Điểm bằng số : Điểm bằng chữ
6.6 Tính vỉ ống
6.6.1 Sơ lược vềề̀ 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 nong. Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T. Nhiệt độ tính tốn của vỉ ống là tt=t D=119,6 ℃
Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt là [σ ¿¿ u]¿=120 N /mm2 ¿ (hình 1-2,
trang 16, [7])
Chọn hệ số hiệu chỉnh η=1
Ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở tt là
[ σ ]u=η. [σ ]u∗¿ 1.120=120 N /mm2
6.6.2 Tính cho vỉ ống ở trên 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, [7]. P0 h’= D t.K.√[σ ]u Trong đó: K= 0,3 là hệ số được chọn (trang 181, [7]) Dt là đường kính trong của buồng đốt, mm p0 là áp suất tính tốn ở trong ống, N/mm2
[ σ ]u là ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở tt, N/mm2 Chọn h1’ = 10 mm
Chiều dày tính tốn tối thiểu ở phía giữa ống h’ được xác định theo công thức 8-48, trang 181,[7] h’= Dt . K .√[σ P ].0 φ u 0 Trong đó: K= 0,5 là hệ số được chọn (trang 181, [7]) 0 là hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ. 0 = Dn−¿∑d ¿ ¿ 1. Dn Với: Dn= 1000mm là đường kính vỉ ống, mm
d là tổng đường kính của các lỗ được bố trí trên đường kính vỉ, mm d= 6.25+1000= 423 mm
0 = Dn
−¿∑d ¿ = 1000−423 = 0,577 <1
0,135
h’=1000.0,5 √120.0,577
Chọn h’= 30mm
Kiểm tra bề vỉ ống
Ứng suất uốn của vỉ được xác định theo công thức 8-53, trang 183, [7]
Po σu= 3,6.(1−0,7. d Ln )(h L' )2 Trong đó:
dn= 29 mm là đường kính ngồi ống truyền nhiệt
t=1,4. dn=1,4. 0,029=0,0406 m là bước ống
L= √
23 . t= √
23 .0,0406=0,035 m=35 mm được xác định theo hình 8-14, trang 182,
[7] với các ống được bố trí theo đỉnh của tam giác đều.
0,135
σu = 3,6(1−0,7 2935 )(3035 )2 ¿ 0,121 N /mm2 <120 N /mm2
Vậy vỉ ống trên buồng đốt dày 30mm
6.6.3 Tính cho vỉ ống ở dướớ́i buồng đốt
Chiều dày tính tốn tối thiểu ở phía ngồi của vỉ ống h1’ được xác định theo công thức 7- 47, trang 181, [7]. P0 h1’= D t.K.√[σ ]u Trong đó: K= 0,3 là hệ số được chọn (trang 181, [7]) Dt là đường kính trong của buồng đốt, mm p0 là áp suất tính tốn ở trong ống, N/mm2
P0=Pm+ ρddmax . g . H=0,135+1232,18. 9,81.10−6 .3=0,171 N /mm2
Với ddmax = dd (27,5 %; 94,5℃)= 1223,18 kg/m3 (tra bảng I.32 trang 38[1]. Chọn h’= 20 mm
[σu] là ứng suất uốn cho phép của vật liệu ở tt, N/mm2
Chiều dày tính tốn tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống h’ được xác định theo công thức 8- 48, trang 181, [7] h’= D t.K.√[σ P ].0 φ u 0 Trong đó: K= 0,5 là hệ số được chọn (trang 181, [7]) 0 là hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ. 0 = Dn−¿∑d ¿ ¿ 1. Dn Với: Dn= 1000mm là đường kính vỉ ống, mm
d là tổng đường kính của các lỗ được bố trí trên đường kính vỉ, mm d= 6. 25+ 273= 423 mm
0 =
h’=1000 .0,5
Chọn h’= 30mm
Kiểm tra bề vỉ ống
Po σu= 3,6.(1−0,7. d Ln )(h L' )2 Trong đó:
dn= 30mm là đường kính ngồi ống truyền nhiệt t= 1,4. dn= 1,4. 0,029= 0,0406 m là bước ống
L= √
23 . t= √
23 .0,0406=0,035 m=35 mm được xác định theo hình 8-14, trang 182,
[7] với các ống được bố trí theo đỉnh của tam giác đều.
