bài tập môn đường ống bể chứa

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
Tóm tắt: H=10m
d=100mm=0.1m
v=1 m/s
µ=1cp=0.001N.s/m2
ɛ = 0.05 mm
Re ===100000 =>
Hệ số ma sát f fanning:
A=]
Vì A=] rất nhỏ : =>
 log ( => f = 0.00417
Hệ số trở lực do ống K ô : = = 16.68
Do co 90o :=0.25*= 3.135
Do van bi : = 0.1* = 0.25
tra bảng và có 2 cái van bi và 10 cái van co
1 in= 25.4 mm => 100mm = và rất nhỏ
Hệ số trở lực do fittings: van bi+ van co = 3.135+0.25 = 3.385
Tổng hệ số trở lực K : Hệ số trở lực do ống K ô+ Hệ số trở lực do fittings
= 16.68+3.385 = 20.07
Tổn thất áp suất deltaP: P = = 20.07(= 10.035 m cuột nước
gc= 1 khi hệ lấy = m
Độ cao H= 10 m
Tổng cột áp : Tổn thất áp suất deltaP + độ cao : 10.035 + 10 = 20.035m cột nước

20.035m cột nước = 20.035*1000= 196543.35 = 196543.35 Pa
Công suất thủy lực :
=> * =*= 1542.86 W
Với d = D ( với D là đường kính ống ) =>
2) Cho hỗn hợp khí có thành phần như sau
Cấu tử
% mol

Ethane

Propane

Iso-Butane

n-Butane

0.8

0.15

0.01

0.04

Nhiệt độ tới hạn oC

32.2

96.6

134.9

152

Áp suất tới hạn bar

48.839

42.5

36.48

37.96

Hệ số lệch tâm Z
0.008
0.1
0.152
Tính khối lượng riêng hỗn hợp khí trên ở 30oC, 3 bar
T = 30oC = 303oK
P = 3 bar = 3*105 Pa
Mtb = M1*X1 + M2*X2 + M3*X3 = 0.8*30+0.15*44+0.05*58 = 33.5
= Z1*X1 + Z2*X2 + Z3*X3 + Z4*X4
= 0.008*0.8+0.1*0.15+0.152*0.01+0.193*0.04= 0.3064
Ttb = T1*X1 + T2*X2 + T3*X3 + T4*X4
= 32.2*0.8 + 96.6*0.15 + 134.9*0.01 + 152*0.04 = 47.679 oC
Ptb = P1*X1 + P2*X2 + P3*X3 + P4*X4
=48.839*0.8 + 42.5*0.15 + 36.48*0.01 + 37.96*0.04 = 47.3294 bar
Tr = = = 0.9448

0.193

= [ 1+ ( 0.37464+ 1.5226* 0.3064 – 0.26992*0.30642)(1-0.94480.5)]2 = 1.0237
a

0,45724R 2Tc2
Pc

a = = 0.6859
b=

= 4.38*10-5

R= 8.31*m3·Pa·mol-1·K-1
R=0.0821 [L·atm·mol−1·K−1] thì a = 6.68008461 và b = 0.043224


Pc = Pa Tc = oK

ta có : 1 bar = 105

Phương trình Peng Robinson

- Khi ta chọn R=0.0821 [L·atm·mol−1·K−1]
=> (3+1)*105 = => V= 0.006
Khối lượng riêng = = = 5.58
Khối lượng riêng không khí 1atm, 30oC = = = 1.166460396
4)
v (m/s)

1.5

H bơm (m)

12

Đường kính ống (m)
Độ nhám (mm)
Chiều dài ống (m)

0.02
5
0.01
50

Re == = 37500 =>
Hệ số ma sát f fanning:
A=]
=>
A=] =
log ( => f = 0.00588
Hệ số trở lực do ống K ô : = = 47.04
Do co 90o :=0.25*= 3.135
Do van bi : = 0.1* = 0.25
tra bảng và có 2 cái van bi và 10 cái van co
1 in= 25.4 mm => 100mm = và rất nhỏ
Hệ số trở lực do fittings: van bi+ van co = 3.135+0.25 = 3.385
Tổng hệ số trở lực K : Hệ số trở lực do ống K ô+ Hệ số trở lực do fittings
= 16.68+3.385 = 20.07

