Điểm bằng số : Điểm bằng chữ
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 = π .(n¿¿' . dt2+Dth2). l
4 ¿ = 3,14.(283.0,0252+0,2732).3
4 = 0,59 m3.
Với n’ = tổng số ống truyền nhiệt (n) – số ống truyền nhiệt được thay thế (n’’) n’’ = 34 .( b2 -1) = 34 .( 52 -1) = 18 ống. (b ≥ Dth−4.dn t = 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 = Gđ π . dnl2. ρ 4 = 2400 3600 3,14.0,0252.1144,3 4 = 1,187 m/s.
- Tốc độ dung dịch đi trong ống tuần hoàn trung tâm: v’= V nl . dnl
2
Dth2 = 1,187.0,025
2
0,2732 = 0,0099 m/s. -Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị:
τ = l+l' v ’ = l+ Vđ Dth2 4 v' = 3+ 0,071 0,2732 4 0,0099 = 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
- Thể tích dung dịch đi vào trong thiết bị: ∑V=V s . τ=Gđ ρs . τ= Gđ ρdd 2 . τ=2400.2 .687,9 3600.1144,3 =0,802m 3 Trong đó:
ρs 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 = π . Dđ2
4 .hgc = 3,14.1,02.0,04
4 = 0,0314 m3.
⇒ Thể tích của phần hình nón cụt:
Vc=V3−Vgc=0,141−0,0314=0,1096m3
⇒ Chiều cao của chất lỏng phần hình nón cụt:
Hc = Vc (Db2+Db. Dd+Dd2). π 12 = 12.0,1096 3,14.(1,22+1,2.1,0+1,02 ) = 0,115 m. Chọn Hc = 120 mm. Bề dày thực S:
- Chiều cao của cột chất lỏng trong thiết bị: H ’=Hc+Hgc+Hbđ+Hđ
¿120+40+3000+(40+906)=4106mm=4,106m
Trong đó:
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:
ptt=ρdd. g . H ’=1322,72.9,81 .4,106.10−6=0,053N/mm2.
- Đáy có áp suất bên trong là P0=0,629atnên chịu áp suất ngoài là 1,3674at=0,1347N/mm2
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 tm=tsdd(p0+2Δp)=123,22℃ -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 (cơng thức 6-29, trang 133, [7]).
D' = 0,9.Dt+0,1.dt
cosα = 0,9.1000+0,1.20cos 30 = 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])
σct =nc.[σ]¿=1,65.120=198N/mm2giới 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:
L'
D' = 1041,54906 = 0,87
Kiểm tra công thức 5-15, trang 99, [7]:
1,5 √2.(S− a) Dt ≤ L Dt ≤1,5√ Dt 2.(S− a) 1,5 √2.(6−1) 1041,54≤0,87 ≤1,5 √1041,54 2.(6−1) 44≤0,89 ≤ 22,14 (thỏa)
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.Dt
L (S− a
D )2√(S− a)
0,649.2 .105.1000906 (10006−1)2.√(6−1)1000 ≥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 = π . Dn 2 . Pn 4 = 3,14.(1000+2.5)2.0,1877 4 = 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:
[P]=π . Kc. Et.¿ Trong đó:
Kc – hệ số phụ thuộc vào tỷ số 2.(S−Dt
a) ,tính theo cơng thức trang 103,[7] 25≤ Dt 2.(S− a)2.(6−1)1000 100 ≤ 250. Tra qc= f.[2(S−D a)],trang 103, [7] D 2(S− a) 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.σc t Et. qc = 875. 198 2.105 . 0,098 = 0,085.
⇒ [P]=π . Kc. Et.¿
¿3,14.0,085 .2.105.(6−1)2.cos2(30)
= 1000875 N > 150306 N. (thỏa)
Điều kiện ổn định của đáy:
[PP] + Pn
[Pn] ≤ 1
↔ 150306
1000875 + 0,18770,587 = 0,47 ≤ 1 (thỏa) Vậy bề dày của đáy là 6 mm.
Tính bền cho các lỗ:Vì đáy chỉ có lỗ để tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép khơng cần tăng cứng được tính theo cơng thức (8-3), trang 162, [7]:
dmax = 2.[(S− a
S' −0,8).√D'.(S− a)− a]
dmax = 2.[(6−13 −0,8)√1041,54.(6−1)−1]
= 123 mm. Trong đó:
S – bề dày đáy thiết bị; mm
S’ – bề dày tính tốn tối thiểu của đáy; mm (chọn theo cách tính của buồngđốt) Ca – hệ số bổ sung do ăn mòn; mm
D’ – đường kính tính tốn của đáy; mm So sánh:
Ống tháo liệu Dt = 20 mm < dmax