Đồ án chưng cất toluen benzen

Đồ án quá trình và thiết bị thường dành cho sinh viên các trường kĩ thuật hóa học trong các trường đại học kĩ thuật. Giúp các bạn có thể hoàn thành bài tập một cách nhanh chóng. giúp cho các bạn lười có thể hoàn thành bai đúng thời gian, các bạn có thời gian đi chơi, đi bar, còn tụi con nhà nghèo ngồi làm bài post lên kiếm chút tiền.

Vì thế, đề tài ″ Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton –Acid Acetic ″ củamôn ″ Đồ Aùn Môn Học Quá Trình Thiết Bị ″ cũng là một bước giúp cho sinh viêntập luyện và chuẩn bị cho việc thiết kế quá trình & thiết bị công nghệ trong lĩnhvực này.

Tập thuyết minh đồ án môn học này gồm 7 phần :

Phần I : Tổng quan

Phần II : Thuyết minh qui trình công nghệ

Phần III : Cân bằng vật chất và năng lượng

Phần IV : Tính toán các kích thước cơ bản của tháp

Phần V : Tính chóp và trở lực của tháp

Phần V I : Tính toán cơ khí

Phần VII : Tính thiết bị truyền nhiệt

Phần VIII : Tính chiều cao bồn cao vị

Phần IX : Tính cách nhiệt

Phần X : Tính toán giá thành cho thiết bị

Tài liệu tham khảo

Để hoàn thành đồ án này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều Song , vì đây là bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót

Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy – Thiết Bị , đặc biệt là thầy Trần Tấn Việt , người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp

đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế này

I-TỔNG QUAN:

Aceton và acid acetic là hai loại hoá chất quan trọng trong nghành công nghiệp hóa chất

Aceton : Phần lớn được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản

xuất nhựa, vecni, chất dẻo Aceton làm dung môi tốt đối với các nitro xeluloza, acetyl xenluloza Nó ít độc nên được dùng làm dung môi cả trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm Aceton còn được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp mộtsố lớn các hợp chất xeten, izopren, oxit mezytyl, rượu diacetomic…

Acid acetic: là một loại acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ Nó

rẻ nên được ứng dụng rộng rãi và là hoá chất cơ bản để điều chế nhiều hợp chất quan trọng Acid acetic được ứng dụng trong các nghành :

+ Làm dấm ăn

+ Đánh đông mủ cao su

+ Làm chất dẻo tơ lụa xeluloza acetat

+ Làm phim ảnh không nhạy lửa

+ Làm chất kết dính polyvinyl acetat

+ Làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp

Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng ra thành các

cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng một nhiệt độ

Về thiết bị : có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau :

-Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới

-Tháp chưng cất dùng mâm chóp

-Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm )

Nhận xét về ưu khuyết điểm của từng loại tháp :

-Tháp mâm xuyên lỗ

Ưu điểm : chế tạo đơn giản , vệ sinh dễ dàng , trở lực thấp hơn tháp chóp , ít tốn

kim loại hơn tháp chóp

Nhược điểm : yêu cầu lắp đặt cao : mâm lắp phải rất phẳng , đối với những tháp

có đường kính quá lớn (>2.4m) ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên mâm

-Tháp chóp

Ưu điểm : hiệu suất truyền khối cao , ổn định , ít tiêu hao năng lượng hơn nên có

số mâm ít hơn

Nhược điểm : chế tạo phức tạp , trở lực lớn

-Tháp đệm :

Ưu điểm :chế tạo đơn giản , trở lực thấp

Nhược điểm :hiệu suất thấp , kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện

tháp không đều , sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng

cất theo không gian tháp trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện qua từng mâm một cách rõ ràng , tháp chêm khó chế tạo được kích thước lớn ở qui mô công nghiệp

Đề tài của đồ án môn học :

Đề tài của đồ án môn học là :Thiết kế tháp chưng cất dùng mâm chóp với những dữ kiện cơ bản sau:

Nguyên liệu đầu vào (nhập liệu ) là hỗn hợp Aceton – Acid acetic

Nồng độ Aceton trong nhập liệu là 30% khối lượng

Năng suất nhập liệu là 3000 kg /h

Nồng độ Aceton trong sản phẩm đỉnh là 97% khối lượng

Nồng độ Aceton trong sản phẩm đáy là 0,5 % khối lượng

Tháp hoạt động liên tục , chưng cất ở áp suất thường

II-THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ:

Nhập nguyên liệu là hỗn hợp Aceton – Acide acetic được đưa vào bồn chứanguyên liệu Sau đó nhập liệu được bơm đưa lên bồn cao vị Từ đây nhập liệu quathiết bị gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa đưa nhiệt độ nhập liệu từ 30oC lên nhiệtđộ sôi 85,8oC và đưa vào tháp chưng cất tại mâm nhập liệu

-Hơi ra ở đỉnh tháp được dẫn qua thiết bị ngưng tụ, tại đây hơi được ngưng tụ hoàntoàn thành lỏng bão hòa , được hoàn lưu vào tháp với tỷ số hoàn lưu R và phầncòn lại đưa đi làm nguội bằng thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh

-Lỏng ở đáy tháp được dẫn qua nồi đun kiểu Kettle được đun nóng gián tiếp bằnghơi nước bão hòa, hơi ở nồi đun dẫn vào tháp để cấp nhiệt cho tháp Lượng lỏng

đi ra khỏi nồi đun được làm nguội làm sản phẩm đáy

-Trong tháp, có quá trình tiếp xúc pha và truyền khối giữa hai pha lỏng và hơi.Thiết bị ngưng tụ, làm nguội được dùng nước để trao đổi nhiệt gián tiếp

-Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Aceton và sản phẩm đáy là Acid acetic

III CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG

A-CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

a-Xác định các thông số

Ký hiệu:

xF , xD , xW :phân mol Aceton trong nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy F,D,W :suất lượng mol của dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy

(kmol/h)

MA , MB :lần lượt là phân tử lượng của Aceton và Axit Acetic (kg/kmol)

-Phân tử lượng trung bình của các dòng

MF =xF.MA + (1-xF).MB = 0,3.58 + (1-0.3).60 = 59,4 (kg/kmol)

MD =xD.MA + (1- xD).MB = 0,97.58 + (1-0,97).60 = 58,06 (kg/kmol)

MW =xW.MA + (1- xW).MB = 0,005 58 + (1-0,005).60 =59,99 (kg/kmol)

-Suất lượng dòng nhập liệu

W F

x x

x x F

005,03,0

15,439 (kmol/h) W= F -D =50,505 -15,439 = 35,066 (kmol/h)

Tóm lại ta có bảng sau:

F xF D xD W xW 50,505 0,3 15,439 0,97 35,066 0,005-Tính chỉ số hồi lưu thích hợp:

Sử dụng công thức thực nghiệm : R =1,3.Rmin + 0,3 (CT IX-25b STT2)

Với Rmin=

F F

F D

x y

y x

−

−

*

* (CT IX-24 Tr 149 STT2) Với yF* là phân mol Aceton trong pha hơi cân bằng với xF Từ số liệu bảng traIX-2a /tr135 STT2 , thành phần lỏng – hơi cân bằng ta có : xF = 0,3 thì y* F = 0,725 Do đó

F,xF

W, xWL,xL D,xD

Rmin=00,97,725−0−,0725,3 =0,576

Vậy R=1,3 Rmin + 0,3 =1,3.0,576 + 0,3 = 1,049

b-Xác định số mâm lý thuyết :

Việc xác định số mâm lý thuyết được tiến hành trên đồ thị y-x

-Phương trình đường làm việc của phần cất

y= x

R

R

1+ +

1+

R

x D

049,2

049,1

+ 20,049,97 =0,512x + 0,473 -Phương trình đường làm việc của phần chưng

y= x

R

f R

1+

+

- 1

1+

271,3049,

+ 0,005409,2

271,2

=2,108x – 0,0055

với f=

W F

W D

x x

x x

−

−

=00,,973−−00,005,005=3,271 Dựng đường làm việc của tháp bao gồm đường làm việc của phần cất và phần chưng Trên đồ thị y-x ta lần lượt vẽ các đường bậc thang từ đó xác định được số mâm lý thuyết là 12 mâm

B-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:

a-Nhiệt trao đổi ở thiết bị ngưng tụ

• Nhiệt dung riêng của nhập liệu tra ở nhiệt độ trung bình T=

2

308,

85 +

=57,9oC tại nhiệt độ này ta có CA =2,298 (kj/kgđộ) , CB=2,196 (kj/kgđộ) (Bảng I.153 TR171-STT1)