0,171
σu = 3,6(1−0,7. 2935 ).(3035 )2 ¿ 0,154 N /mm2<120 N /mm2
Vậy vỉ ống trên buồng đốt dày 30mm
6.7 Khối lượng và tai treo
Khối lượng tai treo cần chịu: m= mtb + mdd
- Tổng khối lượng thép làm thiết bị:
mtb = mđ+mn+ mbb+ mbđ + mc + mvỉ + mống TN + mống TH + mbích + mbu lơng + mốc
Trong đó:
mđ – khối lượng thép làm đáy; kg mn – khối lượng thép làm nắp; kg
mbb – khối lượng thép làm buồng bốc; kg mbđ – khối lượng thép làm buồng đốt; kg
mc – khối lượng thép làm phần hình nón cụt nối buồng bốc và buồng đốt; kg mống TN – khối lượng thép làm ống truyền nhiệt; kg
mống TH – khối lượng thép làm ống tuần hoàn trung tâm; kg
Khối lượng riêng của thép không gỉ OX18H10T là ρ1 = 7900 kg/m3
Khối lượng riêng của thép CT3 là ρ2 = 7850 kg/m3.
6.7.1 Buồng đốt
Thể tích thép làm buồng đốt:
Vbd = π
4 (Dnbđ 2−Dtbđ2 ). H bđ = 3,144 .(1,0122 – 1,02).3 = 0,057 m3
Trong đó:
Dnbđ – đường kính ngồi của buồng đốt; m Dtbđ – đường kính trong của buồng đốt; m Hbđ – chiều cao của buồng đốt; m
Khối lượng thép làm buồng đốt:
m bđ =ρ1 .V bđ =7900.0,057=450,3 kg .
6.7.2 Buồng bốc
Buồng bốc được làm bằng thép khơng gỉ OX18H10T. Thể tích thép làm buồng bốc:
Vbb = π
4 (Dnbb2−Dtbb2). Hbb= 3,144 .(1,2162 – 1,22) .2,5=0,0758 m3
Trong đó:
Dnbb – đường kính ngồi của buồng bốc; m Dtbb – đường kính trong của buồng bốc; m Hbb – chiều cao của buồng đốt;
Khối lượng thép làm buồng đốt:
mbb=ρ1 . V bb=7900.0,0758=599,3 kg .
6.7.3 Phần hình nón cụt giữa buồng bốc và buồng đốt
Phần hình nón cụt được làm bằng thép khơng gỉ OX18H10T. Đường kính trong lớn bằng đường kính buồng bốc Dtl = 1200 mm. Đường kính trong nhỏ bằng đường kính buồng đốt Dtn = 1000 mm. Bề dày của phần hình nón cụt (khơng tính gờ) bằng với bề dày buồng
bốc S= 8 mm.
Bề dày của phần gờ nón cụt bằng với bề dày buồng đốt S = 6 mm. Chiều cao của phần hình nón cụt (khơng tính gờ) là Hc = 250 mm. Chiều cao của phần gờ nón cụt là Hgc = 40 mm.
Thể tích thép làm phần hình nón cụt:
¿ 12π .[(1,2162 +1,216.1,012+1,0122) – (1,22+1,0.1,2+1,02 )].0,25+¿ π 4 .(1,0122 – 1,02).0,04 = 0,00687 m3. Khối lượng thép làm phần hình nón cụt: m c=ρ1 .V c=7900.0,00687=54,273 kg . 6.7.4 Đáy nón
Đáy nón được làm bằng thép khơng gỉ OX18H10T. Đáy nón tiêu chuẩn có góc đáy 60o, có gờ cao 40 mm. Dt = 1000 mm
S = 6 mm
⇒Tra bảng XIII.21, trang 395, [2]: Khối lượng thép làm đáy nón:
m đ =1,01.87=87,87 kg .
6.7.5 Nắp ellipse
Nắp ellipse được làm bằng thép không gỉ OX18H10T. Nắp ellipse tiêu chuẩn có:
Dt = 1200 mm
S = 8 mm, hg = 25 mm ⇒Tra bảng XIII.11, trang 384, [2]
Khối lượng thép làm nắp ellipse:
m n=1,01.106=107,06 kg
6.7.6 Ống truyềề̀n nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm
Ống được làm bằng thép không gỉ OX18H10T. Thể tích thép làm ống:
Vong = VongTN + VongTH = π.[n' .
