Mặt bích nối bộ phận thiết bị với ống dẫn:

Chương 4 : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

1. Thiết bị chính

1.3 Tính cơ khí cho các chi tiết thiết bị cô đặc

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 Py (N/mm)

Dy (mm)

Ống Kích thước nối (mm) Bu lơng h (mm) Dn (mm) D Dδ DI db Z Hơi đốt 0.6 100 108 205 170 148 M16 4 14 Hơi thứ 0.25 200 219 290 255 232 M16 8 16 Tuần hoàn 0.25 250 273 370 355 312 M16 12 22 Nước ngưng 0.25 20 25 105 75 58 M10 4 14 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 khơng gỉ OX18H10T.

 Nhiệt độ tính tốn của vỉ ống bằng với nhiệt độ của hơi đốt ttt = tD = 162.90C Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:

σu¿=115N/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:

[σu]=η.[σ]u

¿

=0,95.115=109.25N/mm2 (4.125)

1.3.6.2 Tính tốn

Tính cho vỉ ố n g ở tr ê n buồng đốt

- Chiều dày tính tốn tối thiểu ở phía ngồi của vỉ ống h1' được xác định theo công thức 8.47, (trang 181, [13])

h1'=Dt. K .√P0

σu (4.126) 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 tốn ở trong ống  h1'=Dt. K .√P0

σu=800x0.3√0.1346

109.25=8.42mm (4.127)

Chiều dày tính tốn tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống h’ được xác định theo công thức 8-48, (trang 181, [13]) h'=Dt.K .√ P0 σu.φ0=0.8x0.3x√ 0.1346 109.25x0,47=12.29mm (4.128) Trong đó:  K = (0,45÷0,6), chọn K = 0.45

 φ0 : Hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ φ0=Dn−∑d Dn =800−423800 =0.47<1 (4.129) 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 hồn; 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= P0 3.6(1−0.7dn L).(h' L)2≤[σu] (4.130)  0.1346 3.6x(1−0,7. 29 40.6xcos30)( 28 40.6xcos30)2=0.111N/mm2≤109.25N/mm2 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 ngồi 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.

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=∑G4 (4.131) 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 cơng thức:

M=ρ . π × H4 .(Dn2−Dt2) (cơng thức chung) (4.132) 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 ngồi của thân thiết bị.

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

Gthân=M × g (4.133) Buồng đốt:

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=7.9×103× π×42×(0.812−0.82)=200kg (4.134)

Gthânbd=9.81×200=1960N

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×42×(1.0142−12)=349.7kg (4.135)

Gthânbb=9.81×501.5=3430.7N

Tổng tải trọng thân thiết bị:

Gthân=Gthânbb+Gthânbd=1960+3430.7=6880N (4.136)

1.3.7.2. Tải trọng ống truyền nhiệt và ống tuần hồn

Ống truyền nhiệt

Khối lượng ống truyền nhiệt:

M=n× ρ× π × H4 ×(Dn2−Dt2) (4.137) Trong đó:

 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 ngồi của ống truyền nhiệt.  Dt: đường kính trong của ống truyền nhiệt.  n: số ống truyền nhiệt.

M=127×7.9×103× π ×41.5×(0.0292−0.0252)=255.3kg (4.138)

Gotn=9.81×255.3=2504.5N

Ống tuần hồn

Khối lượng ống tuần hồn:

M=ρ × π× H

4 ×(Dn2−Dt2) (4.139) Trong đó:

 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 hồn.

 Dn: đường kính ngồi của ống tuần hồn.  Dt: đường kính trong của ống tuần hồn.

M=7.9×103× π×41.5×(0.2732−0.252)=111.9kg (4.140)

Goth=9.81×111.9=1097.7N

Tổng tải trọng ống:

Gống=Goth+Gotn=1097.7+2504.5=3602.2N (4.141)

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 (4.142) Trong đó:

 D: đường kính trong của ống tuần hồn  l: bề rộng mặt bích

l ¿1.18 x t ¿1.18 x 0.03625¿ 0.043 m (4.143)

Dv=0.8+2×0.043=¿ 0.886 m (4.144)

Khối lượng của vỉ ống:

M=2× ρ × π × h4 '×(Dv2−(n x Dn2))

¿2×7.9×103× π ×8.42x10−3

4 ×(0.886

2−(127x0.0292))=70.86kg (4.145)

Trong đó:

 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]).

 Dn: đường kính ngồi của ống truyền nhiệt.  n: số ống truyền nhiệt.

¿>Gvỉ=9.81×70.86=695.15N (4.146)

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=13x H x B (4.147) Trong đó:

 H là chiều cao đáy  B là diện tích của đáy

B=π x D'4 2=π x40.82=0.5m2 (4.148)  Vđ=1

3x H x B=13x0.132x0.765=0.128m

3

(4.149) Khối lượng của đáy:

M=ρ x(Vđ−Vđbđ)=7.9x103x(0.161−0.128)=¿ 260.7 kg (4.150)

Tải trọng của đáy: Gđáy=9.81×260.7=2557.47N (4.151)

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

Vn = 43π x a2b (4.152) Trong đó:

 a là bán kính đáy lớn, 0.4m  b là bán kính đáy nhỏ, 0.1m

 Vn = 43π x a2b = 43π x 0.42 x 0.1 = 0.067 m3 (4.153) Khối lượng của nắp:

M=ρ x(Vnbđ−Vn)=7.9x103x (0.087 – 0.067) ¿ 158 (kg) (4.154)

Tải trọng của nắp:

Gđáy=9.81×158=1550N (4.155)

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 × π× h4 ׿ (4.156)

Trong đó:

 D: đường kính ngồi của mặt bích.  Dn: đường kính của ống truyền nhiệt.  db: đường kính bu lơng.  Z: số lượng bu lơng.  h: chiều dày mặt bích.  n: số ống truyền nhiệt. M=2×7.9×103× π ×0.0224 ×(0.932−0.82−(127×0.0292)−(24×0.022)) ¿29.62kg (4.157)

Tải trọng của bích nối thân thiết bị và đáy:

- Bích nối nắp với thân buồng bốc:

M=2× ρ × π× h

4 ×(D

2−Db2−Z × db2) (4.159) Trong đó:

 D: đường kính ngồi của mặt bích.  Db: đường kính ngồi của thiết bị.  db: đường kính bu lơng.

 Z: số lượng bu lơng.  h: chiều dày mặt bích.

M=2×7.9×103× π ×0.0224 ×(0.932−0.882−(24×0.022))=22.8kg (4.160)

Tải trọng của bích nối thân buồng bốc và nắp:

Gbíchđ=9.81×22.8=223.69N (4.161) - Bích nối thân buồng đốt và thân buồng bốc:

M=2× ρ × π× h

4 ×(D2−Dn2−Z . db2) (4.162) Trong đó:

 D: đường kính ngồi của mặt bích.  Dn: đường kính ngồi của thiết bị.  db: đường kính bu lơng.

 Z: số lượng bu lơng.  h: chiều dày mặt bích.

M=2×7.9×103× π×0.028

4 ×(1.142−(24×0,022))=35.4kg (4.163) Tải trọng của bích nối thân buồng bốc và thân buồng đốt:

Gbíchđ=9.81×35.4=347.3N (4.164)

2.3.7.6 Tải trọng của dung dịch

Thể tích nước chiếm trong buồng đốt

V=π × H

4 ׿

¿π ×41.5×(0.82−(108x0.0292)−0.2732)=0.56m3 (4.165) Trong đó:

 Dt: đường kính trong của buồng đốt.  dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt.  N: số ống truyền nhiệt

 Dnth: đường kính ngồi của ống tuần hồn  H: chiều cao buồng đốt

Thể tích nước chiếm trong ống truyền nhiệt

V=π × H4 × n×(Dt2)=π ×1.54 ×301×0.0342=0.41m3 (4.166) Thể tích nước chiếm trong ống tuần hồn

V=π × H4 ×(Dt2)=π ×1.54 ×0.2732=0.088m3 (4.167) Thể tích nắp và đáy:

Vđáy ¿ 0.128 m3 Vnắp ¿0.067 m3

Tổng thể tích: ∑V= Vđốt +¿ Vnắp +¿ Vđáy +¿ Vth +¿ Votn ¿ 1.25 m3 (4.168) Khối lượng dung dịch tuần hồn tối đa trong thiết bị là:

M¿V × ρ=¿ 1.25 x 1106.72¿1383.4 (kg) (4.169) Tải trọng: G=V × g× ρ=1.25×9.81×1106.72=13571.15N (4.170)

2.3.7.7 Khối lượng và tải trọng các bộ phận thiết bị

Chọn vật liệu là thép không gỉ, mã hiệu OX18H10T, ρ = 7900 kg/m3 theo bảng XII.7, (trang 313, [6]).

Thiết bị Khối lượng (kg) Tải trọng (N) Buồng bốc 349.7 3430.7 Buồng đốt 200 1960 Nắp 158 1550 Đáy 260.7 2557,4 Ống tuần hoàn 111.9 1097.7 Ống dẫn nhiệt 255.3 2504.5 Dung dịch 1383.4 13571.15 Bích 87.82 861.51 Vỉ 70.86 695.15 Tổng 2877 28223.17 Chọn c h 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 gọi Tải trọng cho phép G.10-4 (N) Bề mặt đỡ F.104 (m2) Tải trọng cho phép lên F q.10-6 (N/m2) L B B1 H S l a d Khối lượng một tai treo (kg) mm Tai 1.0 89.5 1.12 110 85 90 170 8 45 15 23 2,0

treo 1 Tai treo 2 1.0 89.5 1.12 110 85 90 170 8 45 15 23 2.0 Tai treo 3 1.0 89.5 1.12 110 85 90 170 8 45 15 23 2.0 Tai treo 4 1.0 89.5 1.12 110 85 90 170 8 45 15 23 2.0

Chương 5: Tính tốn 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.t2c)

Cn.(t2c−t2đ) =

0.22x(2650−4.185x86,25)

4.185x(86.25−30) =2.14(kg/s) (5.1)

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 (5.2)  i : nhiệt lượng riêng ( hàm nhiệt) của hơi ngưng. i = 2650 Kj/kg (bảng 57, [10])  t2đ,t2c : nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh.

t2đ= 300C, t2C = tng -5= 91.2 - 5 = 86.520C (Với tng= 91.20C - nhiệt độ hơi bão hòa ngưng tụ) (5.3)  Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, Cn = 4185.248 J/kg.K = 4.185 J/kg.K

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

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

Gkk=25.10−6x(W+Gn)+0.01xW

¿25.10−6x(0.22+2.14)+0.01x0.22=2.26x10−3¿) (5.4) 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 khơng ngưng cần hút ra khỏi thiết bị tính theo cơng thức VI.49 (trang 84, [6]):

Vkk=288x Gkkx(273+tkk)

png−ph (5.5) Theo cơng thức VI.50, (trang 84,[6]), ta có :

tkk = t2đ+4+0.1 x (t2c−t2đ) = 30 + 4 + 0.1 x (86.52 - 30) = 39.650C≈ 400C (5.6)

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. => Vkk=288x2.2639240−7377.10−3(273+40)=0.0064m3/s (5.7)

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=1.383x√ W

ρh. ωh (5.8) 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,

ρh=0.2456 kg/m3

 Chọn vận tốc hơi ωh= 30 m/s

Dtr(¿)=1.383x√ 0.22

0.2456x30=0.172(m)=172mm (5.9)

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 (5.10) - Theo trang 85, bề dày tấm ngăn (δ) : chọn δ = 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 cơng thức VI.58 (trang 86, [6]), ta có : Chọn ω = 0.6 m/s

dbr=√0,04x(Gn+W)

π x ω =√0.04.(2.14+0.22)

π x0.6 =0.22m (5.11) Chiều cao ống Baromet (H):

H=h1+h2+0.5m (5.12) 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=10.33x b760=10.33x0,6760x760=6.2m (5.13) 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=¿ (5.14) Chọn trở lực khi vào ống ε1= 0.5 và ra khỏi ống ε2 = 1.

Thì h2=2ωg2 x(2.5+λ . Hdbr) (5.15) Trong đó:

 ω: tốc độ chảy trong ống.  dbr: đường kính ống baromet.

 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 xdbrx ρ

μ =0.60,57252x0.22xx989,0610−3 =228037.31>104 (5.16) Trong đó:

 ρ: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 47.60C theo bảng I.5 (trang 12, [9])

 dbr: đường kính ống baromet, m

 μ: độ nhớt động lực của nước.

Chọn ống thép nên độ nhám ε= 0.2 mm

Như vậy, dòng nước trong ống baromet ở chế độ chảy xốy, hệ số ma sát được tính theo cơng thức II.65,(trang 380, [9]):

1 √λ=−2lg[(6.81 ℜ )0,9 + ∆ 3.7]=−2lg[( 6.81 228037.31)0,9 +9.52x10−4 3.7 ]=6.96 (5.17) Với : ∆=dε br=0.20.22x10−3=9.09x10−4:độ nhám tương đối (5.18) λ = 0.021 (W/m.độ)  h2=2ωg2(2.5+λ. Hdbr) h2=2x0.69.812 x(2.5+0.021x H0.22)=0.046+1.751x10−3H (5.19) H = h1 + h2 + 0.5 = 6.2 + 0.046 +1.751 x 10-3 x H + 0.5 H = 6.76 m.

Bảng 11. Những thông số cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet

Tên thơng số Kích thước Đơn vị

Lượng nước lạnh vào (Gn) Lượng khơng khí hút ra (Gkk)

Thể tích khơng khí ngưng cần hút ra (Vkk) Đường kính trong của thiết bị (Dtr)

2.14 kg/s 2.26 x 10-3 kg/s 0.0064 m3/s 0.2 m Kích thước tấm ngăn Chiều rộng (b) 150 mm Bề dày (δ) 4 mm Đường kính lỗ (d) 5 mm Chiều cao gờ (h) 40 mm

Đường kính trong của ống baromet (dbr) 0.22 m

Chiều cao ống baromet (h) 7 m

2. Tính tốn và chọn bơm chân khơng 2.1. Công suất bơm

Bơm là máy thủy lực dùng để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng. Các đại lượng đặc trưng của bơm là năng suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao và hệ số quay nhanh.

Công suất của bơm chân không là:

N= 1 nCKx103. mm−1x pkkx Vkkx[(p2 p1)m−1 m −1] [8] (5.20) Trong đó:  nCK: hệ số hiệu chỉnh. nCK=0.8  m : chỉ số đa biến, m=1.65  p1: áp suất khí lúc hút.