Tra bảng XIII.4 trang 310 sổ tay QTTB tập 2 với thép X18H10T ta cĩ:
t k σ = 540.106 N/m2. t c σ = 220.106 N/m2
Ứng suất cho phép của vật liệu được tính theo
Chọn
+ Hệ số bền của mối hàn:
Tra bảng XIII.8 trang 362 sổ tay QTTB tập 2 với kiểu hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp nối hai bên ta chọn hệ số bền mối hàn ϕmh =0,95
+ Áp suất làm việc của tháp: P = 0,098 MPa = 1atm.
+ Số bổ sung do ăn mịn Ck: Ck = C1+ C2+ C3
Trong đĩ:
+ C1 : số bổ sung do ăn mịn, xuất phát từ điều kiện ăn mịn vật liệu của mơi trường, C1 = π.t
Ta lấy π :là độ thẩm thấu ăn mịn vật liệu là 0,1 mm/năm. t : thời gian thiết bị làm việc là 10 năm.
C1 = 0,1.10 = 1mm
+ C2: đại lượng bổ sung do bào mịn khi nguyên liệu cĩ hạt rắn động , ở đây C2= 1,1 mm
+ C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày tấm vật liệu, với vật liệu X18H10T thì C3 = 0,4 mm (tra bảng XIII.9 sổ tay QTTB tập 2). Vậy Ck = 1+ 0,4+1,1 = 2,5 mm
Do đĩ bề dày thiết bị hình trụ: = = m
Vậy ta chọn bề dày của thiết bị = 3 mm
Kiểm tra khả năng làm việc của thiết bị với = 3 mm 0,1 k t C D δ − < <=> = 0,001< 0,1 Áp suất dư cho phép bên trong thiết bị:
0,28 MPa
Áp suất làm việc của thiết bị P < Pd, với bề dày δ = 3mm, thiết bị làm việc
ở điều kiện tốt và bền vững.
Vậy bề dày của lớp trong và lớp ngồi của thân thiết bị là δ = 3mm.
4.1.1.2Tính nắp và đáy thiết bị:
Đáy và nắp thiết bị là một bộ phận quan trọng và thường được chế tạo cùng vật liệu ở thân tháp. Thép khơng gỉ X18H10T.
Chọn loại đáy, nắp hình elip cĩ gờ
Ta chọn nắp thiết bị cĩ gờ hình elip với thiết bị cĩ thân thẳng đứng và đường kính trong 0,5m. Chọn vật liệu của nắp giống như vật liệu của thân thiết bị. Theo hình XIII.11 trang 381 Sổ tay QTTB tập 2, ta cĩ:
Chiều cao phần lồi nắp:
hb = 0,25.Dt = 0,25.0,5 = 0,126m. Chọn chiều cao của gờ là 25 mm
Bề dày nắp thiết bị được tính theo cơng thức XIII.47 trang 385 Sổ tay QTTB tập 2: . . 3,8.[ ]. . 2. t t n cp mh b D P D C k P h δ σ ϕ = + −
Trong đĩ: + ϕmh là hệ số bền của mối hàn hướng tâm ,tra bảng XIII.8 trang
362 - Sổ tay QTTB tập 2 chọn ϕmh = 0,95
+ k là hệ số khơng thứ nguyên, chọn k = 1 + C là đại lượng bổ sung C = 0,0025 m.
cp σ =146,7 MN/m2. h P
= 0,095 MPa: là áp suất của hơi khi ra khỏi thiết bị: Vì nên bỏ qua P ở mẫu số khi tính δ .
Vậy:= Chọn bề dày nắp .
Kiểm tra điều kiện bền của nắp thiết bị: . 0,1 n k t C D δ − < <=> Áp suất dư cho phép ở thiết bị:
27, 6. . . .( ). 7, 6. . . .( ). 2. .( ) mh b n cp d t b n k h C P D h C ϕ δ σ δ − = + −
Áp suất làm việc ở nắp thiết bị Pc < Pd,vậy với bề dàyδn = 3mmnắp thiết
bị đảm bảo tính an tồn và độ bền.
