Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m


Tính toán bề dày thiết bị và các chi tiết khác



tải về 0.56 Mb.
trang10/14
Chuyển đổi dữ liệu06.11.2017
Kích0.56 Mb.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

4.5. Tính toán bề dày thiết bị và các chi tiết khác.

4.5.1. Tính toán bề dày thiết bị.

4.5.1.1. Bề dày thân tháp.


Thiết bị chưng luyện đang thiết kế là thiết bị hình trụ dạng vỏ mỏng, chịu áp suất trong. Bề dày thân tháp sẽ được tính toán thiết kế theo phương pháp thiết kế bề dày thiết bị chịu tải trọng tổng hợp. Ngoài tải trọng do áp suất làm việc, còn phải xem xét các tải trọng chính do:

  • Trọng lượng tĩnh của thiết bị và các bộ phận bên trong thiết bị.

  • Gió

  • Động đất

  • Các tải trọng ngoài do các đường ống nối và các thiết bị liên quan tạo ra.

Trong bài toán của đề ra, ta chỉ xét đến tải trọng do áp suất làm việc, tải trọng do tổng trọng lượng thiết bị và tải trọng do gió gây ra.
1. Áp suất làm việc và vật liệu chế tạo.

Áp suất làm việc:

Nhiệt độ làm việc tối đa:

Chọn áp suất thiết kế lớn hơn áp suất làm việc 10%:

(N/mm2)

Chọn vật liệu chế tạo là thép không gỉ 18Cr/8Ni (SUS304), tra bảng 8.2, tr 475- 13, ta được:



  • Độ bền kéo: (N/mm2)

  • Ứng suất thiết kế: (N/mm2)

Chọn kiểu mối hàn kép nối đỉnh, với mức độ siêu âm kiểu tra là 100%, tra bảng 8.3- tr 476- 13, ta có hệ số hàn:
2. Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị.

Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị được tính theo công thức 2.23- tr 74- 14:

(mm) (4.26)

Trong đó: - độ dư ăn mòn, với tuổi thọ thiết bị là 20 năm, chọn



- độ dư bù cho sai số chế tao, gia công, chọn

- độ dư do ăn mòn hóa chất, môi chất không ăn mòn nên

Vậy: (mm)


3. Chiều dày thân thiết bị.

Chiều dày nhỏ nhất thân thiết bị được tính theo công thức 8.36a- tr 478- 13:

(4.27)

Trong đó: - đường kính trong của thiết bị, (mm)

Vậy: (mm)

Chiều dày thân tháp sẽ phải lớn hơn nhiều so với chiều dày nhỏ nhất để có thể chịu được tải trọng do gió và trọng lượng của tháp gây ra.

Chọn chiều dày tháp để bắt đầu vòng lặp tính chọn chiều dày thích hợp là:

(mm)

4. Trọng lượng tĩnh của thiết bị.

  • Trọng lượng của thân tháp:

Chọn hệ số:

đối với tháp chưng cất

mm

m

Khi đó trọng lượng tháp theo công thức 8.54a- tr 495- 13:



(4.28)

N

(kN)

  • Trọng lượng của đĩa

Diện tích của đĩa:

(m2)

Trọng lượng của 1 đĩa (bao gồm cả dầm đỡ và các phụ kiện) được tính gần đúng theo công thức 8.54c- tr 495- 13:



(kN)

Trọng lượng của toàn bộ đĩa:



(kN)

  • Trọng lượng của lớp cách nhiệt

Khối lượng riêng của sợi khoáng: (kg/m3)

Chọn bề dày lớp cách nhiệt: (mm)

Thể tích gần đúng lớp cách nhiệt:

(m3)

Trọng lượng lớp cách nhiệt:



(N) (kN)

Tính cả phần phụ kiện cho lớp cách nhiệt chọn:



(kN)

  • Trọng lượng lỏng trong tháp

Trọng lượng tĩnh tối đa của tháp sẽ xuất hiện khi tháp chứa đầy lỏng, lấy với chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn là nước, tra theo phụ lục 4, (kg/m3)

(N)

(kN)

  • Tổng khối lượng của thiết bị:

(kN)
5. Tải trọng gió.

