CHƯƠNG V TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ
CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
1 . Hình dáng thiết bị và phương thức gia công
Thiết bị làm việc ở áp suất thấp (< 1,6.106 N/m2) nên chọn thiết bị hình trụ đúng;
thiết bị được chế tạo bằng thép tấm , các tấm được hàn với nhau. Yêu cầu mối hàn : + Đường hàn càng ngắn càng tốt.
+ chỉ hàn giáp mối.
+ bố trí các đường hàn dọc dể quan sát.
+ không khoan lổ qua mối hàn.
2 . Chọn vật liệu
Chọn thép không ghỉ : OX21H6M2T Thép có các tính chất :
+ độ bền hoá học, độ bền nhiệt, khả năng chịu mài mòn cao . + độ bền cơ học, độ dẻo lớn, độ giòn thấp
3. Chiều dày của tháp
Chiều dày của thân tháp chịu áp suất trong được tính theo công thức sau:
S [ ] Dt p p+C
= −
ϕ σ . . 2
. [m] (XIII.8_sổ tay II) Trong đó S : bề dày của vỏ thân tháp [m]
Dt: đường kính trong của thân tháp [m]
σ : hiệu suất cho phép [N/m2]
ϕ: hệ số bền của thân trụ theo phương dọc , chọn ϕ=0,95 ( XIII.8_sổ tay II)
C :hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai âm về chiều dày P : áp suất làm việc của tháp [N/m2]
P = Pmt + P1 (XIII.10 sổ tay II ) Pmt : áp suất của hơi trong tháp [N/m2]
P1 : áp suất của cột chất lỏng trong tháp [N/m2] P1 = g.ρ1.H1
g : gia tốc trọng trường , g = 9,81 [m/s2]
ρ1: khối lượng riêng của chất lỏng [kg/m3]
H1: chiều cao của cột chất lỏng(chiều cao làm việc của tháp) [m]
408 , 2 951
3 , 945 51 , 957 2
,
1 + = + =
= ρ ρ
ρ xtb xtb [kg/m3]
ρxtb: khối lượng riêng của lỏng trong đoạn luyện [kg/m3] ρ,xtb: khối lượng riêng của lỏng trong đoạn chưng [kg/m3] p1=9,81.951,405.10,04 =93706,1618 [N/m2] Vậy P = Pmt + P1 = 0,937.105 + 1,033.105 = 1,970.105 [N/m2] Ta có [ ] σ σ .η
nK
K
K = và [ ] σ σ .η nCC
C =
Trong đó [ ] σK và [ ] σC : ứng suất cho phép khi kéo [N/m2]
σKvà σC : giới hạn bền khi kéo và giới hạn chảy [N/m2] nK và nC : hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chảy
nK=2,6 vaì nC=1,5 (bảng XIII.3_sổ tay II)
η : hệ số điều chỉnh , với thiết bị này thì η= 1 Với thép OX21H6M2T thì σK= 600.106 [N/m2]
σC= 300.106 [N/m2] (bảng XII.4_sổ tay II) Ta có [ ] σK = 230,77.106 [N/m2] ,[ ] σC = 180.106 [N/m2] .
Trong 2 giá trị trên ta chỉ chọn giá trị nhỏ hơn là [ ] σC = 180.106 [N/m2] Hệ số C = C1 + C2 + C3 [m]
C1 : hệ số bổ sung ăn mòn [m] . thép này thuộc loại vật liệu bền nên C1 = 1[mm]
C2 : đại lượng bổ sung do ăn mòn , C2 = 0
C3 : đại lượng bổ sung do sai âm về chiều dày và phụ thuộc vào tầm vật liệu , chọn C3 = 0,8 [mm]
Vậy C = 1,8.10-3 [m]
Suy ra S = 10
10 10
10 3
5 6
5
. 8 , . 1
97 , 1 95 , 0 . . 180 . 2
2 , 1 . . 97 ,
1 −
− + =0,0025[m], S= 2,5 [mm]
(Dt = 1,2[ ] 2
371 , 1 063 , 1
2D m
Dc+ l = + = )
* Kiểm tra ứng suất của thép : [ ( ) ]
( ). 1,2
. 2
. 0 δ
δ t ϕ C
C S
C
S P
D <=
−
−
= + (XIII.26_sổ tay II) Mà áp suất thử P0 = Pth + P1 (N/m2)
Pth : áp suất thử thuỷ lực lấy theo bảng (XIII.10_sổ tay II) , Pth = 1,5.Pmt
P1 : áp suất thuỷ tỉnh của H2O (N/m2) P1 = g.ρ.H1
Với ρ : khối lượng riêng trung bình của H2O ρ= + =
2
ρ ρL C
2
786 , 952 79 ,
957 +
= 955,29 (kg/m3)
ρL :khối lượng riêng của nước tại đoạn chưng.
ρC :khối lượng riêng của nước ở đoạn luyện.
P1 = 9,81.955,29.10,04 =45263,74 (N/m2) P0 = ( 1,033.1,5 + 0,453 ).105 = 2.105 (N/m2) Suy ra δ =(1,22.0,095,0057.(0,00570,00180,0028).2.10) 5
−
− +
δ= 24,4.106 < σ1,2C
= 3001,2 .106 (N/m2) Vậy chiều dày của tháp là 2,5mm . 4 . Đáy và nắp thiết bị.
Chọn loại nắp và đáy elip có gờ được chế tạo bởi cùng một loại thép giống như tháp .
Chiều dày của đáy và nắp thiết bị chịu áp suất trong tính theo công thức : S = 3,8.[ ] σ DK.tK.P.ϕ−P.2D.htb +C (m) (XIII.47_sổ tay II)
Trong đó hb:chiều cao phần lồi của nắp chọn theo đường kính tháp ở bảng (XIII.8_sổ tay II) (m)
ϕ : hệ số bền của mối hàn, ϕ= 0,95
K : hệ số không thứ nguyên , vì đáy của thiết bị có lổ được tăng cứng hoàn toàn nên K = 1
Tra bảng ta chọn hb = 0,475 (m) (bảng XIII,10_sổ tay II) Vì [ ]σ .K.ϕ
P > 30 nên P ở mẩu số được bỏ qua nên chiều dày của đáy và nắp là
S = 0,0018
475 , 0 . 2 . . 77 , 230 . 95 , 0 . 8 , 3
. 97 , 1 . 2 , 1 . 2 , 1
10 10
6 5
+ S = 0,00216[m] =2,16 [mm] .
Chọn chiều dày của đáy và nắp là 2 [mm].
* Kiểm tra ứng suất của nắp thiết bị [ ( ) ]
(S C)
K
C S
h P
D h
b b t
−
−
= +
. . . . 6 , 7
. .
.
2 0
2
σ ϕ < σ1,2C= 200.106 (N/m2) Vậy chiều dày của đáy và nắp thiết bị 2(mm) là đạt yêu cầu . 5 . Chọn mặt bích và Bulong
Mặt bích là một bộ phận quan trọng để nối các phần cảu thiết bị. Để phù hợp với chế độ làn việc thì ta chọn mặt bích kiểu liền làm bằng thép không gỉ.
Áp suất toàn phần của tháp:
Ta chọn áp suất toàn phần của tháp bằng áp suất thử.
Pth ≤0,15 .106 (N/m2)
Căn cứ vào bảng (XIII.27_sổ tay II) ta chọn mặt bích và bu long với các thông số kỷ thuật như sau:
Pth [N/m2] Dt(mm) Kích thước nối (mm)
D Db D1 D0 Bulong 0,15.106
db Z h
1570 1700 1650 M20 32 28
1850 2000 1950 M20 40 28
db
h
Dt D0 D1 Db
Hình 3 bích và Bulong nối 6 . Chiều dày lớp cách nhiệt
Chọn vật liệu chế tạo lớp cách nhiệt là : Amiăng các tông có λCN= 0,144 [ W/m. độ ] và ρCN= 2600 [kg/m3]
Tổng nhiệt trở của lớp cách nhiệt được xác định như sau : R= rcặn+ δ λ
δ λ
CN CN r
r +
rcặn : nhiêtj trở của lớp cặn , rcặn = 0,387.10-3 [m2. độ/W ] δCN: chiều dày lớp cách nhiệt [m]
δr: chiều dày của thân tháp , δr= 0,0025 [m]
λr: hệ số dẩn nhiệt của vật liệu chế tạo tháp, λr= 12,5 [ W/m. độ ] (bảng XII_sổ tay II )
R = ∆qtT =
t
tT
∆
∆ α.
∆tT: hiệu số nhiệt độ giữa lớp cách nhiệt và dung dịch, ∆tT = tT1 - tT2
tT1 : nhiệt độ làm việc cao nhất của tháp , chọn tT1 = 115 0C tT2 : nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt , chọn tT2 = 50 0C ∆tT = 115 - 50 = 65 [0C]
q : nhiệt tải riêng của lớp cách nhiệt [ W/m2 ]
α : hệ số cấp nhiệt chung từ bề mặt lớp cách nhiệt ra ngoài không khí, khi tT2= 50 0C α = 9,3 + 0,058. tT2 = 9,3 + 0,058.50 = 12,2 [ W/m2. độ ] (V.136_sổ tay II)
∆t : chênh lệch nhiệt độ giữa lớp cách nhiệt và không khí
∆t = tT2 - tkk = 50 - 25 = 25 [0C]
R = 12,652.25= 0,213 [m2. độ/W ] Suy ra δCN= 30 [mm]
7 . Tải trọng của tháp và chọn tai treo , trụ đở cho tháp
Tải trọng cực đại mà đế đở phải chịu được tính theo công thức sau : Gmax = Gvỏ + Gđáy + Gnắp + Gdd + Gđệm + GCN + Gbích + Gbb [kg]
* Khối lượng vỏ tháp Gvỏ = Dn Dt . .H
. 4
2 2
ρ
π
−
[kg]
Dn: Đường kính ngoài của tháp , Dn=Dt + S [m]
Dt : Đường kính trong của tháp [m]
ρ : Khối lưởngiêng của vật liệu chế tạo , ρ= 7,7.103 [kg/m3] S : Chiều dày của thân tháp , S = 3.10-3 [m]
H : Chiều cao của tháp [m]
Gvỏ = 3,14. 1 , 219524 1 , 2172 .10,4.7,7
−
.103 = 369,66 [kg]
* Khối lượngcủa đáy và nắp
Gđáy + Gnắp = 285 [kg] (XIII.11_sổ tay II)
* Khối lượng dung dịch
Thể tích của toàn tháp VT = VL + VC
Thể tích đoạn luyện VL = π4.D2t.HL=3,414.1 , 0632.3,496 = 3,1 [m3]
Thể tích đoạn chưng VC = π4.Dt2.HC= 3,414.1 , 3712.6,545 = 9,657 [m3] Vậy VT = 12,76 [m3]
Khối lượng dung dịch của toàn tháp
Gdd = VC.ρC + VC.ρC= 3,1.957,51+9,657.944,6 = 12090,28 [kg]
* Khối lượng đệm:
Thể tích đệm Vđ = 9,28 [m3]
Khối lượng đệm Gđ = 9,28.750 = 6960 [kg]
ρđ =750 [kg/m3].
* Khối lượng của lớp cách nhiệt:
CHƯƠNG 7