Tổn thất áp suất deltaP: P = = 20.07(= 10.035 m cuột nước
gc= 1 khi hệ lấy = m
Độ cao H= 10 m
Tổng cột áp : Tổn thất áp suất deltaP + độ cao : 10.035 + 10 = 20.035m cột nước
20.035m cột nước = 20.035*1000= 196543.35 = 196543.35 Pa
Công suất thủy lực :
=> * =*= 1542.86 W
Với d = D ( với D là đường kính ống ) =>
Bề dày bể chứa áp suất khí quyển
5. Chỉ tiêu áp dụng phương pháp VDP.
Xét

ta có: D : đường kính bể (mm)=85m
H: mức nước thiết kế tối đa (m)=19.2 m
t = độ dày lớp vỏ đáy (mm)

L= (500Dt)0.5 mm.
L= (500Dt)0.5 = (500*85*37.84)0.5 = 1268.23 mm
tt= = = 37.85 mm
St= 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
A.Tìm bề dày thử thủy lực bồn theo pp 1-foot : bảng 1
Lớp
Mức lỏng
1
H= 19.2
2

H-2.4=16.8
3
16.8-2.4=14.4
4
14.4-2.4= 12
5
12-2.4= 9.6
6
9.6-2.4= 7.2
7
7.2-2.4= 4.8
8
4.8-2.4=2.4
Công thức tình bề dày lớp : tt =

Bề dày lớp tính
37.85
33.04
28.23
23.43
18.62
13.82
9.01
4.21

Bề dày thực
37.85
33.04
28.23
23.43

18.62
13.82
Bề dày tối thiểu =10.00
Bề dày tối thiểu =10.00


H
16.
8

H
16.8

b.Tìm bề dày theo phương pháp variable design point:
Bề dày lớp sát đáy t1d
Bề dày thủy lực:
t1d=
Bề dày thiết kế :
t1d= +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
Sd = ứng suất cho phép đối với điều kiện thiết kế MPa
t1d=
= = 37.15378272mm
G = 1 của nước vì ở 20oC
G=
Bề dày lớp thứ 2 trở đi
Lớp 2:
Thử nghiệm 1:
tl

tu (1-foot)
K
C
X1
X2
X3
37.15
33.04
1.124
0.060
1046.62
1011.81
xmin
ttx1
1011.81
31.61
H= mức nước thiết kế ( 16.8 tra ở bảng 1) m
tt = t1d độ dày của lớp dưới tại mối nối đường kính mm
xmin giá trị nhỏ nhất ở X1, X2, X3 = x
tu=tt: độ dày lớp trên đường kính mối nối mm (Bề dày lớp tính)
r= bán kính bình chứa danh nghĩa mm(in)
ttx= = = 31.61
K===1.124
C= == 0.06
X1 =0.61(rtu)0.5+ 320CH = 0.61*(*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*(*33.04)0.5= 1445.68
Thử nghiệm 2:
tl
tu (1-foot)= ttx1

K
C
X1
X2
37.15
31.61
1.18
0.08
1156.14
1403.32
xmin
ttx2
1156.138
31.325

1445.68

X3
1414.15


H
16.8

Thử nghiệm 3
tl
tu (1-foot)= ttx2
K
C
37.15

31.33
1.19
0.09
xmin
ttx3
1179.19
31.28
Bề dày lớp thứ 2: tính toán giá trị: ==1.9
h1: chiều cao của lớp vỏ đáy mm(in)

X1
1179.19

X2
1485.47

X3
1407.67

t1= t1t
t2 = t2a+( t1-t2a )*
= 31.28+( 37.15-31.28 )*=34.63 (mm)
t2a= ttx
lớp 3
thí nghiệm 1
H
14.4

tl

tu (1-foot)
K
C
X1
34.64
28.23
1.23
0.11
1159.12
xmin
ttx
1159.11
26.51
H= mức nước thiết kế ( 16.8 tra ở bảng 1) m
tt = t1d độ dày của lớp dưới tại mối nối đường kính mm
xmin giá trị nhỏ nhất ở X1, X2, X3 = x
tu=tt: độ dày lớp trên đường kính mối nối mm (Bề dày lớp tính)
r= bán kính bình chứa danh nghĩa mm(in)
ttx= = = 26.51
K===1.23
C= == 0.11
X1 =0.61(rtu)0.5+ 320CH = 0.61*(*28.23)0.5 +320*0.11*14.4 =1159.12
X2= 1000CH = 1000*0.11*14.4=1534.11

