IV. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
2. Tính chiều dày của thân tháp hình trụ
Tháp chưng luyện có thân hình trụ đặt thẳng đứng làm việc ở khoảng nhiệt độ t = 20 − 100oC và ở áp suất khí quyển, chịu ăn mòn tốt nên ta chọn vật liệu làm thân hình trụ bằng thép không gỉ X18H10T. Các thông số vật lý trong bảng XII.4 [2 − 310] và bảng XII.7 [2 − 313]
Sinh viên: Vũ Anh Đức – MSSV: 20180668 Trang 50 Vật liệu Giới hạn bền kéo σk (N/m2) Giới hạn bền chảy σc (N/m2) Hệ số giãn khi kéo ở 20 − 100oC at (1/oC) Khối lượng riêng ρ (kg/m3) Hệ số dẫn nhiệt độ (W/m.độ) X18H10T 550.106 220.106 16,6.106 7,90.103 16,3 Bảng 5. Các thông số vật lý vật liệu X18H10T
Thời gian làm việc từ 15 − 20 năm
Thiết bị hàn tay bằng hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai bên ϕh = 0,95 tra ở bảng XIII.8 [2 − 362]
− Giả sử thiết bị làm việc ở áp suất thường, Pmt = 105 N/m2 • ρ: Khối lượng riêng của hỗn hợp trong tháp, kg/m3 • ρ = 𝜌𝑥𝑡𝑏𝑙 + 𝜌𝑥𝑡𝑏𝑐
2 = 807,81 + 911,67
2 = 859,74 (kg/m3) − P1: áp suất thủy tĩnh trong thiết bị, N/m2
P1 = g.ρ.H, N/m2 [2 − 135] Trong đó:
• H: chiều cao phần thân tháp hình trụ => H = 10,705 – 0,2.2 = 10,305(m) • P1 = 9,81.859,74. 10,305 = 86912,88 N/m2
− Ptt: áp suất tính toán cho thiết bị
Ptt = Pmt + P1 = 105 + 86912,88 = 186912,88 N/m2 − Ứng suất cho phép:
[σk] = 𝜎𝑘
𝑛𝑘.η [2 − 355]
Thiết bị thuộc nhóm loại I, η = 0,9 bảng XIII.2 [2 − 356] • nk = 2,6 tra bảng XIII.3 [2 − 356]
Sinh viên: Vũ Anh Đức – MSSV: 20180668 Trang 51 => [σk] = 550.106 2,6 .0,9 = 190,4.106 N/m2 [σc] = 𝜎𝑐 𝑛𝑐.η [2 − 355] Chọn nc = 1,5 tra bảng XIII.3 [2 − 356] σc = 220.106 N/m2 => [σc] = 220.106 1,5 .0,9 = 132.106 N/m2 Chọn [σ] = [σc] = 132.106 N/m2
− Trên thân hình trụ có 2 lỗ đường kính 200 mm để lắp kính quan sát ở các vị trí quan sát đĩa phân phối chất lỏng và chất lỏng hồi lưu
𝜑 = 𝐿− 2𝑑
𝐿 [2 – 362]
L: chiều cao thân hình trụ, L = H = 10,305 (m) => 𝜑 = 𝐿− 2.0,15
𝐿 = 10,305 − 2.0,2
10,305 = 0,961 − Hệ số bổ sung C: C = C1 + C2 + C3 Trong đó:
• C1: Bổ sung do ăn mòn xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m. Với thép X18H10T có vận tốc ăn mòn thấp, thời gian làm việc là 15 − 20 năm, ta chọn C1 = 1 mm
• C2: đại lượng bổ sung bào mòn chỉ cần tính trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động với vận tốc lớn ở trong thiết bị, ta bỏ qua C2
• C3: bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu, chọn C3 = 0,8 mm
=> C = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 mm − Chiều dày thiết bị được tính theo công thức:
S = 𝐷𝑡.𝑃𝑡𝑡
2.[𝜎].𝜑 − 𝑃𝑡𝑡 + C, m [2 - 360] Trong đó:
Sinh viên: Vũ Anh Đức – MSSV: 20180668 Trang 52
• Dt: đường kính trong, m
• Ptt: áp suất toàn thiết bị, N/m2 • [𝜎]: ứng suất cho phép. N.s/m2
• 𝜑: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc Vì giá trị [𝜎]
𝑃𝑡𝑡. 𝜑 = 132.106
214082,05 . 0,961 = 592,54 > 50 nên có thể bỏ qua đại lượng Ptt ở mẫu số của công thức
=> S = 𝐷𝑡.𝑃𝑡𝑡
2.[𝜎].𝜑 − 𝑃𝑡𝑡 + C = 1.229276,1
2.132.106.0,961 + 1,8.10-3 = 2,704.10-3 (m) Lấy S = 3 mm
− Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: • σ = [𝐷𝑡+(𝑆−𝐶)].𝑃𝑜
2.(𝑆−𝐶).𝜑ℎ ≤ 𝜎𝑐 1,2 • Po = Pth + P1 [2 – 366]
• P1: áp suất thủy tĩnh của nước P1 = g.ρH2O.H
Với ρH2O là khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình của tháp Ta có ttb = 𝑡𝑃 + 𝑡𝑊+ 𝑡𝐹
3 = 65,03 +99,54 + 80,52
3 = 81,7oC
Nội suy từ bảng I.5 [1 – 11,12] ta có ρH2O = 970,75 kg/m3 => P1 = 9,81. 970,75.10,705 = 101944,33 N/m2
Pth: áp suất thủy lực học, theo bảng XIII.5 [2 − 358] thì: Pth = 1,5Ptt = 1,5. 229276,1 = 243946,15 N/m2 => Po = 243946,15 + 101944,33 = 345890,89 N/m2 => σ = [𝐷𝑡+(𝑆−𝐶)].𝑃𝑜 2.(𝑆−𝐶).𝜑ℎ = [1+(3−1,8).10 −3].345890,89 2.(3−1,8).10−3.0,961 = 150,15.106 N/m2 𝜎𝑐 1,2 = 220.10 6 1,2 = 183,333.106 N/m2 σ > 𝜎𝑐 1,2 => lấy S = 3 mm hợp lý
Sinh viên: Vũ Anh Đức – MSSV: 20180668 Trang 53