Vậy nắp và đáy trong, đáy ngồi của thiết bị cĩ bề dày 3mm.
4.1.1.3Tính tốn chi tiết các ống dẫn
Đường kính ống dẫn được tính theo cơng thức II.36 trang 369 Sổ tay QTTB tập 1: ω π. . 3600 . 4V D = m .
ω : tốc độ trung bình của chất lỏng và khí , cho ở bảng II.2 trang
369 Sổ tay QTTB tập 1.
+ Đường kính ống nhập liệu: Lượng thể tích nhập liệu : Qnhập liệu =0,1756 m3/h
Chọn vận tốc cho chất lỏng trong ống là ω = 0,1 m/s do hỗn họp tự chảy vào thiết bị (theo bảng II.2 trong 370 sổ tay QTTB tập 1)
Vậy đường kính ống nhập liệu là: D = = = 0,025 m
Chọn D = 25 mm.
+ Đường kính ống dẫn khí đi ra khỏi thiết bị đỉnh thiết bị:
Lưu lượng thể tích của hơi đi ra khỏi đỉnh tháp Chọn vận tốc ω = 2 m/s
Vậy đường kính ống dẫn hơi là: D = = = 0,021 m
Ta chọn Ddh = 25 mm.
+ Đường kính ống dẫn khĩi lị vào và ra:
Lưu lượng thể tích của khĩi lị trong thiết bị: m3/h
Chọn vận tốc ω = 2 m/s
Vậy đường kính ống dẫn khí là: Ta chọn Dkhí = 25 mm.
+ Đường kính ống tháo cặn của q trình nhiệt phân: Lưu lượng thể tích của cặn trong thiết bị:
m3/h
Chọn vận tốc ω = 0,01 m/s Vậy đường kính ống dẫn cặn là: Ta chọn Dcặn = 32 mm.
4.1.1.4Tính bích và vịng đệm thiết bị chính
+ Bích để nối thân, nắp thiết bị chính:
Bích và vịng đệm để nối và bít kín thiết bị. Mặt bích là bộ phận dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị.
Thiết bị cĩ 1 bích dùng để ghép phần thân thiết bị và nắp. Đối với đáy của thiết bị, phần đáy nhỏ phía trong ta sẽ sử dụng hàn liền với thân, phần đáy phía ngồi chúng ta sẽ sử dụng hàn liền.
Theo bảng XIII.27 trang 419 sổ tay QTTB tập 2, chọn kiểu I Ta chọn áp suất cao nhất mà thiết bị cĩ thể chịu đựng (P=0,1MPa).
• Bích để nối thân với nắp thiết bị: Với đường kính trong: Dt = 500mm. Đường kính tâm bu-lơng: Db = 580 mm. Đường kính bích : Di = 630mm.
Đường kính mép ván: D0= 511 mm Bu-lơng: M20
Số bu-lơng : z = 20 cái. Chiều cao bích: h = 17 mm.
• Chọn vịng đệm cho nắp nối với thân: Tra bảng XIII.31 trang 433 STTB tập 2. Kích thước bề mặt đệm bích kín:
Do
+ Bích để nối ống dẫn với thiết bị chính:
• Tra bảng XIII.26 trang 409 STTB tập 2
Ta cĩ bảng sau: STT Loại ống dẫn (mm) Kích thước nối (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (con) 1 Ống nhập liệu 25 32 100 75 60 M10 4 14 70 2 Hơi sản phẩm 25 32 100 75 60 M10 4 14 70 3 Ống gia nhiệt vào 25 32 100 75 60 M12 4 14 70 4 Ống gia nhiệt ra 25 32 100 75 60 M10 4 14 70 5 Ống tháo cặn 32 38 120 90 70 M10 4 16 70
Tra bảng XIII.30 trang 432 STTB tập 2 Kích thước bề mặt đệm kín
STT 1 2 3 4 5 25 25 25 25 32 60 60 60 60 70 51 51 51 51 59 52 52 52 52 60 41 41 41 41 49 40 40 40 40 48 4 4 4 4 4 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4
4.1.1.5 Chọn chân đỡ cho thiết bị:
• Tính sơ bộ khối lượng thiết bị:
− Khối lượng nắp:
Với nắp đáy elip cĩ Dt = 500 (mm), chiều dày S = 3(mm), chiều cao gờ h = 25 (mm) .Tra bảng XIII.11 trang 384 Sổ tay tập 2 , ta cĩ
Gnắp = 1,01.10 (Kg) = 10,1 (Kg).
