Tính toán mặt bích

1. Thiết bị chính

1.3.5 Tính toán mặt bích

1.3.5.1 Sơ lược cấu tạo

 Bulong và bích được làm từ thép OX18H10T.

 Mặt bích ở đây được dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với

buồng đốt và buồng đốt với đáy của thiết bị.

 Chọn bích liền bằng thép, kiểu 1 bảng XIII.27, (trang 417, [6])

 Mặt bích kiểu 1 là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc, rèn). Loại bích này dùng với thiết bị có áp suất thấp và áp suất trung bình

Các thông số cơ bản của mặt bích:

 Dt : Đường kính gọi; mm

 D : Đường kính ngoài của mặt bích; mm

 Db : Đường kính vòng bu lông; mm

 D1 : Đường kính đến vành ngoài đệm; mm

 D0 : Đường kính đến vành trong đệm; mm

 db : Đường kính bu lông; mm

 Z : Số lượng bu lông; cái

 h : chiều dày mặt bích; mm

1.3.5.2 Mặt bích giữa nắp, thiết bị và đáy

 Mặt bích nối buồng bốc và buồng đốt

 Buồng bốc và buồng đốt được nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt =

800 mm

 Áp suất tính toán của buồng đốt là 0.1346 N/mm2 (chưa có thể tích nên không tính được chiều cao)

 Áp suất tính toán của buồng bốc là 0.2943 N/mm2

 Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0.6 N/mm2 để bích kín thân. Các thông

số của bích được tra từ bảng XIII.27, (trang 419, [6])

Bảng 6. Số liệu của bích nối buồng bốc và buồng đốt

BUỒNG BỐC- BUỒNG ĐỐT P y D t Kích thước nối D 47

N/mm2 mm

0,6 800

 Mặt bích nối buồng đốt và đáy:

 Buồng đốt và đáy được nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt = 800

mm.

 Áp suất tính toán của buồng đốt là 0.1346 N/mm2.

 Áp suất tính toán của đáy là 0.064 N/mm2

 Chọn dự phòng áp suất trong thân là py = 0.3 N/mm2 để bích kín thân. Tra bảng XIII.27 (trang 419, [6])

Bảng 7. Số liệu bích nối buồng đốt và đáy

BUỒNG ĐỐT- ĐÁY

Py Dt

N/mm2 mm

0.3 800

 Mặt bích nối buồng bốc và nắp

 Buồng bốc và nắp được nối với nhau theo đường kính buồng bốc Dt =

1000mm.

 Áp suất tính toán của buồng bốc và nắp cùng là 0.1346 N/mm2

.

 Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0.3 N/mm2

để bích kín thân. Tra bảng XIII.27 (trang 419, [6])

Bảng 8. Số liệu của bích nối buồng bốc và nắp

Py

N/mm2

0,3

1.3.5.3 Mặt bích nối bộ phận thiết bị với ống dẫn:

Mặt bích ở đây dùng để nối các bộ phận thiết bị với ống dẫn. Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn, kiểu 1, tra bảng XIII.26 (trang 409, [6])

Bảng 9. Số liệu bích nối bộ phận thiết bị với ống dẫn

Ống dẫn Hơi đốt Hơi thứ Tuần hoàn Nước ngưng 1.3.6 Tính vỉ ống 1.3.6.1 Sơ lược cấu tạo

 Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị. vỉ ống phải giữ chặt các ống truyền nhiệt và bền dưới tác dụng của ứng suất.

 Dạng của vỉ ống được giữ nguyên trước và sau khi nóng. Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.