Chọn áp suất do gió tạo ra bằng: (N/m2) (tương đương tốc độ gió 160 km/h).

Đường kính ngoài của tháp (bao gồm cả lớp cách nhiệt):



(m)

Tải trọng gió tính theo một đơn vị chiều dài được tính theo công thức 8.64- tr 503-13:



(N/m) (4.29)

Mômen uốn tại đáy tháp được tính theo công thức 8.60- tr 501- 13:



(4.30)

(N.m)
6. Phân tích ứng suất.

  • Tại mặt đáy của tháp:

Ứng suất áp suất theo chu vi và theo hướng trục được tính theo công thức 8.5 và 8.6- tr 466- 13:

(N/mm2) (4.31)

(N/mm2) (4.32)

Ứng suất do tổng trọng lượng của tháp gây ra (ứng suất nén) được tính theo công thức 8.67- tr 507- 13:



(N/mm2) (4.33)

Ứng suất uốn (nén hoặc căng) sẽ được tính theo công thức 8.68- tr 507- 13:



(4.34)

Trong đó: - mômen uốn tổng cộng tại mặt đang xét.



- mômen thứ cấp của diện tích tiết diện của tháp tại mặt tác dụng của mômen uốn và được tính theo công thức 8.69- tr 508- 13:

(mm4) (4.35)

(N/mm2)

Ứng suất tổng hợp theo hướng dọc trục:



(4.36)

Ở đây, là ứng suất nén nên có giá trị âm.

Khi gió thổi hướng lên trên:

(N/mm2)

Khi gió thổi hướng xuống dưới:



(N/mm2)

Do không có ứng suất xoắn nên các ứng suất chính sẽ là ứng suất tiếp tuyến theo chu vi và ứng suất tổng theo hướng dọc trục .

Đối với tháp, ứng suất theo hướng kính được tính gần đúng theo công thức 8.70- tr 508- 13:

(N/mm2) (4.37)

Có giá rất nhỏ nên ta bỏ qua ứng suất này.

Theo lý thuyết về ứng suất cắt cực đại áp dụng cho thiết kế tháp, thì giá trị lớn nhất của các ứng suất tại điểm đang xét sau đây sẽ được sử dụng cho mục đích thiết kế:

(4.38)

Trong trường hợp đang xét, hiệu số lớn nhất của các ứng suất chính sẽ đạt được trong trường hợp gió thổi xuống dưới:



(N/mm2)

(N/mm2)

Ứng suất cắt cực đại thỏa mãn yêu cầu thiết kế của thép không gỉ SUS304


7. Kiểm tra độ bền đàn hồi.

Ứng suất uốn đàn hồi tới hạn được tính theo công thức 8.72- tr 509-13:

(N/mm2) (4.39)

Ứng suất nén tổng cộng:



(N/mm2)

Nhận thấy, nên điệu kiện về độ bền đàn hồi thỏa mãn yêu cầu thiết kế.

Vậy với (mm) là giá trị bề dày tháp nhỏ nhất nên chọn, ta đã thỏa mãn điều kiện thiết kế, nên dừng vòng lặp tính toán và kết luận (mm) là bề dày của thiết bị.

4.5.1.2. Bề dày đáy và nắp thiết bị.


Đáy và nắp thiết bị sử dụng vật liệu chế tạo như thân thiết bị, thép không gỉ SUS304. Hình dạng đáy và nắp thiết bị chọn là hình elip tiêu chuẩn, có gờ. Tra theo bảng XIII.10- tr 382- 11, với m, ta được:

mm

mm

Chọn chiều dày đáy và nắp: (m).

Kiểm nghiệm độ bền cho đáy và nắp thiết bị theo công thức 2.33- tr 94- 14:

(4.29)

Ứng suất với chiều dày thiết bị đã tính phía trên:



(N/m2)

(N/m2)

Nhận thấy: nên chiều dày tính toán đủ bền trong cả khi kiểm tra thủy lực. Chiều dày đã chọn thõa mãn.