− Khối lượng đáy:
Với đáy elip cĩ Dt = 600 (mm), chiều dày S = 3(mm), chiều cao gờ h = 25 (mm) .Tra bảng XIII.11 trang 384 Sổ tay tập 2 , ta cĩ
Gđáy = 1,01.14 (Kg) = 14,14 (Kg).
⇒ Gnắp +đáy = 10,1 + 14,14 = 24,24 (kg). • Khối lượng bích nối thân :
Đường kính bên ngồi của thiết bị: Dn = 0.606 (m) Đường kính mặt bích của thân: Db = 0.740(m)
Chiều cao bích: h = 0.02(m)
Số mặt bích là 2
ρX18H10T = 7,9.103 (Kg/m3)
⇒ Mbích = 0,79.2.(0,742 – 0,6062).0,02.7,85.103 = 44,74 (Kg).
• Khối lượng các thành phần trong thiết bị
Mdd = mlỏng + mkhí + mkhĩi lị = 203,75 + 176,67 + 266,66 = 646,33 (Kg).
• Khối lượng thân thiết bị: Mthân = -
Mthân = Mthân trong + Mthân ngồi = 87,77 (Kg). Vậy tổng khối lượng của tồn tháp:
Mtháp = 799,28 Kg.
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân. Tải trọng cho phép trên một chân: Gc =
Để đảm bảo độ an tồn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 0,25.104 (N).
Tr ục t hi ết b ị Theo đáy thiết bị Kích thước chân đở: (mm) L B B1 B2 H H S L d 110 80 95 110 180 120 5 40 20 4.1.2 Tính tốn cánh khuấy:
Chọn loại cánh khuấy chân vịt.
Cường độ khuấy : Cường độ khuấy thể hiện bởi chế độ thủy động lực trong thiết bị (chảy tầng, quá độ, xốy), đặc trưng bởi các đại lượng:
Chuẩn số Reynold: R = =
Trong đĩ: : đường kính cánh khuấy
: Khối lượng riêng và độ nhớt của chất lỏng. Đường kính cánh khuấy: = 3
Suy ra: d = = = 0,17 m.
Bề rộng của cánh khuấy: 0,05D = 0,05.0,5 = 0,025 m.
Từ đường kính của cánh khuấy ta tra bảng IV.9 trang 629 tập 1, ta suy ra được số vịng quay của cánh khuấy:
n = 4,5 vịng/s. Suy ra:
R = = = 1,51
Cơng suất tiêu tốn trong quá trình làm việc: N = A... = 0,985...100 = 9,8 KW.
Cơng suất của động cơ: = = = 14 KW.
Thanh chắn trong thiết bị nhiệt phân là 4 thanh. Chiều rộng của mỗi thanh là: = = 0,05 m. Chọn chiều dày của thanh chắn là 10 cm. Chiều cao thanh chắn là: 2. = 2.0,17 = 0,34 m. Lắp thanh chắn cao hơn chân vịt 100 mm. Chiều cao tác dụng của cánh khuấy: = 3 Suy ra: H = 3.D = 0,5.3 = 1,5 m.
Vậy đặc cánh khuấy cách đáy thiết bị là 126 mm.
4.2Tính cho thiết bị phụ:
4.2.1 Thiết bị xúc tác:
Thiết bị cĩ dạng hình trụ, cĩ lắp cụm ống chùm song song chứa xúc tác. Tính tốn chùm ống chứa xúc tác
Tính lượng xúc tác cần thiết:
Chọn một ngày quy trình làm trong 24 giờ. Vậy Lượng khí nhập liệu :
Theo kết quả thí nghiệm, cần 1g xúc tác Zeolit 3A để xúc tác cho phản ứng tạo thành 50g dầu.
Vậy, lượng xúc tác Zeolit 3A cần cho q trình phản ứng là (tính theo lượng dầu):
4,13 (kg)
Thể tích lớp xúc tác: xúc tác dạng cầu
Thể tích thiết bị phụ thuộc vào chùm ống chứa xúc tác thiết bị. Tổng tiết diện của bề mặt ống chùm:
Chọn ống chứa xúc tác cĩSố ống trong thiết bị:
Số hình lục giác x = 2, chọn số ống chuẩn là 19 ống. Xúc tác chứa đầy trong các ống, vậy chiều cao của ống là :
Đường kính chuẩn của hạt xúc tác là 3mm, ta chọn lưới bọc hai đầu ống cĩ đường kính mắt lưới là 1,5mm để tránh thất thốt xúc tác.
Bước ống:
T= 1,5.0,035= 0,0525m. Chọn T = 0,06 m Khoảng cách từ ống đến thành thiết bị: t’=0,06 m Đường kính trong của thiết bị:
Dt= 2.(x.T + t’) = 2.( 2. 0,06 + 0,06) = 0,36 m.
4.2.2 Thiết bị vít tải:
Chọn thiết bị gia nhệt nhập liệu là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vít tải. Vít tải truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 35 x 2.
• Đường kính ngồi:
• Đường kính trong:
• Bề dày ống: Chọn:
Nhựa đi phía trong: 0C. Nhiệt độ ra: 0C. Nhiệt độ đầu, cuối của khĩi lị : 0C, 0C. Quá trình truyền nhiệt là ổn định.
Từ phương trình Newton – Furie (phương trình truyền nhiệt)
Trong đĩ:
K: Hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ. F: Bề mặt trao đổi nhiệt, m2.
Hiệu số nhiệt trung bình của chất tải nhiệt ở hai bên bề mặt tường, 0C.
1. Hiệu số nhiệt độ trung bình
Chọn kiểu truyền nhiêt ngược chiều, nên:
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức như đối với tường phẳng: Trong đĩ:
Hệ số cấp nhiệt của hơi đốt, W/m2.độ. Hệ sớ cấp nhiệt dịng nhập liệu, W/m2.độ. Nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu.
3.
Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu Trong đĩ:
Nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt phía vỏ, 0C
: Nhiệt độ của vách tiếp xúc dịng nhập liệu trong ống, 0C Bề dày thành ống:
Hệ số dẫn nhiệt của thép khơng gỉ: W/m.độ (Tra bảng XII.7 trang 313 STTB tập 2)
Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: (Tra bảng 31 trang 419 [4]). Nhiệt trở lớp cáu trong ống: (Tra bảng 31 trang 419 [4]). 3.1
Xác định hệ số cấp nhiệt của nhựa đi trong ống. Nhiệt độ trung bình của nhựa đi trong ống:
0C
Tại nhiệt độ này:
Khối lượng riệng của nhựa: Độ nhớt của nhựa:
Hệ số dẫn nhiệt của nhựa: Chuẩn số Pradtl:
Chọn: vận tốc nước đi trong ống : Chuẩn số Reynolds
Ta thấy 2300< Re < 10000 Chế độ chảy rối Chuần số Prandlt của nhựa ở 142,50C
Chuần số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bình cùa vách. = 11,18
Hệ số cấp nhiệt của nhựa trong ống:
= = 5,59
3.2
Xác định hệ số cấp nhiệt của khĩi lị ngồi ống. Nhiệt độ trung bình của dịng khĩi lị đi ngồi ống:
0C
Khối lượng riệng của hỗn hợp: Độ nhớt của hỗn hợp:
Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp: Chuẩn số Reynolds
Ta thấy Re > 10000 Chế độ chảy rối
Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re và tỉ lệ đường ống L và dường kính d của ống. Khi
Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ngồi ống:
=29,02
Vậy hệ số truyền nhiệt: 4.
Bề mặt truyền nhiệt.
5.
Cấu tạo thiết bị
Chọn số ống truyền nhiệt là n = 1 ống Chiều dài ống truyền nhiệt:
Bước ống: t = 1,2 = 1,2.0,5 = 0,06 (m) Đường kính vỏ thiết bị: .