Bài tập môn đường ống bể chứa của khoa kỹ thuật hóa học

Bài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ốngBài tập môn đường ống

BÀI TẬP BỒN CHỨA

1.) Một đường ống dẫn nước đường kính trong 100mm, vận tốc nước trong ống 1m/s Hãy xác định công suất thủy lực của bơm cung cấp cho đường ống này để: -Tạo độ cao 10m

-Thắng trở lực do ma sát biết tổng chiều dài ống 100m, tổng co 90o là 10 cái, có 2 van bi đường kính bằng với ống ở 2 đầu ống, mở hoàn toàn

Cho độ nhớt nước 1cP, tỷ trọng =1, độ nhám tuyệt đối của 0.05 mm

𝑠 ∗0.1𝑚 0.001𝑁.𝑠

𝑚2

=100000 => 𝑁.𝑠

𝑚 2 = 𝑘𝑔𝑚.𝑠

Hệ số ma sát f fanning: 1

√𝑓 = −4 log (

𝜀 𝑑

3.7065 −5.0452 log 𝐴

𝑅𝑒 ) A= [(

3.7065)

 1

√𝑓 = −4 log (

0.05𝑚𝑚 100𝑚𝑚

Hệ số trở lực do fittings: van bi+ van co = 3.135+0.25 = 3.385

𝑠 = 𝑁∗𝑚

𝑠 = 𝑊

2) Cho hỗn hợp khí có thành phần như sau

2 2

054226,

137464

RT

b = 0,0778

2 2

2 bV b V

a b

V

RT

P

− +

−

−

Chiều dài ống (m) 50

Re = 𝜌𝑣𝑑

𝜇 =1000

𝑘𝑔 𝑚3 ∗1.5𝑚

𝑠 ∗0.025𝑚 0.001𝑁.𝑠

𝑚2

= 37500 => 𝑁.𝑠

𝑚 2 = 𝑘𝑔𝑚.𝑠

Hệ số ma sát f fanning: 1

√𝑓 = −4 log (

𝜀 𝑑

3.7065 −5.0452 log 𝐴

𝑅𝑒 ) A= [(

Công suất thủy lực :

𝑠 = 𝑁∗𝑚

𝑠 = 𝑊

Bề dày bể chứa áp suất khí quyển

4 Chỉ tiêu áp dụng phương pháp VDP.( bề dày bể chứa áp suất khí quyển)

L= (500Dt) 0.5 = (500*85*37.84)0.5 = 1268.23 mm

t t = 𝟒.𝟗∗𝑫∗(𝑯−𝟎.𝟑)

𝑺𝒕 = 4.9∗85∗( 19.2−0.3)

208 = 37.85 mm

S t = ứng suất cho phép đối với điều kiện kiểm tra thủy tĩnh MPa (tra bảng)

H= đề cho: mức nước thiết kế tối đa (m) = 19.2

D: đường kính bể (mm)

Ta có 𝑳

𝑯 = 𝟏𝟔𝟔 𝟕 > 𝟏𝟐𝟔𝟖.𝟐𝟑

𝟏𝟗.𝟐 = 𝟔𝟔 𝟎𝟓𝟒 A.Tìm bề dày thử thủy lực bồn theo pp 1-foot : bảng 1

Công thức tình bề dày lớp : tt = 4.9∗𝐷∗(𝐻−0.3)

𝑆𝑡b.Tìm bề dày theo phương pháp variable design point:

Bề dày thiết kế : t 1d = (𝟏𝟎𝟔 −𝟎.𝟎𝟔𝟗𝟔𝑫

𝑯 ∗ √𝑯∗𝑮

𝑺𝒅 ) ∗ (𝟒.𝟗𝑯𝑫𝑮

𝑺𝒅 )+CA

G = thiết kế trọng lực cụ thể của chất lỏng được lưu trữ theo quy định của việc mua

CA= giới hạn ăn mòn cho phép theo quy định của người mua mm

S d = ứng suất cho phép đối với điều kiện thiết kế MPa

H= mức nước thiết kế ( 16.8 tra ở bảng 1) m

t t = t 1d độ dày của lớp dưới tại mối nối đường kính mm

x min giá trị nhỏ nhất ở X1, X2, X3 = x

t u =t t : độ dày lớp trên đường kính mối nối mm (Bề dày lớp tính)

r= bán kính bình chứa danh nghĩa mm(in)

𝟎.𝟓 ∗(𝑲−𝟏) (𝟏+𝑲 𝟏.𝟓 ) =𝟏.𝟏𝟐𝟒

𝟎.𝟓 ∗(𝟏.𝟏𝟐𝟒−𝟏) (𝟏+𝟏.𝟏𝟐𝟒 𝟏.𝟓 ) = 0.06

X1 =0.61(rtu)0.5+ 320CH = 0.61*(85000

2 *33.04)0.5 +320*0.06*16.8=1046.62 X2= 1000CH = 1000*0.06*16.8=1011.81

X3 = 1.22(rtu)0.5 = 1.22*(85000

2 *33.04)0.5= 1445.68 Thử nghiệm 2:

1156.138 31.325

H= mức nước thiết kế ( 16.8 tra ở bảng 1) m

t t = t 1d độ dày của lớp dưới tại mối nối đường kính mm

x min giá trị nhỏ nhất ở X1, X2, X3 = x

t u =t t : độ dày lớp trên đường kính mối nối mm (Bề dày lớp tính)

r= bán kính bình chứa danh nghĩa mm(in)

𝟎.𝟓 ∗(𝑲−𝟏) (𝟏+𝑲 𝟏.𝟓 ) =𝟏.𝟐𝟑

𝟎.𝟓 ∗(𝟏.𝟐𝟑−𝟏) (𝟏+𝟏.𝟐𝟑 𝟏.𝟓 ) = 0.11

X1 =0.61(rtu)0.5+ 320CH = 0.61*(85000

2 *28.23)0.5 +320*0.11*14.4 =1159.12 X2= 1000CH = 1000*0.11*14.4=1534.11

H= mức nước thiết kế ( 16.8 tra ở bảng 1) m

t t = t 1d độ dày của lớp dưới tại mối nối đường kính mm

r= bán kính bình chứa danh nghĩa mm(in)

𝟎.𝟓 ∗(𝑲−𝟏) (𝟏+𝑲 𝟏.𝟓 ) =𝟏.𝟑𝟏

𝟎.𝟓 ∗(𝟏.𝟑𝟏−𝟏) (𝟏+𝟏.𝟑𝟏 𝟏.𝟓 ) = 0.14

X1 =0.61(rtu)0.5+ 320CH = 0.61*(85000

2 *23.43)0.5 +320*0.14*12=1147.28 X2= 1000CH = 1000*0.14*12=1683.10

5: Bài tập thủy lực:

Cho đường ống dẫn Ni tơ đường kính trong 1 inch, áp suất đầu vào ống 20 bara, đầu ra 10bara Cho chiều dài ống 750m, tổng trở lực cục bộ là 150, độ nhám tuyệt đối ống là 0.045mm, giả sử Re không tác động đến hệ số ma sát

Tính lưu lượng khối lượng, xem Ni tơ là khí lý tưởng, quá trình là đoạn nhiệt nhiệt

√𝒇= −𝟒 𝐥𝐨𝐠 (

𝜺𝒅

𝟑 𝟕𝟎𝟔𝟓)

