TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ

Chương 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ

4.1.Tính thân thiết bị: Chọn thép CT3

Chọn thân thiết bị là thân hình trụ hàn:

Khi chế tạo loại này cần chú ý:

- Đảm bảo đường hàn càng rắn càng tốt, Chỉ hàn giáp nối

- Bố trí các đường hàn dọc ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận cách nhau ít nhất 100mm

- Bố trí các mối hàn ở các vị trí dễ quang sát

- Không khoang lỗ qua mối hàn

Để tháp làm việc an toàn ta chọn áp suất làm việc của tháp là 1at

Pmt=1×106N/m2

Môi trường : lỏng ρ=1200kg/m3 - khí

Áp suất tính toán ở phần dưới thân có kể đến áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị :

P1= gρH = 1+9.8 × 7.2 ×10−6×1200 = 1.06 MN/ m2 =1.06 N/ mm2

Tìm ứng suất cho phép tiêu chuẩn của thép CT3 ( theo hình 1.1 trang 15 Tính toán thiết

kế các chi tiết thiết bị dầu khí)

Có [ σ¿] =140 N/ mm2

Xác định ứng suất cho phếp theo công thức (1.9 sách Tính toán thiết kế các chi tiết thiết bị dầu khí)

[ σ ] = η. [ σ¿] =1 × 140 =140 N/ mm2

Tính [σ P]φ h= 140

1.06×0.95=125.5>25

η là hệ số hiệu chỉnh Chọn η=1 (Tháp hấp thu này là tháp loại II không đun nóng trực tiếp (Tra bảng XIII.2 giá trị của hệ số hiệu chỉnh, trang 356, sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2)

vậy bề dày tối thiểu của thân dược xác định theo công thức (5.3 trang 96 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí)

s, = 2×[σ]×φ D t ×P h=0.7×103×1.06

2×140×0.95=2.8mm

Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước Co =0.5 tổng hệ số bổ sung với Cc =0 được tính theo cong thức (1.10 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí)

Ca là số bổ sung do ăn mòn hóa học, chọn Ca = 1mm

Cb là hệ cố bổ sung do bào mòn cơ học, chọn Cb = 0 do dòng vận tốc khí trong tháp tương đối thấp

Trong đó : C = Ca + Cb + Cc + C0=1+0 +0 + 0.5 = 1.5 mm

Bề dày thực của thiết bị :

S=S,+ C =2.8 + 1.5 = 4.3 mm

Lấy S =6 mm

Kiểm tra điều kiện ở (5.12 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí)

D t

= 6−1

Tính kiểm tra áp suất cho phép trong thân thiết bị theo công thức (5.11 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí)

[P]=2.[σ].φ h (S−C a)

D t+(S−C a)=

2×140×0.95×(6−1)

700+(6−1)=1.9N/mm

2

Lớn hơn p=1.06 N/ mm2

Thỏa mãn điều kiện lấy S= 6mm

4.2 Tính đáy và nắp thiết bị

Đáy và nắp thiết bị làm bằng thép CT3

Có : [ σ ] = [ σu]=140N/mm2

P= 1 N/ mm2

Dt=700mm

Chọn D R t t

Hệ số bền mối hàn : φh=0.95

Đáy nón có uốn mép

Chọn chiều cao gờ hg=40mm

Ta có tỉ số: [σ P]φ h= 140

1.06×0.95=125.5>50>3

Ta căn cứ vào : ∝=300 và R D t t=0.15 ,tra theo bảng (6-2 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) có hệ số hình dáng : y=1.40

Bề dày tối thiểu của đáy s, theo công thức (6-15 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí)

s ,

=D t ×P×y

4×[σ u]φ h

=700×1.06×1.40

4×140×0.95=1.95mm

Để xác định đường kính tính toán D nằm trong công thức (6-19 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí) thì ta lấy s=s,

D=Dt−2× [ Rt×(1−cosα)+10×s,×sin∝ ]

Thay số ta được:

D=700−2× [ 105× ( 1−cos300) +10×1.95×sin300] =652.4mm

Bề dày tối thiểu của đáy nón theo công thức (6-19 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí)

s ,

=D×P

2×cos ∝×[σ]×φ h=

652.4×1.06

2×cos300×140×0.95=3mm

Như vậy ta chọn giá trị s, lớn hơn tính theo công thức (6-19) S=3mm chọn c0=0.18 (tra

bảng XIII.9 stt2/ trang 364)

C=Ca+ Cb+ C0=1+0+0.18=1.18mm

Bề dày thực của đáy nón :

s=s,+ c=3+1.18=4.18mm

Chọn bề dày thực S=6 mm

Xác định áp suất cho phép ở đáy nón theo công thức (6-24) và (6-25) 19 sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí)

[P]=4.[σ].φ h (s−c a)

D t .y=

4×140×0.95×(6−1)

700×1.4=2.7N/mm

2

Hoặc

[P]=2.cos∝.[σ].φ h .(s−c a)

D+2.cos∝.(s−c a)=

2×cos300×140×0.95×(6−1)

652.4+2×cos300×(6−1)=1.74N/mm

Ta chọn giá trị bé của hai giá trị tính được [ P ] =1.74N/mm2

Kiểm tra điều kiện bền : σ= 2×(s−c)φ D t ×P0×y h ≤

σ c

1.2

PO= P+0.3=1+0.3=1.3N/mm2

σ= 700×1.3×1.40

2×(6−1)×0.95=134<

240

1.2=200

Thỏa mãn điều kiện : chọn bề dày đáy nắp Sd= Sn=6mm

4.3.Tính toán ống dẫn tháo liệu

4.3.1.Tính toán ống dẫn khí vào:

Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s Chọn tốc độ dòng khí vào bằng dòng khí ra

Wk = 20 (m/s).

Lưu lượng khí vào Gv=Gy = 1000 m3/h= 0.278m3/ s

Dv = √ G y

Chọn đường kính ống theo chuẩn : D v=150mm ¿ )

4.3.2 Tính toán ống dẫn khí ra : Vận tốc khí trong ống khoảng 10-30 m/s Chọn

tốc độ dòng khí vào bằng dòng khí ra vr= 20 (m/s)

Với hiệu suất tháp hấp thu là μ=95

Lưu lượng khí ra Gr = Gv - Gco = 1000 - 1000×(1-0.95) = 950 m3/h

Dr = √ G r

Chọn đường kính ống dẫn ra khỏi tháp Dr= Dv=150mm

4.3.3 Đường kính ống dẫn lỏng

Vận tốc dòng lỏng trong ống dẫn vào, ra tháp từ 1.5 ÷ 2.5 m/s ( bảng II.2 trang 370,

sổ tay quá trình và thiết bị công nghiệ hóa chất, tập 1) Chọn vận tốc vào là wk =2 m/s.

L lv=L d .M H

2O

p long=

1267.2×18

1000=22.8 m3/h= 6.3 ×10−3m3/ s

Dv = Dr = √ L

0.785×v x = √6.3×10−3

Chọn Dv=100mm

4.3.4.Vòi phun

Chọn vòi phun hoa sen

Chọn đường kính mỗi lồ vòi sen dvs=10mm=0.01m

Chọn số lỗ trên vòi sên là 200 lỗ

Ta có 200× π4×(10)2×V voi=6.3×10 −3

VVOI=4×10−7m3/ s=0.4m/s

4.4 Tính mặt bích

4.4.1Bích nối các thân của thiết bị

Chọn áp suất làm việc của thiết bị là p=1× 106 N/m2 (tra bảng XIII.27 stt2 trang 418)

Dt mm Dn mm Db mm DI mm Do mm db mm h mm z cái

Trong đó:

Dt: đường kính trong

Do: đường kính ngoài

Dn: đường kính ngoài của bích

Db: khoảng cách từ tâm tháp đến tâm bulông

DI: đường kính mép vát

db: ( M30) đường kính bulông db = 24 mm

z: số bulông

4.4.2 Bích nối ống dẫn với thiết bị: (tra bảng XIII.26 sttbt2 trang 410)

Chọn áp suất làm việc của thiết bị là P=1× 106 N/m2

Kích thước mặt bích theo đường kính trong của ống dẫn:

Dt

mm

Dn mm Db mm DI mm Do mm db mm h mm z cái

Ống

dẫn khí

vào, ra

Ống

dẫn

lỏng

vào, ra

4.5 Khối lượng tháp

4.5.1 Khối lượng tháp

m1 = π4 ( Dn2− Dt2 ) × 7.2 × ρ thép

¿π

4×(0.712

2

−0.72)×7.2×7850 =752.2 (kg)

4.5.2 Khối lượng đáy và nắp elip của tháp

m2 = 44 ×2=88 kg ( tra sổ tay tập 2 bảng XIII.22trang 394 )

4.5.3 Khối lượng mâm

Khối lượng một mâm:

m 1mâm = 1× π4 ( Dt2− Ftd2 ) × sđĩa × ρ thép

¿1×3.14

4×(0.712 2 −0.2 2)×0.003×7850=8.6(kg)

Khối lượng của 25 mâm: m3 = 8.6×25 = 215 (kg)

4.5.4 Khối lượng pha lỏng chứa trong tháp

Khối lượng pha lỏng max: m4 = π4 × Dt × ( Ntt – 1 ) × h × ρ lỏng

¿π

4×0.7×(25−1)×0.3×1000=3958.4(kg)

4.5.5 Khối lượng bích nối thân

m5= π4 × ( Dn2 - Dnt2 ) × 2h × ρ thép

¿π

4×(0.852−0.7122)×2×0.03×7850=79.7(kg)

Khối lượng của 24 mặt bích : m25=79.7×24=1912.8(kg)

Trong đó:

ρ thép = 7850 kg/m3 khối lượng riêng của thép CT3

Dnt = 0.712 m đường kính ngoài của tháp

Dn = 0.85 m đường kính ngoài của bích

h = 0.03 m chiều cao của bích

4.5.6 Khối lượng bích ống dẫn khí vào với thân

m6 = π4 × ( Db2 - Dnt2 ) × h × ρ thép

¿2× π

4×(0.28 2 −0.159 2)×0.014×7850=9.2(kg)

Khối lượng của 8 bích ống dẫn khí vào : m8=9.2×8=73.6(kg)

Trong đó:

ρ thép = 7850 kg/m3 khối lượng riêng của thép CT3

Dn = 0.159 m đường kính ngoài của tháp

Db= 0.28 m đường kính ngoài của bích

h = 0.014 m chiều cao của bích

4.5.7 Khối lượng bích ống dẫn lỏng khí vào thân

m7= π4 × ( Db2 - Dn2 ) × h × ρ thép

¿2× π

4×(0.205 2 −0.108 2)×0.022×7850=8.2(kg)

Khối lượng của 4 bích ống dẫn lỏng khí vào, ra : mb=8.2×4=32.8(kg)

Khối lượng cua toàn bộ tháp :

m=m1+ m2+ m3+ m4+ m5+ m6+ m7

¿ 752.2+88+215+3958.4+1912.8+73.6+32.8=7032.8kg ¿

Tải trọng của tháp là : 7032.8 × 9.81 = 68991 = 6.8 ×104 (N/m2)

4.6. Chân đỡ

4.6.1. Chọn chân đỡ có 4 chân

Tải trọng cho phép lên 1 chân 6.8×10

4

Tra bảng XIII.35 (stt2/trang 437)

Tải trọng

cho phép

trên 1 chân

đở G.10-4N

mm

Chọn 4 tai treo

Tải trọng cho phép lên tai treo 6.8×10

4

Tra bảng XIII.36 (stt2/trang438)