X2
1534.11

X3
1336.41

X2
2023.27

X3
1295.06

X3 = 1.22(rtu)0.5 = 1.22*(*28.23)0.5= 1336.41
thí nghiệm 2
H
14.4

tl
34.64
xmin
1294.97

tu (1-foot)
26.51
ttx
26.24

K
1.31

C
0.14

X1
1294.97

thí nghiệm 3
H
14.4

tl

X1
1317.46

X2
2103.96

X3
1288.40

tu (1-foot)
K
C
X1
30.59
23.43
1.31
0.14
1147.28
xmin
ttx
1147.28
21.73
H= mức nước thiết kế ( 16.8 tra ở bảng 1) m

tt = t1d độ dày của lớp dưới tại mối nối đường kính mm
xmin giá trị nhỏ nhất ở X1, X2, X3 = x
tu=tt: độ dày lớp trên đường kính mối nối mm (Bề dày lớp tính)
r= bán kính bình chứa danh nghĩa mm(in)
ttx= = = 21.73
K===1.31
C= == 0.14
X1 =0.61(rtu)0.5+ 320CH = 0.61*(*23.43)0.5 +320*0.14*12=1147.28
X2= 1000CH = 1000*0.14*12=1683.10
X3 = 1.22(rtu)0.5 = 1.22*(*23.43)0.5= 1217.37
Thí nghiệm 2

X2
1683.10

X3
1217.37

34.64
xmin
1288.40

tu (1-foot)
26.24
ttx
26.25

K
1.32

C
0.15

Bề dày lớp thứ 3: tính toán giá trị: == 1.978
h1: chiều cao của lớp vỏ đáy mm(in)
t1= t1t
t3 = t3a+( t1-t3a )*
= 26.25+( 34.64-26.25 )*=34.63 (mm)
t2a= ttx
lớp 4
thí nghiệm 1
H
12

H

tl

tl

tu (1-foot)

K

C

X1

X2

X3


12

30.59

21.73

0.18

1282.10

2174.58

1172.46

tu (1-foot)
K
C
30.59
21.68
1.41
0.18
xmin
ttx
1171.10
21.68
Bề dày lớp thứ 4: tính toán giá trị: == 2.105

X1
1286.29

X2
2189.81

X3
1171.10

X1
1163.79

X2
2010.40

X3
1040.93

X1
1162.99

X2
2007.42

X3
1041.22

xmin
1172.46

1.41

ttx
21.68

Thí nghiệm 3

H
12

tl

h1: chiều cao của lớp vỏ đáy mm(in)
t1= t1t
t4 = t4a+( t1-t4a )*
= 21.68+( 30.59-21.68 )*= 25.393 (mm)
t4a= ttx
lớp 5
thí nghiệm 1
H
9.6

tl
25.39
xmin
1040.93

tu (1-foot)
17.13
ttx

17.14

K
1.48

C
0.21

Thí nghiệm 2
H
9.6

tl

tu (1-foot)
K
C
25.39
17.14
1.48
0.21
xmin
ttx
1041.22
17.14
Bề dày lớp thứ 5: tính toán giá trị: == 2.310
h1: chiều cao của lớp vỏ đáy mm(in)
t1= t1t

t5 = t5a+( t1-t5a )*
= 17.14+( 25.39-17.14 )*= 19.2 (mm)
t5a= ttx
lớp 6
thí nghiệm 1
H
7.2

tl
19.22
xmin
869.66
Thí nghiệm 2

H
7.2

tl
19.22
xmin
895.45

tu (1-foot)
13.82
ttx
12.68

K
1.39

C

tu (1-foot)
12.68
ttx
12.62

K
1.52

C

0.17

X1
869.66

X2
1256.94

X3
934.88

0.22

X1
958.36

X2
1595.74

X3
895.45

0.2

X1
962.6

X2
1611.8

X3
893.6

Thí nghiệm 3
H
7.2

tl

tu (1-foot)
K
C
19.2
12.6
1.5
xmin
ttx
893.629

12.628
Bề dày lớp thứ 6: tính toán giá trị: == 2.656
h1: chiều cao của lớp vỏ đáy mm(in)
t1= t1t
t6 = t6a+( t1-t6a )*
= 12.628+( 19.2-12.628 )*= 12.63 (mm)
t6a= ttx
Lớp
1
2

