PHẦN IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN
3. Tính đáy và nắp thiết bị
Đáy và nắp thiết bị là bộn phận quan trọng của thiết bị và thường được chế tạo cùng loại vật liệu với thân tháp. Vì tháp làm việc ở áp suất thường và thân trụ hàn nên ta chọn đáy và nắp thiết bị hình elip có gờ đối với thiết bị thẳng đứng có P> 7.104
3.1. Chiều dày của nắp
Sn= Dt.Pn 3,8 .[σ].ϕh.k.
Dt 2.hb+C
Trong đó: Pn = P= 264089,71N/m2 ϕh: hệ số bền mối hàn;
k: hệ số hiệu chỉnh hb: chiều cao nắp
C: hệ số hiệu chỉnh C= 1,5.10-3 m
Và có tăng thêm một chút tùy thuộc chiều dày:
Thêm 2mm khi S-C < 10mm Thêm 1mm khi 0< S-C<20 mm
Hb chiều cao phần lồi của đáy, với Dt= 2,4 ⇒hb = 600 mm (382-2)
ϕhhệ số bền của mối hàn hướng tâm nếu có.
Chọn hàn theo phương pháp hàn bằng tay bằng hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai bên.
Tra (II-362) đượcϕh=0,95
Hệ số hàn không thứ nguyên , được xác định:
k = 1- d
Dt (385-2)
với d đường kính lớn nhất ( hay kích thước lớn nhất của lỗ không phải là hình tròn), của lỗ không tăng cứng do đường kính ống có ở đáy và nắp khác nhau nên ta phải tính hệ số k của đáy và nắp ở đáy: đường kính ống tháo sản phẩm đáy là d = 100 mm = 0,1m
nên k = 1−0,1
2,4=0,9583
ở nắp: đường kính ống đãn sản phẩm đỉnh là d= 200 mm = 0,2 m nên k = 1−0,2
2,4=0,916
ta có : [σ] = 146,67.106 (N/m2) xét: + ở đáy :
[σ].k.ϕh
P =146,67.106.0,9583.0,95
264089,71 =505,6091>30 + ở nắp:
[σ].k.ϕh
P =146,67.106.0,916.0,95
264089,71 =483,2912>30
Nên ta có thể bỏ qua ở mẫu số của công thức tính chiều dày của đáy và nắp Suy ra:
Chiều dày của nắp Sn=
Dt.Pn 3,8.[σ].ϕh.k.
Dt 2.hb+C Sn= 2,4 .264089,71
3,8.(146,67.106).0,95.0,916. 2,4 2.0,6+C
= 2,6136.10-3 + C
S-C = 2,6136.10-3 = 2,6136 mm Ta thấy S-C <10 mm
Nên phải tăng C lên 2 mm, khi đó C = 3,5 mm
Do đó S = 3,5 + 2,6136 = 6,1136 mm Chọn S =10 mm
Kiểm tra ứng suất ở thành tháp ở áp suất thử thủy lực theo công thức.