Tải trọng

cho phép

trên 1

chân đở

mm

4.7. Tính toán thiết bị phụ trợ

Lưu lượng khí 1000m3/h = 0.278 m3/s

Chiều cao tổng cộng của tháp tính cả đáy và nắp

H = Hthân + 2H2đáy + 2H2gờ

= 7.2 + 2×0.634 + 2×0.04 = 8.548 m Tổn thất lực vận chuyển khí từ đáy lên đỉnh tháp

∆ P = ρ khí × g × Htháp

= 1.1267 × 9.8 × 8.548 = 94.4 N/m2

Trở lực của khí qua đĩa khô.

∆ P đĩa = Ntt × ∆ P đ = 25 × 6999.777 N/m2

Tổng tổn thất sơ bộ

∆ P tổng = 6999.77+ 94.4 = 7094.2 N/m2

 Cột áp tương ứng H = 0.072 mH20

Công suất của quạt hút

Nq = β 1000×η Q×∆P V ×η tổng H ×η CK

Trong đó:

β : ( 1.12 1.15 ) hệ số an toàn.

ηV : ( 0.8 ÷ 0.9 ) hiệu suất thể tích

ηH : ( 0.92 ÷0.98 ) hiệu suấ thuỷ lực

ηCK : ( 0.95 1 ) hiệu suất cơ khí.

Nq = β 1000×η Q×∆P V ×η tổng H ×η CK = 1.121000×0.8×0.92×0.95 0.278×7094.2 = 3.2 Kw

Chọn quạt có công suất: 3.2 Kw

Chọn 2 quạt, 1 quạt làm việc và 1 quạt dự phòng Mỗi quạt có yêu cầu kỹ thuật:

Q = 1000m3/h.

H = 0.072 mH20

Nq = 3.2 Kw

Tính toán bơm dùng đề bơm dung dịch hấp thụ lên bồn cao vị đưa vào tháp hấ thụ Lưu lượng lỏng vào Lx = 22.8 m3/h

Chọn đường kính ống hút nối với bơm: d1= 100mm

Chọn đường kính ống đẩy nối với bơm: d2= 50mm

Chọn chiều dài đoạn ống hút là 2m

Chọn chiều dài đoạn ống đẩy là 6m

 Vận tốc trong ống hút, v01= 3600×π×0.1 22.8×4 2 = 0.8 m/s

 Vận tốc trong ống đẩy v02 = 3600×π×0.05 22.8×4 2 = 3.2m/s

Áp dụng phương trình becnuolli cho (1-1) và (C-C)

Hb + P γ1 + z1 + α 2×g1×v1 = P γ1 + z2 + α 2×g2×v2 + Hf

Với

z1-z2 = 8m

P1 = P2 áp suất khí quyển:

V1=v2 = 0

Với Hf = ( ∑ξ hút+λ1×L1

v o1

2

2×g + ( ∑ξ đẩy+λ2×L2

v o2

2

2×g

λ: hệ số tổn thất cột áp dộc đường

ξ: hệ số tổn thất cục bộ

g= 9.81 m/s2 gia tốc trọng trường

α1,α2 hệ số hiệu chỉnh động năng, dòng chảy rối α1=1,α2=1

Ta có Re =

d× ρ× v μ

 Re1 = ( d1×ρ×v μ 01 ) = ( 0.1×1000×0.8 0.801×10−3 ) = 0.099×106

λ1 = 0.3164

 Re2 = ( d2×ρ×v μ 02 ) = ( 0.05×1000×3.2 0.801×10−3 ) = 1.99×106

Hệ số tổn thất cục bộ được tra bản

Quan hệ giữa ξ và α , khi dđầuco = dsauco , uốn đột ngột thành góc α =90

 ξco = 1.1

Ta có

Db = 1: Chiều cao cột chất lỏng trong bồn cao vị

ξV = 1: Hệ số tổn thất tại van

Hf = (ξđầu vào + λ1D × L11 ) × V01

2

2 g + (ξra + ξco + ξvan + λ2D × L2 2 ) × V022

2 g

= ( 5 + 0.017×20.1 ) 0.8

2

= 2.44

 Hf = 2.44 mH20

 H = 8 + 2.44 = 10.44 mH20

Với

β : ( 1.12 1.15 ) hệ số an toàn

ηV : ( 0.8 ÷ 0.9 ) hiệu suất thể tích

ηH : ( 0.92 ÷0.98 ) hiệu suấ thuỷ lực.

ηCK : ( 0.95 1 ) hiệu suất cơ khí.

Công suất bơm: Nb = β 1000×η l×g×L V ×η x ×H CK ×η H

= 1.15 1000×9.81×

22.8

3600×10.44

Ta có: Nb = 0.558 Kw

Chọn 2 bơm, 1 bơm làm việc và một bơm dự phòng Mỗi bơm có yêu cầu kỹ thuật:

Q = 22.8 m3/h

H = 10.44 mH20

Nq = 0.878 Kw

4.8. Tính toán ống khói

Lưu lượng khí sau khi qua tháp hấp thụ là Gra = 950 m3/h

Nhiệt độ khí ra là 30oC

Nhiệt độ khí ra ngoài môi trường 25oC

Độ chênh lệch nhiệt độ: ∆T = 5oC

Chiều cao ống khói được tính theo công thức:

H = √A×M×F×m×n

C cp ×3√V×∆T

Trong đó

Ccp: Nồng độ cho phép của môi trường xung quanh (mg/m3)

Ccp = 1000 mg/m3

M: Tải lượng chất ô nhiễm (mg/s)

M = MCO = 1000mg/m3 × 950m

3

/h

A: Hệ số phụ thuộc sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, được chọn cho điều kiện khí tượng nguy hiểm và xác định điều kiện phát tán thẳng đứng và theo phương ngang của chất độc hại trong khí quyển, trong tính toán A = 200

V: Lưu lượng thể tích khí thải m3/s

V = 950 m3/h = 0.26 m3/s F: Hệ số không thứ nguyên tính đến vận tốc lắng chất ô nhiễm trong khí quyển Đối với chất khí F = 1

m,n: Các hệ số không thứ nguyên tính đến điều kiện thoát khí từ cổ ống khói

m được xác định theo công thức:

m = ( 0.67 + 0.1

√ 8 + 0.34 √3 f ) -1 nếu f 100

m = ( 1.47 √3 f )-1 nếu f > 100

D: Đường kính cổ ống khói (m)

Chọn D = 0.5 m n: Được xác định như sau:

n = 1 nếu Vm >2

n = 0.532

Vm2 - 2.13Vm+ 3.13 nếu 0.5 < Vm 2

n = 4.4Vm nếu Vm < 0.5 Với Vm = 0.65 √V ×∆ f

H

Giả sử m,n = 1 Ta tính được chiều cao ống khói H:

H1= √A×M×F×m×n

C cp ×3√V×∆T = √200×263×1×1

1000×3√0.26×5 = 6.9 m

Tính lại các thông số:

Chọn D = 0.5m  wo = 1.4m/s

 f = 10

3×w o2×D

3×1.42×0.5

 m = ( 0.67 + 0.1 √ f + 0.34 √3 f )-1

m = ( 0.67 + 0.1 √ 1.79 + 0.34 √31.79 )-1 = 0.55 Tính Vm = 0.65 √3V ∆T

H = 0.65 √30.26×5

n = 4.4Vm nếu Vm < 0.5=4.4 ×0.32=1.408

Tính lại chiều cao ống khói:

H2 = √200×263×1×0.55×1.408

1000×3√0.26×5 = 6.1 m



Chọn chiều cao ống khói là H1 = 7 m