THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT, trong môn học tính toán và thiết kế máy hóa chất và thiết bị của thầy Nguyễn Hữu Hiếu, Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh, tài liệu mang tính chất tham khảo liên quan về chủ để truyền nhiệt.

Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh

Khoa Kĩ Trường thuật Hóa Học

Bộ môn Quá trình và thiết bị Môn học Cơ sở thiết kế máy và thiết bị hóa học

Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh

Khoa Kĩ Trường thuật Hóa Học

Bộ môn Quá trình và thiết bị Môn học Cơ sở thiết kế máy và thiết bị hóa học

Đề tài: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ TRUYỀN

NHIỆT

GVHD: TS Nguyễn Hữu Hiếu

NHÓM 2

TỔNG QUAN

TỔNG QUAN

 Thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống ( Shell and tube type heat exchanggers)

 Nguyên tắc cấu tạo thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm:

- Ống bọc bởi vỏ trụ, hai đầu có nắp đậy

- Có hai không gian riêng biệt: phần bị chếm chỗ và phần rỗng, đều có một lưu thể chuyển động, trao đổi nhiệt cho nhau

 ỨNG DỤNG

 Bình ngưng tụ và hơi môi chất

 Bình bốc hơi cho máy lạnh

 ƯU NHƯỢC ĐIỂM

- Ưu điểm: Gọn, chắc chắn, công nghệ không phức tạp, bề mặt truyền nhiệt lớn, dễ vệ sinh…

- Nhược điểm: khó chế tạo bằng vật liệu dòn, giá thành cao

 Quy trình chế tạo thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống - ống chùm:

Đường kính trong của ống: 12,7mm

áp suất thiết kế thân, ống: 200psi

nhiệt độ thiết kế thân: 400oF

Nhiệt độ thiết kế ống: 300oF

vật liệu Thép 316

 ĐÁY,NẮP

Bề dày tối thiểu:

Đáy/ nắp elip tiêu chuẩn có

Vì nên ta có công thức tính bề dày tối thiểu:

Bề dày thực nắp, đáy s= smin+ Ca + Cb + Co =2,62 +1+0 + 1,38= 5mm

 Kiểm tra lại bề dày

 Điều kiện [P] > P : thỏa

 Bề dày thực nắp, đáy s= 5mm

  

 Ứng suất tác dụng lên bulong:

 Trong thực tế người ta giảm bớt ứng suất cho phép của vật liệu làm bu long, [’= k0 [= 0,25.80=20

 Chọn db = 10 mm

Với và Q =max( , )= 107965,3 N , Z=16

  

Tính bề dày tối thiểu t theo bán kính trong R theo công thức

Tính bề dày thực tế t’ và chọn bề dày tiêu chuẩn t theo ASTM

Thỏa điều kiện bền

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP

Bước 1: Các thông số tính toán:

Đáy/ nắp elip chịu áp suất trong

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP

Bước 2: Tính bề dày tối thiểu theo công thức:

Với: P – áp suất tính toán ( psi)

D – đường kính trong thiết bị (in)

E – hệ số bền mối hàn, E= 0,6

S – ứng suất cho phép tối đa (psi)

Bước 3: Tính toán bề dày thực tế t’ và bề dày tiêu chuẩn tn

Bề dày thực tế t’:

t: bề dày tối thiểu

C.A: hệ số ăn mòn Chọn C.A= 0,065in

t’ = t + C.A= 0,102 + 0,065 = 0,167in

Chọn bề dày tiêu chuẩn tn = 0,204in = 5mm

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ĐÁY/ NẮP

Bước 4: kiểm tra tính bền

 Theo chiều dọc thân trụ

 P< 0,385 SE

 200 < 4458,3

 t =0,167 < 0,5.R = 6

=> Thỏa điều kiện bền

Theo phương bán kính thân trụ

 P < 1,25.SE

 200 < 14475

 t =0,167 < 0,5.R = 6

=> Thỏa điều kiện bền

Chọn bề dày cho đáy/ nắp là 5mm

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG

Bước 1: Các thông số tính toán:

ống chịu áp suất trong, vật liệu chế tạo là thép 316

ptk= 200psi

ttk= 300oF

ứng suất cho phép lớn nhất S = 20000psi

Tra ở ASME section II part D Table 1A trang 70, 72 cho thép 316 ở nhiệt độ thiết kế ttk = 300oF

Dngoài =0,5in

Chọn phương pháp hàn 1 phía, E= 0,6

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG

Bước 2: Tính bề dày tối thiểu theo công thức:

Với: P – áp suất tính toán ( psi)

D – đường kính trong thiết bị (in)

E – hệ số bền mối hàn, E= 0,6

S – ứng suất cho phép tối đa (psi)

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG

Bước 3: Tính toán bề dày thực tế t’ và bề dày tiêu chuẩn tn

Bề dày thực tế t’:

t: bề dày tối thiểu

C.A: hệ số ăn mòn Chọn C.A= 0,065in

t’ = t + C.A= 0,0021 + 0,065 = 0,0671in

Chọn bề dày tiêu chuẩn tn = 0,0878in = 2mm

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ỐNG

Bước 4: kiểm tra tính bền

 Theo chiều dọc thân trụ

 P< 0,385 SE

 200 < 4620

 t =0,0878 < 0,5.R = 0,25

=> Thỏa điều kiện bền

Theo phương bán kính thân trụ

 P < 1,25.SE

 200 < 15000

 t =0,0878 < 0,5.R = 0,25

=> Thỏa điều kiện bền

Chọn bề dày cho đáy/ nắp là 2mm

TÍNH SỐ ỐNG

Số ống: 100

Số ống trên 1 khoang: 25

http://red-bag.com/tubesheet-layout.html

  Hồ Lê Viên ASME

Bề dày tối thiểu thân(vỏ) 1,65 mm 2,65 mm

Tài liệu tham khảo

 [1] Hồ Lê Viên Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí Trường đại học bách khoa Hà Nội: Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật.

 [2] ASME Boiler and Pressure Vessels Codes 2013, Section II-VIII, - Rules for construction of Heating Boilers

 [3] http://www.machineryandequipment.com/heat-exchanger-shell-and-tube-200-sf-316-s-st-200-psi.html