tính toán tháp hấp thụ khí SO2

đồ án MÔN HọC trần lam giang MT b - 46 PHẦN 2: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 1- Xác định chiều dày thân tháp: Thiết bị làm việc áp suất khí ,dùng để hấp thụ khí SO , thân tháp hình trụ , chế tạo cách vật liệu với kích thước định , hàn ghép mối - Chọn thân tháp làm vật liệu X18H10T - Chọn thép không gỉ, bền nhiệt chịu nhiệt - Thông số giới hạn bền kéo giới hạn bền chảy thép loại X18H10T, tra bảng XXII – , ta có : σk = 550.106 N/m2 [II - 310] σc = 220.106 N/m2 [II - 310] - Độ giãn tương đối: δ = 38% [II - 310] - Độ nhớt va đập: ak = 2.106 J/m2 [II 310]  Chọn chiều dày thân hình trụ, làm việc với áp suất bên P xác định theo cơng thức: S= Dt × P + C (m) × [σ k ] × ϕ − P [II - 360] Dt - Đường kính tháp, m ϕ - hệ số bền thành thân trụ theo phương dọc C - hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dầy, m [σk] - ứng suất cho phép loại thép X18H10T • P - áp suất thiết bị ứng với chênh lệch áp suất lớn bên bên tháp, N/m2 P = Pmt + Ptt Trong :Pmt - áp suất làm việc, Pmt = at = 4,905.105 N/m2 Ptt - áp suất thuỷ tĩnh cột chất lỏng Ptt = ρ.g.H (N/m2) [II - 360] với ρ - KLR chất lỏng , kg/m3 ρx = 995,95 kg/m3 g - gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2 H - chiều cao cột chất lỏng, H = 6,6 m P tt = ρ.g.H = 995,95× 9,81× 6,6 = 0,61552.105 (N/m2) ⇒ P = Pmt + Ptt = 4,905.105 + 0,6155.105 = 5,5205.105 (N/m2) - 17 - đồ án MÔN HọC trần lam giang – MT b - 46 • ϕ, hệ số bền thành thân trụ theo phương dọc, ta tra theo bảng XIII.6 [II – 362] Với thân kín hay có lỗ gia cố hồn tồn ϕ = ϕh mối hàn dọc Với hàn tay hồ quang điện, thép không gỉ, thép cácbon, lớp ϕ = ϕh = 0,95 [II - 362] • Tính C C = f(độ ăn mòn, độ mài mòn, dung sai) C = C1 + C2 + C3 (m) [II - 363] Trong đó: C1 - hệ số bổ sung ăn mòn Đối với vật liệu bền (0,05- 0,1 mm/năm) lấy C = 1mm = 10-3 m (Tính theo đơn vị thời gian làm việc từ 15 - 20 năm) C2 - đại lượng bổ sung cho ăn mòn, bỏ qua C2 = C3 - đại lượng bổ sung cho dung sai chiều dày phụ thuộc vào chiều dày vật liệu C3 = 0,5 mm thép X18H10T [II 364] Vậy C = + 0,5 = 1,5 (mm) • Tính [σk] - ứng suất cho phép loại thép X18H10T Tính theo bảng XIII – [II – 357], ta chọn giá trị nhỏ tính theo cơng thức sau : - [σ k ] = σ k η - [σ k ] = ηk σ c η ηc - Theo giới hạn bền kéo: [σ k ] = σ k η [II - 355] ηk Trong đó: η - hệ số hiệu chỉnh, η = [II - 356] σk = 550.106 (N/m2) ηk - hệ số an toàn bền, ηk = 2,6 σ η 550.10 ⇒ [σ k ] = k = ηk ×1 2,6 [II - 356] = 211,5.10 (N/m2) - Theo giới hạn chảy: [σ k ] = σ c η ηc đó: η - hệ số hiệu chỉnh, η = - 18 - [II - 356] đồ án MÔN HọC trần lam giang MT b - 46 σc = 220.106 (N/m2) ηc - hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ηc = 1,5 σ η 220.10 ⇒ [σ k ] = c = ηc ×1 1,5 [II - 356] = 146,7.10 (N/m2) Ta lấy giá trị bé bé hai kết vừa tính ứng suất: [σ k ] = 146,7.106 (N/m2) Do đó: [σ c ] × ϕ P h = 146,7.10 × 0,95 = 253,9 > 50 5,5205.10 Nên bỏ qua giá trị P mẫu số cơng thức tính bề dày tháp Vậy S = Dt × P 1,5.5,5205.10 +C = + 1,5.10 −3 = 4,47.10 −3 (m) × [σ k ] × ϕ × 146,7.10 × 0,95 Chọn S = mm  Trước đưa vào sử dụng, thiết bị phải qua kiểm tra với mức độ tối đa mà chịu