4.5.1.3. Chọn mặt bích ghép nối thân – đáy và nắp thiết bị.


Chọn bích ghép liền kiểu I theo bảng XIII.27- tr 417- 11, theo đường kính trong của thiết bị m và áp suất làm việc , ta được:

Kích thước bích nối:



(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

Bu lông: M27



(cái)

(mm)

Để đảm bảo độ bít kín, sử dụng đệm bít kín bằng amiang dày 3 mm, đường kính trong là 2230 mm, đường kính ngoài là 2260 mm.


4.5.2. Tính toán chân đỡ tháp.


Chọn chân đỡ tháp kiểu trụ đỡ, theo phương pháp hàn phẳng với vỏ thiết bị. Trụ đỡ dạng trụ ( góc ) và vật liệu chế tạo là SUS304 có:

  • Ứng suất thiết kế: (N/mm2)

  • Mô đun Young : (N/mm2) theo [15].

Chọn chiều cao trụ đỡ là: 2 (m)

Trọng lượng tĩnh tối đa của tháp. (kN)


4.5.2.1. Chiều dày trụ đỡ.

1. Tải trọng do gió tạo ra.

Mômen uốn tại chân đáy trụ đỡ theo công thức 8.56- tr 496- 13:

(N.m) (4.30)
2. Phân tích ứng suất.

Lần tính đầu tiên của vòng lặp, chọn chiều dày trụ đỡ (mm)

Ứng suất uốn được tính theo công thức 8.46- tr 490- 13:



(4.31)

(N/mm2)

Ứng suất do trọng lượng tối đa tạo ra tính theo công thức 8.47-tr 490- 13:



(4.32)

(N/mm2)

Ứng suất nén lớn nhất theo công thức 8.45- tr 490- 13:



(N/mm2) (4.33)

Ứng suất căng nhỏ nhất theo công thức 8.44- tr 490- 13:



(N/mm2) (4.34)

Tiêu chuẩn kiểm tra thiết kế theo 8.48 và 8.49- tr491- 13:



Thỏa mãn

Thỏa mãn.

Nhận xét: cả hai tiêu chí trên đều được thỏa mãn vậy chiều dày trụ đỡ là:



(mm)

4.5.2.2. Vòng chịu tải ở đáy trụ đỡ và các bu lông đinh vị.


Chọn gần đúng đường kính vòng tròn tâm các lỗ lắp bu lông:

(m)

Chu vi của đường tròn tâm các lỗ lắp bu lông:



(m)

Chọn bước bu lông: (m)

Số bu lông cần thiết để định vị:

Chọn số bu lông là bội số chung gần nhất của 4:

Chọn vật liệu chế tạo bu lông là thép cácbon, tra bảng 8.2- tr475- 13, ứng suất thiết kế là: (N/mm2)

Diện tích tiết diện ngang của bu lông được tính theo công thức 8.50- tr 491- 13:



(4.35)

(mm2)

Chọn bu lông M24 có diện tích (mm2). (Kích thước bu lông tối thiểu để định vị trụ đỡ thiết bị).

Tải trọng nén tổng cộng tác dụng lên vòng đáy của trụ đỡ ( tính theo một đơn vị chiều dài) tính theo công thức 8.51- tr 492- 13:

(4.36)

(N/m)

Chọn áp suất đỡ tối đa tác dụng lên nền móng bê tông: (N/mm2)

Chiều rộng vòng đáy trụ tính theo công thức 8.52- tr 493- 13:

(mm) (4.37)

Chọn các kích thước thiết kế trụ đỡ theo bảng 8.20- tr 494- 13:



Bu lông

Tiết diện

A

B

C

D

E

F

G

M24

353

45

76

64

13

19

30

36

Chiều rộng thực tế của vòng đáy trụ:

(mm)

Áp suất thực tế tác dụng lên móng bê tông:



(N/mm2)

Chiều dày nhỏ nhất của vòng đáy trụ tính theo công thức 8.53- tr 493- 13:



(mm)

Chọn: (mm).


4.5.3. Cửa nối ống dẫn với thiết bị và bích nối tương ứng.

4.5.3.1. Ống nhập liệu.


Lưu lượng của hỗn hợp: (kg/h)

Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị.

Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng, nội suy theo phụ lục 3 và 4, ta được:

(kg/m3)

(kg/m3)

Theo công thức I.2- tr 5- 10:

Vậy: (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy trong ống nối là: (m/s)

Đường kính trong của ống nối:

(m)

Chọn: (m) = 100 (mm)

Chọn bích liền bằng kim loại đen, kiểu 1 tra bảng XIII.26- tr 409- 11:












h

Bu lông

100

108

205

170

148

14



z

M16

4


4.5.3.2. Ống hơi đi ra đỉnh tháp.


Lưu lượng của hỗn hợp: (kg/h)

Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị.

Khối lượng riêng hỗn hợp hơi: (kg/m3)

Chọn vận tốc chất hơi chảy trong ống nối là: (m/s)

Đường kính trong của ống nối:

(m)

Chọn: (m) = 200 (mm)

Chọn bích liền bằng kim loại đen kiểu 1, tra bảng XIII.26- tr 409- 11:












h

Bu lông

200

219

290

255

232

16



z

M16

8

4.5.3.3. Ống hoàn lưu đỉnh tháp


Lưu lượng của hỗn hợp: (kg/h)

Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị.

Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng, nội suy theo phụ lục 3 và 4, ta được:

(kg/m3)

(kg/m3)

Theo công thức I.2- tr 5- 10:

Vậy: (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy trong ống nối là: (m/s)

Đường kính trong của ống nối:

(m)

Chọn: (m) = 150 (mm)

Chọn bích liền bằng kim loại đen, kiểu 1 tra bảng XIII.26- tr 409- 11:












h

Bu lông

150

159

260

225

202

16



z

M16

8

4.5.3.4. Ống lỏng đi ra đáy tháp.


Lưu lượng của hỗn hợp: (kg/h)

Do sử dụng thiết bị gia nhiệt đun sôi lại 50% để gia nhiệt đáy tháp nên lưu lượng dòng thực tế là:

Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị.

Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng, nội suy theo phụ lục 3 và 4, ta được:



(kg/m3)

(kg/m3)

Theo công thức I.2- tr 5- 10:

Vậy: (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy trong ống nối là: (m/s)

Đường kính trong của ống nối:

(m)

Chọn: (m) = 100 (mm)

Chọn bích liền bằng kim loại đen, kiểu 1 tra bảng XIII.26- tr 409- 11:












h

Bu lông

80

89

185

150

128

14



z

M16

4

4.5.3.5. Ống hơi đi vào đáy tháp.


Lưu lượng của hỗn hợp: (kg/h)

Sau khi qua thiết bị gia nhiệt đáy tháp, hồi lưu 50% lưu lượng để gia nhiệt cho hỗn hợp đáy, nên lưu lượng dòng hơi thực tế là:



(kg/h)

Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị.

Khối lượng riêng hỗn hợp hơi: (kg/m3)

Chọn vận tốc chất hơi chảy trong ống nối là: (m/s)

Đường kính trong của ống nối:

(m)

Chọn: (m) = 250 (mm)

Chọn bích liền bằng kim loại đen kiểu 1, tra bảng XIII.26- tr 409- 11:












h

Bu lông

250

273

370

350

312

22



z

M16

12

4.5.3.6. Cửa người ở đỉnh tháp và đáy tháp.


Chọn cửa người đường kính 600 mm. Cửa người được thiết kế 2 cái, một ở trên đỉnh tháp, một ở dưới đãy tháp.

Chọn bích liền bằng thép kiểu 1, tra bảng XIII.27- tr 417- 11:













h

Bu lông

600

740

690

650

611

20



z

M20

20






Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương