Chương 6 Tính tốn tính bền cơ khí cho các chi tiết thiết bị của cô đặc
6.3 Tính cho đáy thiết bị
6.3.1 Sơ lược về cấu tạo
Chọn đáy nón tiêu chuẩn Dt = 1000 mm.
Đáy nón có phần gờ cao 40 mm và góc ở đáy là 2α = 60o. Tra bảng XIII.21, trang 394, [2]:
Chiều cao của đáy nón (khơng kể phần gờ) là H = 906 mm Thể tích của đáy nón là Vđ = 0,071 m3.
Đáy nón được khoan 1 lỗ để tháo liệu và 1 lỗ để gắn vòi thử sản phẩm. Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T
6.3.2 Tính tốn
Chiều cao phần hình nón cụt nối buồng bốc và buồng đốt Hc: - Chiều cao này bằng chiều cao của phần dung dịch trong buồng bốc.
- Tổng thể tích của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm: V1 = = = 0,59 m3.
Với n’ = tổng số ống truyền nhiệt (n) – số ống truyền nhiệt được thay thế (n’’) n’’ = .( b2 -1) = .( 52 -1) = 18 ống.
(b = 5 công thức V.140, trang 49,[2]) ⇒ n’ = 301 – 18 = 283 ống.
- Thể tích của phần đáy nón: V2 = Vđ = 0,071 m3
- Với đường kính trong của ống nhập liệu là 20 mm, tốc độ nhập liệu được tính lại: Vnl = = = 1,187 m/s.
- Tốc độ dung dịch đi trong ống tuần hoàn trung tâm: v’= = = 0,0099 m/s.
-Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị:
= = = = 687,9 s. Trong đó:
vnl – tốc độ của dung dịch trong ống nhập liệu; m/s dnl – đường kính trong của ống nhập liệu; m
Dth - đường kình trong của ống tuần hồn; m l – chiều dài của ống truyền nhiệt; m
l’ – chiều dài hình học của đáy; m
- Thể tích dung dịch đi vào trong thiết bị:
Trong đó:
là khối lượng riêng của dung dịch sơi bọt trong thiết bị.; kg/m3. -Tổng thể tích của phần hình nón cụt và phần gờ nối với buồng đốt: V3 = ΣV – V1 – V2 = 0,802 – 0,59 – 0,071 = 0,141 m3.
- Chọn chiều cao của phần gờ nối với buồng đốt là Hgc = 40 mm. ⇒ Thể tích của phần gờ nối với buồng đốt:
Vgc = = = 0,0314 m3.
⇒ Thể tích của phần hình nón cụt:
Vc = V3 − Vgc = 0,141 − 0,0314 = 0,1096 m3. ⇒ Chiều cao của chất lỏng phần hình nón cụt:
Hc = = = 0,115 m. Chọn Hc = 120 mm. Bề dày thực S:
- Chiều cao của cột chất lỏng trong thiết bị:
Trong đó:
Hc – chiều cao của chất lỏng trong phần hình nón cụt; m
Hgc – chiều cao của chất lỏng trong phần gờ nối với buồng đốt; m Hbđ – chiều cao của chất lỏng trong buồng đốt; m
Hđ – chiều cao của chất lỏng trong đáy nón; m.
-Áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị:
- Đáy có áp suất bên trong là nên chịu áp suất ngoài là
Ngồi ra, đáy cịn chịu áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị. Như vậy, áp suất tính tốn là: Pn = pm + ptt = 0,1347 + 0,053 = 0,1877 N/mm2 -Các thông số làm việc: Dt = 1000 mm p0 = 0,626 at = 0,0613 N/mm2 -Các thơng số tính tốn:
l’ – chiều cao tính tốn của đáy; m l’ = H = 906 mm
D’ – đường kính tính tốn của đáy; m (công thức 6-29, trang 133, [7]). = = = 1041,54 mm.
Trong đó:
dt = 20 mm – đường kính trong bé của đáy nón (đường kính của ống tháo liệu) Pn = 0,13 N/mm2
tt = 104,42+20 = 124,42 oC (đáy có bọc lớp cách nhiệt). -Các thông số cần tra và chọn:
[σ]* = 120 N/mm2 - ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt (hình 1-2, trang 16, [7])
η = 0,95 – hệ số hiệu chỉnh (đáy có bọc lớp cách nhiệt)
[σ] = η.[σ]* = 0,95.120 = 114 N/mm2 - ứng suất cho phép của vật liệu
Et = 2,0.105 N/mm2 – module đàn hồi của vật liệu ở tt (bảng 2-12, trang 34, [7]) nc = 1,65 – hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [7])
=giới hạn chảy của vật liệu ở tt (công thức1-3, trang 13, [7])
- Chọn bề dày tính tốn đáy S = 6 mm
Kiểm tra bề dày đáy:
= = 0,87
Kiểm tra công thức 5-15, trang 99, [7]:
⇔ 0,87
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của áp suất ngoài: So sánh Pn với áp suất tính tốn cho phép trong thiết bị [Pn] theo 5-19, trang 99, [7]:
[Pn] = 0,649. Et. Pn. ⇔ . 0,1877
⇔ 0,253 N/mm2 0,1877 N/mm2 (thỏa).
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: Pnct = = = 150306 N.
Trong đó:
Dn – đường kính ngồi; mm
Pn – áp suất tác dụng lên đáy thiết bị; N/mm2
- Lực nén chiều trục cho phép:
Trong đó:
Kc – hệ số phụ thuộc vào tỷ số ,tính theo cơng thức trang 103,[7] 25 = = 100 250. Tra qc= f.trang 103, [7] 50 100 150 200 250 500 1000 2000 2500 qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055 ⇒ qc = 0,098 ⇒ Kc = 875.. qc = 875. . 0,098 = 0,085.
⇒