Trong quá trình phát triển của nhân loại, con người luôn vận dụng óc sáng tạo của mình để phát minh ra những công cụ giúp ích cho đời sống, nhất là trong sản xuất và sinh hoạt. Đó là những tiền đề cho sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt ngành công nghệ hóa học đã ra đời từ rất sớm để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội, trở thành một trông những ngành chủ lực trong công nghiệp sản xuất. Vào thế kỉ XX, khi việc sản xuất các sản phẩm hóa học trở nên bền vững và có hiệu quả thì yêu cầu về máy móc, thiết bị ngày càng tăng cao. Các nhà khoa học, đội ngũ kỹ sư đã phát triển nhiều thiết bị sử dụng trong công nghệ hóa học như thiết bị truyền nhiệt, truyền khối, thiết bị phản ứng,… Dưới sự nổ lực với mục tiêu tạo ra các máy móc và thiết bị hiện đại hơn, đã đặt ra những yêu cầu về vật liệu mới và hiện đại để chế tạo các thiết bị trên nhằm tăng hiệu suất của sản phẩm làm ra và giảm chi phí lắp ráp, vận hành thiết bị. Bên cạnh đó, con người cũng đã và đang tìm ra những phương pháp chế tạo hiện đại hơn nhằm tối ưu hóa chất lượng (độ bền cơ học, tính chịu nhiệt, chịu áp suất,…) của những thiết bị sử dụng trong công nghệ hóa học. Trong tương lai, khi yêu cầu về sản phẩm ngày càng cao, các nhà sản xuất trong lĩnh vực hóa học sẽ bước vào cuộc đua thương mại khi vừa phải tối ưu hóa chất lượng sản phẩm làm ra, vừa phải hạ giá thành để thu hút người tiêu dùng. Đó cũng là động lực lớn để thúc đẩy việc sản xuất các thiết bị hóa học phát triển, đặt ra yêu cầu phải cải tiến kỹ thuật để cho ra đời những thiết bị hiện đại nhất, có hiệu suất hoạt động cao, độ bền cao, giá thành rẻ. Tin chắc trong tương lai, ngành thiết kế, sản xuất thiết bị hóa học sẽ có những bước đột phá mới đáng mong đợi.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BÁO CÁO Mơn học: CƠ SỞ TÍNH TỐN – THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA CHẤT Đề tài: SƠ LƯỢC VỀ THIẾT BỊ HÓA HỌC Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hữu Hiếu Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm TPHCM, tháng năm 2017 Danh sách thành viên nhóm Họ tên 10 Mã số sinh viên Liêu Tấn Lợi Lê Công Minh Lê Minh Tấn Huỳnh Tấn Trung Hiếu Phùng Chí Phúc Nguyễn Thanh Phúc Mai Trần Thu Thảo Đồn Ngọc Vy Vy Nguyễn Thu Thủy Nguyễn Thị Phương Thảo 1511882 (Nhóm trưởng) 1511972 1512975 1511007 1512542 1512530 1513078 1514136 1513370 1513085 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo tháp chưng cất mâm chóp Hình 1.2 Một đoạn tháp chưng cất .7 Hình 1.3 Một số chi tiết bên tháp chưng cất Hình 1.4 Phần chân tháp chưng cất Hình 2.1 Bình lọc áp lực sử dụng vật liệu composite 10 Hình 2.2 Bồn composite chứa hóa chất xử lý nước thải 11 Hình 2.3 Bồn FRP chứa thực phẩm sử dụng cơng nghệ bọc phủ composite 12 Hình 2.4 Các thành phần cấu tạo nên vật liệu composite 13 Hình 2.5 Sợi thủy tinh – Một thành phần cấu tạo vật liệu composite .14 Hình 2.6 Bồn chứa áp lực thép không gỉ ba lớp .20 Hình 2.7 Cuộn inox 304 21 Hình 2.8 Bộ trao đổi nhiệt ống chùm chữ U chế tạo từ thép khơng gỉ (inox) 24 Hình 3.1 Nguyên tắc hoạt động phương pháp USM 27 Hình 3.2 Cách thức hoạt động máy mái mòn (AJM) 29 Hình 3.3 Quá trình hoạt động máy thủy lực .30 Hình 3.4 Phương pháp EDM 33 Hình 3.5 Nguyên lý hoạt động phương pháp LBM 36 Hình 3.6 Nguyên tắc hoạt động kỹ thuật cắt plasma (PAM) .38 Hình 4.1 Thiết bị chịu áp suất .39 Hình 4.2 Thiết bị chịu áp