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
1.3.2 Tính cho buồng bốc
1.3.2.1 Sơ lược về cấu tạo
Buồng bốc có đường kính Db = 1000mm, chiều cao Hb = 2000m
Thân có 4 lỗ, gồm ống nhập liệu, ống thơng áp, cửa sửa chữa và kính quan sát Phía dưới buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ liên kết với buồng đốt
Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt
1.3.1.2 Tính tốn
Bề dày tối thiểu S’:
Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân khơng nên chịu áp lực từ bên ngồi. Vì áp suất tuyệt đối thấp nhất ở bên trong là 0.6275at nên buồng bốc chịu áp suất ngoài là:
pn = pm = 2pa – p0 = 2 x 1 – 0.6275 = 1.3725at = 0.1346 (N/mm2) (4.68)
ttt = 86.5 + 20 = 106.50C (4.69)
(trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)
Chọn hệ số bền nhiệt mối hàn φh = 0.95 (bảng 1.8, hàn một phía) (trang 19, [13])
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là [σ]* = 122 (N/mm2) (hình 1.2) (trang 16, [13])
Vì buồng bốc có bọc lớp cách nhiệt nên chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0.95 (trang 17, [13]) Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ] = η . [σ] * = 0.95 x 122 = 115.9 (N/mm2) (4.70)
Module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2.05 x 105 (N/mm2) (tra bảng 1.12) (trang 34, [13])
Chọn hệ số an toàn khi chảy là nc = 1.65 (bảng 1.6) (trang 14, [13]) Ứng suất chảy của vật liệu là:
σ' = [σ] * . nc = 122 x 1.65 = 201.3 (N/mm2) (4.71)
Khối lượng riêng của dung dịch nước cam 25% ở ts dd (ptb) là: ρdd = 1428.5 – 454.9Xw + 0.231T [2] = 1428.5 – 454.9 x 0.75 + 0.231 x 89 = 1107.88 (kg/m3) (4.72) Áp sụng công thức 5.14 (trang 98, [13]): S’ = 1.18 D ( pn E DL)0.4 = 1.18 x 1000 ( 0.1346 2.05x105 2000 1000)0.4 = 5.24mm (4.73) Trong đó:
Db = 1000mm – Đường kính trong buồng bốc
L = 2000mm – Chiều dài tính tốn của thân, khoảng cách giữa hai mặt bích Bề dày thực S:
Db = 800mm => Smin = 3mm < 5.24mm => Chọn S’ = 5.24mm Chọn hệ số ăn mịn hóa học là Ca = 1mm
Vật liệu được xem như là bền cơ học nên Cb = Cc = 0
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0.5mm (theo bảng VIII.9) (trang 364, [6]) Hệ số bổ sung bề dày là: C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0.5 = 1.5mm (trang 98, [13]) (4.74) Bề dày thực là: S = S’ + C = 5.24 + 1.5 = 6.74mm (trang 98, [13]) (4.75) Chọn S = 7mm
Kiểm tra bề dày buồng bốc:
L
D = 20001000 = 2
(4.76)
Kiểm tra công thức 5.15 (trang 99 [13]): 1.5 √2.(S−Ca) Dt ≤ DL t ≤√ Dt 2.(S−Ca) 1.5 √2.(7−1) 1000 ≤ 2≤√ 1000 2.(7−1) 0.16 ≤ 2 ≤ 9.13 (thỏa) (4.77)
L Dt≥0.3 Ect σct . √[2(S−Ca) Dt ]3 2 ≥ 0.3 2.05201.3x105 . √[2(7−1) 1000 ]3 2.5 ≥ 0.4 (thỏa) (4.78)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của áp suất ngồi:
So sánh pn với áp suất tính tốn cho phép trong thiết bị [pn] theo 5.19 (trang 99, [13]): [pn] = 0.649 . Et . Dt L . (S−Ca Dt )2 . √S−Ca Dt ≥ pn 0.649 x 2.05 x 105 x 10002000. (7−1 1000)2 . √7−1 1000 ≥ 0.1346 0.19 ≥ 0.1346 (thỏa) (4.79)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: Xét L = 2000mm ≤ 5D = 5 x 1000 = 5000mm
Lực nén nhiều trục lên buồng bốc: pct = п . (Dt+2S)2
4 . pn = п x (1000+42x7)2 x 0.1346 = 108695.32N (4.80) Theo điều kiện 5.33 (trang 103, [13]):
25 ≤ 2.(S−CD
a) = 2.(7−1)1000 = 83.33 ≤ 250 (4.81) => qc = 0.082 (tra bảng) (trang 103, [13])
=> Kc = 875 . σct
Et . qc = 875 x 2.05201.3x105x0.082 = 0.07 (trang 103, [13]) (4.82) Điều kiện thỏa mãn độ ổn định của thân:
S – Ca ≥ √ pct п. Kc.Et 7 – 1 ≥ √ 108695.32
пx0.07x2.05x105
6 ≥ 1.55 (thỏa) (4.83) Ứng suất nén, theo công thức 5.48 (trang 107, [13]):
σn = п.(Dt+pSct)(S+Ca) = п x(1000+108695.327)(7+1) = 4.29 (N/mm2) (4.84) Ứng suất nén cho phép, theo công thức 5.31 (trang 103, [13]):
[σn] = Kc . Et . S−Ca
Dt = 0.07 x 2.05 x 105 x 10007−1 = 86.1 (N/mm2) (4.85)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng dồng thời của áp suất ngoài và lực nén chiều trục
Kiểm tra điều kiện 5.47 (trang 107, [13]):
σn
[σn]+
pn
[pn]≤1
4.2986.1 + 0.13460.19 = 0.758 ≤1 (thỏa) (4.86) Vậy bề dày buống bốc là 7mm
=> Đường kính ngồi của buồng bốc:
Dn = Dt + 2S = 800 + 2 x 7 = 814mm (4.87)
Tính bền cho các lỗ:
Đường kính lỗ cho phép khơng cần tăng cứng, theo công thức 8.2 (trang 162, [13]): dmax = 0.37.√3 Dt.(S−Ca).(1−k) (mm) (4.88)
Dt = 1000mm – Đường kính trong của buồng bốc S = 7mm – Bề dày của buồng bốc
Ca = 1 – Hệ số dư do ăn mòn k – Hệ số bền của lỗ k = (2.3[σ]−ptpt. D).t(S−Ca) = (2.3x86.1−0.13460.1346x1000)x(7−1) = 0.113 (trang 163, [13]) (4.89) => dmax = 0.37.3 √1000.(7−1).(1−0.113) = 6.46 (mm) (4.90) So sánh: Ống nhập liệu Dt = 20mm > dmax Cửa sửa chữa Dt = 500mm > dmax Kính quan sát Dt = 200mm > dmax
=> Cần tăng cứng cho ống nhập liệu, cửa sửa chữa và kính quan sát. Chọn bề dày khâu tăng cứng bằng bề dày thân 7mm