I. THIẾT BỊ KẾT TINH
2. Tính toán diều kiện bền:
Các thông số cần tra và chọn
- Áp suất tính toán:
Nếu xem áp suất thủy tĩnh là không đáng kể, bên trong thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển: N/mm2
Áp suất ngoài do tác nhân lạnh (ở nhiệt độ sôi là -100C) tác động lên thân thiết bị là N/mm2
Áp suất tác động lên thiết bị là
N/mm2
Thiết bị chịu áp suất ngoài
Vậy áp suất tính toán cho thân thiết bị được chọn trên cơ sở điều kiện làm việc nguy hiểm nhất, đó là trường hợp khi ta tháo liệu mà chưa xả tác nhân ra hết lúc đó áp suất tác động lên thân thiết bị sẽ lớn nhất và bằng áp suất của tác nhân lạnh, nên N/mm2.
- Nhiệt độ tính toán được lấy là nhiệt độ môi trường làm việc cộng với 200C (thiết bị có bọc cách nhiệt). Nhưng trong điều kiện thiết bị làm việc ở nhiệt độ thấp như vậy nên ta chọn luôn nhiệt độ tính toán là 200C.
- Vật liệu chế tạo
Thân bằng thép không gỉ X18H10T Vỏ làm bằng thép thường CT3
- Ứng suất cho phép ( hình 1.2, 18)
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: * = 147 N/mm2
Hệ số hiệu chỉnh: (thiết bị có bọc cách nhiệt)
Ứng suất cho phép: = * = 147 0,95 = 139,65 N/mm2
- Hệ số bền mối hàn: - Mô đun đàn hồi: N/mm2
Hệ số an toàn chảy: N/mm2
Tính bền cho thân thiết bị khi chịu áp suất ngoài
- Bề dày tối thiểu: =
Trong đó: – Đường kính trong của thiết bị;
N/mm2 – Áp suất ngoài tác động lên thân thiết bị; N/mm2 – Môđun đàn hồi;
/3 = 1800 + 350/3 = 1916,7 mm – chiều dài tính toán cho thân
- Chọn hệ số bổ sung bề dày C
+ Hệ số ăn mòn của tác nhân NH3 là Ca = 1 mm
+ Hệ số ăn mòn của dung dịch nước trái cây là Cb = 0,5 mm + Hệ số quy tròn Co = 0,682 mm
C = 2.182 mm
- Bề dày thiết bị S = 10 mm - Kiểm tra bền
(1) Kiểm tra điều kiện:
(Thỏa điều kiện) (2) So sánh: và 0,3
Thỏa điều kiện (2) (3) Kiểm tra
= 0,649..
= 0,4057 N/mm2 > P = 0,2966 N/mm2
Thân đủ bền
Tính ổn định cho nắp đáy
- Đáy chịu áp suất ngoài: N/mm2
- Nắp chịu áp suất ngoài xấp xỉ với áp suất khí quyển vì vậy khi tính bền cho đáy, nếu đáy đủ bền thì nắp cũng đủ bền.
- Chọn bề dày tính toán cho nắp bằng với bề dày của thân thiết bị: S = 10 mm - Tính bền cho đáy
Trong đó: mm (đáy – nắp ellipse tiêu chuẩn) N/mm2; N/mm2
= 0,7 (vật liệu chế tạo làm bằng thép không gỉ) Khi đó: 120
181,11
0,2 < 0,25 < 0,3242,55 (2) Áp suất cho phép:
Trong đó là ứng suất nén được xác định bởi công thức: Vì 66,7 Nên 875..0,065 = 0,0673; 0,065 (Theo [11], 140) 0,0673.. = 103,47 N/mm2 = 1,995 Vậy 0,7779 N/mm2 > 0,2966 N/mm2 Đáy đủ bền.
- Tính tương tự cho nắp ta cũng được = 0,7779 N/mm2 > 0,1 N/mm2
Nắp cũng đủ bền.
Tính bề dày vỏ thiết bị
Áp suất bên trong bỏ thiết bị: P = = 0,2966 N/mm2 vỏ thiết bị chịu áp suất trong (xem như bề mặt cách nhiệt không tác dụng lên vỏ, phía ngoài vỏ chịu áp suất khí quyển).
- Áp suất tính toán cho vỏ thiết bị 0,2966 – 0,1 = 0,1966 N/mm2
- Nhiệt độ tính toán lấy bằng nhiệt độ tác nhân công thêm 200C (có bọc cách nhiệt) = 100C
- Vỏ làm bằng thép thường CT3
- Ứng suất cho phép ([11], hình 1.2, 18)
+ Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: * = 142 N/mm2
+ Hệ số hiệu chỉnh: = 0,95 (Thiết bị có bọc cách nhiệt) + Ứng suất cho phép: = * = 142 0,95 = 134,9 N/mm2
- Hệ số ăn mòn mối hàn: = 0,95 - Tính bề dày vỏ
Xét = 651,8 > 25
+ Khi 1000 mm thì = 4 mm
+ Bề dày thực
Trong đó : hệ số ăn mòn của NH3. Chọn = 0,5 mm hệ số quy tròn kích thước. Chọn = 0,5 mm S = 4 + 0,5 + 0,5 = 5 mm
+ Kiểm tra: 0,0035 < 1 + Áp suất cho phép: 0,884 N/mm2
Thỏa điều kiện bền chọn bề dày vỏ là 5 mm
Để đơn giản trong việc thiết kế và gia công, ta chọn các thông số kích thước của 2 thùng kết tinh như sau:
Thông số Đơn vịtính Thùng kếttinh 1 Thùng kết tinh2 1. Kích thước Thân Chiều cao thiết bị m 2,5 2,5 Đường kính trong m 1,2 1,2 Thể tích thùng m3 2,6 2,6 Bề dày thân mm 10 10 Bề mặt truyền nhiệt m2 6,56 6,367 Bề dày nắp, đáy mm 10 10 Vỏ Chiều cao vỏ m 2,089 2,089 Đường kính mm 1300 1300 Bề dày vỏ mm 5 5 Bề mặt truyền nhiệt m2 6,56 6,367 2. Số thùng Thùng 9 4
3. Điều kiện làm việc Nhiệt Tác nhân
0C -10 -15 Dung dịch
( trung bình) 0C 3 -2 -2 -5
Áp suất Phía thân (áp
suất ngoài) N/mm
Phía vỏ (áp
suất trong) N/mm2 0,1966 0,1421
Nhiệt lượng tỏa ra mỗi
thùng KW 29,8 33,9