Điểm bằng số : Điểm bằng chữ
6.1 Tính cho thiết bị buồng đốt
6.1.1 Sơ lược về cấu tạo:
Đường kính trong Dt = 1000 mm, chiều cao Ht = 3000 mm
Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt
6.1.2 Tính tốn
Bề dày tối thiểu S’:
Hơi đốt là hơi nước bão hồ có áp suất 2 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là: Pm=PD– Pa=2–1=1at=0,098 N/mm2 Áp suất tính tốn là:
Pt=Pm+ρ . g . H=0,098+1261.9,81.10−6.3=0,135N/mm2
Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD = 119,6 oC, vậy nhiệt độ tính tốn của buồng đốt là:
ttt=tD+20=119,6+20=139,6℃ (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)
Theo hình 1.2, trang 16, [7], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là: [σ]* = 115 N/mm2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [7]).
⇒ Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ]=η .[σ]∗¿0,95.115=109,25N/mm2
Tra bảng 2.12, trang 34, [7]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 1,95.105 N/mm2.
Xét: [σP]. φ
t = 109,25.0,950,135 = 768 > 25 Theo công thức 5-3, trang 96, [7]: S = Dt. Pt
2.[σ]. φ = 2.109,25.0,951000.0,135 = 0,65 mm. Trong đó:
φ = 0,95 – hệ số bền mối hàn (bảng 1-8, trang 19, [7], hàn 1 phía) Dt = 1000 mm – đường kính trong của buồng đốt.
Pt = 0,135 N/mm2 – áp suất tính tốn của buồng đốt. Bề dày thực S:
Dt = 1000 mm ⇒ Smin = 3 mm > 0,65 mm ⇒ chọn S’ = Smin = 3 mm (theo bảng 5.1, trang 94, [7]).
Chọn hệ số ăn mịn hố học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm). Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,22 mm (theo bảng XIII.9, trang 364, [2]).
⇒ Hệ số bổ sung bề dày là:
C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,22 = 1,22 mm ⇒ Bề dày thực là:
Chọn S = 6 mm.
Kiểm tra bề dày buồng đốt: Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [7]:
S− a
Dt = 10006−1 = 0,005 < 0,1 (thỏa).
Áp suất tính tốn cho phép trong buồng đốt: [P] = 2.[σ]. φ .(S− a)
Dt+(S− a) = 2.109,25.0,95(1000+(6−1)6−1) = 1,032 N/mm2 > 0,135 N/mm2
Vậy bề dày buồng đốt là 6 mm.
⇒ Đường kính ngồi của buồng đốt: Dn = Dt + 2S = 1000 + 2.6 = 1012 mm.
Tính bền cho các lỗ:
Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [7]): dmax = 3
√Dt.(S− a).(1−k) ; mm. Trong đó:
Dt = 1000 mm – đường kính trong của buồng đốt. S = 6 mm – bề dày của buồng đốt.
k – hệ số bền của lỗ. k= (2,3.[σ Dt. Pt ]−p).(S− a) = (2,3.109,25−0,135).(6−1)1000.0,135 = 0,107 ⇒ dmax = 3 √1000.(109,25−1).(1−0,107) = 45,9 mm. So sánh: Ống dẫn hơi đốt Dt = 200 mm > dmax Ống xả nước ngưng Dt = 20 mm < dmax Ống xả khí khơng ngưng Dt = 20 mm < dmax
⇒ Cần tăng cứng cho lỗ của hơi đốt vào, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng
6.2 Tính cho buồng bốc
6.2.1 Sơ lược về cấu tạo
Buồng bốc có đường kính trong là Db =1200 mm, chiều cao Hb = 2500 mm. Thân gồm: ống nhập liệu, ống thơng áp, cửa sửa chữa và 2 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.
6.2.2 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 0,626 at nên buồng bốc chịu áp suất ngoài là:
Pn=Pm=2. Pa– P0=2.1–0,626=1,374at=0,1347N/mm2 Nhiệt độ của hơi thứ ra là tsdm(P0)=86,5℃
vậy nhiệt độ tính tốn của buồng bốc là: ttt=86,5+20=106,5℃
(trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt).
