Thơng số Phần cất Phần chưng
hk độ giảm áp qua mâm khơ (mm chấtlỏng)
17 19,8
h1 độ giảm áp do chiều cao mực chất lỏng trên mâm (mm.chấtlỏng)
34 36
hR độ giảm áp do sức căng bề mặt (mm.chấtlỏng)
5 4
hd kiểm tra ngập khi tháp hoạt động (mm.chấtlỏng)
524 550
ht độ giảm áp pha khí qua một mâm(N.m-2)
92 95
how chiều cao tính tốn của lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn (mm)
7,229 9,518
h’d tổn thất thủy lực do dịng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm (mm)
6,187.10-4 16,8.10- 4
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
4.5 Tính tốn cơ khí của tháp 4.5.1. Bề dày thân tháp
Vì tháp chưng cất hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng phương pháp hàn giáp mối ( phương pháp hồ quang). Thân tháp được ghép với nhau bằng các mối ghép bích.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mịn của ethanol đối với thiết bị, ta chọn vật liệu chế tạo thân tháp là thép CT3. Tháp làm việc ở áp suất khí quyển, nên ta chỉ cần tính thân chịu áp suất trong.
Áp suất tính tốn:
Tháp làm việc ở áp suất khí quyển, nên ta chọn áp suất tính tốn: (N.mm-2) (4-8)
Với 𝑃𝑐𝑙: áp suất thủy tĩnh do chất lỏng ở đáy
Chọn áp suất sao cho tháp hoạt động ở điều kiện nguy hiểm nhất mà vẫn an tồn:
𝑃𝑐𝑙 = 𝜌𝑥. 𝑔. 𝐻 =𝜌𝑥𝑡𝑏+𝜌𝑥𝑡𝑏′ 2 ⋅ 𝑔 ⋅ 𝐻 𝑃𝑐𝑙 =937,643+945,89 2 ⋅ 9,81 ⋅ 7 = 64671,43(N.m-2) (4-9) ⇒ 𝑃𝑡𝑡 = 64671,43 + 9639,47 + 105 = 74 310,89 (N.m-2) ≈ 0,07 (N.mm-2) Nhiệt độ tính tốn: Chọn nhiệt độ tính tốn: 𝑡𝑡𝑡 = 𝑡đá𝑦 = 120,78 oC
Tra hình 1.2 trang 16, [5] ứng với thép CT3 ta tìm được:
[𝜎]∗ = 141 N.mm-2
Đối với rượu, ta cĩ hệ số hiệu chỉnh 𝜂 = 0,95
→ [𝜎] = [𝜎]∗. 𝜂 = 141.1 = 141 N.mm-2
Xác định bề dày thân chịu áp suất trong:
Ta chọn phương pháp chế tạo thân là phương pháp hàn hồ quang điện bằng tay, hàn giáp mơi 2 bên nên hệ số mối hàn: 𝜑ℎ = 0,95 (bảng XIII1-8 trang 362, [5])
Ứng suất cho phép giới hạn bền xác định theo cơng thức XIII.1 và bảng XIII.3, [3]
[𝜎𝑘] = 𝜎𝑘 𝑛𝑘 =
3800106
2.6 = 146,154. 10
6
Ứng suất cho phép giới hạn chảy xác định theo cơng thức XIII.2 và bảng XIII.4, [3]
tt cl tl đinh
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 32
[𝜎𝑐] = 𝜎𝑐
𝑛𝑐 =240×106
1.5 = 160 × 106 (N/m2)
Ta lấy giá trị bé hơn trong hai kết quả trên để tính tốn Xét tỉ số: [𝜎]
𝑃𝑡𝑡⋅ 𝜑ℎ =146,154
0,07 ⋅ 0,95 = 1 868,45 > 25
Do đĩ, bề dày tính tốn của thân theo cơng thức sau:
𝑆𝑡′ = 𝐷𝑡.𝑃𝑡𝑡
2.[𝜎].𝜑ℎ = 500.0,07
2.146,15.0,95= 0,13 (mm) (cơng thức 5-3 trang 96, [5])
Mà bề dày thực của thân tháp là: 𝑆𝑡 = 𝑆’
𝑡+ 𝐶 (mm) (4-10) Trong đĩ: 𝐶 = 𝐶𝑎 + 𝐶𝑏 + 𝐶𝑐+ 𝐶0 (4-11)
𝐶𝑎: hệ số bổ sung do ăn mịn hĩa học, phụ thuộc vào tốc độ ăn mịn của chất lỏng. Chọn tốc độ ăn mịn của rượu là 0,1 mm.năm-1, thiết bị hoạt động trong 20 năm. Do đĩ
𝐶𝑎 = 2 mm.
𝐶𝑏: hệ số bổ sung do bào mịn cơ học, chọn 𝐶𝑏 = 0 mm. 𝐶𝑐: hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, chọn 𝐶𝑐 = 0 mm. 𝐶𝑜: hệ số bổ sung qui trịn, chọn 𝐶𝑜 = 1.87 mm. ⇒ 𝐶 = 𝐶𝑎 + 𝐶𝑏+ 𝐶𝑐+ 𝐶0 = 3,87 (mm) Suy ra: 𝑆𝑡 = 0,13 + 3,87 = 4 (mm) Kiểm tra độ bền: 𝑆𝑡−𝐶𝑎 𝐷𝑡 =4−2
500 = 0,004 < 0,1 (thỏa điều kiện) (5-10 trang 97, [5])
Kiểm tra áp suất cho phép trong thân thiết bị: (5-11 trang 97, [5])
[𝑃𝑡𝑡] =2[𝜎]𝜑ℎ(𝑆𝑡−𝐶𝑎)
𝐷𝑡+(𝑆𝑡−𝐶𝑎) =2.146,15.0,95.(4−2)
400+(4−2) = 1,106 > 𝑃𝑡𝑡 (thỏa điều kiện) Kết luận: Bề dày thực của tháp: 𝑆𝑡 = 4 mm
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh