CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
5. Tính bền cơ khí cho thiết bị cơ đặc
5.3. Tính cho đáy thiết bị
5.3.1 Sơ lược cấu tạo
- Chọn đáy nón tiêu chuẩn Dt = 1000 mm
- Đáy nón có phần gờ cao 50 mm và góc ở đáy là 2α = 600.
Tra bảng XIII.21, trang 394, [2]:
- Chiều cao của đáy nón (khơng kể phần gờ) là H = 906 mm - Thể tích của đáy nón là Vđ = 0,314 m3
- Đáy nón được khoan 1 lỗ để tháo liệu.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.
5.3.2 Tính tốn
− Chiều cao này bằng chiều cao của phần dung dịch trong buồng bốc
− Tổng thể tích ống truyền nhiệt và ống tuần hồn trung tâm:
𝑉1 = 𝜋.(𝑛.𝑑𝑡2+𝑑𝑡ℎ2 )
4 . 𝑙 = 𝜋.(508.0,0152+0,1892)
56
− Thể tích của phần đáy nón: V2 = Vđ = 0,314 m3
− Với đường kính trong của ống nhập liệu là 28mm, tốc độ nhập liệu được tính lại là: Vnl = 𝐺đ 𝜋𝑑𝑛𝑙2 4 𝜌 = 2500 1176,47 𝜋0,020424 1148,37 = 5,66 (m/s)
− Tốc độ dung dịch đi trong ống tuần hoàn trung tâm V’ = 𝑣𝑛𝑙.𝑑𝑛𝑙2
𝐷𝑡ℎ2 = 5,66.0,02042
0,1892 = 0,0659 (m/s)
− Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị :
Τ = 𝑙+𝑙′ 𝑣′ = 𝑙+ 𝑉đ 𝜋𝐷𝑡ℎ2 4 𝑣′ = 2+ 0,314 𝜋0,18924 0,0659 = 200,185 (s) Trong đó:
Vnl: tốc độ của dung dịch trong ống nhập liệu. Dnl: đường kính trong của ống nhập liệu Dth: đường kính trong của ống tuần hoàn. l: chiều dài của ống truyền nhiệt.
l’: chiều dài hình học của đáy.
− Thể tích của dung dịch đi vào thiết bị ∑V = Vs.τ = 𝐺đ 𝜌𝑠τ = 𝐺đ 𝜌𝑑𝑑 2 τ = 2500 1148,37. 2 574,185. 200,185= 1,51 (m3) Trong đó: ρs = 𝜌𝑑𝑑
2 : khối lượng riêng của dung dịch sô bọt trong thiết bị; kg/m3
− Tổng thể tích của phần hình nón cụt và phần gờ nối với buồng đốt: V3= ∑V – V1 – V2 = 1,51 – 0,236 – 0,314 = 0,96 (m3)
57
− Chọn chiều cao của phần gờ nối với buồng đốt là Hgc=50mm
Thể tích của phần gờ nối với buồng đốt:
Vgc = π𝐷đ2
4hgc = π1,22
4 0,05 = 0,057 (m3)
Thể tích phần hình nón cụt
VC=V3 – Vgc= 0,96 - 0,507 = 0,453
Chiều cao của phần hình nón cụt:
Hc = 𝑉3 𝜋𝐷𝑏2+𝐷𝑏𝐷đ+𝐷đ2 12 = 0,96 .12 𝜋(1,62+1,6.1+12) = 0,711 (m) Vậy Hc= 711 mm Bề dày thực S
Chiều cao của cột chất lỏng trong thiết bị:
H’ = Hc + Hgc + Hđ + Hbđ= 711 + 50 + (50+ 906) + 1000= 2717 mm = 2,717 m Trong đó
Hc: chiều cao của chất lỏng trong phần hình nón cụt; m,
Hgc: chiều cao của chất lỏng trong phần gờ nối với buồng đốt; m Hđ: chiều cao của chất lỏng trong đáy nón; m
Hbđ: chiều cao cột chất lỏng trong buồng đốt; m
Áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị: ptt = ρdd .g.H’ =1148,37.9,81. 10-6 .2,717 = 0,0306 N/mm2
Đáy có áp suất tuyệt đối bên trong là p0 = 0,2095at nên chịu áp suất ngoài là Pm = 1,7905 at = 0,176 N/mm2 .
