Tài liệu CS TT Thiết bị

Tài liệu CS TT Thiết bị tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh...

Tài liệu CS TT Thiết bị Các yếu tố cần xét đến khu chọn vật liệu - Yêu cầu tính: Giới hạn đàn hồi σk, giới hạn chảy σc, giới hạn bền σb, giới hạn bền mỏi σD, độ cứng HB, độ dai va dập αH, modun đàn hồi E, độ dãn dài tương đối (%),… - Yêu cầu lý tính: Khối lượng riêng ρ, nhiệt độ làm việc tới hạn tth, nhiệt độ nóng chảy tnco, or phá huỷ, hệ số dãn nở nhiệt α, nhiệt dung riêng Cp, độ dẫn nhiệt λ,… - u cầu hố tính: tính chống ăn mòn, tính xúc tác,… - Tính cơng nghệ chế tạo: dễ cắt gọt, dễ chế tạo, có tính ổn định cao điều kiện làm việc thời gian dài ( dung sai lắp ghép) - Yêu cầu chi phí: dễ tìm kiếm, giá thành hợp lý,…  Tối ưu: Gang hợp kim 2.1 Gang: Gang, thép vật liệu dùng việc chế tạo máy thiết bị hoá chất (Chiếm 80-90% khối lượng vật liệu nói chung) - Hợp kim sắt cacbon: hàm lượng C khoảng 2,8-3,7 % có 0,8-0,9% dạng liên kết Fe3C lại dạng graphit tự - Gang xám gồm 3-3,6% C, 1,6-2,4% Si, 0,5-1% Mn, 0,8%P, 0,12% S Tnc khoảng 1250-12800C, hệ số dẫn nhiệt λ= 25,5-32,5 W/m2, ρ=70007200 kg/m3 , nhiệt dung riêng Cp =543,4 J/Kg.K, E= 1,15-1,6 x 105 μ=0.23-2.27 Dễ đúc, dễ cắt gọt, khó hàn, khó rèn dập, dễ bị ăn mòn điểm cấu trúc khơng đồng Ngồi có gang xám biến tính, gang cầu (bổ xung Mg) gang rèn - Gang hợp kim: + Gang Crom chứa: 26-36 % Cr, khả bền ăn mòn với HNO3 , có hợp chất chứa Cl, S, Có thể làm việc lên tới 12000C + Gang Austenite chứa 19% Cr, 9% Ni bền ăn mòn với HNO3 làm việc 10000 C + Gang Niken chứa 20% Ni 5-6% Cu, chịu kiềm nhiệt độ cao, chịu HCl, H2SO4 loãng nhiệt độ thường, chịu mài mòn tốt + Gang silic: chứa khoảng 14.5-18%Si, chịu ăn mòn tốt với H2SO4 HNO3 nồng độ nào, bền với axit có gốc halogen  Sử dụng: Chân đế, chân đỡ hệ thống tháp, máy gia công vật liệu, … 2.2 Thép Cacbon thường Nhiệt độ nóng chảy thường: 1400-15000 C, hệ số dẫn nhiệt λ=46-58 W/mK ρ = 7880kg/m3 , Cp =460 J/Kg.K 2.3 Thép hợp kim thấp - Bổ xung lượng nhỏ nguyên tố hợp kim như: Ni, Cr, Mn, Mo, … để cải thiện tính tăng độ bền nhiệt 2.4 Thép Không gỉ - t= 1400 C, λ = 14-19W/mK , ρ = 7900Kg/m3 - Austenitic: Loại thép ko gỉ thông dụng Thuộc dòng kể đến thép SUS: 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s,… Loại có chưa 17-25% Cr, 8-20% Ni Mn C 0.08% max Thành phần tạo cho thép có khả chịu ăn mòn cao phạm vị nhiệt độ rộng, ko bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn,… - Ferritic: loại thép ko gỉ có tính chất lý tương tự thép mềm, có khả chịu ăn mòn cao thép mềm (thép đen) bị nhiễm từ Thuộc dòng kể loại thép SUS: 430, 410, 409,… Loại có chưa khoảng >17% Chrom, sử dụng để làm đồ gia dụng, nồi hơi, máy giặt, kiến trúc nhà Kim loại màu hợp kim 3.1 Đồng - Đồng đỏ có độ tinh khiết 99.7%, có tính dẫn nhiệt tốt λ = 387 W/mK ρ = 8900kg/m3 , tnc = 10830C, hệ số dãn dài: 16.5x106 1/K CĨ tính bền tính dẻo điều kiện lạnh sâu CHịu ăn mòn tốt dd kiềm, axit H2SO4 có nồng độ -> 50% nhiệt độ -> 600C - Đồng gồm đồng thiếc (dùng làm bạc đỡ), chịu H2SO4 loãng ko chịu HNO3, đồng nhôm( đúc vỡ, cánh bơm, bánh vít) đồng silic (làm lò xo, va chạm ko tạo tia lửa điện, chống cháy nổ) - Đồng thau (20-25% kẽm) λ= 105-116 W/mK, ρ = 8500kg/m3, tnc= 9100C bền ăn mòn hố học tốt đồng đỏ, có tính bền tính dẻo nhiệt độ thấp 3.2 Nhôm - Dùng chế tạo thiết bị hố chất có độ tinh khiết 99.7%, có tính dẫn nhiệt tốt λ = 218 W/mK, ρ = 2700 kg/m3, t0nc=6570C chịu ăn mòn tốt với HNO3 đậm đặc, H3PO4, CH3COOH, Khi Cl HCl khô, ko bền với dd kiềm đậm đặc, HCOOH, dd HCl HF - Nhơm hợp kim có sức bền cao hơn, dễ chế tạo Nhơm hợp kim dùng việc chế tạo thiết bị truyền nhiệt, thiết bị lạnh sâu Một số hợp kim nhơm với Mg có độ bền cao, nhẹ thích hợp cho ngành hang ko/ 3.3 Niken - Là vật liệu có độ bền cơ, bền nhiệt, bền ăn mòn cao, tính gia cơng tốt, nhiên giá thành cao Niken chịu kiềm nóng chảy, chịu ăn mòn axit hữu Hệ số dẫn nhiệt λ= 58W/mK, ρ = 8800kg/m3, t0nc = 14520C - Niken sử dụng cơng nghiệp hố chất thường dạng hợp kim với đồng Molipđen có tính khả chịu ăn mòn tốt 3.4 Titan - Là vật liệu có độ bền thép nhẹ = ½ khối lượng đắt gấp 10 lần thép, chống ăn mòn HNO3 sôi, nước cường toan Không bền với H2SO4 40%, hệ số dẫn nhiệt λ=16.2 W/mK, ρ = 4506 kg/m3, t0nc=16800C 3.5 Tantalium Tanta vật liệu có độ bền nhiệt độ nóng chay cao, đắt 100 lần so với thép, chống ăn mòn HNO3 sơi, nước cường toan, axit H2SO4 85%, 1000C, không bền với kiềm, λ = 54.3W/mK, ρ = 16690kg/m3, tnc =3290 C 3.6 Chì - Chịu ăn mòn với H2SO4 lỗng muối nó, thường dùng để bọc lót ống dẫn bể chứa, thường pha them 10% antimen để tăng độ cứng CHì thích hợp để làm đệm bít kín cho mặt bích hộp đệm λ= 34.8 W/mk, ρ = 11350 Kg/m3, tnc= 3270C Vật liệu vơ 4.1 Aminang:là nóm sợi khống dùng CNHC để làm vòng đệm cho mặt bích, bít kín hộp đệm, dùng sản xuất chịu axit, chịu nhiệt -> 5000C 4.2 Thuỷ tinh, thạch anh: Có khả chịu ăn mòn cao (trừ HF) hệ số dãn nở nhiệt thấp khả chịu nhiệt độ cao tốt 4.3 Thuỷ tinh chịu nhiệt: (Bổ xung ngto Bo) chịu nhiệt độ, chịu ăn mòn tốt, thơng thường dùng làm ống thuỷ tih quan sát 4.4 Gốm: chịu axit, bê tong vữa đặc biệt 4.5 Graphit: có khả chịu ăn mòn loại axit, bền kiềm nhiệt độ cao Vật liệu hữu - Gỗ: vật liệu nhẹ, rẻ tiền bền với dd axit, kiềm lỗng, khơng thể làm việc nhiệt độc ao Có thể dùng làm cánh khuẩy, vật liệu độn tháp hấp thụ, cách nhiệt,… - Cao su: cao su tự nhiên nhân tạo: cao su chịu ăn mòn axit H2SiF6, HF-> 50%, HCOOH, H2SO4 -> 50%, H3PO4 -> 85%, dd kiềm, … ko bền với H2SO4 đậm đặc, H2O2, HNO3 thích hợp để làm đệm kín, bọc lót đường ống thiết bị Vật liệu Composite - Vật liệu composite keetshowpj or nhiều vật liệu thành phần, không tan lẫn vào nhau, tạo nên vật liệu có cấu trúc tính khác với vật liệu thành phần - Vật liệu composite gồm thành phần chính: + Vật liệu cốt: pha phân tán, dạng sợ, vải dệt or ko dệt, dạng hạt + vật liệu nền: pha liên tục, polymer, gốm, kim loại,… - Thông thương vật liệu composite vật liệu định hướng, cách tính tốn khác vố vật liệu đẳng hướng truyền thống - PP gia công: + Đúc khuôn áp lực, or đúc ly tâm + Phun ép nhiều lớp + Dãn ép nhiều lớp + Cuốn sợ or bang sợi, Cơ chế ăn mòn - Ăn mòn chủ yếu xảy theo chế ăn mòn hố học ăn mòn điện hố - Ăn mòn hố học phá huỷ kim loại phản ứng hoá học xảy ra, ko phát sinh dòng điện kèm theo Dạng ăn mòn chủ yếu khí tác dụng với kim loại ko có chất lỏng dẫn điện ngưng tụ bề mặt tốc độ ăn mòn tăng áp suất nhiệt độ tăng Với dung dịch k điện ly, ăn mòn xuất bề mặt tiếp xúc với kim loại ko bị hồ tan Ăn mòn xảy DG> - Ăn mòn điện hố: phá huỷ kim loại tiếp xúc với dung dịch điện ly có chênh lệch điện vùng Phần kim loại điện cực âm anot bị hoà tân vào dung dịch điện ly Vấn đề ăn mòn chống ăn mòn - Các dạng ăn mòn:  Ăn mòn ăn mòn ko đều: tượng xảy đồng khắp bề mặt KL nên ko gây bất thường độ dày vỏ KL Có thể khắp phục cách: bổ sung lượng chiều dày dư thiết kế ban đầu Ăn mòn ko ăn mòn nguy hiểm bất thường kết cấu or ko đồng cấu trúc vật liệu  Dạng hoà tan anot kim loại tiếp xúc với dung dịch điện ly: Hình thành cặp pin, kim loại anot bị hồ tan vào dung dịch, q trình xảy nhanh chênh lệch hiệu điện lớn, kim loại bị phá huỷ chủ yếu quanh vị trí tiếp xúc với catot  Dạng ăn mòn chênh lêch nồng độ: Do chênh lệch nồng độ hình thành vùng có điện khác, phần kim loại tiếp xúc với dd lỗng lại anot bị hồ tan Hiện tượng xảy chênh lệch nồng độ khí oxy hố dd  Dạng ăn mòn khe hở, vết rạn: điện cực kim loại vết nứt thấp hơn, nên kim loại vết nứt dễ bị ăn mòn Ngồi ra, ko có lưu chuyển, nên xuất chênh lệch nồng độ vết nứt  Dạng ăn mòn bề mặt:  Dạng ăn mòn có lựa chọn:  Dạng ăn mòn tinh thể: dạng ăn mòn xuất ranh giới tinh thể, phá huỷ ngầm cấu trúc làm giảm tính kim loại rõ rệt  Ăn mòn điểm: cấu trúc bề mặt KL ko phẳng, ngưng tụ chất lỏng bề mặt Dạng ăn mòn chủ yếu phát triển theo chiều sâu  Ăn mòn khuếch tán nhiể độ cao áp suất cao: Các H2 N2 có khả khuếch tán nhanh vào thép điều kiện Pcao 1000atm nhiệt đột thấp or nhiệt độ cao P thấp Sự khuếch tán gây ròn trót lớp KL  Kim loại bị ròn nhiệt độ thấp: nhiệt độ thấp, tính chất KL bị thay đổi rõ rệt, KL bị ròn or trót bề mặt, làm giảm khả chịu ứng suất  Hiện tượng xúc tác: số KL có khả xúc tác, thúc đẩy or cản trở trình phả ứng - Sự phá huỷ với vật liệu phi KL Các vật liệu phi KL bị phá huỷ nhiệt độ cao, ứng suất vượt ngưỡng cho phép or biến dạng vĩnh viễn chịu tải thời gian dài, tác động ánh sáng, trương nở tác dụng dung môi, tác động hệ vi sih vật, - Các biện pháp chống ăn mòn  Chọn vật liệu hợp lý: vào điều kiện làm việc ứng suất lựa chọn vật liệu phù hợp  Dùng kết cấu hợp lý: -+sửa đổi kết cấu tránh vùng bị tập trung ứng suất + sửa đổi kết cấu để chất lỏng luân chuyển, tránh chênh lệch nồng độ + ko để chất lỏng dư dọng lại thiết bị  Sử dụng biện pháp bảo vệ điện hoá: + dùng trạm catot + dùng anot hy sinh + tạo lớp thụ động bề mặt  Che phủ bề mặt vật liệu chịu ăn mòn + mạ KL + tráng men + sơn, bọc tráng chất dẻo Mối liên kết hàn 9.1 Ưu điểm - Tốn vật liệu - Kín hồn tồn - Chịu áp lực tốt - Bền - Gia công nhanh 9.2 Nhược điểm - Dễ ăn mòn - ứng suất riêng lớn (Nhiệt cục bộ) 9.3 Các loại mối hàn : loại - Butt: hàn tiếp xúc mặt - Lap: Hàn chồng - Tee: hàn chữ T - Corner: Hàn góc - Edge: 10.Mối liên kết khơng tháo khác - Mối liên kết nong - Mối liên kết tán - Mối liên kết dán gắn 11.Mối liên kết bích 11.1 Ưu điểm - Ln kín điều kiện nhiệt độ, áp suất làm việc - Đảm bảo độ bền lâu - Dễ dàng chế tạo hàng loạt - Tháo lắp dễ, nhanh thuận lợi 11.2 Nhược điểm - Giá cao 11.3 Một số bích thường gặp CNHC - Bích liền - Bích hàn - Bích tự 11.4 Các dạng mặt bích - Tròn - Vng - Ơ van 11.5 Tính bền cho mặt bích - Lực momen tác dụng lên mặt bích  Lực áp suất ống gây Dt : đường kính thiết bị vòng đệm P: áp suất bên ống - Lực xiết chặt vòng đệm Trong đó: m: hệ số vòng đệm bv: bề rộng có hiệu vòng đệm Dt : bề rộng thực vòng đệm Nếu vòng đệm tròn dẹt: - Lực vận hành - Lực xiết chặt ban đầu qt : áp suất riêng vòng đệm xiết chặt ban đầu N/cm2 - Cánh tay đòn: - Cánh tay đòn lực pp - Momen đỉnh: φ - Momen lực P0 - Xác định đường kính tối thiểu bulong: - Xác định chiều nắp bán cầu (gt D0=50cm) - Xác định chiều dày bích (λ=1.2) 12 Tấm mỏng tròn - Giả thiết:  Độ võng nhỏ biến dạng  Trạng thái ứng suất theo phương (theo chu vi) trạng thái ứng suất phẳng  Mp trung bình trước sau biến thiên ko đổi  Mặt phẳng trung bình sau biến dạng ko bị kéo dài 13.Phương trình mỏng tròn chịu lực đối xứng theo phương chu vi - Biến dạng ứng suất  Độ võng  Dấu “-“ r tăng w giảm - Tách phân tố  mặt phẳng vng góc qua trục z0z tạo góc dβ  Cắt mặt trụ đồng tâm (r) (r+dr)  A-> A’: zφ  B-> B’: z(φ+dφ)  Biến dạng AB -> A’B’ z(φ+dφ) – zφ = z.dφ  Biến dạng tương đối (theo phương bán kính):  A -> tâm ban đầu: 2πr Sau: 2π(r+2φ) - Giảm biến dạng tương đối theo phương chu vi điểm A - Quan hệ ứng suất σ theo định luật Hook  Momen phân bố đơn vị chiều dài 14.Lý thuyết vỏ mỏng 14.1 Các thiết bị chế tạo từ thép chiếm khoảng 70% tổng khối lượng thiết bị nhà máy hoá chất việc thiết kế thiết bị đáp ứng yêu cầu công nghệ, đăc biệt đủ bền tiết kiệm mang lại lợi ích kinh tế to lớn cho xã hội Tuỳ theo quan điểm thiết kế tính chất cơng nghệ phân loại theo:  Theo vật liệu chế tạo: (thếp hợp kim, kim loại màu, composite,…)  Theo phương pháp chế tạo: (lốc, uốn, gò, hàn, vê, tán, quấn,…)  Theo cách lắp ráp: (Chuyển động, di động, tháo rời, không tháo rời, )  Theo hoạt động vị trí khơng gian (Hình tru đứng ,hình trụ ngang, hình cầu,…)  Theo điều kiện làm việc: (chịu ánh sáng trong, ánh sáng ngồi, nhiệt độ làm việc,…)  Theo cơng dụng thiết bị: (thùng, bể chứa, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị phản ứng, …)  Theo bề dày vỏ thiết bị: (thiết bị vỏ mỏng, thiết bị vỏ dày,…)  Tiêu chuẩn nhận biết thiết bị vỏ mỏng S B’: z(φ+dφ) 53.Biến dạng AB -> A’B’ 54.z(φ+dφ) – zφ = z.dφ 55.Biến dạng tương đối (theo phương bán kính): 56.A -> tâm ban đầu: 2πr 57 Sau: 2π(r+2φ) 58.Giảm biến dạng tương đối theo phương chu vi điểm A 59 60.Quan hệ ứng suất σ theo định luật Hook 61 62 63.Momen phân bố đơn vị chiều dài 64.Phương trình mỏng tròn 65.Chịu tải trọng đối xứng 66.Tại mặt cắt A1A1B1B1 67.dF=dz(rdβ) 68.Xét phân tố dF 69 70 71 72.Thế σr σt 4.1 vào 4.2 73 74 75 76.Độ cứng chống uốn mỏng 77 78 79.Chia vế với phương trình 4.1 cho 4.4 4.5 80 81.z: -h/2 -> h/2 -> 82.cân momen phân tố trục y-y: 83 84.Bỏ qua vô bé bậc cao ý sin(dβ/2)= dβ/2 85 86.Thay Mr Mt pt 4.6 vafp 4.9 ta có: 87 88.Chú ý 89 90 91 92.Ví dụ 93.Xét 0 C2 =0; 108 Xét R1< r ≤R 109 Phương trình cân lực: 110  ... Theo công dụng thiết bị: (thùng, bể chứa, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị phản ứng, …)  Theo bề dày vỏ thiết bị: (thiết bị vỏ mỏng, thiết bị vỏ dày,…)  Tiêu chuẩn nhận biết thiết bị vỏ mỏng S