suất 40 Hình 4.3 Sự phá hủy thiết bị áp suất 40 Hình 4.4 Sự phá hủy thiết bị áp suất 41 Hình 4.5 Thiết bị dạng trụ nằm ngang 42 Hình 4.6 Thiết bị dạng trụ đứng 43 Hình 4.7 Thiết bị chứa dạng cầu .45 Hình 4.8 Sự phân bố áp suất lên phương thiết bị dạng cầu .46 LỜI NĨI ĐẦU Trong q trình phát triển nhân loại, người ln vận dụng óc sáng tạo để phát minh cơng cụ giúp ích cho đời sống, sản xuất sinh hoạt Đó tiền đề cho phát triển khoa học công nghệ, đặc biệt ngành công nghệ hóa học đời từ sớm để đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội, trở thành trông ngành chủ lực công nghiệp sản xuất Vào kỉ XX, việc sản xuất sản phẩm hóa học trở nên bền vững có hiệu u cầu máy móc, thiết bị ngày tăng cao Các nhà khoa học, đội ngũ kỹ sư phát triển nhiều thiết bị sử dụng cơng nghệ hóa học thiết bị truyền nhiệt, truyền khối, thiết bị phản ứng,… Dưới nổ lực với mục tiêu tạo máy móc thiết bị đại hơn, đặt yêu cầu vật liệu chế tạo thiết bị nhằm tăng hiệu suất sản phẩm làm giảm chi phí lắp ráp, vận hành thiết bị Bên cạnh đó, người tìm phương pháp chế tạo đại nhằm tối ưu hóa chất lượng (độ bền học, tính chịu nhiệt, chịu áp suất,…) thiết bị sử dụng cơng nghệ hóa học Trong tương lai, yêu cầu sản phẩm ngày cao, nhà sản xuất lĩnh vực hóa học bước vào đua thương mại vừa phải tối ưu hóa chất lượng sản phẩm làm ra, vừa phải hạ giá thành để thu hút người tiêu dùng Đó động lực lớn để thúc đẩy việc sản xuất thiết bị hóa học phát triển, đặt yêu cầu phải cải tiến kỹ thuật đời thiết bị đại nhất, có hiệu suất hoạt động cao, độ bền cao, giá thành rẻ Tin tương lai, ngành thiết kế, sản xuất thiết bị hóa học có bước đột phá đáng mong đợi NỘI DUNG Giới thiệu thiết bị chưng cất mâm chóp 1.1 Các phận Ống tháo sản phẩm đỉnh Ống hoàn lưu Ống nhập liệu Mâm Nồi đun Ống vào Ống tháo sản phẩm đáy Ống lỏng Chóp Hình 1.1 Những phận tháp chưng cất mâm chóp 1.2 Các phận phụ 10 Tấm chắn chảy chuyền 11 Máng chảy chuyền 12 Tấm chắn chảy tràn Hình 1.2 Một đoạn tháp chưng cất 13 Đệm khung đỡ 14 Khung đỡ đĩa 3.5.2.Nguyên tắc hoạt động Hình 3.4 Phương pháp EDM EDM trình sản xuất tạo hình dạng phơi mong muốn cách sử dụng điện cực Khi điện áp hai điện cực tăng lên, cường độ điện trường điện cực trở nên lớn cường độ điện môi làm cho điện cực vỡ tạo thành dòng electron hai điện cực Lợi dụng tác động nhiệt dòng electron mà phơi cắt theo hình dạng mong muốn Tuy nhiên trình gay nhiều tranh cãi tác động dòng điện với điện cực nghiên cứu để làm rõ 3.5.3 Đặc điểm EDM - Quy trình sử dụng để chế tạo vật liệu làm việc - có tính dẫn điện; Cắt vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào tính chất nhiệt vật liệu làm việc không - phải sức mạnh, độ cứng,…; Công cụ phải có tính dẫn điện; Vật liệu bị ảnh hưởng nhiệt trình cắt 3.5.4 Ưu điểm - Có thể gia cơng vật liệu có độ cứng cao; Khơng có gờ bề mặt gia cơng; Một ưu điểm q trình phận mỏng dễ gãy, - giòn gia cơng mà khơng bị biến dạng; Có thể gia cơng chi tiết có hình dạng phức tạp; Cắt vật liệu có độ cứng cao; Độ xác cao; Ít tốn lực; Chi tiết phức tạp cắt với chi phí thấp; Các lỗ hoàn thành "pass" 3.5.5.