1 . Bề dày thân tháp :
Vì tháp chưng cất hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng phương pháp hàn giáp mối (phương pháp hồ quang ). Thân tháp được ghép với nhau bằng các mối ghép bích.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của etylic đối với thiết bị, ta chọn vật liệu chế tạo thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T.
Aùp suất tính toán :
Tháp làm việc ở áp suất khí quyển, nên ta chọn áp suất tính toán :
Ptt =Pcl + htl , (N/mm2)
Với : Pcl : áp suất thủy tĩnh do chất lỏng ở đáy (N/mm2).
Chọn áp suất tính toán sao cho tháp hoạt động ở điều kiện nguy hiểm nhất mà vẫn an toàn nên :
Pcl = x .g.H = .g.H= . 9,81 . 17,071
=148607,269 (N/m2).
Suy ra : Ptt = 148607,269 + 22149,52 = 170756,789(N/m2)
~0,171(N/mm2).
Nhiệt độ tính toán :
Chọn nhiệt độ tính toán : ttt = tđáy = 100oC .
Tra tài liệu tham khảo [5], ứng suất tiêu chuẩn đối với theùp X18H10T :
[]* = 142 (N/mm2).
Đối với rượu hệ số hiệu chỉnh : = 1
Vậy : ứng suất cho phép : [] = .[]* = 142 (N/mm2).
Xác định bề dày thân chịu áp suất trong :
Ta chọn phương pháp chế tạo thân là phương pháp hàn hồ quang điện bằng tay nên hệ số bền mối hàn : h = 0,9
Xét tỷ số : =747,37 > 25,do đó, bề dày tính toán của thân được tính theo công thức sau :
= 0,468 (mm).
Suy ra : bề dày thực của thân : St = S’t + C ,(mm).
Trong đó : C :hệ số bổ sung bề dày, C = Ca + Cb + Cc + Co
Với : + Ca : hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học, phụ thuộc vào tốc độ ăn mòn của chất lỏng. Chọn tốc độ ăn mòn của rượu là 0,1 (mm/năm),thiết bị hoạt động trong 20 năm, do đó Ca = 2 mm.
+Cb : hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, chọn Cb
= 0.
+Cc : hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, chọn Cc = 0.
+Co : hệ số bổ sung qui tròn, chọn Co =0,532 (mm).
Suy ra : C = 2 + 0 + 0 + 0,532 = 2,532 (mm).
Vậy : St = 0,468 + 2,532 = 3 (mm).
* Kiểm tra công thức tính toán với St = 3 (mm) : = 0,001 < 0,1 : đúng.
* Kiểm tra áp suất tính toán cho phép :
=0,3646 > Ptt : đúng.
Vậy : Bề dày thực của thân là St = 3 (mm).
2 . Đáy và nắp thiết bị :
Chọn đáy và nắp có dạng là ellipise tiêu chuẩn, có gờ baèng theùp X18H10T.
Nhận thấy: công thức tính toán bề dày thân, đáy và nắp chịu áp suất trong là như nhau. Nên chọn bề dày của đáy và nắp là Sđ = Sn = 3 (mm).
Các kích thước của đáy và nắp ellipise tiêu chuẩn, có gờ(tài liệu tham khảo [4(tập 2)]:
+ Đường kính trong: Dt = 700 (mm).
+ ht =175 (mm).
+ Chiều cao gờ: hgờ = h = 40 (mm).
+Diện tích bề mặt trong: Sđáy = 0,62m2).
3 . Bích ghép thân, đáy và nắp :
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị.
Các loại mặt bích thường sử dụng:
+ Bích liền: là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ yếu dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.
+ Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ bằng kim loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu bền hơn thiết bị.
+ Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suaát cao.
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép X18H10T, cấu tạo của bích là bích liền không cổ.
Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 2)- trang 417], ứng với Dt
=700(mm) và áp suất tính toán Ptt = 0,171 (N/mm2) ta chọn bích có các thông số sau :
Dt D Db D1 h Bu loâng
db Z
(mm)
(ca ùi)
700 830 780 750 20 24 20
Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 2)- trang 170], chọn số mâm giữa hai mặt bích là 4 mâm.Vậy, số bích ghép thân-đáy-nắp là (15.2) bích.
Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định.
Đệm làm bằng các vật liệu mềm hơn so với vật liệu bích. Khi xiết bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên bề mặt của bích. Vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm là dây amiăng, có bề dày là 3(mm).
4 . Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các oáng daãn :
Bích được làm bằng thép CT3 , cấu tạo của bích là bích lieàn khoõng coồ.
a . Vị trí nhập liệu :
Suất lượng nhập liệu: GF = 1500 (Kg/h).
Khối lượng riêng của chất lỏng nhập liệu, tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ở
tF = 84,85oC và : F = 920 (Kg/m3).
Lưu lượng chất lỏng nhập liệu đi vào tháp: = 1,63 (m3/h).
Chọn vận tốc chất lỏng nhập liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm nhập liệu): vF = 0,2 (m/s).
Đường kính ống nhập liệu: dF = (m).
Suy ra: chọn đường kính ống nhập liệu: dF = 0,060 (m).
Tài liệu tham khảo [4 (tập 2)], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lF = 100 (mm).
Các thông số của bích ghép ống dẫn nhập liệu:
Dt Db Dn D D1 h Bu loâng
db Z
(mm)
(cá i)
60 120 67 150 100 12 12 4
b . Oáng hơi ở đỉnh tháp:
Suất lượng hơi ở đỉnh tháp: gd = 1948,13 (Kg/h).
