bài giảng cơ sở thiết kế chế tạo thiết bị hóa chất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP Tp.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Bài Giảng CƠ SỞ THIẾT KẾ CHẾ TẠO
THIẾT BỊ HOÁ CHẤT

Th.S Phạm Văn Hưng
Email :

1


PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ
- Kiểm tra thường kỳ: tự luận, 45 phút

- Thi giữa kỳ: trắc nghiệm, 60 phút
- Thi cuối kỳ: tự luận, 60-90 phút

2


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].Hồ Lê Viên, Thiết kế và tính toán Các chi
tiết thiết bị hóa chất, NXB KHKT, 1978
[2].Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa
học – Tập 1-2 , Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật, 1992.
[3].Nguyễn Minh Tuyển, Tính toán máy và
thiết bị hóa chất - Tập 1-2, NXB khoa học
và kỹ thuật, 1984
3

NỘI DUNG MÔN HỌC
CHƯƠNG 1: CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN KHI
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA
CHẤT
CHƯƠNG 2: NHỮNG VẬT LIỆU CƠ BẢN
CHẾ TẠOTHIẾT BỊ HÓA CHẤT
CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU
ĐẾN CẤU TẠO THIẾT BỊ HÓA CHẤT
CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG
PHÁP CHẾ TẠO ĐẾN CẤU TẠO THIẾT BỊ
HÓA CHẤT
4


NỘI DUNG MÔN HỌC
CHƯƠNG 5: THÂN THIẾT BỊ
CHƯƠNG 6: ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ
CHƯƠNG 7: MỐI GHÉP BÍCH
CHƯƠNG 8: CÁC BỘ PHẬN PHỤ CỦA
THIẾT BỊ

5


CHƯƠNG 1: CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN KHI TÍNH
TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA CHẤT
Giới thiệu

1. Nhiệt độ làm việc và tính toán
2. Áp suất làm việc, tính toán, gọi và thử
3. Ứng suất cho phép
4. Hệ số hiệu chỉnh
5. Hệ số bền mối hàn

6. Hệ số bổ sung bề dày tính toán

6


Ngành công nghệ hoá
học nói chung và các
chuyên ngành hoá
khác nói riêng. Phải
cần có thiết bị để thực
hiện các quá trình …
để tạo ra sản phẩm.

Vậy làm thế nào
để có thiết bị ?
-Phải có qui trình công nghệ
-Phải có năng suất
- Phải có người thiết kế
-Phải có người gia công lắp đặt
-…
7


1. Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ tính toán:

Nhiệt độ làm việc ?

Nhiệt độ tính toán ?

Nếu < 2500C thì nhiệt độ
tính toán của thành (tường)
và của các chi tiết khác bên
trong thiết bị thì lấy nhiệt
độ lớn nhất của môi trường

Là nhiệt độ của môi trường
trong thiết bị đang thực hiện
các quá trình công nghệ đã
định truớc

tính toán sao cho thiết
bị hoạt động tốt.
…..

Nếu >2500C thì
nhiệt môi trường
cộng thêm 500C
nhưng không được
bé hơn 2500C

Nếu bọc
cách nhiệt
thì cộng
thêm 200C8

2. Áp suất làm việc, AS tính toán, AS gọi và AS thử:
Áp suất làm việc là
gì ?
Áp suất tính toán
là gì ?

Nếu thiết bị
có chứa chất
lỏng, mà AS
thuỷ tĩnh <
5% P tính
toán thì bỏ
qua

Là AS môi trường (áp suất dư)
trong thiết bị sinh ra
là AS của môi trường trong
thiết bị được dùng làm số
liệu tính theo độ bền và độ
ổn định

Còn >5% P tính toán thì ở phần đáy tb
được tính theo công thức sau :
P=Pm +gρH ( N/m2)
Pm – là ASLV của môi trường(N/m2)
9

Bảng 1.1.ASTT trong thiết bị dùng để chứa và chế biến
môi trường cháy nổ
AS làm việc của môi
trường Pm và Pm.n

AS tính toán P và P.n

AS (dư) ở xupap an toàn
Pxp

N/mm2

Không có áp suất dư
:
-Dung tích thiết bị bé
hơn 30 m3.
-Dung tích thiết bị
lớn hơn hoặc bằng
30 m3

0,01
0,005

-

Bé hơn 0,05

0,06
0,1

Pm + 0,03
Pm + 0,04
Pm + 0,05

Từ 0,05 đến 0,07
Lớn hơn 0,07 đến 0,3

1,2 pm, nhưng không bé
hơn 0,3

10


Áp suất tính toán
• Đối với tháp cao, hợp lý nhất là xác định AS
tính toán cho từng khu vực theo chiều cao của
tháp.
• Đối với các thiết bị dùng để chế biến và chứa
các chất khác thì lấy AS tính toán luôn luôn bé
hơn áp suất hơi của chúng ở nhiệt độ 500C.
Trong bảng 1-2 cho biết ASTT tối thiểu của
các chất khí thường gặp.
• Đối với các thiết bị đúc có ASLV bé hơn
0,2N/mm2 thì không nên chọn áp suất tính
11
toán bé hơn 0,2N/mm2.


Bảng 1-2.ASTT tối thiểu trong thiết bị dùng để chế
biến và chứa một số chất khí

Các chất khí

Hydrocacbon

Nhóm C3 (propan, propylen
v.v...)
Nhóm C4 (butan,
butylen,đivinuyl, izobutan,
izobutylen v.v...
Nhóm C5 (izopren, pentan)

Amoniac
Freon – 12

Anhydric sunfurơ
Metylclo
Khí cacbonic

Áp suất tính toán P
hoặc Pn, N/mm2
1.8
0.6

0.3
1.6
1.0
0.8
0.9
7.6

12


Áp suất gọi là gì ?

Là AS cực đại của môi trường chứa
trong thiết bị cho phép sử dụng

Bảng 1-3.AS gọi đối với các thiết bị tiêu chuẩn

Áp suất gọi N/mm2
- 0,07
0,1
0,16(*) 0,2(*) 0,25(*) 0,3 0,4(*) 0,5(*) 0,6 1,0 1,25
1,6
2,0
2,5
3,2
4,0
5,0 6,4 10 12,5
16
20
25
32,5
40
50
63 70
100 125
160
200

- -

0,8
8,0
80
-

* dùng cho các chi tiết làm bằng kim loại màu

13


Là AS dùng để thử độ bền và độ kín của thiết bị

AS thử là gì ?

Bảng 1-4.AS thử thuỷ lực tiêu chuẩn ptl
AS tính toán P và
Dạng chế P N/mm2
n
tạo thiết bị
< 0,05

Hàn

0,05 đến 0,07
>0,07 nhưng <0,5

Hàn, rèn

≥0,5

Đúc

Không phụ thuộc vào
áp suất

AS thử thuỷ lực Ptl, N/mm2

   0,05
 

p  20
t



1,5 p 

20

nhưng không bé hơn 0,06



  nhưng không bé hơn 0,1
t

  nhưng không bé hơn 0,3
 

1,5 p  20
t



nhưng không bé hơn p + 0,3
 

1,25 p 

20

t

 
 

1,5 p  20
t

nhưng không bé hơn p + 0,3

Chú thích: các đại lượng áp suất thử thuỷ lực nêu ở đây không tính áp
14
suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị


3.Ứng suất cho phép :
-Việc lựa chọn ứng suất cho phép ở các chi tiết khi tính toán độ

bền và độ ổn định, nó phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và
nhiệt độ tính toán.
-Ứng suất cho phép tiêu chuẩn dùng để tính các chi tiết chịu
kéo, nén, uốn. Khi tính các chi tiết chịu xoắn và cắt thì lấy ứng
suất cho phép tiêu chuẩn nhân với 0,6.
-Một số công thức tính toán ứng suất tiêu chuẩn:

 

*

 

*

t

 B
n
B

t

 c
n
c

(1-2)

 

(1-3)

 

*

*

t

 bl
n
bl

(1-4)



(1-5)

t
d

15


Bảng 1-5.Xác định ứng suất cho phép tiêu chuẩn

 * của các kim loại cơ bản

Vật liệu
Cacbon

Thép

Hợp kim thấp
Hợp kim lớp
otstenit

*
Nhiệt độ Công thức xác định  
tính oC

≤ 380

(1-2) và (1-3)

> 380

(1-3), (1-4) và (1-5) (1)

≤ 420

(1-2) và (1-3)

> 420

(1-3), (1-4) và (1-5) (1)

≤ 525

(1-2) và (1-3)

> 525

(1-3), (1-4) và (1-5) (1)

Nhôm, đồng và hợp kim của chúng

Không (1-3) và (1-4)
quy định (1-3), (1-3) và (1-5)
Titan và hợp kim của nó
(1)dùng công thức (1-5) khi không có số liệu về giới hạn bền lâu
(2)theo Lasinxki A.A và Tônchinxki A.P

16


Hình 1-1.Ứng suất cho phép tiêu chuẩn của các loại thép thường dùng
chế tạo các thiết bị 1-CT3, 2-thép 10, 3-thép 20 k, 4,thép 09T2C và
16TC
17


