TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
Chương 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 4.1.Tính thân thiết bị: Chọn thép CT3 Chọn thân thiết bị là thân hình trụ hàn: Khi chế tạo loại này cần chú ý: - Đảm bảo đường hàn càng rắn càng tốt, Chỉ hàn giáp nối. - Bố trí các đường hàn dọc ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận cách nhau ít nhất 100mm - Bố trí các mối hàn ở các vị trí dễ quang sát. - Không khoang lỗ qua mối hàn. Để tháp làm việc an toàn ta chọn áp suất làm việc của tháp là 1at P mt =1 ×10 6 N /m 2 Môi trường : lỏng ρ=1200 kg/m 3 - khí Áp suất tính toán ở phần dưới thân có kể đến áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị : P 1 =g ρ H = 1+9.8 × 7.2 ×10 −6 ×1200 = 1.06 MN/ m 2 =1.06 N/ mm 2 Tìm ứng suất cho phép tiêu chuẩn của thép CT3 ( theo hình 1.1 trang 15. Tính toán thiết kế các chi tiết thiết bị dầu khí) Có [ σ ¿ ] =140 N/ mm 2 Xác định ứng suất cho phếp theo công thức (1.9 sách Tính toán thiết kế các chi tiết thiết bị dầu khí) [ σ ] =η . [ σ ¿ ] =1 × 140 =140 N/ mm 2 Tính [ σ ] P φ h = 140 1.06 ×0.95=125.5>25 φ h =0.95 (hàn dọc ,hàn tay hàn giáp mối hai mặt ,tra bảng XIII.8 STTBT2) η là hệ số hiệu chỉnh. Chọn η=1 (Tháp hấp thu này là tháp loại II .không đun nóng trực tiếp (Tra bảng XIII.2 giá trị của hệ số hiệu chỉnh, trang 356, sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2) vậy bề dày tối thiểu của thân dược xác định theo công thức (5.3 trang 96. sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) s , = D t × P 2×[ σ ]× φ h = 0.7× 10 3 ×1.06 2 ×140 × 0.95 =2.8 mm Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước Co =0.5 tổng hệ số bổ sung với Cc =0 được tính theo cong thức (1.10 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) C a là số bổ sung do ăn mòn hóa học, chọn C a = 1mm C b là hệ cố bổ sung do bào mòn cơ học, chọn C b = 0 do dòng vận tốc khí trong tháp tương đối thấp. Trong đó : C = C a + C b + C c +C 0 =1+0 +0 + 0.5 = 1.5 mm Bề dày thực của thiết bị : S=S , +C =2.8 + 1.5 = 4.3 mm Lấy S =6 mm Kiểm tra điều kiện ở (5.12 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) S−C a D t = 6−1 700 =0.007 <0.1 thỏa mãn điều kiện Tính kiểm tra áp suất cho phép trong thân thiết bị theo công thức (5.11 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) [ P ] = 2. [ σ ] .φ h .(S−C a ) D t +(S−C a ) = 2×140×0.95×(6−1) 700+(6−1) =1.9 N /mm 2 Lớn hơn p=1.06 N/ mm 2 Thỏa mãn điều kiện lấy S= 6mm 4.2. Tính đáy và nắp thiết bị Đáy và nắp thiết bị làm bằng thép CT3 Có : [ σ ] = [ σ u ] =140 N/ mm 2 P= 1 N/ mm 2 D t =700 mm Chọn R t D t =0.15 , ∝=30 0 , Hệ số bền mối hàn : φ h =0.95 Đáy nón có uốn mép . h b =634 mm ( tra sttbt2 bảng XIII.21 trang 394) Chọn chiều cao gờ h g =40 mm Ta có tỉ số: [ σ ] P φ h = 140 1.06 ×0.95=125.5> 50>3 . Ta căn cứ vào : ∝=30 0 và R t D t =0.15 ,tra theo bảng (6-2 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) có hệ số hình dáng : y=1.40 Bề dày tối thiểu của đáy s , theo công thức (6-15 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) s , = D t ×P × y 4 × [ σ u ] φ h = 700 ×1.06×1.40 4 ×140× 0.95 =1.95mm Để xác định đường kính tính toán D nằm trong công thức (6-19 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) thì ta lấy s=s , D=D t −2× [ R t ×(1−cos α)+10 × s , ×sin ∝ ] Thay số ta được: D=700−2 × [ 105× ( 1−co s30 0 ) +10× 1.95×sin 30 0 ] =652.4mm Bề dày tối thiểu của đáy nón theo công thức (6-19 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) s , = D ×P 2 × cos ∝ × [ σ ] ×φ h = 652.4 ×1.06 2× cos30 0 ×140× 0.95 =3 mm Như vậy ta chọn giá trị s , lớn hơn tính theo công thức (6-19) S=3 mm chọn c 0 =0.18 (tra bảng XIII.9 stt2/ trang 364) C=C a +C b +C 0 =1+0+0.18=1.18mm Bề dày thực của đáy nón : s=s , +c=3+1.18=4.18 mm Chọn bề dày thực S=6 mm Xác định áp suất cho phép ở đáy nón theo công thức (6-24) và (6-25) 19 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) [ P ] = 4. [ σ ] . φ h .(s−c a ) D t . y = 4× 140 × 0.95 ×(6−1) 700 × 1.4 =2.7 N /mm 2 Hoặc [ P ] = 2.c os ∝. [ σ ] .φ h .(s−c a ) D +2.c os∝.(s−c a ) = 2 ×cos30 0 ×140×0.95×(6−1) 652.4+2 ×cos30 0 ×(6−1 ) =1.7 4 N/ mm 2 Ta chọn giá trị bé của hai giá trị tính được [ P ] =1.74 N /mm 2 Kiểm tra điều kiện bền : σ= D t × P 0 × y 2×(s−c)φ h ≤ σ c 1.2 P O =P+0.3=1+0.3=1.3 N/mm 2 σ= 700×1.3 ×1.40 2×( 6−1)×0.95 =134< 240 1.2 =200 Thỏa mãn điều kiện : chọn bề dày đáy nắp S d =S n =6 mm 4.3.Tính toán ống dẫn tháo liệu 4.3.1.Tính toán ống dẫn khí vào: Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s. Chọn tốc độ dòng khí vào bằng dòng khí ra W k = 20 (m/s). Lưu lượng khí vào G v =G y = 1000 m 3 /h= 0.278m 3 /s D v = √ G y 0.785 ×W K = √ 1000 0.785× 20×3600 = 0.133m =133mm (CT II.36 STTBT2TRANG 369) Chọn đường kính ống theo chuẩn : mm D v =150¿ ) 4.3.2. Tính toán ống dẫn khí ra : Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s. Chọn tốc độ dòng khí vào bằng dòng khí ra v r = 20 (m/s). Với hiệu suất tháp hấp thu là μ=95 Lưu lượng khí ra Gr = Gv - G co = 1000 - 1000×(1-0.95) = 950 m 3 /h D r = √ G r 0.785× v y = √ 950 0.785× 20×3600 = 0.129 m Chọn đường kính ống dẫn ra khỏi tháp D r =D v =150mm 4.3.3. Đường kính ống dẫn lỏng Vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn vào, ra tháp từ 1.5 ÷ 2.5 m/s ( bảng II.2 trang 370, sổ tay quá trình và thiết bị công nghiệ hóa chất, tập 1). Chọn vận tốc vào là w k =2 m/s. L lv = L d .M H 2 O p long = 1267.2×18 1000 =22.8 m 3 /h= 6.3 ×10 −3 m 3 /s D v = D r = √ L 0.785× v x = √ 6.3 ×10 −3 0.785× 2 = 0.06m= 60 mm Chọn D v =100 mm 4.3.4.Vòi phun Chọn vòi phun hoa sen Chọn đường kính mỗi lồ vòi sen d vs =10mm=0.01 m Chọn số lỗ trên vòi sên là 200 lỗ Ta có 200 × π 4 ×(10) 2 × V voi =6.3 ×10 −3 V VOI =4×10 −7 m 3 /s=0.4m /s 4.4 Tính mặt bích 4.4.1Bích nối các thân của thiết bị Chọn áp suất làm việc của thiết bị là p=1× 10 6 N/m 2 (tra bảng XIII.27 stt2 trang 418) D t mm D n mm D b mm D I mm D o mm d b mm h mm z cái 700 850 800 760 713 M 24 30 24 Trong đó: D t : đường kính trong D o : đường kính ngoài D n : đường kính ngoài của bích D b : khoảng cách từ tâm tháp đến tâm bulông D I : đường kính mép vát d b : ( M30) đường kính bulông d b = 24 mm z: số bulông 4.4.2. Bích nối ống dẫn với thiết bị: (tra bảng XIII.26 sttbt2 trang 410) Chọn áp suất làm việc của thiết bị là P=1× 10 6 N/m 2 Kích thước mặt bích theo đường kính trong của ống dẫn: D t mm D n mm D b mm D I mm D o mm d b mm h mm z cái Ống dẫn khí vào, ra 150 159 280 240 212 M 20 14 8 Ống dẫn lỏng vào, ra 100 108 205 170 148 M16 22 4 4.5. Khối lượng tháp 4.5.1. Khối lượng tháp m 1 = π 4 ( D n 2 −D t 2 ) × 7.2 × ρ thép ¿ π 4 ×(0.712 2 −0.7 2 )×7.2×7850 =752.2 (kg) 4.5.2. Khối lượng đáy và nắp elip của tháp m 2 = 44 ×2=88 kg ( tra sổ tay tập 2 bảng XIII.22trang 394 ) với h g =40 mm 4.5.3. Khối lượng mâm Khối lượng một mâm: m 1mâm = 1× π 4 ( D t 2 −F td 2 ) × s đĩa × ρ thép ¿ 1× 3.14 4 × ( 0.712 2 −0.2 2 ) ×0.003× 7850=8.6(kg) Khối lượng của 25 mâm: m 3 = 8.6×25 = 215 (kg) 4.5.4. Khối lượng pha lỏng chứa trong tháp Khối lượng pha lỏng max: m 4 = π 4 × D t × ( N tt – 1 ) × h × ρ lỏng ¿ π 4 × 0.7× ( 25−1 ) ×0.3 ×1000=3958.4(kg) 4.5.5. Khối lượng bích nối thân m 5 = π 4 × ( D n 2 - D nt 2 ) × 2h × ρ thép ¿ π 4 × ( 0.85 2 −0.712 2 ) ×2× 0.03×7850=79.7(kg) Khối lượng của 24 mặt bích : m 25 =79.7×24=1912.8(kg) Trong đó: ρ thép = 7850 kg/m 3 khối lượng riêng của thép CT3. D nt = 0.712 m đường kính ngoài của tháp. D n = 0.85 m đường kính ngoài của bích. h = 0.03 m chiều cao của bích. 4.5.6. Khối lượng bích ống dẫn khí vào với thân m 6 = π 4 × ( D b 2 - D nt 2 ) × h × ρ thép ¿ 2× π 4 × ( 0.28 2 −0.159 2 ) × 0.014×7850=9.2(kg) Khối lượng của 8 bích ống dẫn khí vào : m 8 =9.2× 8=73.6(kg) Trong đó: ρ thép = 7850 kg/m 3 khối lượng riêng của thép CT3. D n = 0.159 m đường kính ngoài của tháp. D b = 0.28 m đường kính ngoài của bích. h = 0.014 m chiều cao của bích. 4.5.7. Khối lượng bích ống dẫn lỏng khí vào thân m 7 = π 4 × ( D b 2 - D n 2 ) × h × ρ thép ¿2× π 4 × ( 0.205 2 −0.108 2 ) ×0.022× 7850= 8.2(kg) Khối lượng của 4 bích ống dẫn lỏng khí vào, ra : m b =8.2× 4=32.8(kg) Khối lượng cua toàn bộ tháp : m=m 1 +m 2 +m 3 +m 4 + m 5 +m 6 + m 7 ¿ 752.2 +88+215+3958.4+1912.8+73.6+32.8=7032.8kg ¿ Tải trọng của tháp là : 7032.8 × 9.81 = 68991 = 6.8 ×10 4 (N/m 2 ) 4.6. Chân đỡ . Chương 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 4.1 .Tính thân thiết bị: Chọn thép CT3 Chọn thân thiết bị là thân hình trụ hàn: Khi. 8 4.7. Tính toán thiết bị phụ trợ 4.7.1. Tính toán quạt thổi khí Lưu lượng khí 1000m 3 /h = 0.278 m 3 /s Chiều cao tổng cộng của tháp tính cả đáy và nắp.