t lớp = t1,2,3,4,5,6
37.154
34.640

Bề dày lớp tính
37.845
33.040


3
4
5
6
7
8

30.595
25.393
19.217

12.628
10
10

28.234
23.428
18.622
13.817
10
10

6: 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
độ khí đầu vào ống là 25oC
d=1in=25.4 mm
= 0.045 mm
P1 = 20bar= 2000000 Pa
T1= 25oC= 298oK
V1== = 0.0442

log ()= 0.0056683
K tổng = trở lực cục bộ = +250 = 918.5


Lặp lần 1: Giả sử T2=T1
P2 = 1000000 Pa
T2= 310oK

V2 = = = 0.092
G=
k2a và gc có giá trị bằng 1 khi là khí lí tưởng
G=

=> 227.46
==[
=310* [= 310oK
Vận tốc: V= = 0.092*227.46*= 0.01 m/s


7. Một bồn chứa bộ phận ngưng tụ sản phầm đỉnh tháp chưng cất có lưu lượng snar
phẩm đỉnh 3m/h và tháp hoạt động với tỉ số hoàn lưu 1.5 và áp suất 4 barg
Xác định kích thước bồn chứa ngưng tụ nếu dung đáy ellipse 2:1 bồn chứa đặt theo
phương ngang.
R= 3P=> R= 4.5m3/h
HLL= (3R+3P)
TLL= (3R+3P)
NLL nằm giữa bồn => [(2R+2P)+(1.5R+1.5P)]*2= Vbồn
Vbồn: = 7(R+P)= 7 (+ = 6.875 m3
Vbồn= 0.875*D2*3D=0.875
 D= = 0.718 m
– ellipse và P= 4 barg
8.
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)
Cấu tử
% mol
Nhiệt độ tới hạn oC
Áp suất tới hạn bar
Hệ số lệch tâm

Methane
0.85
-46.77777778
45.78231293
0.011

Ethane
0.13
32.2
48.839
0.008

Propane
0.02
96.6
42.5
0.1

(a) Sử dụng phương trình Peng-Robinson
T = 30oC = 303oK
P = 70 bar = 70*105 Pa
Mtb = M1*X1 + M2*X2 + M3*X3 = 0.85*16+0.13*30+0.02*44 = 18.38
= Z1*X1 + Z2*X2 + Z3*X3 + Z4*X4

= 0.011*0.85+0.008*0.13+0.1*0.02 = 0.01239


Ttb = T1*X1 + T2*X2 + T3*X3 + T4*X4
= -46.77*0.85 + 32.2*0.13 + 96.6*0.02 = -33.64 oC
Ptb = P1*X1 + P2*X2 + P3*X3 + P4*X4
=45.78*0.85 + 48.83*0.13 + 42.5*0.02 = 46.11 bar
Tr = = = 1.265
= [ 1+ ( 0.37464+ 1.5226* 0.01239 – 0.26992*0.012392)(1-1.2650.5)]2
=> 0.9039
0,45724R 2Tc2
a
Pc

a = = 3.8197
b=

=0.033

R= 8.31*m3·Pa·mol-1·K-1
R=0.0821 [L·atm·mol−1·K−1] thì a = 6.68008461 và b = 0.043224
Pc = Pa Tc = oK

ta có : 1 bar = 105

Phương trình Peng Robinson

- Khi ta chọn R=0.0821 [L·atm·mol−1·K−1]

=> (70+1)*105 = => V= 0.2477
Khối lượng riêng = = = 0.0742=74.2
Khối lượng riêng không khí 1atm, 30oC = = = 1.166460396

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


Hệ số ma sát f
log ()=0.00284
Thể tích riêng V1 = = 0.01347
Suy ra G

 497.5
= [1-(ln(

9. 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 650oF
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= 2.3+3 = 5.3 chọn 6mm
bề dày thân: t = 2.58+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**0.5*720= 2400 mm
= = 3.27
=122
=>A = 0.004