Ưu điểm - Ưu điểm vật liệu dẫn điện; Quy trình chậm, đặc biệt phải hoàn thiện bề mặt tốt độ xác cao; Hơi nước điện mơi nguy hiểm; Vết cắt bị ảnh hưởng nhiệt; Tuổi thọ vết cắt ngắn Cách khắc phục: tỷ lệ loại bỏ kim loại tỷ lệ mài mòn dụng cụ tăng lên cách sử dụng điện cực phù hợp sử dụng hỗn hợp bột điện môi 3.6 Electron Beam Machining (gia công tia điện tử EBM) 3.6.1 Ứng dụng Quá trình sử dụng ngành công nghiệp không gian, vật liệu cách điện, hoá học ngành khác Được sử dụng để tạo lỗ lọc khí lò phản ứng hạt nhân vũ trụ, lỗ nhỏ khn đúc, lỗ đo vòi phun, vv Được sử dụng để làm hàng ngàn lỗ (đường kính P2 thiết bị chịu áp suất Hình 4.2 Thiết bị chịu áp suất Hình 4.3 Sự phá hủy thiết bị áp suất Hình 4.4 Sự phá hủy thiết bị áp suất ngồi 4.2 Một số hình dạng phổ biến thiết bị hóa học Các hình dạng thiết bị chịu áp gồm có dạng: Dạng trụ: đặt ngang đứng; Dạng cầu 4.2.1 Thiết bị dạng trụ - Bồn hình trụ có kết cấu sau: Thân bồn (hình trụ van); hai đáy hình chỏm cầu, giá đỡ, đầu nối, bích xả đáy Hình 4.5 Thiết bị dạng trụ nằm ngang Hình 4.6 Thiết bị dạng trụ đứng Ứng dụng - Thiết bị dạng trụ sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp sản xuất hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, sinh học,… - Các thiết bị truyền khối (tháp chưng cất, hấp phụ,…), thiết bị truyền nhiệt (vỏ ống), thiết bị phản ứng thiết bị chứa (bồn chứa nước sinh hoạt, bồn chứa hóa chất, dầu, …) hầu hết thiết kế sử dụng dạng hình trụ Ưu điểm Thiết bị dạng trụ có ưu điểm sau: Thiết bị dạng hình hộp chữ nhật phân bố áp lực không (ứng suất tập trung - nhiều góc cạnh) nên dễ biến dạng Thiết bị dạng trụ loại bỏ góc vng khơng thật cần thiết - Thiết bị dạng trụ chế tạo dễ dàng so với thiết bị dạng cầu Do đó, chi phí sản xuất thấp so với thiết bị dạng cầu Hình 4.7 Thiết bị chứa dạng cầu 4.2.2 Thiết bị dạng cầu Ứng dụng - Thiết bị dạng cầu sử dụng cần chứa lượng lớn chất lỏng khí có áp suất, cần thể tích lớn Khi đó, sử dụng dạng cầu phù hợp tiết kiệm không gian so với dùng thiết bị dạng trụ có kích thước lớn - Thiết bị dạng cầu dùng nhiều việc chứa khí thiên nhiên Ưu điểm: - Thiết bị dạng cầu có diện tích bề mặt nhỏ nên tốn vật liệu chế tạo hơn; - Trong điều kiện áp suất thiết kế, nhiệt độ vật liệu thiết kế, bồn chứa áp lực dạng cầu có độ dày nửa so với bồn chứa áp lực dạng trụ; - Áp suất phân bố lên điểm, phương thiết bị; Hình 4.8 Sự phân bố áp suất lên phương thiết bị dạng cầu Nhược điểm: Trong điều kiện thiết kế giống áp suất, nhiệt độ vật liệu, độ dày nhận từ thiết bị dạng cầu nửa độ dày thiết dạng trụ Tuy nhiên, thiết bị dạng cầu lại sử dụng dạng trụ bất lợi sau: - Thiết bị dạng cầu khó sản xuất so với thiết bị dạng trụ, chi phí sản xuất cao - Thiết bị dạng cầu khơng tự đứng vững được, phải tốn chi phí lắp đặt bệ đỡ; - Thiết bị dạng cầu gặp nhiều khó khăn việc lắp ráp vận chuyển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Hiếu, Thiết kế khí thiết bị áp lực, NXB ĐHQG TPHCM, 2017 [2] ASME Boiler and Pressure Vessel Code – An International Code, Section II : Materials, ASME BPVC II D C, 2015 [3] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [4] https://vi.wikipedia.org/ ... có hiệu u cầu máy móc, thiết bị ngày tăng cao Các nhà khoa học, đội ngũ kỹ sư phát triển nhiều thiết bị sử dụng cơng nghệ hóa học thiết bị truyền nhiệt, truyền khối, thiết bị phản ứng,… Dưới nổ... 4.1 Thiết bị chịu áp suất .39 Hình 4.2 Thiết bị chịu áp suất 40 Hình 4.3 Sự phá hủy thiết bị áp suất 40 Hình 4.4 Sự phá hủy thiết bị áp suất 41 Hình 4.5 Thiết bị. .. xuất thiết bị hóa học phát triển, đặt yêu cầu phải cải tiến kỹ thuật đời thiết bị đại nhất, có hiệu suất hoạt động cao, độ bền cao, giá thành rẻ Tin tương lai, ngành thiết kế, sản xuất thiết bị hóa