Ta có CF=xFCAMA + (1-xF)CBMB = 0,3.2,298.58 + (1-0,3).2,196.60 = 132,217 (kj/kmolđộ)

Do đó QF=132,217.50,505 (85,8 -30) = 104(kw)

Nếu coi tổn thất trên đường nhập liệu bằng 5% thì QF = 1,05.104=109,2(kw)

c-Nhiệt làm nguội sản phẩm đáy từ nhiệt độ sôi là 117,3 o C xuống 30 o C

QW = WCW(TW-30)

Nhiệt dung riêng được xác định ở nhiệt độ trung bình T=

2

303,

117 +

=73,65oC Tại nhiệt độ này tra bảng I.153 TR171-STT1 ta có : CA=2,349(kj/kgđộ) ,

CB=2,281(kj/kgđộ)

Nên CW = xWMACA + (1-xW)MBCB = 0,005.58.2,349 + (1-0,005).60.2,281 = 136,857(kj/kmolđộ)

=43,48oC Tại nhiệt độ này ta có : CA=2,251 (kj/kgđộ) , CB=2,119 (kj/kgđộ)

Tương tự ta tính được CD=130,455(kj/kmolđộ)

Do đó Qsp = 130,455.15,439.(56,96-30)=15,083(kw)

e-Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp

Từ cân bằng nhiệt lượng ta có

Qđ = DCDTD + WCWTW + QD – FCFTF=15,439.130,455.56,96 +

35,066.136,857.117,3 + 2,049.15,437.30047,376 – 50,505.132,217.85,8 = 293,1 (kw)

Tuy nhiên nếu coi tổn thất nhiệt chiếm khoảng 10% nhiệt lượng ta có Qđ =

1,1.293,1 = 322,41 (kw)

IV TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP

a-Khối lượng riêng trung bình của pha hơi

Phần cất : gọi xpcất là nồng độ phần mol trung bình của cấu tử A(benzen) trong pha lỏng của phần cất

3,097,

=0,635 (phân mol) Từ đường làm việc của phần cất ta có nồng độ của pha hơi tương ứng là

ypcất = 0,512 xpcất + 0,473 = 0,512 x 0,635 + 0,473 = 0,798 (phân mol)

Phần chưng : gọi xpchưng là nồng độ phân mol trung bình của cấu tử A trong pha lỏng của phần chưng

3,0005,

=0,153 (phân mol)

Do đó ypchưng=2,108xpchưng – 0,0055 = 2,108 x 0,153 – 0,0055 = 0,317(phân mol) Tra đồ thị T-xy ta có nhiệt độ của pha hơi tương ứng là

Từ ypcất = 0,798 (phân mol) TG(cất) = 82oC

Từ ypchưng = 0,317 (phân mol) TG(chưng) = 103,3oC

Khối lượng phân tử trung bình của pha hơi trong phần chưng và phần cất là

Mpcất = ypcấtMA + (1-ypcất)MB = 0,798.58 +(1-0,798)60 = 58,404 (kg/kmol)

Mpchưng = ypchưngMA + (1-ypchưng)MB =0,317.58 + (1-0,317)60 = 59,366 (kg/kmol)Giả thiết rằng hơi trong tháp là khí lý tưởng , khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần chưng và phần cất là :

Phần cất :

ρG(cất) =22,4( .273273)

) (cat +

ρG(chưng) =22,4( .273273)

) (chung +

b-Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

Ở đỉnh : ứng với xD= 0,97 tra đồ thị T-xy ta có TD = 56,96oC Ở nhiệt độ này , khốilượng riêng của aceton và axit acetic là: ρA=749,3 (kg/m3) và ρB = 807,2(kg/m3) Khối lượng riêng của sản phẩm đỉnh là

c-Vận tốc hơi trung bình trong toàn tháp

Theo sổ tay tập II trang 175 công thức (IX-105) ta có

(ρGωy)tb =0,065ϕ[σ ] hρGρL

Trong đó

ωy : vận tốc trung bình của pha hơi (m/s)

ρG , ρL: khối lượng riêng trung bình của pha hơi và pha lỏng (kg/m3)

h: khoảng cách giữa các mâm (m) Giá trị h được chọn sao cho để giảm đến mức thấp nhất lượng lỏng bị hơi cuốn theo