 Nhiệt độ tính toán của vỉ ống bằng với nhiệt độ của hơi đốt ttt = tD = 162.90

C

Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:

σ u¿=115 N /mm2 hình 1.2 (trang 16, [13]) Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0.95 Ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở ttt là:

[σ u ]=η . [σ ]u¿=0,95. 115=109.25 N /mm2

1.3.6.2 Tính toán

Tính cho vỉ ống ở trên buồng đốt

- Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống h1' được xác định theo công thức 8.47, (trang 181, [13]) P h1 ' =D t . K . √σu0 Trong đó  K = (0,028÷ 0,36), chọn K = 0.3

 Dt = 800 mm : Đường kính trong của buồng đốt

 P0 = 0.1346 N/mm2 : Áp suất tính toán ở trong ống

=Dt. K . √

'

h1

Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống h’ được xác định theo công thức 8- 48, (trang 181, [13]) =Dt . K . √ ' h Trong đó:  K = (0,45÷0,6), chọn K = 0.45 50

 φ0 : Hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ φ0= Dn−∑ d D n Với:  Dn : Đường kính vỉ ống; mm  ∑d: Tổng số đường kính các lỗ trong vỉ; mm  ∑d = dth + n. dt-ống = 273 + 6.25 = 423 mm

 dth: đường kính trong của ống tuần hoàn; mm (273mm)

 dt-ống: đường kính trong của ống truyền nhiệt; mm (25mm)

 n: số ống bố trí theo đường kính của vỉ. (6)

Chọn sơ bộ h’ = 28 mm (bằng với bề dày bích) Kiểm tra bền v ỉ ống

Ứng suất uốn của vỉ ống được xác định theo công thức 8-53, (trang 183, [13]):

σu= 3.6(1−0.7  3.6 x (1−0,7. Trong đó:  L =40.6 x cos 300

, mm _ các ống bố trí theo đỉnh tam giác đều ( bước ống s = 40.6 mm)

 dn = 29 mm : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt.

Vậy vỉ ống phía trên dày 29 mm. Tính cho vỉ ống phía dưới buồng đốt

Chọn bề dày của vỉ ống phía dưới bằng bề dày của vỉ ống phía trên và bằng 29 mm.

1.3.7Tính tai treo chân đỡ

Chọn vật liệu làm tai treo là thép OX18H10T, có bốn tai treo thẳng đứng, khối lượng riêng của thép là ρ= 7.9 x 103 kg/m3, tra bảng XII.17 (trang 313, [6]):

Tải trọng cho 1 tai treo:

G=∑G

4

Trong đó:

 G: tải trọng cho 1 tai treo.

 ∑G: tải trọng lớn nhất của thiết bị.

1.3.7.1 Tải trọng thân thiết bị (buồng đốt, buồng bốc)

Khối lượng thân thiết bị tính theo công thức:

M=ρ.

Trong đó:

 ρ: khối lượng riêng của vật liệu làm thân. X18H10T

 H: chiều cao của thân thiết bị (chiều cao 2 buồng)

 Dn: đường kính ngoài của thân thiết bị.  Dt: đường kính trong của thiết bị. Tải trọng của thân thiết bị:

G thân=M × g

Buồng đốt:

(4.131)

(4.132)

(4.133)

Dt= 0.8m; Dn=0.81m; H= 1.5 m; khối lượng riêng của thép OX18H10T là 7.9 x 103 kg/m3, tra bảng XII.17- (trang 313 [6]).

M=7.9 ×10

G thânbd=9.81× 200=1960 N

Buồng bốc:

52

Dt= 1m; Dn= 1.014m; H= 2m; khối lượng riêng của thép OX18H10T là 7.9 x 103 kg/m3, tra bảng XII.17, (trang 313, [6]).

M =7.9 ×103× π×

4 2×( 1.0142−12 )=349.7 kg

G thânbb=9.81 ×501.5=3430.7 N

Tổng tải trọng thân thiết bị:

Gthân=Gthânbb+Gthânbd =1960+3430.7=6880 N

1.3.7.2. Tải trọng ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn

Ống truyền nhiệt

Khối lượng ống truyền nhiệt:

M =n× ρ×

Trong đó:

(4.135)

(4.136)

(4.137)

 ρ - khối lượng riêng của vật liệu làm ống truyền nhiệt, khối lượng riêng của thép OX18H10T là 7.9 x 103 kg/m3, tra bảng XII.17 (trang 313, [6]).

 H: chiều cao ống truyền nhiệt.

 Dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt.