Khối lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp được tính theo công thức (xác định ở
tD = 78,5oC và yD = 0,856):
= 1,453 (Kg/m3).
Lưu lượng hơi ra khỏi tháp: = 1340,76 (m3/h).
Chọn vận tốc hơi ở đỉnh tháp: vh = 30 (m/s).
Đường kính ống dẫn hơi: dh = (m).
Suy ra: chọn đường kính ống dẫn hơi: dh = 0,15 (m).
Tài liệu tham khảo [4(tập 2)], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lh = 120 (mm).
Các thông số của bích ghép ống dẫn hơi ở đỉnh tháp:
Dt Db Dn D D1 h Bu loâng
db Z
(mm)
(cá i)
150 225 159 260 202 16 16 8
c . Oáng hoàn lưu:
Suất lượng hoàn lưu: Ghl =D.MD.R=11,8 . 41,8 . 2,9497= 1454,91 (Kg/h).
Khối lượng riêng của chất lỏng hoàn lưu, tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ở
tD = 86,5oC và : hl = 771,55 (Kg/m3).
Lưu lượng chất lỏng hoàn lưu: = 1,886 (m3/h).
Chọn vận tốc chất lỏng hoàn lưu (tự chảy từ bộ phận tách lỏng ngưng tụ vào tháp): vhl = 0,2 (m/s).
Đường kính ống hoàn lưu: dhl =
(m).Suy ra: chọn đường kính ống hoàn lưu: dhl = 0,060 (m).
Tài liệu tham khảo [4 (tập 2)], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lhl = 100 (mm).
Các thông số của bích ghép ống dẫn hoàn lưu:
Dt Db Dn D D1 h Bu loâng
db Z
(mm)
(cá i)
60 120 67 150 100 12 12 4
d . Oáng dẫn chất lỏng ở đáy tháp:
Suất lượng chất lỏng vào nồi đun:
G’1 = 96,998.MG’= 96,998 .18,268 =1771,96 (Kg/h).
Khối lượng riêng của chất lỏng chất lỏng vào nồi đun, tra tài liệu tham khảo [4(tập 1)] ở tW = 100oC và
x’1=0,0096: L = 922 (Kg/m3).
Lưu lượng chất lỏng vào nồi đun: = 1,92 (m3/h).
Chọn vận tốc chất lỏng vào nồi đun (chất lỏng tự chảy vào nồi đun):
vL = 0,2 (m/s).
Đường kính ống dẫn chất lỏng: dL=
=0,058(m).
Suy ra: chọn đường kính ống dẫn: dL = 0,060 (m).
Tài liệu tham khảo [4 (tập 2)], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lL = 100 (mm).
Các thông số của bích ghép ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp:
Dt Db Dn D D1 h Bu loâng
db Z
(mm)
(cá i)
60 120 67 150 100 12 12 4
e. Oáng dẫn chất lỏng từ nồi đun (sản phẩm đáy):
Suất lượng sản phẩm đáy: GW = W.MW = 55,767 . 18,053=
1006,76(Kg/h).
Khối lượng riêng của sản phẩm đáy, tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ở
tW= 100oC và xW=0,0019: W = 957,726 (Kg/m3).
Lưu lượng sản phẩm đáy: = 1,051 (m3/h).
Chọn vận tốc sản phẩm đáy (chất lỏng tự chảy): vW = 0,12 (m/s).
Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: dW=
=0,056(m).
Suy ra: chọn đường kính ống dẫn: dW = 0,060 (m).
Tài liệu tham khảo [4 (tập 2)], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lW = 100 (mm).
Các thông số của bích ghép ống dẫn sản phẩm đáy:
D D D D D h Bu loâng
db Z (mm)
(cá i)
60 120 67 150 100 12 12 4
f. Tai treo và chân đỡ:
Tính trọng lượng của toàn tháp:
Khối lượng của một bích ghép thân: (thép X18H10T:
X18H10T = 7900 (Kg/m3)).
m1 = =
18,144(Kg).
Khối lượng của một mâm: (thép X18H10T: X18H10T = 7900 (Kg/m3)).
m2 = = .0,72.0,03.072.7900
=6,567 (Kg)
Khối lượng của thân tháp:
m3 = .(D2ng –D2t).Hthaân . X18H10T =
= 893,54 (Kg)
Khối lượng của đáy (nắp) tháp:
m4 = Sđáy .đáy . X18H10T = 0,62 0,003 . 7900 = 14,694 (Kg) Khối lượng của toàn tháp: m =
30.m1+53.m2+m3+2.m4=1815.3 (Kg)
Suy ra trọng lượng của toàn tháp: P = m.g = 17808,05 (N)
Chân đỡ tháp:
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân. Tải trọng cho phép trên một chân: Gc = =
0,445.104 (N).
Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 0,5.104 (N).
Các kích thước của chân đỡ: (tính bằng mm)
L B B1 B2 H H s l d
160 110 135 195 240 145 10 55 23
Tai treo:
Chọn tai treo: tai treo được gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động trong điều kiện ngoại cảnh. Ta chọn bốn tai treo, tải trọng cho phép trên một tai treo là Gt
= 0,445.104 (N).
Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn: Gt = 0,5.104 (N).
Chọn tấm lót tai treo khi ghép vào thân có kích thước sau:+ Chiều dài tấm lót: H = 260 (mm).
+ Chiều rộng tấm lót: B = 140 (mm).
+Bề dày tấm lót là 6 (mm).
Các kích thước của tai treo: (tính bằng mm)
L B B1 H S l a d
100 75 85 155 6 40 15 18