Chọn hệ số bền mối hàn φh = 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [7], hàn 1 phía).
Theo hình 1.2, trang 16, [7], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là: [σ]* =120 N/mm2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [7]). ⇒ Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ]=η .[σ]∗¿0,95.120=114N/mm2 (Tra bảng 2.12, trang 34, [7]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 1,99.105 N/mm2.)
Chọn hệ số an toàn khi chảy là nc = 1,65 (bảng 1-6, trang 14, [7]). ⇒ Ứng suất chảy của vật liệu là σc
t
Áp dụng công thức 5-14, trang 98,[7]: S ’=1,18.Dt.(Pn E . L Dt)0,4=1,18.1200.(1.99.100,13475. 2500 1200)0,4=5,6mm Trong đó:
Dt = 1200 mm – đường kính trong của buồng bốc. Pn = 0,1347 N/mm2 – áp suất tính tốn của buồng bốc.
L = 2500 mm – chiều dài tính tốn của thân, là khoảng cách giữa hai mặt bích. Bề dày thực S:
Dt = 1200 mm ⇒ Smin = 3 mm < 5,6 mm ⇒ chọn S’ = 5,6 mm (theo bảng 5.1, trang 94, [7]).
Chọn hệ số ăn mịn hố học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm). Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,5 mm (theo bảng XIII.9, trang 364, [2]).
⇒ Hệ số bổ sung bề dày là:
C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,5 = 1,5 mm ⇒ Bề dày thực là:
S = S’ + C = 5,6 + 1,5 = 7,1 mm Chọn S = 8 mm.
Kiểm tra bề dày buồng bốc:
L Dt=
2500
1200=2,083
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.(8−1)
1200 ≤2,083 ≤1,5
√2.(12008−1)
0,052≤1,125 ≤ 19,44 (thỏa).
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,[7]: [Pn] = 0,649. Et.Dt L (S− a Dt )2√(S− a) Dt ≥ Pn. 0,649. 1,99.105.12002500 (12008−1)2√(8−1) 1200 ≥0,1347 0,161 N/mm2 ≥0,1347 N/mm2 (thỏa).
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục: Xét: L = 2500 mm ≤ D = 7.900 = 6300 mm
Lực nén chiều trục lên buồng bốc: (công thức 5-30, trang 103, [7])
Pnct=π . Dn2. Pn
4 =
3,14.(1200+2.8)2.0,1347
4 =152976,27N . Theo điều kiện 5-33, trang 103, [7]:
25≤2.(S−D a)2.(8−12001)85,71 ≤ 250. Tra qc = [2.(S−D a)] ở [7] trang 103. D 2.(S− a) 50 100 150 200 250 500 1000 2000 5000 qc 0,05 0,098 0,14 0,15 0,14 0,118 0,08 0,06 0,055 ⇒qc = 0,0843 ⇒ K =875.σc t Et . q c=875. 198 1,99.105.0,0843=0,073 (công thức 5-34, trang 103, [7]) Điều kiền thỏa mãn độ ổn định của thân (5-32, trang 103, [7]):
S – Ca ≥ √π . K . EP nct t
↔(8 - 1) ≥√3,14.0,073152976,27.1,99.105
↔ 7 ≥ 1,83 (thỏa).
Ứng suất nén được tính theo công thức 5-48, trang 107, [7]:
σn = π .(S−P nct
a)(Dt+S) = 3,14.(8−1)(1200+152976,27 7) = 5,77 N/mm2.
Ứng suất nén cho phép được tính theo cơng thức 5-31, trang 103, [7]: [σn] ¿K . Et.(S− a)
Dt =0,073.1,99.10
5.8−1
1200=84,74 N/mm2
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực nén chiều trục:
Kiểm tra điều kiện 5-47, trang 107, [7]:
σn
[σn] + Pn
[Pn] ≤ 1
↔ 5,77
84,74 + 0,13470,161 = 0,90 ≤ 1 (thỏa) Vậy bề dày buồng bốc là 8 mm.
⇒ Đường kính ngồi của buồng bốc: Dn = Dt + 2S = 1200 + 2.8 = 1216 mm.
Tính bền cho các lỗ:
Đường kính lỗ cho phép khơng cần tăng cứng (cơng thức 8-2, trang 162, [7]) dmax = √3 Dt.(S− a).(1−k) mm.
Trong đó:
Dt = 1200 mm – đường kính trong của buồng bốc. S = 8 mm – bề dày của buồng bốc.
k= (2,3.[σ Dt. Pn ]−Pn).(S− a) = (2,3.114−0,1347.12000,1347).(8−1) = 0,088 dmax = 3 √Dt.(S− a).(1−k) = 3 √1200.(8−1).(1−0,088) = 19,7 mm So sánh: Ống nhập liệu Dt = 20 mm < dmax Cửa sửa chữa Dt = 500 mm > dmax Kính quan sát Dt = 200 mm > dmax
Không cần tăng cứng cho lỗ hơi đốt vào
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 thơng 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 (cơng 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 ngồi:
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
6.4 Tính tốn cho nắp thiết bị
6.4.1 Sơ lược về cấu tạo
- Chọn nắp ellipse tiêu chuẩn Dt = 1200 mm. ⇒ ht = Dt
4 =300 mm và Rt = Dt =1200 mm.
- Nắp có gờ và chiều cao gờ là hg = 50 mm. - Nắp có 1 lỗ để thốt hơi thứ.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.
6.4.2 Tính tốn
Bề dày thực S:
- Nắp có áp suất tuyệt đối bên trong giống như buồng bốc là Po = 0,626 at nên chịu áp suất ngoài là Pn = 1,374 at = 0,1347 N/mm2
- Nhiệt độ tính tốn của nắp giống như buồng bốc là tt = 86,5 + 20 = 106,5 oC (nắp có bọc lớp cách nhiệt).
- Chọn bề dày tính tốn nắp S = 8 mm. Kiểm tra bề dày nắp:
- Xét các tỷ số: ht Dt= 300 1200=0,25 Rt S = 12008 = 150 0,15.Et x . σct = 0,15.2.105 0,7.198 = 168,35 ⇒ Rt S ≤ 0,15.Et x . σct và 0,2 ≤ ht Dt≤ 0,3 ⇒ [Pn] = 2.[σn].(S− a) (cơng thức 6-12, trang 127, [7])
Trong đó:
Et=2. 105N/mm2 – module đàn hồi của vật liệu ở tt = 106,5 oC (bảng 2-12, trang 34, [7])
σct ¿1,65.120=198N/mm2 (giới hạn chảy của vật liệu (công thức 1-3, trang 13, [7]) Với:
[σ]* = 120 N/mm2 - ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt (hình 1-2, trang16, [7]) nc = 1,65 – hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [7])
x = 0,7 với thép không gỉ. β = E t (S− a)+5.x . Rt. σct Et(S− a)−6,7.x . Rt.(1−x). σct = 2.105.(8−1)+5.0,7.1200 .198 2.105.(8−1)−6,7.0,7 .1200.(1−0,7).198=2,42
ứng suất nén cho phép của vật liệu làm nắp tính giống như buồng bốc (cơng thức 5-31, trang 103, [7])
[σn]=85,16N/mm2
⇒ [P¿ ¿n]=2.85,16.(8−1)
2,42.1200 ¿ = 0,41 N/mm2 ¿ 0,1347 N/mm2 (thỏa) Vậy bề dày của nắp ellipse là 8 mm.
Tính bền cho các lỗ:
Vì nắp 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.[(8−15,6 −0,8)√1200(8−1)−1] = 80,5 mm. Trong đó:
(chọn theo cách tính của buồng bốc) Ca – hệ số bổ sung do ăn mịn; mm D’ – đường kính tính tốn của đáy; mm So sánh:
Ống dẫn hơi thứ Dt = 250 mm > dmax
⇒ Cần tăng cứng cho lỗ của ống dẫn hơi thứ, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu
tăng cứng bằng bề dày nắp (8 mm).
6.5 Tính mặt bích
6.5.1 Sơ lược về cấu tạo