được: Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử (dùng nước) σ= [ Dt + ( S − C ) ].P0 2( S − C )ϕ Trong đó: ≤ σc 1,2 [II - 363] P0 - áp suất thử, N/m2 P0 = Pth + Ptt Pth - áp suất thử thuỷ lực Ptt - áp suất thuỷ tĩnh cột nước Chọn Pth = 1,5P = 1,5× 4,905.105 =7,3575 105 (N/m2) Ptt = 0,61552.105 (N/m2) ⇒ P0 = 7,973.105 (N/m2) Vậy: [1,5 + ( − 1,5)10 ].7,973.10 σ= [ Dt + ( S − C ) ].P0 2( S − C )ϕ σ≤ σ c 220.10 = = 183.10 1,2 1,2 = −3 2( − 1,5).10 0,95 −3 = 180,26.10 Chọn chiều dày thân tháp S = mm phù hợp 2.Tính chiều dày nắp đáy thiết bị Chọn đáy nắp có gờ, thiết bị làm việc chịu áp suất = 5,5205.105 > 7.104 N/m2, chiều dày S xác định cơng thức: S= Dt × P D × t + C (m) 3,8 × [σ k ] × k ×ϕ h − P 2hb - 19 - [II 385] đồ án MÔN HọC trần lam giang MT b - 46 P - áp suất thiết bị; P = 5,5205.105 (N/m2) hb - chiều cao phần lồi đáy nắp, hb = 0,375 [II– 382] [σk] - ứng suất cho phép thiết bị; [σk] = 146,7.106 (N/m2) ϕh - hệ số bền mối hàn hướng tâm Với mối hàn tay hồ quang điện, vật liệu thép Cacbon không gỉ, lớp ta chọn ϕh = 0,95 [II – 362] C - đại lượng bổ sung, C = 1,5 (mm) k - hệ số không thứ nguyên k = 1− d Dt [II– 385] d - đường kính lớn lỗ không tăng cứng; d = 0,3 (m) Dt - đường kính thiết bị ;D = 1,5(m) 0,3 Vậy k = 1− 1,5 = 0,8 Vì [σ c ] × k × ϕ P h = 146,7.10 × 0,8 × 0,95 = 201,9 > 30 5,5205.10 [II– 385] nên đại lượng P mẫu cơng thức tính S bỏ qua Vậy chiều dày đáy nắp tính: S= Dt × P D 1,5 × 5,5205.10 1,5 × t +C = × +C 3,8 × [σ k ] × k ×ϕ h 2hb 3,8 × 146,7.10 × 0,8 × 0,95 × 0,375 S = 0,0039.10 −3 + C ( m) ( m) Xét S - C = 3,9 mm < 10 mm ⇒ tăng thêm mm so với giá trị C (hệ số bổ sung tính phần S thân) C = (1,5 + 2).10-3 = 3,5.10-3 Vậy S = (3,9 + 3,5).10-3 = 7,4.10-3 (m) Quy chuẩn S = (mm)  Kiểm tra ứng suất đáy, nắp thiết bị theo áp suất thử: [D σ= ] [ ] + 2hb ( S − C ) P0 1,5 + × 0,375( − 3,5)10 −3 7,973.10 = = 184,4.10 −3 7,6.k ϕ k hb ( S − C ) 7,6 × 0,8 × 0,95 × 0,375 × ( − 3,5).10 t σ c 220.10 = 1,2 1,2 → Phải tăng độ dày lên S = (mm) ⇒σ > Kiểm tra lại ứng suất đáy, nắp thiết bị theo ỏp sut th: - 20 - đồ án MÔN HọC [D σ= trÇn lam giang – MT b - 46 ] [ ] + 2hb ( S − C ) P0 1,5 + × 0,375( − 3,5)10 −3 7,973.10 = = 150,86.10 −3 7,6.k ϕ k hb ( S − C ) 7,6 × 0,8 × 0,95 × 0,375 × ( − 3,5).10 t σ c 220.10 ⇒σ < = = 183.10 1,2 1,2 Vậy S = (mm) phù hợp 3.Tính đường kính ống dẫn a, Đường kính ống dẫn chất khí d= V 0,785.w [I– 369] Ttrong đó: V – lưu lượng thể tích khí ống, m3/s w - tốc độ trung bình ống, m/s d - đường kính ống dẫn, m V= Gy 3600.ρ y = 13007,73 = 0,6375 (m3/s) 3600 × 5,6678 Ở P = at, chọn w = 20 m/s d= [I– 369] V 0,6375 = = 0,202 (m) 0,785.w 0,785 × 20 Chọn d = 0,21 m → w = V = 19,45 (m/s) d 0.785 b, Đường kính ống dẫn chất lỏng : d= V= Gx 3600.