σ=[Dt2+2.hb.(S−C)].P0
7,6 .k.ϕh.hb.(S−C) ≤ σc 1,2
Kiểm tra với nắp thay số vào ta có: (382-2)
σ=[Dt2+2.hb.(S−C)].P0
7,6 .k.ϕh.hb.(S−C) =[2,42+2. 0,6 .(10−3,5).10−3]560377,8861
7,6 . 0,916 . 0,95 . 0,6 .(10−3,5).10−3 =125,3123 .106
σ=125,3123.106< σc
1,2=220.106
1,2 =183,33.106 Thỏa mãn diều kiện bền vậy chiều dày của nắp là 10 mm 3.2.Chiều dày của đáy
Tương tự ta có P = 560377,8861 (N/m2) và k = 0,9583; C = 1,5.10-3 (m)
Sđ=
2,4 .264089,71
3,8.(146,67.106).0,95.0,9583. 2,4
2.0,6+C=2,4982.10−3+C
S – C < 10 mm nên phải tăng C thêm 2 mm
Sđ =2,4982+ 3,5 =5,9982mm
Quy chuẩn S= 10 mm
Kiểm tra ứng suất ở áp suất thử thủy lực theo công thức :
σ=[Dt2+2.hb.(S−C)].P0
7,6 .k.ϕh.hb.(S−C) =[2,42+2. 0,6 .(10−3,5).10−3]560377,8861
7,6 . 0,9583 . 0,95 . 0,6 .(10−3,5).10−3 =119,7809 .106
σ=119,7809.106<183,33.106
Thỏa mãn điều kiện bền, vậy chiều dày của đáy là 10 mm Vậy chiều dày đáy là : 10 mm
Chiều dày nắp là : 10 mm
Tra bảng XIII.11 (384-2)
Có chiều cao gờ là 40 mm
Khối lượng của nắp là mn = 519 Kg Khối lượng của đáy tháp là mđ = 519 Kg Vậy nắp và đáy có thông số như sau
DL = DC = 2,4 m hb = 600 mm h = 40 mm Sn = Sđ = 10 mm 4 . Chọn bích ghép:
Chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị
P = 264089,71 (N/m2) D = 2,4 m
Tra theo bảng XIII.27 Ta có bảng sau :
Py.106
N/m2
Dt mm D Db D1 D0 Bu lông
mm
0,3 2400 255
0
2500 2460 2415 M24 56 45
Theo bảng XIII.6
Tên các ống Dy Dn D Ds D1 Db Z h
mm Cái mm
Sản phẩm đỉnh 200 219 290 255 232 M16 8 22
Hồi lưu đỉnh 100 108 205 170 148 M16 4 20
ống dẫn liệu 100 108 205 170 148 M16 4 18
Sản phẩm đáy 100 108 205 170 148 M16 4 20
Hồi lưu đáy 200 219 290 255 232 M16 8 22
+ Ta chọn số bích
Đối với tháp có đường kính là 2,4 m Tra bảng IX.4 (170-2)
Khoảng cách giữa 2 bích là 4200 mm
Số bích đoan luyện là = HL
4,2=12,3
4,2 =2,938 bích Làm tròn là 3 bích
Số bích đoan chưng là = HC 4,2=5,3
4,2=1,26
bích Làm tròn thành 1 bích
Vậy tổng số bích của tháp là: 3+1+2 = 6 (bích) Trong đó 2 bích để nối nắp và đáy chóp với tháp 5. Tính giá đỡ và tai treo
Thông thường người ta đặt tháp trên giá đỡ gọi là chân tháp. Để xác định được chân đỡ ta phải xác định được toàn thiết bị có tải trọng bao nhiêu đặt nên nó.
Ta có: Mtb = Mt + Mnắp + Mđáy + Mc.lỏng + Mthêm + Mđĩa (Kg) Khối lượng nắp và đáy tra bảng XIII.11 STQTVTB (384-2)
Mnắp = Mđáy = 519 Kg Khối lượng của đĩa:
Mđiaz = Ntt.mđĩa = Ntt.ρđĩa.Vđĩa Kg
Trong đó:
ρđĩa : khối lượng riêng của vật liệu làm đĩa- do đĩa làm bằng vật liệu thép không gỉ X18H10T tra bảng XII.7 (313-2)
Ta có ρđĩa = 7900 KG/m3 Vđĩa = δ.Ftd
Trong đó: Ftd diện tích đĩa bằng 80% diện tích mặt cắt tháp
Ftd =
π.D2.0,8
4 =π.2,42.0,8
4 =3,6191 (m2) δ : chiều dày đĩa ta chọn là 5 mm Khối lượng đĩa toàn tháp là:
Mđĩa = Ntt.ρ.Vđĩa = 41.7900.3,6191. 5.10-3 = 5861,13(Kg) Khối lượng của chất lỏng trên đĩa Mc.lỏng
Mc.lỏng = π.D2
4 .ρtb.H
Trong đó: giả sử chứa toàn bộ chất lỏng như hỗn hợp đầu Mc.lỏng = ρF.(V−Vđia)
ρF : khối lượng riêng trung bình của chất lỏng trong tháp
ρF=ρ
xC+ρ
x L
2 =947,41+955,3
2 =951,355
(Kg/m3) V: thể tích toàn tháp
Vđĩa: bằng thể tích tự do của đĩa lỗ V =
π.D2
4 .H=π.2,42
4 .17,6=79,6205
(m3) Vậy khối lượng của chất lỏng trên đĩa:
Mc.lỏng = ρF.(V−Vđia) = 951,355.(79,6205 – 0,005.3,6191) = 75730,1685(Kg)
Khối lượng thân tháp
Mt =ML + MC = ρt. Vt
Trong đó :Vt = Ht.
π 4.(D
n2−D
t2)
Dn: đường kính ngoài cùng vỏ thiết bị Dn = Dt + 2.δ = 2,4 + 2.0,008 = 2,416 (m)
Vt = 17,6.
π
4.(2,4162−2. 42)
= 1,0651 (m3)
Mt = 7900.1,0651= 8414,65 (Kg)
Khối lượng thêm chi tiết phụ như bu lông, ốc vít, thanh đỡ, bích, kẹp đĩa…
Chọn Mthêm = 500, Kg Vậy khối lượng toàn tháp là:
Mtb = Mt + Mnắp + Mđáy + Mc.lỏng + Mthêm + Mđĩa
= 8414,65+ 519 + 519 + 75730,1685+ 500 + 5861,13 = 91543,9485(Kg) Trọng lượng tháp :
P = m.g = 91543,9485 .9,8 = 897130,6953 (N)
* Chọn tai treo và chân đỡ:
Vì trọng lượng của tháp rất lớn nên ta cần chọn cả chân đỡ và tai treo.
Chọn vật liệu CT3, giả sử tải trọng cho phép trên một chân đỡ hay tai treo là 8.104 N
Ta chọn số chân đỡ là 4, số tai treo là 4
Vậy tải trọng mỗi chân đỡ và mỗi tai treo phải chịu là : 224282,67 N
Chân đỡ: tải trọng cho phép trên mỗi chân đỡ là 8.104 N Ta có bảng sau:
Tải trọng cho phép trên 1 chân
G.104 N
Bề mặt đỡ F = 104 (m2)
Tải trọng cho phép trên đất
L B B1 B2 H h L D
Dt A
mm
8,0 840 0,96 320 265 270 400 500 275 22 120 2400
900
Tải trọng 1 tai treo cho phép là 8.104 (N)
Được tra theo bảng XIII.36 STQTVTB (II-438)
Tải trọng cho phép
Bề mặt
đỡ
Tải trọng cho
L `B B1 H S l a d k.lg
tai
trên 1 tai treo G.104 N
F.104 N
phéplên bề mặt
đỡ q.106N/
m2
treo
mm Kg
8,0 639 1,25 270 240 240 420 14 120 25 34 21,5
KẾT LUẬN
Loại tháp: tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyển.với năng suất 4,39 tấn/h.
Đường kính tháp : D = 2,8 (m).
Số đĩa lí thuyết : N = 45 đĩa.
Số đĩa thực tế : N = 37 đĩa.
Chiều cao tháp : H = 18,6 (m).
Với quy trình công nghệ tính toán ở trên ta thấy rằng một lượng nhiệt đáng kể cần giải là ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh và giải nhiệt cho sản phẩm đáy chưa được tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu. Nhưng trong quá trình tính toán để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sôi nếu tận dụng nhiệt thì chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sôi trong khi đó phải tốn thêm thiết bị, đường ống… làm tăng chi phí của phân xưởng. Vấn đề tận dụng nhiệt là một vấn đề thực tế rất được quan tâm, nó như là một giải pháp để năng cao hiệu quả của quá trình và tiết kiệm năng lượng, nhưng trong giới hạn về thời gian, khả năng và kinh nghiệm thực tế nên em chưa phân tích tính toán đánh giá đúng mức các quá trình. Đồ án môn học là một môn học tổng hợp và nó đã mang lại cho em nhiều kinh nghiệm để tính toán thiết kể hoàn chỉnh một quá trình trong sản xuất.