×( ) 3000 560 = 0.147 ≥ 0.1 Vậy bề dày thân buồng bốc hơi: S2= 10 mm 2.2 Nắp buồng bốc thiết bị chịu áp suất Ptt1= Pa= at= 0.1 N/mm2 Ttt1= T2+ 20=130+ 20= 1500C []= []*× nắp= 125 N/mm2 Dnắp= Dt1= 2000 mm h1= 400 mm Chọn S1 theo S2: S1= S2= 10 mm 2 2(�ℎâ� − ) 200 30002 2 = Kiểm tra: 4× ℎ = 4× 600 = 2500 2500 0.15 × 0.15 × × 105 = ≥ 10= 250 × = 194.8 0.7 × 220 = Suy ra: ắ − 30 − )= [ ]= × 0.09 0.0 × × × 105 ×( ×( ) = 0.95 2 5× 375 > 5% × C h ọ n l i S đ ể t i ế t k i ệ m c t h r i a Vậy bề dày nắp buồng bốc hơi: S1= mm 2.3 Buồng đốt chịu áp suất Ptt4=Ptd2- Pa + × × : p h í , t a c h ọ n 20 01 05 Suy = ×× ra: 3 5 ≥ 2 × 1 0 = 19 4.8 × × 2 0 = S = = 0.09 × × m m K i ể m = = [ ×( 09 ] × − 1 1 5 87 × 2 ắ 10 ) − × ( ) × ≥ ℎ4=3.5- 1+ 0.001 × 10 × 2000 × 10−3 = 2.52 at= 0.252N/mm2 Ttt4= Tm2+ 20=130+ 20= 1500C [ ] = [ ] * × đ y = N × ℎ = 1× 20.95 = 47 1.2 ≥ 25 0.25 / m m D t = 0 B ề dà y củ a b u n g đ ốt : m h3= 400 mm × [ ] φ = ℎ = 0.9 Xét: [t buồ h ng i đốt B ể ề u d c y ủ tố a i 25 × 10 00 = = 1.06 × = 12 × 0.9 × m + + + = + + 0.94 = Kiểm tra: h Áp suất cho phép − = 0.002 ≤ 0.1 (thỏa) 4 − = × [] × ℎ × ( − ) 2× 100 125 × 0.95 × (3 − 1) [ ] = = Dt2 = 0.474 2 + ( − 100 ) 0+ (3 − ≥ 1) 25 ( ℎ ỏ ) Để tính tải trọng thiết bị cần bề dày S tối thiểu ta chọn S4= mm Áp suất cho phép: × [] × ℎ × (4 − ) []125 × = × 0.95 × (4 − 1) = = 0.71 ≥ 0.252 (ỏ (ℎ2ỏ) m2 + (4 Dđáy= − ) Dt2= Vậy bề dày buồng đốt: S4= mm 1000 2.4 Đáy thiết bị chịu áp suất hđáy=h mm 5= Ptt5= Ptd2- Pa= 3.51= 2.5 at= 0.25 N/mm2 300 Ttt5= Tm2+ 20= 130+20= 1500C Bán kính cong bên đỉnh đáy: []= []* × nắp = 125 N/m mm 2 10 − = × (( − 0.8) × √2000 × (10 − 1) − 1) = 99 < 2 7.66 Suy lỗ nắp buồng bốc cần tăng cứng Chọn Sk= S2= 10 mm = √1 × = √2000 × 10 = 142 5.2 Tăng cứng cho lỗ thân buồng đốt có d3= 200 mm 4 − × = × (( − 0.8) ( × √ 2 )− ) − 3−1 = × (( − 0.8) × √1000 × (3 − 1) − 1) = 220 < 3 1.06 Suy lỗ nắp buồng bốc không cần tăng cứng 5.2 Tăng cứng cho lỗ đáy thiết bị có d4= 50 mm 5 − = × (( − 0.8) × √ 2 )− ) − × ( 4−1 = × (( − 0.8) × √1000 × (4 − 1) − 1) = 220 > 4 1.06 Suy lỗ đáy thiết bị khơng cần tăng cứng Tính chọn tai treo Chọn vật liệu làm tai treo thép CT3, số tai đỡ 4, có gân tai đỡ Khối lượng riêng thép CT3: ρCT3 = 7.85 g/cm3 = 7850 kg/m3 Khối lượng riêng thép X18H10T: ρX18H10T = 7.98 g/cm3 = 7980 kg/m3 •Khối lượng nắp buồng bốc Thể tích nắp chưa bao gồm bề dày: V = πh1 nắp1 (h + 3r2) Với r = Dt1/2 = m → Vnắp1 = π × 0.4 (0.42 + × 12) = 0.662 m3 Thể tích nắp bao gồm bề dày: V = πh1 (h + 3r′2) nắp2 Với r’ = (Dt1 + 0.008)/2 = 1.004 m → Vnắp2 Thể tích nắp cần tìm: = π × 0.4 (0.42 + × 1.0042) = 0.667 m3 Vnắp = Vnắp2 − Vnắp1 = 0.667 − 0.662 = 0.005 m3 Khối lượng nắp cần tìm: mnắp = Vnắp × ρX18H10T = 0.005 ì 7980 = 40 kg ãKhi lng thõn buồng bốc ( D t + S ) − D t mthân = Vt × ρX18H1 0T = π × π× (2 + 0.0 2) − 22 4 h2 × ρX18H10T × × ì 7980 = 1511.7 kg ãKhi lng b phn nối buồng bốc buồng đốt Bộ phận nối buồng bốc buồng đốt (gọi tắt X) có dạng hình nón cụt Thể tích chưa bao gồm bề dày: VX1 = Thể tích bao gồm bề dày: = V1 X π ( R ′ + r ′ + π ( R + r + R r ) h 3 Với R = Dt1/2 = m r = Dt2/2 = 0.5 m → VX1 = π(12 + 0.52 + × 0.5) × 0.4 = 0.733 m3 R ′ r ′ ) h 3 Với R’ = (Dt1 + 0.02)/2 = 1.01 m r’ = (Dt2 + 0.02)/2 = 0.51 m (0.01 m bề dày X) → VX2 = Thể tích cần tìm: π(1.012 + 0.512 + 1.01 × 0.51) × 0.4 = 0.752 m3 VX = VX2 − VX1 = 0.752 − 0.733 = 0.019 m3 Khối lượng cần tìm: mX = VX × ρX18H10T = 0.019 × 7980 = 151.6 kg •Khối lượng buồng đốt (Dt2 + S)2 − Dt22 × h4 × ρX18H10T mbuồng = Vbuồng × ρX18H10T =π× π× (1 + 0.008)2 − 12 × × 7980 = 201.4 kg •Khối lượng đáy thiết bị Thể tích đáy chưa bao gồm bề dày: = πh5 Vđáy (h + 3r2) Với r = Dt2/2 = 0.5 m → Vđáy1 = π × 0.3 (0.32 + × 0.52) = 0.132 m3 Thể tích đáy bao gồm bề dày: Vđáy Với r’ = (Dt2 + 0.004)/2 = 0.502 m → Vđáy2 Thể tích đáy cần tìm: = πh5 (h + 3r′2) = π × 0.3 (0.32 + 0.133 × 0.5022) = m3 Vđáy = Vđáy2 − Vđáy1 = 0.133 − 0.132 = 0.001 m3 Khối lượng đáy cần tìm: mđáy = Vđáy × ρX18H10T = 0.001 × 7980 = kg •Khối lượng mặt bích 6: mB = 2(Vb − Vlỗ bulơng) × ρCT3 = × [π D2 − Dy × h − 44 ×π 2× [π db2 × h] × ρCT3 × 0.032 − 44 0.02 × 0.032] × 7850 = 199.7 kg ì 2.1412 2.0152 4 ã Khi lượng nửa bích nửa bích mB = 2(VB − Vlỗ bulơng) × ρX18H10T =2× [π D2 − Dy 1.142 − 1.0132 =2× [π × h − 28 ×π d b2 × h] × ρX18H10T × 0.03 − 28 0.02 × 0.03] × 7980 = 98.6 kg ×π •Khối lượng dung dịch NaCl chứa vỉ ống Khối lượng riêng dung dịch NaCl: ρNaCl = 1100 kg/m3 Ta có vỉ ống có 187 ống đường kính ống 32 mm Dống mNaCl = VNaCl × ρNaCl = 187 ×π× × h4 × ρNaCl 0.0322 = 187 × π × × × 1100 = 330.9 kg • Khối lượng nước bên ngồi vỉ ống Hơi nước bên ngồi ống để đun sơi dung dịch NaCl ống có khối lượng riêng: ρhơi = 916.7 kg/m3 mhơi = Vhơi × ρhơi = (Vbuồng − Vống) × ρhơi = (π × Dt2 × h4 − 187 × π× Dống × h4) × ρhơi × − 187 × π × = (π × 0.03 × 2) × 916.7 = 1164.2 kg 22 • Kh ( 2 ối d+ ống S) lượ ốn− ng g d ống tron g vỉ ống : mống = Vống × ρX18H10T × h4 × = 187 ρX18H10T ×π = 187 ×π (× × 32 7980 = 0.00 637.6 kg − 0.03 • Khối lượng hai mặt lắp ống (nửa bích nửa bích 8) dùng vỉ ống làm mặt bích mvỉ = × VB × ρX18H10T = (VB − Vlỗ ống − Vlỗ bulơng) × ρX18H10T × h D = − (D t π × − 2 × Dt2 ) ×h (2 π × − ×S 18 d − 28π ×πố × n g 4 d b u l ô n g × S) × ρX 18 H1 0T (1 × 14 0.01 − − 187 12) × π × 0 22 ì 28 ã K h ố i l + 1 + 192.8 = m= (mnắp + mthân + mX + mbuồng + mđáy + m� + mB + mNaCl + mhơi × × = 20.0 × 25 (π × − 4π × a × 0.03 c )× 798 ủ = a 192 kg t h i ế t b ị : 2 ợ n g t ố i đ = (40 + 1511.7 + 151.6 + 201.4 +8+ 199.7 + 98.6 + 330.9 • Tr ọn g lư ợn g tối đa củ a thi ết bị: G m a x = + + m × g 115% = 17 ì 9.81 = 51178.8 N ã Tải trọng tác dụng lên tai đỡ: Gma Q = Tra bảng ta có: x Z = 51178 = 12794.7 (N) + Bề mặt đỡ: F = 89.5 x 10-4 m2 + Tải trọng cho phép bề mặt đỡ: q = 1.12 x 106 N/mm2 + L = 110 mm + B = 85 mm + B1 = 90 mm + H = 170 mm + s = mm + l = 45 mm + a = 15 mm + d = 23 mm + Khối lượng tai treo: kg Khối lượng thiết bị chủ yếu tập trung phần thân ta đặt tai treo thân theo cách xếp tai treo mặt phẳng cách Vị trí tai treo nằm 2/3 chiều 2 cao = 1333.3 mm.thân = ℎ = 4× × 20 00 3 • Bề 2.24 × 12794.7 dà y gâ n tai đỡ : 2.24 × Q S= k ×m ×a× = [σ] 0.92 ×2× 15 × = 100 11 mm Với k = 0.92 • Bán kính qn tính gân r= 0.289 S= 0.289 × 10.38 4=3 m • Độ uốn gân theo cạnh huyền l 110 = 36.7 3.00 = Tra bảng k = 0.913 => k = 0.92 0.289S thỏa λ= Vẽ cấu tạo thiết bị Với: Nắp buồng bốc Thân buồng bốc Bộ phận nối buồng bốc buồng đốt Buồng đốt Đáy thiết bị Mặt bích nối Mặt bích nối Mặt bích nối Vịng tăng cứng 10 Bu-lông 11 Miếng đệm 12 Tai đỡ TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồ Lê Viên.(2006) Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội (2006) Sổ tay Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội