THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ HÓA

Thiết kế thiết bị hóa chất là một trong những công việc sáng tạo, cần thiết và quan trọng nhất của một người kỹ sư hóa. Đó là quá trình thu thập, tổng hợp những ý tưởng để đạt được mục đích như mong muốn .Người kỹ sư thiết kế bắt đầu với những mục tiêu cụ thể được đặt ra, và bằng việc ước tính, phát triển thêm từ những thiết kế có thể thực hiện được, họ sẽ tính toán và tìm ra cách tốt nhất để thỏa mãn những yêu cầu đã được đặt ra ban đầu.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN HỮU HIẾU ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ HĨA TP.HCM, 09/2017 BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Nhóm báo cáo: Giảng viên hướng dẫn báo cáo: Trong thời gian hướng dẫn nhóm: báo cáo, tơi có nhận xét sau: Ngày … tháng … năm 2017 Cán hướng dẫn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC Danh sách thành viên nhóm: Nguyễn Tân Lê Thanh Nam Nguyễn Lê Hữu Trí Phan Thị Như Huỳnh Ngơ Phương Huỳnh Thị Thùy Trang Nguyễn Thị Thiên Hương Nguyễn Thị Thu Thảo Phạm Nguyễn Anh Phương 10 Nguyễn Thị Tố Yên BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY MỤC LỤC Thiết kế khí cho thiết bị hóa 1.1 Định nghĩa 1.2 Nội dung thiết kế .6 1.2.1 Yêu cầu thiết kế 1.2.2 Tập hợp liệu .7 1.2.2 Tìm hiểu giải pháp khả thi cho thiết kế 1.2.2 Đưa lựa chọn cụ thể MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ TRONG LĨNH VỰC HÓA 10 2.1 Máy nghiền nhựa .10 2.2 Tháp giải nhiệt 11 2.2 Tháp chưng cất 12 2.4 Thiết bị phản ứng khuấy trộn 12 MỘT SỐ TIÊU CHUẨN TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ 13 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC 1.THIẾT KẾ THIẾT BỊ HĨA, THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ HĨA LÀ GÌ 1.1 Định nghĩa: Thi ết Có kế thể hợ thiết kếp lý Thiết kế thiết bị hóa chất cơng việc sáng tạo, cần thiết quan trọng người kỹ sư hóa Đó q trình thu thập, tổng hợp ý tưởng để đạt mục đích mong muốn Người kỹ sư thiết kế bắt đầu với mục tiêu cụ thể đặt ra, việc ước tính, phát triển thêm từ thiết kế thực được, họ tính tốn tìm cách tốt để thỏa mãn yêu cầu đặt ban đầu Các ràng buộc bên ngồi Các ràng buộc bên Hình 1.1 Các ràng buộc thiết kế Khi tìm kiếm phương án thích hợp cho việc thiết kế, người kỹ sư bị ràng buộc nhiều yếu tố, từ giới hạn lại thiết kế thực Thơng thường q trình thiết kế phát sinh vấn đề, vấn đề phát sinh đa phần có nhiều cách để giải Người kỹ sư thiết kế tìm thấy nhiều phương án thay cho để đạt yêu cầu thiết kế thiết bị tốt thiết kế nhờ vào ràng buộc định trình thiết kế Những giới hạn việc tìm giải pháp để xử lý vấn đề thiết kế đặt nhiều lĩnh vực khác Một phần só cố định khơng thể thay đổi như: định luật vật lý, quy định nhà nước, quy định tiêu chuẩn người kỹ sư chọn để thiết kế Một số ràng buộc khác không cứng nhắc, lựa chọn người thiết kế chiến thuật chung mà họ đề để tìm kiếm thiết kế tốt Các ràng buộc nằm tác động người thiết kế hiểu ràng buộc bên Chúng đặt ranh giới bên cho mẫu thiết kế khả thi hình 1.1 Trong ranh giới có số mẫu thiết kế hợp lý bị giới hạn số ràng buộc khác (ràng buộc bên trong), qua người thiết kế có vài trò kiểm sốt, lựa chọn q trình, điều kiện trình, hay nguyên vật liệu, thiết bị, Việc xem xét đến yếu tố kinh tế hiển nhiên ráng buộc quan trọng việc thiết kế kỹ thuật: thiết bị thiết kế phải sinh lợi nhuận Thời hạn hoàn thành yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế, đôi lúc chúng giới hạn lại số lượng phương án xem xét người kĩ sư BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY Mục tiêu ( thông tin chi tiết vẽ ) Thu thập liệu ( đặc tính phương pháp thiết kế ) Tạo thiết kế khả thi Chọn lọc cải tiến ( tối ưu hóa ) Thiết kế cuối Hình 1.2 Quy trình thiết kế 1.2 Nội dung thiết kế : 1.2.1 Yêu cầu thiết kế : Trước bắt đầu việc thiết kế, người kỹ sư cần có bản kê hồn chỉnh yêu cầu thiết kế rõ ràng Nếu có yêu cầu xuất bên phạm vi mà người kỹ sư đưa ra, từ khách hàng phận tập đồn, người thiết kế phải làm rõ chúng thông qua việc bàn luận với tổ chức/cá nhân đặt chúng Việc phân biệt nhu cầu cần thiết nhu cầu mong muốn khách hàng tương đối quan trọng Những mong muốn ban đầu khách hàng bị giảm bớt cần thiết trình thiết kế Ví dụ, phận bán hàng đặt yêu cầu mà họ xem cần thiết lại khó tốn để đạt được, yêu cầu giảm bớt mà đảm bảo thiết bị sau thiết kế có khả cạnh tranh thị trường mà giá đầu tư lại rẻ Khi tình xuất hiện, người kỹ sư phải luôn đặt vấn đề đánh giá kỹ chúng trình thiết kế Khi tổng hợp đặc điểm kỹ thuật mà người thiết kế định thiết kế khí việc mua nguyên vật liệu gia công, người kỹ sư thiết kế cần phải biết rõ hạn chế, ràng buộc mà họ tạo cho kỹ sư khác (chẳng hạn kỹ sư gia công, chế tạo thiết bị) 1.2.2 Tập hợp liệu: ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Để tiến hành thiết kế, nhà thiết kế phải tập hợp tất kiện liên quan liệu cần thiết Đối với thiết kế quy trình, điều bao gồm thơng tin quy trình, hiệu suất thiết bị liệu thuộc tính thực Giai đoạn phần tốn thiết kế Các nguồn thơng tin quy trình thuộc tính vật lý xem xét q trình thiết kế Nhiều tổ chức thiết kế chuẩn bị sổ tay liệu bản, bao gồm tất q trình "bí quyết" Hầu hết tổ chức có hướng dẫn thiết kế bao gồm phương pháp liệu ưa cho thủ tục thiết kế thường xuyên sử dụng thường xuyên Các tiêu chuẩn quốc gia nguồn phương pháp thiết kế liệu; chúng ràng buộc thiết kế Các khó khăn, đặc biệt ràng buộc bên ngoài, cần xác định sớm trình thiết kế 1.2.3 Tìm kiếm giải pháp khả thi cho thiết kế: Phần sáng tạo trình thiết kế sáng tạo giải pháp khả thi cho vấn đề (cách đạt mục tiêu) để phân tích, đánh giá lựa chọn Trong hoạt động này, người thiết kế phần lớn dựa vào kinh nghiệm trước người khác Trong ngành cơng nghiệp hóa chất q trình chưng cất đại phát triển từ ảnh cổ xưa sử dụng để cải tiến từ tháp ngun thủy, thơ sơ Do đó, thường khơng phải nhà thiết kế quy trình phải đối mặt với nhiệm vụ sản xuất thiết kế cho q trình hồn tồn lạ phần thiết bị Công việc cần thiết để phát triển quy trình mới, chi phí, thường bị đánh giá thấp Tiến thực chắn bước nhỏ Tuy nhiên, đổi mong muốn, kinh nghiệm trước đây, thông qua thành kiến, ức chế việc tạo chấp nhận ý tưởng mới, hội chứng “không phát minh đây!” Số lượng công việc cách giải phụ thuộc vào mức độ lạ dự án thiết kế Các dự án kỹ thuật hóa học chia thành loại  Sửa đổi, bổ sung, cho nhà máy có thường thực nhóm thiết kế nhà máy  Năng lực sản xuất để đáp ứng nhu cầu bán hàng ngày tăng, việc bán quy trình thiết lập nhà thầu Sự lặp lại thiết kế tại, với thay đổi thiết kế nhỏ  Quy trình mới, phát triển từ nghiên cứu phòng thí nghiệm, thơng qua nhà máy thí điểm đến quy trình thương mại Ngay đây, hầu hết đơn vị hoạt động thiết bị trình sử dụng thiết kế thiết lập Bước việc thiết kế quy trình phác thảo sơ đồ khối sơ cho thấy giai đoạn quy trình; để liệt kê chức (mục tiêu) BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY khó khăn cho giai đoạn Kinh nghiệm sau hoạt động sau thiết bị cần xem xét Jones (1970) thảo luận phương pháp thiết kế đánh giá số kỹ thuật đặc biệt, buổi họp khoa học kỹ thuật hội thảo, phát triển để giúp tạo ý tưởng để giải vấn đề khó giải Một tài liệu tham khảo tốt nghệ thuật giải vấn đề CLASSICAL WORK Polya (1957); xem thêm Chittenden (1987) Một số kỹ thuật để giải vấn đề ngành cơng nghiệp hóa học trình bày tác phẩm ngắn Casey Frazer Việc tạo ý tưởng cho giải pháp khả thi vấn đề thiết kế tách rời khỏi giai đoạn lựa chọn trình thiết kế; số ý tưởng bị bác bỏ không thực tế chúng đưa 1.2.4 Đưa lựa chọn cụ thể: Nhà thiết kế bắt đầu tất giải pháp bị ràng buộc ràng buộc bên ngoài, trình đánh giá, lựa chọn tiến bộ, thu hẹp phạm vi ứng viên để tìm thiết kế "tốt nhất" cho mục đích Q trình lựa chọn xem xét để qua giai đoạn sau: - Có thể thiết kế (đáng tin cậy) - Bên ràng buộc bên - Thiết kế có tính khả thi (khả thi) - Trong ràng buộc nội - Thiết kế triển vọng - Thiết kế tốt (tối ưu) - Đánh giá giải pháp tốt cho vấn đề Quá trình lựa chọn trở tiết tinh tế thiết kế tiến triển từ mức khả thi đến mức độ triển vọng giải pháp xảy Trong giai đoạn đầu, kiểm tra thô dựa ý nghĩa thông thường, đánh giá kỹ thuật chi phí thơ thường đủ Ví dụ, khơng nhiều phút để thu hẹp lựa chọn nguyên liệu để sản xuất ammonia từ ứng dụng nói gỗ, than bùn, than đá, khí đốt tự nhiên, dầu, cần có nghiên cứu chi tiết để lựa chọn dầu khí đốt Để chọn thiết kế tốt nhất, từ xảy ra, thiết kế chi tiết cơng việc chi phí thường cần thiết Tuy nhiên, nơi hiệu suất ứng cử viên thiết kế đến chi phí tinh tế nữa, thời gian tiền bạc, khơng đáng giá đặc biệt thường có số khơng chắn vào độ xác ước tính Các kỹ thuật toán hoch mà phát triển để hỗ trợ tối ưu thiết kế thực vật suất thảo luận thời gian ngắn Phần 1.10 Rudd Watson (1968) Wells (1973) mô tả kỹ thuật thức cho sàng lọc sơ thiết kế thay 1.2.5 Thiết kế khí cho thiết bị hóa ý nghĩa việc làm này: ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC Thiết kế khí cho thiết bị hóa phần quan trọng khơng thể thiếu q trình thiết kế thiết bị hóa chất Sau hoàn thành bước nêu ta xác định thông số công nghệ cần thiết cho thiết bị, từ ta bắt đầu tính tốn khí cho thiết bị (tính tốn khí tạm hiểu tính bền (bền học, bền hóa học bền theo thời gian vận hành), tính đến mức độ an tồn vận hành thiết bị) Vậy tính tốn khí cho thiết bị hóa tính nội dung gì? Theo tìm hiểu nhóm thiết kế khí bao gồm nội dung sau: _Chọn vật liệu phương pháp chế tạo thiết bị, từ tính tốn bề dày cho thiết bị chi tiết phụ thiết bị (Thân thiết bị, đáy nắp thiết bị, bích vòng đệm để nối bít kín thiết bị, phận đỡ cố định thiết bị trước điều kiện môi trường, ) :  Từ thơng số cơng nghệ đường kính, chiều cao thiết bị thông số vận hành áp suất vận hành, suất thiết bị, nhiệt độ vận hành, ta chọn vật liệu, phương pháp chế tạo (ví dụ: hàn hồ quang để bít kín ghép bích để nối thiết bị) phù hợp dựa tiêu chuẩn có (chẳng hạn ASME) để tra thơng số cần thiết tính tốn bề dày nhờ vào công thức mà tiêu chuẩn đưa  Đối với thân thiết bị chính, bề dày ta tính ban đầu chưa phải bề dày thực tế ta cần chế tạo Trong trình vận hành, ta phải kể đến việc vật liệu bị ăn mòn, dựa vào yêu cầu thời gian sử dụng thiết bị (chẳng hạn ta muốn thiết bị sử dụng 10 năm) ta phải tính lại bề dày hao hụt ăn mòn theo thời gian  Kết hợp thơng số bề dày lại ta có bề dày cần chế tạo _Thiết kế chi tiết đỡ cố định thiết bị điều kiện làm việc:  Đầu tiên ta cần tính tốn tải trọng thiết bị (trong lúc hoạt động) xem xét thiết bị đặt đứng hay đặt ngang để có ứng suất tiềm mà thiết bị phải chịu đặt nơi làm việc, sau chọn phận đỡ phù hợp (bệ đỡ, võ đỡ, tai treo) tính tốn bền cho phận đỡ _Ngồi cần thiết ta thường thêm chi tiết bù giãn nỡ cho lỗ hay vị trí kết nối số chi tiết tăng cứng khác, tất chi tiết phải lựa chọn phù hợp tính tốn bền _Sau tính xong thiết bị chi tiết phụ, ta cần xem xét, kiểm tra kĩ số liệu tính để đảm bảo khơng có sai sót Khi thiết bị chế tạo xong, cần vận hành thử để kiểm tra độ an toàn hiệu thiết bị  Thiết kế khí cho thiết bị hóa chất việc làm quan trọng, để có thiết bị vận hành lâu dài, hiệu quả, mang lại lợi ích kinh tế mà đảm bảo an tồn q trình vận hành ta khơng thể bỏ qua BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY bước tính tốn, thiết kế Hiện có nhiều tiêu chuẩn đưa cho yêu cầu khí thiết bị, nên việc tính tốn trở nên dễ dàng thống nước giới Một số tiêu chuẩn liệt kê phần báo cáo MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ TRONG LĨNH VỰC HÓA: 2.1 MÁY NGHIỀN BÚA (Quá trình hoạt động chủ yếu trình học): Máy nghiền nhựa loại thiết bị dùng để bạm, nghiền nát cuống nhựa, phế phẩm nhựa nhằm mục đích tạo ngun liệu cho q trình tái chế phế phẩm nhựa Bản chất loại máy nghiền phản kích Vật liệu nhập vào nghiền nát va đập vật liệu với cánh búa quay với thành máy Vật liệu bị biến dạng vỡ thành hạt có kích thước nhỏ Đến kích thước hạt nhỏ lỗ dưới, hạt theo lỗ ngồi Hình 2.1a Máy nghiền nhựa * Thơng số kĩ thuật: Tốc độ vòng quay: 180 vòng/phút Lưỡi dao quay: pcs Kích thước máy: 515x340x460 mm Đường kính trục quay: Ø110 mm Năng suất băm: 100 – 700 kg/giờ Kích thước phế liệu vào: 20 - 600 mm Kích thước hạt sau băm: – 25 mm Động cơ: 10 HP Độ ồn : 55 Db Dao băm nghiền: nhiệt luyện độ cứng cao, chịu mài mòn, va đập Hình 2.1b Máy nghiền nhựa 10 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC 2.2 THÁP GIẢI NHIỆT (Quá trình hoạt động chủ yếu trình truyền nhiệt): Tháp giải nhiệt thiết bị sử dụng để giảm nhiệt độ dòng nước cách trích nhiệt từ nước thải khí Tháp giải nhiệt tận dụng bay nhờ nước bay vào khơng khí thải khí Kết là, phần nước lại làm mát đáng kể Tháp giải nhiệt làm giảm nhiệt độ nước thấp so với thiết bị sử dụng khơng khí để loại bỏ nhiệt, tản nhiệt tơ sử dụng tháp giải nhiệt mang lại hiệu cao mặt lượng chi phí Hình 2.2a Tháp giải nhiệt * Thông số kĩ thuật: (60RT) Nhiệt độ nước vào: 40-450C Nhiệt độ nước ra: 27-280C Công suất động cơ: 1,1 kW Khả làm mát: 234000 kcal/h Lưu lượng nước: 780 l/phút Lưu lượng gió: 420 m3 /phút Giải nhiệt từ 20-25 phút Hình 2.2b Hệ thống kết nối tháp giải nhiệt 11 BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY 2.3 THÁP CHƯNG CẤT (Quá trình hoạt động chủ yếu trình truyền khối): - Dầu thơ cho vào lò nung - Sau nung nóng lên 750 độ F dẫn vào tháp chưng cất - Sau vào tháp, phần khí nhẹ bay qua mâm, phần dầu nặng chưa lọc chảy xuổng - Ở nhiệt độ sản phầm chưng cất khác hình 2.3 Hình 2.3 Sơ đồ tháp chưng cất 2.4 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN: Thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động gián đoạn: ta cho dòng dịch lỏng khí gas vào theo cửa nhập liệu tương ứng, sau trình khuấy trộn để phản ứng hồn thành khí dòng lỏng theo cửa tháo liệu tương ứng Trong trình khuấy trộn, chất acid, base chất chống tạo bọt thêm vào để ổn định trình giúp trình đạt hiệu cao 12 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC 3.MỘT SỐ TIÊU CHUẨN TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ: 3.1 ASME (American Society of Mechanical Engineers – 1880) PD 5500 (Thuộc BSI – British Standards Institution – 1901): _Logo: _Ví dụ sử dụng hai tiêu chuẩn để tính tốn khí cho thiết bị chịu áp suất trong: 13 BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY  Ta thấy sử dụng tiêu chuẩn ASME tính tốn bề dày khí lớn chút so với PD 5500, từ độ an tồn vận hành cao hơn, nhiên ta tốn chi phí chế tạo vật liệu điều khơng cần thiết 3.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KHÁC logo tiêu chuẩn đó: 14 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Tiêu chuẩn JIS TCVN: Tiêu chuẩn DIN 15 BÁO CÁO CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY Tiêu chuẩn ISO 16 ... 2.4 Thiết bị phản ứng khuấy trộn 12 MỘT SỐ TIÊU CHUẨN TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ 13 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC 1.THIẾT KẾ THIẾT BỊ HĨA, THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ... tả kỹ thuật thức cho sàng lọc sơ thiết kế thay 1.2.5 Thiết kế khí cho thiết bị hóa ý nghĩa việc làm này: ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC Thiết kế khí cho thiết bị hóa phần quan trọng... phương pháp chế tạo thiết bị, từ tính tốn bề dày cho thiết bị chi tiết phụ thiết bị (Thân thiết bị, đáy nắp thiết bị, bích vòng đệm để nối bít kín thiết bị, phận đỡ cố định thiết bị trước điều kiện