Hình 1-2.Ứng suất cho phép tiêu chuẩn của các loại thép chịu nhiệt chịu acid : 112XM, 12MX, 2-15XM, 3- X5M, 4-X18H10T, X18H12T,X7H13M3T
vàX7H13M2T, 5-OX18H10T và OX18H12T
18

Bảng 1-6.Giá trị các hệ số an toàn đối với các kim loại cơ bản

Thép cacbon, hợp kim thấp, hợp kim, hợp
kim cao, titan và các hợp kim của nó
Cán và rèn
Đúc
Hệ số an
Với áp Với áp
Khi
Ở điều
toàn
suất dư suất dư kiểm tra kiện khác
trong
trong
chất
thiết bị < thiết bị ≥ lượng
0,5
0,5N/m
riêng
N/mm2
m2
biệt
nB
2,6
3,25
3,6
nc
1,65
1,5
1,85

2,1
nbl
1,5
nd
1,0
-

Nhôm,
đồng
và hợp
kim
của
chúng
3,5
1,5
19
-


t

- Khi nén

 n* 

- Khi uốn

 u *

- Khi xoắn và

cắt

 u

- Hệ số hiệu chỉnh

   . *

*

B.n
n
B
t
 B.u
n
B

(1-6)

(1-7)

     
*
ca

*

(1-8)
(1-9)

:là hệ số hiệu chỉnh

 * : là ứng suất cho phép tiêu chuẩn, N/mm2
- hệ

số an toàn của các chi tiết làm bằng vật liệu giòn lấy bằng n=4-5,
20
còn vật liệu dẻo lấy n= 4


4.Hệ số hiệu chỉnh
Khi kiểm tra độ bền của các chi tiết ta phải dùng ứng suất cho phép chứ
không dùng ứng suất tiêu chuẩn và xác định như sau:

   . 

*

5. Hệ số bền mối hàn

h

Khi ghép các chi tiết với nhau bằng mối hàn, tại vị trí hàn
sẽ kém bền hơn, do đó khi tính bền cho thiết bị ta phải đưa
hệ số bền mối hàn  h vào công thức tính toán

21

Bảng 1-7.Giá trị hệ số bền mối hàn đối với các chi tiết làm
bằng vật liệu phi kim loại  h
Hệ số bền mối hàn  h
Giáp mối
một bên
Viniplat
Thuỷ tinh thạch
anh
Polyizobutylen
Polystyrol
Polyetylen

0,35
0,7
0,4
0,75
0,4
0,9

Giáp mối hai Chồng chéo
bên
0,5
0,9
-

0,5
0,4
0,75
0,4
-

22


6. Hệ số bổ xung chiều dày tính toán
Đại lượng C được xác định như sau :
C = Ca + Cb + Cc + C0
Trong đó
- Ca là hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi
trường, mm
- Cb là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi
trường, mm
- Cc là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo lắp ráp, mm
- C0 là hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, mm

23


Nếu lấy thời hạn sử dụng là 10 năm thì có thể chọn hệ số Ca như
sau :
- Ca= 0 đối với vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mòn T không
lớn hơn 0,05mm/năm

-Ca= 1 đối với vật liệu tiếp xúc với môi trường có độ ăn mòn lớn
hơn, T=0,05-0,1mm/năm. Nếu độ ăn mòn lớn hơn 0,1mm/năm thì
căn cứ vào thời hạn sử dụng mà xác định Ca cho mỗi trường hợp cụ
thể.
-Ca= 0 nếu ta dùng vật liệu lót có tính bền ăn mòn hoặc thiết bị
tráng men.
- Cb chỉ tính khi môi trường bên trong thiết bị chuyển động với

vận tốc 20m/s đối với chất lỏng; 100m/s đối với môi trường
khí.
24


CHƯƠNG 2: NHỮNG VẬT LIỆU CƠ BẢN
CHẾ TẠO THIẾT BỊ HÓA CHẤT
Vật liệu phải thỏa mãn những yêu cầu như sau:
1/Cơ tính B, c, d, E, α, a (độ co), HB, HR
2/ Chống ăn mòn
Để xét tuổi thọ ta xét tốc độ ăn mòn vật liệu theo công thức
sau: v= 8,76.G/
trong đó:- v là tốc độ ăn mòn
- G khối lượng vật liệu bị ăn mòn
-  khối lượng riêng vật liệu kg/dm3
3/ Tính chất vật lý: ,,α,C,tnc, ….
4/ Tính công nghệ: đúc rèn, hàn, gia công cắt gọt….
5/ Giá thành vật liệu.
25