ϕ[σ ] là hệ số có tính đến sức căng bề mặt

Khi σ < 20 (dyn/cm) thì ϕ[σ ] = 0,8

σ > 20 (dyn/cm) thì ϕ[σ ] = 1

Ở đây ta tra bảng có được σ = 18,99 (dyn/cm) < 20 nên ϕ[σ ] = 0,8

Chọn khoảng cách giữa các mâm là h=0,35 (m)

Do đó

(ρGωy)tb =0,065ϕ[σ ] hρGρL

(1,958 ωy) = 0,065 0,8 0,35.1,958.1004,76

ωy = 0,697 (m/s)

d-Lưu lượng hơi qua tháp :

Phương trình cân bằng vật chất cho bao hình ta có:

,

= 87,13oC-Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp :

e-Lượng hơi vào phần chưng :

Cân bằng vật chất và năng lượng ta có hệ sau :

f-Lưu lượng hơi trung bình trong toàn tháp :

-Lưu lượng hơi trung bình trong phần cất :

gpcất =

2

tl dinh g

=

2

1,35635,

= 33,368 (kmol/h)-Lưu lượng hơi trung bình trong phần chưng :

=38,748(kmol/h)-Lưu lượng hơi trung bình trong toàn tháp :

3600/482,1065

= 0,736 (m)Dựa vào bảng đường kính tiêu chuẩn của các loại tháp chưng luyện ta chọn D = 0,8(m)

h-Xác định số đĩa thực và chiều cao tháp :

D D

x y

Tại nhiệt độ đỉnh ta có : µA = 0,235 (Cp) , µB = 0,727 (Cp)

Độ bay hơi tương đối : αW = 3,277

Độ nhớt động học : µ = 0,373

αWµW =1,223 E2 = 0,49

Tại mâm nhập liệu :

Tương tự ta có :

Độ bay hơi tương đối : αF = 6,152

Độ nhớt động học : µ = 0,390

V-TÍNH CHÓP VÀ TRỞ LỰC CỦA THÁP :

-Chọn đường kính trong của ống hơi theo tiêu chuẩn là: dh= 50(mm )

-Số chóp phân bố trên một mâm : Trong thực tế thường chọn tổng tiết diện ống hơitrên mỗi mâm =10% tiết diện tháp nên ta có:

8,0 = 25,6Chọn thiết kế n = 27 chóp / mâm

-Chiều cao chóp trên ống dẫn hơi

h2 = 0,25dh = 0,25.50 = 12,5(mm)

-Đường kính chóp :

dch = d h2 +(d h +2δch)2 = 502 +(50+2.2)2 = 73,5(mm)

-Khoảng cách từ chân chóp đến mặt mâm hsc : chọn hsc = 12,5(mm)

-Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp hts = 15-40(mm) chọn hts=29(mm)

-Chiều cao hình học của khe chóp :

hso =

x

y y

g ρ

ρξ

ξ:hệ số trở lực của mâm chóp ξ= 1,5-2 , chọn ξ=2

ωy: vận tốc pha hơi (m/s)

ωy =

n d

Q

h

v

-Số lượng khe trên mỗi chóp :

505,73(3

14,

Với c:khoảng cách giữa các khe (3-4mm) Chọn c=3 mm

-Chiều rộng khe chóp được xác định từ liên hệ :

- 3 = 7 (mm)

-Khoảng cách từ mâm đến chân ống chảy chuyền

ch : bề dày của chóp (mm) Chọn ch = 2(mm)

l2 : khoảng cách nhỏ nhất giữa các chóp được xác định theo công thức sau : l2 = 12,5 + 0,25dch = 12,5 + 0,25.73,5 = 31 (mm)

G L

G

S

Q h

ρρ

ρ

−Trong đó :

Qv : lưu lượng pha hơi (m3/s)

Ss : tổng diện tích các lỗ chóp trên một mâm , m2

Ss = n.i.hso.a = 27.25.12,5.7.10-6 = 0,059 (m2)

Do đó :

059,0

3600/482,1065.(

)5,12.(

)964,176,1004

964,1.(

-Phần trăm độ mở lỗ chóp :

100% 96,13%

5,15

9,14

how = 2,84.E.( )2/3

w

L

L Q

Trong đó:

QL : lưu lượng lỏng (m3/h)

E : hệ số hiệu chỉnh cho gờ chảy tràn

E = f( 2,5 , )

D

L L

w L

Lw : chiều dài gờ chảy tràn

Chọn Lw = 0,6D = 0,6.0.8 = 0,48 (m)

Tính QL:

-Lưu lượng lỏng phần chưng :

Qch = (RD + F)

ch L pchung

M

,

ρ = (1,049.15,439 + 50,505).1025,38

366,59

= 3,862 (m3/h) -Lưu lượng lỏng phần cất:

Qcất =

cat L cat

M RD

,

ρ =1,409.15,439.946,19

404,58

E=1,035

Do đó :

how = 2,84.1,035.( ) 9,07

48,0

602,

48,

=0,103 (m2) SOAB=h.Lw/2 = 0,32.0,48/2 = 0,0768 (m2)

0262,

A = Smâm – 2Sd =0,50265 – 2.0,0262 = 0,45025 (m2)

-Khoảng cách giữa hai gờ chảy tràn l = Dt – 2dw = 0,8 – 2.0,08 = 0,64 (m)

64,0

45025,0

m l

A

7,0

602,234,

-Độ giảm áp của pha khí trên một mâm

ht =hfv + hs + hss + how +/2 mm chất lỏng

G

S

Q K

ρρ

ρ

−với Sr : tổng diện tích hơi của mỗi mâm , m2

Sr =n.Srj =

4

−

−π

(m2)

964,176,1004

964,1(

Điều kiện :   ( hfv + hs )/2

Ta có : (hfv + hs )/2 = (11+14,9)/2 =13 >  Chứng tỏ mâm hoạt động ổn định

-Chiều cao gờ chảy tràn :

hw = hm – (how +/2) = 60 - (9,07 + 5,25/2) = 48,3 (mm)

-Chiều cao mực chất lỏng không bọt trong ống chảy chuyền

hd =hw + how + ht + hd’ +  (mm chất lỏng)

Trong đó : hd’ : tổn thất thủy lực do dòng chảy từ trong ống chảy chuyền vào mâm hd’ = 0,128 )2

602,2

hd = 48,3 + 9,07 + 57,9 + 0,126 + 5,25 =120,6 (mm)

Chiều cao hd là thông số để kiểm tra khoảng cách mâm Nếu hd < H/2 thì mâm hoạt động bình thường không bị ngập lụt (H: khoảng cách giữa các mâm )

Vì H/2 = 175 > hd nên mâm hoạt động bình thường

-Chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền : Để kiểm tra xem chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền có đều hay không và chất lỏng không va đập vào thành bình ta tính thông số

dtw = 0,8 h ow h o = 0,8 h ow(H +h w −h d) = 0,8 9,07(350+48,3−120,6) =40,1 dtw < 0,6.dw = 0,6.80 = 48

Điều này chứng tỏ chất lỏng không va đập thành bình và xem như chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền là đều

-Độ lôi cuốn chất lỏng

Trong đó : e: lượng chất lỏng bị lôi cuốn (mol/h)

L :lượng chất lỏng chảy xuống (mol/h)

 được xác định theo công thức thực nghiệm :

 = f( 1 / 2

'

'

)(

815,2(1204.815,2

615,

f

=

%7,91

%100.175

5,160

9,0

615,4203.1,01

h kg

L

−

=ψ

ψ

-Tính toán trở lực của tháp chóp :

Trở lực của tháp chóp được xác định theo công thức :

p = Nt pd

Với : Nt: số đĩa thực

pd : tổng trở lực của một đĩa (N/m2)

Trong đó : ξ : hệ số trở lực thường ξ = 4,5-5 Chọn ξ = 5

ρy: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (kg/m3)

wo: vân tốc khí qua rãnh chóp được xác định theo công thức :

w Q d n

h

v o

785,

5,152(2

10.5,15.2.4)(

2

4

=

so

so x

h a

h a f

Do vậy : pσ = 3 3

10.5,3

10.99,18.4

−

−

=21,7 (N/m2) pt : trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh) được xác định theo công thức

pt =ρb.g.(hb – hso/2) (N/m2)

Trong đó : ρb : khối lượng riêng của bọt ρb= (0,4-0,6) ρL

x x x

c

F

f h h f h F

h h

ρ

ρρ

ρ

.)