Ngồi ra, đáy cịn chịu áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị. Như vậy, áp suất tính tốn là:
58 Các thơng số làm việc: Dt = 1000 mm p0 = 0,2095at = 0,021 N/mm2 tm = tsdd (po + 2Δp) = 71,9720C Các thơng số tính tốn:
l’ – chiều cao tính tốn của đáy; m l’ = H = 906 mm
D’ – đường kính tính tốn của đáy; m (công thức 6-29, trang 133, [6]) D’ = 0,9𝐷𝑡+0,1.𝑑𝑡 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 0,9.1000+0,1.15 𝑐𝑜𝑠30 = 1040,9mm (cơng thức 6-29, trang 133, [6]) Trong đó dt = 30 mm là đường kính lỗ tháo sản phẩm Pn = 0,2066 N/mm2 ttt= 71,408+ 20 = 91,4080 C (đáy có bọc lớp cách nhiệt) Các thơng số cần tra và chọn:
[σ]* = 123 N/mm2 − ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt (hình 1-2, trang 16, [6])
η = 0,95 – hệ số hiệu chỉnh (đáy có bọc lớp cách nhiệt)
[σ] = η.[σ]* = 0,95.123 = 116,85 N/mm 2 - ứng suất cho phép của vật liệu
Et = 2,05.105 N/mm2 – module đàn hồi của vật liệu ở ttt (bảng 2-12, trang 34, [6]) nc = 1,65 – hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [6])
𝜎𝑐𝑡 = nc .[σ]* = 1,65.123 = 202,95 N/mm2 – giới hạn chảy của vật liệu ở tt (công thức 1-3, trang 13, [6])
Chọn bề dày tính tốn đáy S = 11 mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc.
59
𝑙′
𝐷′ = 906
1040,9 = 0,87
Kiểm tra công thức 5-15, trang 99, [6]: 1,5. √2.(𝑆− 𝐶𝑎) 𝐷′ ≤ 𝑙′ 𝐷′ ≤ √ 𝐷′ 2.(𝑆−𝐶𝑎) 1,5. √2.(11−1) 1040,9 ≤ 0,87 ≤ √ 1040,9 2.(11−1) 0,208 ≤ 0,87 ≤ 7,245 (thỏa)
Kiểm tra công thức 5-16, trang 99, [6]: Xét: 𝑙′ 𝐷′ ≥ 0,3. 𝐸 𝜎𝑐 . √(2.(𝑆− 𝐶𝑎) 𝐷𝑡 )3 0,87 ≥ 0,3. 2,05.105 202,95 . √(2.(11−1) 1000 )3 0,87 ≥ 0,73 ( thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của áp suất ngoài
So sánh Pn với áp suất tính tốn cho phép trong thiết bị [Pn] theo 5-19, trang 99, [6]: [Pn] = 0,649. 𝐸𝑡. 𝐷 ′ 𝑙′.(𝑆− 𝐶𝑎 𝐷′ )2. √𝑆− 𝐶𝑎 𝐷′ ≥ Pn 0,649. 2,05.105. 1040,9 906 .(11−1 1040,9)2.√11−1 1040,9 N/mm2 ≥ 0,2167 N/mm2 1,38 N/mm2 ≥ 0,2167 N/mm2 (thoả)
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục
Lực tính tốn P nén đáy: P = 𝜋 4.𝐷𝑛2. Pn = 𝜋 4. 10122 .0,229 = 183471,29 N Trong đó: Dn – đường kính ngồi; mm
60
Pn – áp suất tác dụng lên đáy thiết bị; N/mm2 Lực nén chiều trục cho phép:
[P] = π.Kc.Et .(S - Ca )2.cos2α Với:
Kc – hệ số phụ thuộc vào tỷ số 𝐷𝑡
2.(𝑆− 𝐶𝑎) , tính theo cơng thức ở trang 103, [6]. 25 ≤ 𝐷𝑡 2.(S − Ca) = 1000 2.(11−1) = 50 ≤ 250 qc = 0,089 ( tra bảng trang 103, [6]) kc = 875.𝜎𝑐𝑡 𝐸𝑡.qc = 875. 202,95 2,05.105.0,089 = 0,077 [P] = π. 0,077. 2,05.105.(11 − 1)2.𝑐𝑜𝑠2300 = 3719253,003 N > 183471,29 N (thỏa) Điều kiện ổn định của đáy:
𝑃 [P] + 𝑃𝑛 [𝑃𝑛] ≤ 1 183471,29 3719253,003 + 0,2167 1 = 0,266 ≤ 1 (thỏa)
Vậy bề dày của đáy nón là 11mm.
Tính bền cho các lỗ
Vì đáy chỉ có lỗ để tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép khơng cần tăng cứng được tính theo cơng thức (8-3), trang 162, [6]:
dmax = 2.[(𝑆− 𝐶𝑎
𝑆′ − 0,8)√𝐷′(𝑆 − 𝐶𝑎) − 𝐶𝑎]
dmax = 2[(11−1
8,33 − 0,8)√1024,7. (11 − 1) − 1] = 81,08 mm Trong đó:
S: bề dày đáy thiết bị; mm
S’: bề dày tính tốn tối thiểu của đáy; mm (chọn theo cách tính của buồng bốc) Ca: hệ số bổ sung do ăn mịn; mm
61
D’: đường kính tính tốn của đáy; mm
So sánh
Ống tháo liệu dt = 33,3 mm < dmax
Không cần tăng cứng cho lỗ.