𝟏

√𝒇= −𝟒 log (

𝟎.𝟎𝟒𝟓𝒎𝒎 𝟐𝟓.𝟒𝒎𝒎

𝟏− ( 𝒗𝟏 𝒗𝟐)𝟐

− 𝒌−𝟏

𝟐∗𝒌]𝟎.𝟓

k 2a và g c có giá trị bằng 1 khi là khí lí tưởng

G = (𝟐𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎

𝟎.𝟎𝟒𝟒𝟐 )𝟎.𝟓 ∗ [(

𝟒∗𝟎.𝟎𝟎𝟓𝟔𝟔∗𝟕𝟓𝟎𝐦 𝟎.𝟎𝟐𝟓𝟒𝒎 +𝟐𝟓𝟎 )– 𝟏.𝟒+𝟏

𝟐∗𝟏.𝟒 ∗𝐥𝐧 (𝟎.𝟒𝟒𝟐

𝟎.𝟎𝟗𝟐 )𝟐𝟏− (𝟎.𝟒𝟒𝟐

𝑠 ∗0.025𝑚 0.001𝑁.𝑠

5.0452 log[

(0.0451.098

251.098 )2.8257 +

𝑠 = 𝑁∗𝑚

𝑠 = 𝑊 Nếu dùng đường kính ống 150mm

Lựa chọn đường kính ống: vận tốc, tổn thất áp suất

8 Hệ thống ống vận chuyển ethane áp suất cao Đường kính ống 12inch, áp suất đầu vào 30bar, áp suất đầu ra 28 bar Nhiệt độ đầu vào 30oC, độ nhám tuyệt đối

0.045mm, giả sử không có trở lực cục bộ Chiều dài ống 50km

Xác định lưu lượng khối lượng methane trong ống ở 2 trường hợp

a) Đẳng nhiệt

Re = 𝜌𝑣𝑑

𝜇 =𝑐ℎ𝑜 𝑅𝑒 = 1000000

√𝑓 = −4 log (

0.04525.4 ∗ 123.7065 −

5.0452 log[

( 0.0451.098(25.4 ∗ 12)1.098)

10.Đường ống vận chuyển khí thiên nhiên có thành phần và tính chất như bảng:

Đường ống có đường kính 24 inch, dài 30 km, áp suất vào 70bara, nhiệt độ vào

30oC Độ nhám đường ống thép là 0.045mm

(a) Xác định khối lượng riêng khí đầu vào

(b)Nếu áp suất khí đầu ra 60bara, xác định lưu lượng khối lượng dòng khí Tính cho quá trình đoạn nhiệt và đẳng nhiệt

(Giả sử không có trở lực cục bộ và Re không ảnh hưởng đến hệ số ma sát)

22.4 𝑙𝑖𝑡∗303273 = 1.166460396 𝑘𝑔

a

2 2

054226,

137464

RT

b = 0,0778

2 2

2 bV b V

a b

V

RT

P

− +

−

−

(b) Giả sử quá trình đẳng nhiệt do đường ống dài ( cách 1 )

Hệ số ma sát f

𝟏

√𝒇= −𝟒 𝐥𝐨𝐠 (

𝜺𝒅

𝟑 𝟕𝟎𝟔𝟓)

𝟏

√𝒇 = −𝟒 log (

𝟎.𝟎𝟒𝟓𝒎𝒎 𝟐𝟒∗𝟐𝟓.𝟒𝒎𝒎

𝟑.𝟕𝟎𝟔𝟓 )=0.00284

Thể tích riêng V1 = 𝑚

𝐷 = 174.2 = 0.01347 𝑚3

𝑘𝑔Suy ra G

 497.5 𝑘𝑔

𝑠∗𝑚246.11+1

(3) Xác định điều kiện đầu vào khi biết điều kiện đầu ra và lưu lượng

Nếu tính cho khí lý tưởng

Khối lượng riêng khí lý tưởng = 𝑀𝑡𝑏 ∗𝑃

𝑅∗𝑇 = 18.38∗70

0.082∗303 = 51.78 g/l = 0.019 m3/kg Giải => G = 416 kg/s*m2

Hệ số nén được Z của khí thực (compressibility factor)

G = 484 kg/s.m2

Quá trình đoạn nhiệt

Quá trình tính lặp để xác định thể tích riêng đầu ra

- Giả sử nhiệt độ đầu ra T2 để tính thể tích riêng v2

- Thế thể tích riêng v2 vào phương trình để tính lại T2 k=Cp/Cv Giả sử tính lặp 3 lần là thỏa mãn:

126992,

054226,

137464

2bV b V

a b

V

RT

P

− +

−

−

2 2

2bV b V

a b

V

RT P

− +

−

−

2∗1.2 )∗𝑙𝑛∗(0.0134

0.0168 )21−(0.0134

2

) ∗577.4720.0134 70∗105 ∗ (1.2−12∗1.2)+1]*303Kết quả- 273 = 29.99oC => có thê kết thúc lặp