 Dt: đường kính trong của ống truyền nhiệt.

 n: số ống truyền nhiệt. M =127 ×7.9 × 103× π ×1.5 × (0.0292−0.0252 ) =255.3 kg 4 Gotn=9.81 ×255.3=2504.5 N Ống tuần hoàn

Khối lượng ống tuần hoàn:

M=ρ×

Trong đó:

(4.138)

(4.139)

53

 ρ - khối lượng riêng của vật liệu làm thân, khối lượng riêng của thép OX18H10T là 7.9 x 103 kg/m3, tra bảng XII.17, (trang 313, [6]).

 H: chiều cao của ống tuần hoàn.

 Dn: đường kính ngoài của ống tuần hoàn.

 Dt: đường kính trong của ống tuần hoàn.

M=7.9 ×103×

G oth=9.81 ×111.9=1097.7 N

Tổng tải trọng ống:

Gống=Goth+ Gotn=1097.7+2504.5=3602.2 N

2.3.7.3. Tải trọng của vỉ ống

Vỉ ống dùng để ghép ống vào thiết bị, có 2 vỉ ống trong 1 thiết bị. Đường kính vỉ ống:

Dv= D+2× l

Trong đó:

 D: đường kính trong của ống tuần hoàn

 l: bề rộng mặt bích

l ¿1.18 x t ¿1.18 x 0.03625¿ 0.043 m

Dv=0.8+2× 0.043=¿ 0.886 m Khối lượng của vỉ ống:

M =2 × ρ × π × 4 h' ×(D2v−(n x D2n )) ¿ 2 ×7.9 ×103× π × 8.42 x 10 −3 ×(0.8862 −(127 x 0.0292))=70.86 kg 4 Trong đó: (4.143) (4.144) (4.145)

 ρ: khối lượng riêng của vật liệu làm vỉ, khối lượng riêng của thép X18H10T là 7.9 x 103 kg/m3, tra bảng XII.17, (trang 313, [6]).

 h’: chiều dày vỉ ống.

 Dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt.

 n: số ống truyền nhiệt.

¿>Gvỉ=9.81× 70.86=695.15 N

2.3.7.4. Tải trọng đáy buồng đốt

Đáy buồng đốt được làm bằng thép OX18H10T, đáy hình nón có gờ, Dt=0.8 m;ρ:

khối lượng riêng của vật liệu làm vỉ, khối lượng riêng của thép X18H10T là 7.9 x 103 kg/m3, tra bảng XII.17, (trang 313, [6]), hg=0.04m, chiều cao đáy (có gờ) H= 0.765m. Ta có Dt=0,8 m, hg=0,04m: tra bảng XIII.11 (trang 394, [6]), ta có:

Vđbđ = 0.161 m3.

Thể tích đáy trong của buồng đốt là (xem đáy là hình chóp)

Vđ = 1x H x B

3 Trong đó:

 H là chiều cao đáy

 B là diện tích của đáy

B= π x D'

2

4

Vđ = 1x H x B

3 Khối lượng của đáy:

M =ρ x (V đ −V đbđ)=7.9 x 103 x (0.161−0.128)=¿ 260.7 kg Tải trọng của đáy:Gđáy =9.81 ×260.7=2557.47 N

2.3.7.5. Tải trọng nắp buồng bốc

Vật liệu làm nắp là X18H10T, nắp elip có gờ, chiều cao gờ. Ta có bề dày đáy buồng bốc S = 8mm và Dt = 0.8 m. Tra bảng XIII.21, (trang 384, [6]), ta có:

Vnbđ = 0.087 m3

Thể tích trong của nắp hình elip là:

Vn = 4π x a2b 3 Trong đó:  a là bán kính đáy lớn, 0.4m  b là bán kính đáy nhỏ, 0.1m Vn = 4π x a2b = 3 Khối lượng của nắp:

M =ρ x (V nbđ −V n )=7.9 x 103x (0.087 – 0.067) ¿ 158 (kg) Tải trọng của nắp:

Gđáy =9.81 ×158=1550 N

2.7.6. Tải trọng của bích

- Bích nối đáy và thân buồng đốt là (có 2 bích):

Khối lượng của bích:

M=2×ρ×

Trong đó:

 D: đường kính ngoài của mặt bích.

 Dn: đường kính của ống truyền nhiệt.

 db: đường kính bu lông.  Z: số lượng bu lông.  h: chiều dày mặt bích.  n: số ống truyền nhiệt. M =2 ×7.9 ×103× π × 0.022 ×(0.932−0.82−(127 ×0.0292)−(24 × 0.022)) 4 ¿ 29.62 kg (4.157)

Tải trọng của bích nối thân thiết bị và đáy:

Gbíchđ =9.81× 29.62=290.56 N

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

- Bích nối nắp với thân buồng bốc:

M =2 × ρ × π×

4 h ×(D2 −D2b−Z × d2b)

Trong đó:

 D: đường kính ngoài của mặt bích.

 Db: đường kính ngoài của thiết bị.

 db: đường kính bu lông.

 Z: số lượng bu lông.

 h: chiều dày mặt bích.

M =2 ×7.9 ×103× π × 0.022

×(0.932−0.882−(24 ×0.022))=22.8 kg 4

Tải trọng của bích nối thân buồng bốc và nắp:

(4.159)

(4.160)

G bíchđ=9.81× 22.8=223.69 N

- Bích nối thân buồng đốt và thân buồng bốc:

M =2 × ρ × π×

4 h × (D2−D2n−Z . d2b )

Trong đó:

 D: đường kính ngoài của mặt bích.

 Dn: đường kính ngoài của thiết bị.

 db: đường kính bu lông.

 Z: số lượng bu lông.

 h: chiều dày mặt bích.

M =2 ×7.9 ×103× π× 0.028× (1.142 −(24 × 0,022))=35.4

kg 4

Tải trọng của bích nối thân buồng bốc và thân buồng đốt:

G bíchđ=9.81× 35.4=347.3 N

(4.161)

(4.162)

(4.163)

(4.164)

2.3.7.6 Tải trọng của dung dịch

Để đảm bảo hệ thống tai treo đủ an toàn ta giả sử thiết bị chứa đầy nước.

Thể tích nước chiếm trong buồng đốt V = ¿ π ×1.5 ×(0.82−(108 x 0.029 4 Trong đó:

 Dt: đường kính trong của buồng đốt.

 dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt.

 N: số ống truyền nhiệt

 Dnth: đường kính ngoài của ống tuần hoàn

 H: chiều cao buồng đốt

Thể tích nước chiếm trong ống truyền nhiệt

V =

Thể tích nước chiếm trong ống tuần hoàn

V = π × H × (D2 )= π ×1.5 × 0.2732=0.088 m3 4t4 Thể tích nắp và đáy: Vđáy ¿ 0.128 m3 Vnắp ¿0.067 m3 Tổng thể tích: ∑V= Vđốt +¿ Vnắp +¿ Vđáy +¿ Vth +¿ Votn ¿ 1.25m3

Khối lượng dung dịch tuần hoàn tối đa trong thiết bị là: M¿V × ρ=¿ 1.25 x 1106.72¿1383.4 (kg)

Tải trọng:G=V × g× ρ=1.25 × 9.81×1106.72=13571.15 N

2.3.7.7 Khối lượng và tải trọng các bộ phận thiết bị

(4.166)

(4.167)

(4.168)

(4.169) (4.170)

Chọn vật liệu là thép không gỉ, mã hiệu OX18H10T, ρ = 7900 kg/m3

theo bảng XII.7, (trang 313, [6]).

Bảng 8. Khối lượng và tải trọng các bộ phận thiết bị

Thiết bị Buồng bốc Buồng đốt Nắp Đáy Ống tuần hoàn Ống dẫn nhiệt Dung dịch Bích Vỉ Tổng Chọn ch ân đỡ t ai treo: Dự phòng chọn tải trọng là 4.104 N Chọn vật liệu là thép OX18H10T Chọn thiết bị gồm 4 trai treo Tải trọng ở mỗi tai treo là 1.104 N

Tra bảng XIII.36, Sổ tay tập 2, trang 438 ta có các kích thước tai treo

Bảng 10. Bảng số liệu kích thước của tai treo

Tên Tải gọi trọng cho phép G.10-4 (N) Tai 1.0

treo 1 Tai 1.0 treo 2 Tai 1.0 treo 3 Tai 1.0 treo 4 60

Chương 5: Tính toán thiết bị phụ

1. Thiết bị ngưng tụ Baromet

1. 1. Lượng nước lạnh vào

Theo công thức VI.51, (trang 84, [6]):