(dn2−d l2 )+( Dnth2−D tth2 )] . H 4 = 3,14. [283. (0,0292−0,0252 ) +(0,2772−0,2732 )] .3 4 = 0,149 m3.
Khối lượng thép làm ống:
m ống=ρ1 .V ống=7900.0,149=1178,18 kg .
6.7.7 Mặt bích
Có 6 mặt bích, gồm 2 mặt nối nắp và buồng bốc, 2 mặt nối buồng bốc và buồng đốt, 2 mặt nối buồng đốt và đáy. Các mặt bích phía buồng đốt có vỉ ống.
Mặt bích được làm bằng thép CT3. Thể tích thép làm 2 mặt bích khơng có vỉ ống: V1 =2.π . ( D2−Dt 4 Thể tích thép làm 2 mặt bích có vỉ ống: V2 = 2.π. (D2 − Dnth2− n' . dn2− Z . db2 ) .h 4 = 2.3,14. (1,142 −0,2772−283.0,0292 −28.0,022 ) . 0,028 = 0,0428 m3. 4 Trong đó:
D, Z, db, h là những thơng số của bích nối buồng bốc – buồng đốt và bích nối buồng đốt – đáy.
Dt – đường kính trong của buồng đốt; m dn – đường kính ngồi của ống truyền nhiệt; m
Dnth – đường kính ngồi của ống tuần hồn trung tâm; m.
Thể tích thép làm mặt bích nối nắp và buồng bốc:
V3= 2. π .
( D2−Dt 4
D, Z, db, h là những thơng số của bích nối buồng bốc – buồng đốt và bích nối buồng đốt – đáy.
D – đường kính trong của buồng đốt; m
⇒t V = V + V + V = 0,0126 + 0,0428 + 0,0135 = 0,0689 m3 ⇒bích 1 2 3 Khối lượng thép làm mặt bích: m bích=ρ2 .V bích=7850.0,0689=540,87 kg 6.7.8 Bu lông và ren
Bu lông và ren được làm bằng thép CT3.
Dùng cho bích nối buồng bốc – buồng đốt và bích nối buồng đốt – đáy:
V 1' = 2. Z . π [ D2 . H +db2 .( h' +h'' +h'' ' )] 4 Trong đó: D=1,7. db =1,7.20=34 mm – đường kính bu lơng.
H=0,8.db =0,8.20=16 mm – chiều cao phần bu lông không chứa lõi. h’=0,8. db=0,8.20=16 mm – chiều cao đai ốc.
h’’=h+ 2=20+2=22 mm – chiều cao phần lõi bu lông.
h’’’ = 9 mm – kích thước phần ren trống.
V 1' = 2.28 .3,14 [0,034 2 .0,016+0,02 2 . (0,016+ 0,022+ 0,009) ] =
0,00164m3. 4
Dùng cho bích nối nắp và buồng bốc:
V 2' = Z.π.[D2 . H +db2 .( h' +h'' + h' '' )] 4 Trong đó: D = 1,7.db = 1,7.20 = 34 mm – đường kính bu lơng.
H = 0,8.db = 0,8.20 = 16 mm – chiều cao phần bu lông không chứa lõi. h’ = 0,8.db = 0,8.20 = 16 mm – chiều cao đai ốc.
h’’ = h + 2 = 20 + 2 = 22 mm – chiều cao phần lõi bu lơng. h’’’ = 9 mm – kích thước phần ren trống.
6.7.9 Đai ốc
Đai ốc được làm bằng thép CT3.
Dùng cho bích nối buồng bốc – buồng đốt và bích nối buồng đốt – đáy:
V 1' ' = 2. Z . π (dn2−
dl2 ) . H '
4
Trong đó:
H ’=0,8. db=0,8.20=16 mm – chiều cao đai ốc.
d t =1,4. db=1,4.20=28 mm – đường kính trong của đai ốc.
d n=1,15.db =1,15.28=32,2 mm – đường kính ngồi của đai ốc.
V 1' ' = 2.28 .3,14 . ( 0,0322 2 −0,028 2 ) . 0,016 = 0,00018 m3.
4
Dùng cho bích nối nắp và buồng bốc:
V 2' ' = 2. Z . π (dn2−
dl2 ) . H '
4
H ’=0,8. db=0,8.20=16 mm – chiều cao đai ốc.
d t =1,4. db=1,4.20=28 mm – đường kính trong của đai ốc.
d n=1,15.db =1,15.28=32,2 mm – đường kính ngồi của đai ốc.
V 1' ' = 32.3,14 . ( 0,0322 2−0,028 2 ) .0,016=0,000102 m3. 4
⇒ Tổng thể tích thép làm bu lơng, ren và đai ốc:
V V1' V2' V1'' V2''
⇒ ¿ 0,00164+ 0,00082+ 0,00018+0,000102=0,002742m3
Khối lượng thép làm bu lông, ren và đai ốc:
m bu lông+mđaiốc=ρ2 . ΣV =7850.0,002742=21,53 kg
6.7.10 Vỉ ống
Được làm bằng thép không gỉ OX18H10T. Thể tích thép làm vỉ ống: Vvi = 2. π . ( Dt2− n' . dn2− Dnth2 ) . S 4 Trong đó:
Dt = 1000 mm – đường kính trong của buồng đốt. dn = 29 mm – đường kính ngồi của ống truyền nhiệt.
Dnth = 277 mm – đường kính ngồi của ống tuần hồn trung tâm. S = 30 mm – chiều dày tính tốn tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống.
V = 2. π . ( 1,0 2 −283. 0,0292 −0,2772 ) .0,03=0,032m3.
vi 4
Khối lượng thép làm vỉ ống: mvỉ = ρ1 . V vỉ =7900.0,032=255,1 kg
Tổng
Khối lượng lớn nhất có thể có của dung dich trong thiết bị:
Khối lượng riêng lớn nhất có thể có của dung dịch là khối lượng riêng ở nồng độ 38% và nhiệt độ tsdd ( P0 ) : dd max = dd(38%, 94,5 ℃ có ρdd = 1326 kg/m3 (tra [1], bảng I.32 trang 38)
Thể tích dung dịch trong thiết bị: Vdd = Vc + Vống TH +Vống TN +Vđ
Vc =π .[(D b2+ D b D đ + D đ2 )]. Hc+ π . Dđ 2 . Hgc 12 4 =3,14.[(1,2 2 +1,2.1,0+1,0 2 )]. 0,250+ 3,14 . 1,02 .0,04=0,27 m3 124 Với:
Db – đường kính trong của buồng bốc; m Dđ – đường kính trong của buồng đốt; m
Hc – chiều cao của phần hình nón cụt (khơng tính gờ); m Hgc – chiều cao của gờ nón cụt; m
VốngTH – thể tích dung dịch trong ống tuần hồn trung tâm; m3 VốngTN – thể tích dung dịch trong ống truyền nhiệt; m3 VốngTH + VốngTN = 0,59 m3
Vđ – thể tích dung dịch trong đáy nón; m3 V = 0,071 m3
⇒ Vdd =đ 0,27 + 0,59 + 0,071 = 0,931 m3
⇒ mddmax = ρddmax.Vdd = 1326.0,931 = 1234,5 kg Tổng tải trọng của thiết
bị:Khốilượngcầntăngcứngcho các bộ phận:
M =mtb +mddmax=3372,9+1234,5=4607,4 kg
Chọn 4 tai treo thẳng đứng, được làm bằng thép CT3. Trọng lượng trên mỗi tai treo:
G= g . M
= 9,81.4607,4
=11299 N ≈ 1,1. 104 N .
4 4
G.10-4 F.10-4
N/mm2 m2
2,5 Trong đó:
G – tải trọng cho phép trên một tai treo; N F – bề mặt đỡ; N
q – tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ; N/m2
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị cơng nghệ hóa tập 1, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006.
[2]Nhiều tác giả, Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa tập 2, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006.
[3]Phạm Văn Bơn, Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học và thực phẩm,tập 10 [4] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt và truyền khối, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006.
[5] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, Q trình và thiết bị Cơng nghệ hóa học và thực phẩm, tập 5.
[6] Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ giáo dục và đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng.
[7] Hồ Lê Viên, Tính tốn ,Thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, NXB Khoa học và Kỹ thuật,2006.