ρ x = V 0,785.w [I– 369] 96278,94 = 26,852.10 −3 (m3/s) 3600 × 997,08 Chọn w = 2,5 m/s vận tốc chất lỏng ống đẩy bơm 369] d= [I– V 26,852.10 −3 = = 0,116 (m) 0,785.w 0,785 × 2,5 V Quy chuẩn d = 0,12 m → w = d 0,785 = 2,4 (m/s) Chọn bích nối Mặt bích phận quan trọng để nối phần thiết bị, nối phận khác với thiết bị Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương pháp nối áp suất mụi trng - 21 - đồ án MÔN HọC trần lam giang – MT b - 46 a, Bích nối thiết bị Do thiết bị thiết kế có H = 8,6 m, ta chia tháp làm đoạn để thuận lợi cho việc tu sửa bảo dưỡng Ta dùng bích nối để nối thiết bị, hai bích nối nắp đáy với thân, bích lại nối đoạn tháp Chọn loại bích liền thép kiểu I loại phù hợp với thiết bị hàn, đúc, rèn để nối thiết bị Các thông số bích: Py Dt Kiểu bích Kiểu Bulơng bích N/m2 mm D Db DI Do mm h db Z(cái) 0,4905.106 1500 1640 1600 1560 1515 40 M24 40 [II – 422] b, Bích nối ống dẫn với thiết bị Ta dùng kiểu bích tự thép để nối ống dẫn vi thit b - 22 - đồ án MÔN HọC trÇn lam giang – MT b - 46 Py N/m2 Các thơng số bích Dy Kiểu bích mm Do h h1 mm 0,4905.106 5.Tính tốn chân đỡ Thơng thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai treo hay chân đỡ để giữ thiết bị Với thiết bị này, tốt ta nên chọn chân đỡ giúp tháp ổn định vận hành Muốn chọn chân đỡ thích hợp ta phải tính tải trọng tháp Tải trọng tháp: Ptháp = Pthân + Pđáy nắp + Pchất lỏng + Pbích (N) đó: Pthân - trọng tải thân tháp (N) Pđáy, nắp - trọng tải đáy nắp tháp (N) Pchất lỏng - trọng tải cột chất lỏng (N) Pbích - trọng tải bích nối (N) a, Khối lượng thân thiết bị Mth = V.ρ = S.H.ρ = (π/4).( Dn2 − Dt2 ).H.ρ Mth - khối lượng thân thiết bị, kg Dn, Dt - đường kính ngồi thiết bị, kg H - chiều cao tháp, m ρ - khối lượng riêng thép X18H10T, kg/m3 ρ = 7,9.103 kg/m3 [ ] [II – 313] π (1,5 + × 0,005) − 1,5 M th = × 6,6 × 7,9.10 = 1175,99 (kg) b, Khối lượng đáy nắp tháp Đáy nắp làm giống ⇒ Mđáy,nắp = 2.Mđáy Chiều dày đáy (nắp) tháp S = mm ⇒ chiều cao gờ h = 25 mm [II – 384] ⇒ Khối lượng đáy (nắp) elip có gờ: Mđáy = 163 (kg) [II – 384] ⇒ Mđáy, nắp = × 163 = 326 (kg) c, Khối lượng chất lỏng thiết bị M L = ρ π D H Trong đó: ρ - KLR hỗn hợp 300C; ρ = 995,95 (kg/m3) - 23 - đồ án MÔN HọC trần lam giang MT b - 46 D - đường kính tháp, D = 1,5 (m) H - chiều cao tháp, H = 6,6 (m) 3,14 × 1,5 6,6 = 11082,3(kg) Vậy ML = 995,95 d Khối lượng bích M1bích = - ( ) π 2 Db − D1 h.ρ thep Theo thơng số chọn: Đường kính bích Db = 1600 (mm) Đường kính ngồi bích Dn = 1640 (mm) Chiều dày bích: h = 40(mm) ρ thep = 7,9.103 (kg/m3) π (1,64 − 1,6 ).0,04.7,9.10 = 32,148 (kg) M6bích = × 32,148 = 192,888 (kg) M1bích = e Trọng tải toàn tháp Khối lượng toàn thân tháp Mtt = 1175,99 + 326 + 11082,3 + 2.192,88 = 12970 kg Trọng tải tồn tháp: P = Mtt× g = 12970 × 9,81 = 127235 (N) Sử dụng chân đỡ trọng tải chân đỡ : P = 31808.75 (N) Bảng thông số chân đỡ : Tải trọng cho phép chân G.10-4 N 3,2 Bề mặt đỡ F.10 m2 514 Tải trọng L B cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 N/m2 0,78 260 200 B1 B2 H h s l d mm 22 330 400 22 16 100 27 [II - 438] - 24 - ... đỡ thích hợp ta phải tính tải trọng tháp Tải trọng tháp: Ptháp = Pthân + Pđáy nắp + Pchất lỏng + Pbích (N) đó: Pthân - trọng tải thân tháp (N) Pđáy, nắp - trọng tải đáy nắp tháp (N) Pchất lỏng... bé bé hai kết vừa tính ứng suất: [σ k ] = 146,7.106 (N/m2) Do đó: [σ c ] × ϕ P h = 146,7.10 × 0,95 = 253,9 > 50 5,5205.10 Nên bỏ qua giá trị P mẫu số công thức tính bề dày tháp Vậy S = Dt × P... = 183.10 1,2 1,2 Vậy S = (mm) phù hợp 3 .Tính đường kính ống dẫn a, Đường kính ống dẫn chất khí d= V 0,785.w [I– 369] Ttrong đó: V – lưu lượng thể tích khí ống, m3/s w - tốc độ trung bình ống,