Gn= W .(i−Cn .t2 c)

Cn .(t2c−t2đ ) Trong đó:

 Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s

 W: lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ, W= 800/3600= 0.22 kg/s

 i : nhiệt lượng riêng ( hàm nhiệt) của hơi ngưng. i = 2650 Kj/kg (bảng 57, [10])

 t2 đ ,t2c : nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh.

t 2 đ= 300C,t2C = tng -5= 91.2 - 5 = 86.520C (Với tng= 91.20C - nhiệt độ hơi bão hòa

ngưng tụ)

 Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, Cn = 4185.248 J/kg.K = 4.185 J/kg.K

1.2. Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết

Lượng khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ Baromet được tính theo công thức VI.47, (trang 84, [6]):

Gkk =25.10−6x (W +Gn )+0.01 xW

¿ 25. 10−6x (0.22+2.14 )+ 0.01 x 0.22=2 .26 x 10−3 ¿)

Trong đó:

 W: Lượng hơi thứ đi vào thiết bị (kg/s).

 Gn : lượng nước lạnh tưới vào thiết bị (kg/s)

Thể tích khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị tính theo công thức VI.49 (trang 84, [6]):

V

kk =

tkk = t2đ+4+0.1 x (t2c−t2đ ) = 30 + 4 + 0.1 x (86.52 - 30) = 39.650C≈ 400C

png: 0.4 = 39240N/m2 - áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ.

ph: 0.0752 at = 7377 N/m2 - áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở tkk.

=>

288 x 2.26 .10

Vkk =

1.3. Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

Đường kính trong của thiết bị:

Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, theo công thức VI.52, (trang 84, [6]):

Dtr=1.383 x

Trong đó:

 W= 0.22 kg/s

 ρh: khối lượng riêng của hơi theo bảng 57 (trang 443, 444 , [10]), ở áp suất

0.4 at,

ρ h=0.2456 kg/m3

 Chọn vận tốc hơiωh= 30 m/s

Dtr(¿)=1.383 x

Chọn đường kính trong thiết bị ngưng tụ Baromet là 200 mm. Kích thước tấm ngăn:

Thường có dạng viên phân để làm việc tốt

- Theo VI.53, trang 85, chiều rộng tấm ngăn (b):

b = Dtr/2 +50 = 200/2 +50 = 150 mm

- Theo trang 85, bề dày tấm ngăn (δ) : chọnδ = 4 mm

- Theo trang 85,, chọn nước sông (ao, hồ) để ngưng tụ hơi thứ thì chọn đường

kính lỗ d= 5 mm.

- Theo trang 85, chọn chiều cao gờ tấm ngăn là 40 mm, chọn tốc độ tia nước là 0.62 m/s [6].

Đường kính trong của ống baromet (dbr ) Theo công thức VI.58 (trang 86, [6]), ta có : Chọnω = 0.6 m/s

dbr =√

Chiều cao ống Baromet (H):

H=h1+ h2 +0.5 m

Trong đó:

 h1: chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số trong áp suất khí quyển và trong thiết bị ngưng tụ.

Theo công thức VI.59, (trang 86, [6]):

h1 =10.33 x

b= 0.6 at: áp suất chân không trong thiết bị.

 h2: chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục trở lực khi nước chảy trong ống.

Theo công thức VI.60, (trang 87, [6]) :

h2 =¿

Chọn trở lực khi vào ốngε 1= 0.5 và ra khỏi ốngε 2 = 1. Thìh2 = ω2 x (2.5+ λ . 2 g Trong đó:  ω: tốc độ chảy trong ống.  dbr: đường kính ống baromet.  g= 9.81 m/s2. 63

 λ : hệ số trở lựcdo masát

 H : chiều cao tổng cộng trong ống baromet.

Chuẩn số Re:

Theo công thức II.58, Trang 377, [9]:

ℜ= ω xdbr x ρ

μ

Trong đó:

 ρ: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 47.60C theo bảng I.5 (trang