( )

1)(

Trong đó :

hc:chiều cao phần chảy chuyền viên phân trên mâm ,m

hx : chiều cao lớp chất lỏng không bọt trên mâm , m

∆: chiều cao mực chất lỏng trên mâm , m

F:phần bề mặt đĩa có gắn chóp , m2

f: tổng tiết diện của chóp trên đĩa , m2

f =0,785.dch2.n = 0,785.73,52.27.10-6 = 0,1145 m2

hch: chiều cao của chóp , m

Ta có : hh=hsc + hsr + hso + hts -∆ - h2 = 12,5 + 5 + 15,5 + 27- 5,25 –12,5 =42,25(mm) hch = hh +12,5 = 42,25 + 12,5 = 54,75 (mm)

Do vậy :

hb=

1000.38,502.45025,0

38,502.1145,0)

6075,54(1145,0.38,502.6076,1004)

145025,0).(

VI-TÍNH TOÁN CƠ KHÍ :

a-Tính bề dày thân thiết bị :

-Nhiệt độ tính toán trong tháp lấy bằng nhiệt độ cao nhất trong thiết bị : T = 117,3oC

-Aùp suất tính toán : tính cho trường hợp xấu nhất là chất lỏng dâng lên đầy tháp p= pmt + p +pcl = 105 + 16163 + 10,7.1004,76.9,81 = 221629,643 N/m2 = 0,222 N/mm2

-Điều kiện làm việc của thân tháp : chịu áp suất trong

-Chọn vật liệu làm tháp là thép không gỉ với mác thép X18H10T

Ở nhiệt độ 117,3oC tra giản đồ 1-2 trang 22-Chế tạo máy hóa chất ta có :

[σ]*=140 (N/mm2 )

-Ứng suất cho phép của vật liệu :

[σ] = η[σ]* = 0,9.140 = 126 (N/mm2)

Với η = 0,9 là hệ số hiệu chỉnh ( chọn cho thiết bị loại I-nhóm II) trang 26 –Chế tạo máy hóa chất –Thiết bị làm việc với chất độc hại , dễ cháy nổ , dễ cháy , khôngtiếp xúc trực tiếp với nguồn đốt nóng

-Chọn hệ số bền mối hàn ϕh = 0,95

95,0

Do đó bề dày tối thiểu của thân được tính theo công thức :

126.95,0.2

222,0.800]

-Chọn hệ số bổ sung :

+ Do ăn mòn hóa học : Ca = 1 (mm )

+ Quy tròn kích thước : Co =0,4 mm

Bề dày thân :

S = S’ + Ca + Co = 0,742 + 1 + 0,4 = 2,142 (mm)

Để an toàn khi tính toán ta chọn S = 4 mm

-Kiểm tra bền :

3800

3.95,0.126.2)(

).(

]

.[

2

=+

=

−+

−

a t

a h

C S D

C S

ϕσ

(N/mm2) > p b-Tính bề dày đáy nắp :

-Chọn đáy nắp ellipse tiêu chuẩn , loại có gờ và làm bằng thép không gỉ X18H10TTra sổ tay tập II trang 370 với Dt = 800 (mm) ta có :

hB = 200 (mm) , h = 50(mm)

-Chọn sơ bộ Sn = Sđ = Sth = 4 mm

-Kiểm tra bền ta có :

3800

3.95,0.126.2)(

).(

−

a t

a h

C S D

C S

ϕσ

(N/mm2) > pVậy Sn = Sđ = 4 mm

c-Tính bích cho thiết bị:

Ta tính bích theo phương pháp tải trọng giới hạn :

-Chọn vật liệu làm bích là thép CT3 , vật liệu làm bulông là CT4

Dựa vào sổ tay tập II-trang 408 ta chọn các thông số bích như sau :

Ký hiệu Dt Db D D1 h db

Z

mm 800 880 930 850 20 20

24

-Chọn bích liền kiểu phẳng

Khi xiết bulông sẽ sinh ra lực nén chịu trục Q1 , lực này nhằm khắc phục tải trọng

do áp suất bên trong thiết bị và áp suất phụ sinh ra ở trên đệm để giữ cho mối ghép được kín