2∗1.2 )∗𝑙𝑛∗(0.0134

0.016 )21−(0.0134

2bV b V

a b

V

RT

P

− +

−

−

2 2

2bV b V

a b

V

RT

P

− +

−

−

2 2

2bV b V

a b

V

RT P

− +

−

−

Kiểm tra T2 = = [

( 1− ( 0.016 0.0134)

2 ) ∗577.4420.0134 70∗105 ∗ (1.2−12∗1.2)+1]*303 Kết quả- 273 = 29.99oC

11 Một bồn chưá bộ phận ngưng tụ sản phẩm đỉnh tháp chưng cất có lưu

lượng sản phẩm đỉnh 3m/h và tháp hoạt động với tỷ số hoàn lưu 1.5 và áp suất 4barg

Xác định kích thước bồn chứa ngưng tụ nếu dung đáy nắp ellipse 2:1 bồn chứa đặt theo phương ngang

Thiết kế bề dày cho thân bồn và đáy nắp nếu dung vật liệu SA 515 garde 55, giả sử dùng đáy nắp không hàn, nhiệt đôn làm việc 650 o F

Kích thước bồn D= 720mm( đường kính trong,

Chiều dài bồn L= 2160mm

Áp suất thiết kế : 4*14.7+30=gần 90 psi( vì 10% của 4*14.7<30)

ứng suất bền thiết kế ( tra) nhiệt độ dưới 650 oF = 13800psi

độ bền mối hàn đáy nắp E=1

độ bền mối hàn thân E= 0.9( butt joint, double /back strip, full radiography test) corrosion allowance= 3 mm

bề ày đáy nắp ellipse 2:1 t= 𝑃∗𝑅

2∗𝑆𝐸−0.2𝑃 2.3+3 = 5.3 chọn 6mm

bề dày thân: t = 𝑃∗𝑅

𝑆𝐸−0.6𝑃2.58+3= 5.58 chọn 6 mm nếu bề dày 6mm, xác định áp suất chân không tối đa bồn có thể chịu được

L= 2160+2*1

3*0.5*720= 2400 mm 𝐿

12 Thiết kế kích thước cho một bồn chứa dung môi có áp suất hơi TVP=20psia, nhiệt độ bề mặt lỏng cao nhất 45oC, dung tích làm việc 50000m3, tỷ trọng dung môi =0.9 (ở 45oC), thời gian làm đầy bồn tối đa 20 giờ, vận tốc lỏng tối đa trong ống 2m/s (bài tập bồn áp suất khí quyển)

(a) Chọn loại bồn chứa thích hợp

(b) Thiết kế kích thước bồn (chiều cao, đường kính) Nếu sử dụng khí đệm thì vận tốc khí tối đa cho phép là 10m/s Chiều cao hình học tối đa của bồn là 16m

h= Chiều cao hình học tối đa của bồn m

H1 được tra với kích thước vòi 8 in

Lựa chọn loại bồn tồn trữ (2 lựa chọn: có và không có phao)

Thiết kế sơ bộ kích thước bồn tồn trữ nếu

Tồn trữ xăng (Khu vực phía nam việt nam) nhiệt độ 35oC

Dung tích làm việc 10000 m3

Xăng có áp suất hơi Reid 43 -75kPa

Tỷ trọng 0.7 - 0.75

Nằm trong vùng đặc:

(1)Bồn chứa mái côn hoặc vòm có đệm ni tơ

(2)Bồn chứa mái phao (mái côn)

MỰC CHẤT LỎNG CHO MÁI PHAO

H1: VÙNG TỰ DO CỦA PHAO

H2: 150mm HOẶC 30 PHÚT KỂ TỪ MỰC LỎNG CAO NHẤT

H3: 300mm HOẶC DO YÊU CẦU VỀ NPSH

H4: GIÁ TRỊ LỚN HƠN GIỮA ĐỈNH CỦA VÒI LỚN NHẤT VÀ VỊ TRÍ DƯỚI CỦA PHAO

13: Một đường ống bằng thép carbon đường kính ống 2inch, sch40 , Ống được đỡ

bởi các bệ đỡ tự do cách nhau 15ft ( bài tập phẩn rung)

(a) Xác định tần số rung tự nhiên của ống

(b) Ống được trang bị một bơm ly tâm có động cơ chạy với vận tốc

1500 vòng/phút Xác định các tần số rung do bơm Có xảy ra cộng hưởng

(e ) Có xảy ra hiện tượng cộng hưởng âm thanh không?

ở D= 2in tra ra các số liệu

tra được I, Wp,WW,

I = 0.7, Wp = 3.7,WW = 1.5 L= 15 ft

Trường hợp chung, ống có nhiều bộ phận đỡ, tần số tự nhiên của ống:

𝑓𝑖 = (√𝐿3 ∗122∗0.5∗(𝑤48∗𝐸∗𝐼𝑝+𝑤𝑤) )/(2*𝜋)= (√1548∗29000000∗0.73∗122∗0.5∗(3.7+0.7) )/(2*𝜋) = 4.42 hz

b) Tốc độ của bơm ly tâm : 1500/60 = 25 hz

Tần số rung ống do bơm ly tâm: 25hz => 50hz => 12.5hz

Cộng hưởng xảy ra khi khác biệt tần số  20%

Khác biệt tần số: không cộng hưởng từ : ( 12.5-4.42)/4.42 = 1.82

c) Tần số rung do âm thanh với n = 1 1∗1470

2∗15∗12∗0.0254 = 𝑛∗𝑎

2∗𝐿∗12∗𝑖𝑛 = 160.76 hz Giả sử vận tốc nước là 2m/s, Re đủ lớn (trong khoảng 1000-100000)

áp suất cao nhất là 20bar Ống phân phối chính là ống schedule 40, có NPS=2 Giữa hai bệ

đỡ có gắn một van điều khiển lưu lượng, thường xuyên mở 80% Lưu chất được bơm bằng bơm ly tâm có vận tốc quay 1500rpm

a) Xác định tần số quay tự nhiên của ống, và các loại tần số rung khác có mặt trong hệ thống ống trên

(b)Nếu xảy ra hiện tượng cộng hưởng, hãy đề nghị thay đổi về kết cấu đường ống để tránh hiện tượng cộng hưởng xảy ra

a)

Tần số rung tự nhiên của ống: 3.1422

Tần số rung do xoáy rồi =

-thay đổi khoảng cách 2 bệ đỡ

13 Một bộ phận của hệ thống ống trong hệ thống lò hơi khi sử dụng bị vỡ Kiểm tra cho thấy bộ phận này có độ bền giới hạn cao hơn bình thường Trình bày nguyên nhân có thể xảy ra do yếu tố vật liệu

=>Nguyên nhân do vật liệu lẫn Phosphor nhiều nên giòn, dễ vỡ và có độ bền cao hơn bình thường

Cần đúc một bộ phận cho đường ống chịu ăn mòn hóa học, hoạt động ở nhiệt độ cao và áp suất cao Vật liệu làm bộ phận này cần có mặt các nguyên tố hợp kim nào?

H là chiều cao tổng của bể chứa

t(1)=minimum[t(pt),t(lt)]

Cousre số 2

Tính lặp lần 1:

Tính t(u)=t(tx)=minimum[t(pt), t(lt)] như course 1

H lấy là chiều cao tổng bể chứa trừ chiều cao course 1

Tính giống lần 1 và 2 với t(tx) = t(u) vừa tính được ở lần 2

Tính giá trị B theo biểu thức

Trong các công thức này h và r và t(u) đơn vị là m

Nếu B<1.375 thì t(2) = t(1)

Nếu B>2.625 thì t(2) = t(a)

Nếu 1.375< B <2.625 thì t(2) = [t(a) + (t(1)-t(a)][2.1-B/1.25]

Course 3 trở đi

Tính giống course 2 với t(L) là bề dày course trước đó

H lấy là chiều cao tổng trừ tổng chiều cao các course trước

Nếu chiều dày tính nhỏ hơn 10mm thì chọn chiều dày bằng 10mm