Dtb : đường kính trung bình của đệm

-Chọn đường kính ngoài đệm Dn = 847 mm

-Chọn đường kính trong đệm =827 mm

2

827

-Bề rộng thật của đệm b = 20 mm

bo : bề rộng tính toán của đệm , bo = (0,5-0,8)b Chọn bo = 0,8b =

0,8.20=16mm

m : hệ số áp suất riêng

Chọn đệm loại paronit có bề dày δo = 3 mm theo bảng 7-2 Hồ Lệ Viên trang 192

+ Đường kính bulong được xác định theo công thức :

db = 1,13

][σb

q

Với [σ] = ko [σ’]

[σ’] : ứng suất cho phép của vật liệu làm bulong , được xác định theo bảng 5-Hồ Lệ Viên trang 194 ở T=117,3oC có giá trị là : [σ’] = 86 (N/mm2)

ko: hệ số làm giảm ứng suất chọn theo bảng trang 193 –Hồ Lệ Viên –Chế tạo máy hoá chất ta có ko = 0,8

Do vậy : [σ] = ko [σ’]= 0,8.86 = 68,8 (N/mm2)

8,68

17530

13,1]

σb

q

mm -Kiểm tra ứng suất :

4

17530

p D

d Z D

l p

D

t

n

b b

bi n

2,19]}

1222,0

8,68.)847

20.(

24.57,0.[

880

5,16.3,71.{

84,85

222,0.847

.57,0.[

.3,71][

=

−+

σ

Trong đó :

[σbi] = ko [σbi’] = 0,8.107,3 = 85,84 (N/mm2)

với [σbi’] : ứng suất cho phép của vật liệu làm bích (tra ở bảng 7-6 –Hồ Lệ Viên)

l: cánh tay đòn được xác định theo công thức :

l D b D n 16,5mm

2

847880

−

Chọn t =18,5 mm

d-Tính các đường ống dẫn :

-Để tính đường kính tối ưu của các đường ống dẫn khí và lỏng , ta có tiêu chuẩn vềvận tốc thích hợp của khí và lỏng trong đường ống :

Vận tốc khí : 15-30 m/s

Vận tốc dòng lỏng : 1-3 m/s

-Đường kính ống dẫn được xác định theo công thức :

d =

v

Q

.785

,

Trong đó :

Q : lưu lượng thể tích (m3/s)

v : vận tốc dòng lỏng hoặc khí (m/s)-chọn theo bảng II-2 -Sổ tay tập I trang 369

d: đường kính ống dẫn – Chọn theo bảng XIII-32-Sổ tay tập II trang 422-Chọn bích nối loại bích liền (kiểu bích phẳng) Sau khi chọn , tính và qui chuẩn

ta có bảng sau:

db Z Ống dẫn hơi ra ở

Ống dẫn lỏng ra ở

Ống dẫn hơi vào ở

e-Tính tai đỡ , chân treo :

e1-Tính khối lượng tháp :

G = Gthân + Gđáy + Gnắp + Gmâm + Gchóp + Gbích + Glỏng

-Khối lượng thân tháp :

-Khối lượng các chóp :

Gchóp = Nt.n.G1chóp

4 4)

(

4

2 2 , 2

2 2

05475,0)

05,0054

0735,00775,

2 2

2 1

−

=

π

ππ

Gchóp = 29.27.0,394 = 308,5 kg

-Khối lượng chất lỏng trên mâm:

Glỏng,max = D t N t H L 0,8 28.0,35.1004,76 4947kg

4

)

1.(

.4

2

π

-Khối lượng bích :

Gbích = số mặt bích

4

π.(D2-Dt2).2.h.ρCT3 = 5

4

π.(0,932-0,82).2.0,02.7850=277,5kg

-Tổng khối lượng của toàn tháp :

G = 814 + 2.24,5 + 461 + 308,5 + 277,5 + 4947 = 6857 (kg)

e2-Tải trọng của tháp :

Gmax = G.9,81 = 6857.9,81 = 67267,2 (N)

g-Tính tai treo :

-Chọn vật liệu làm tai treo là CT3 , tấm lót là vật liệu làm thân thiết bị

-Diện tích tai đỡ :

2

2,67267

be

G

-Chọn số tai treo n = 4

+ Tải trọng lên 1 tai treo là :

Tải trọng cho phép

trên 1 tai treo(N)

Bề mặt đỡ ,

m2

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ,q.10-6

Khối lượng

1 tai treo,kg