thiết kế cơ khí thiết bị cô đặc chân không

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

BTL: Cơ sở thiết kế thiết bị hóa chất

TÍNH BỀN CƠ KHÍ C THIẾT BỊ
CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG MỘT NỒI THEO ASME

CBHD: TS. Nguyễn Hữu Hiếu
SVTH:
Trần Minh Mẫn

1511952

Nguyễn Đăng Khoa

1511579

Nguyễn Thị Út

1514187

Nguyễn Thanh Duy

1510483

La Nam Phát

1512404

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 04/2018


Mục lục
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................... 1
2. GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH .................................................................................. 1
2.1.

Cô đặc: ............................................................................................................. 1

2.2.

Các phƣơng pháp cô đặc: ............................................................................... 1

2.3.

Bản chất của sự cô đặc do nhiệt: ................................................................... 1

2.4.

Phân loại và ứng dụng của thiết bị cô đặc dùng trong phƣơng pháp nhiệt
2

3. THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ .................................................................................. 4
4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................. 4
5. TÍNH BỀN CHO THIẾT BỊ ................................................................................. 6
5.1.

Buồng đốt ......................................................................................................... 6

5.1.1.

Thân buồng đốt ........................................................................................ 6

5.1.2.

Vỉ ống ......................................................................................................... 7

5.2.

Buồng bốc......................................................................................................... 7

5.2.1.

Thân Buồng bốc........................................................................................ 7

5.2.2.

Thân côn chuyển tiếp ............................................................................... 8

5.3.

Nắp Elip ......................................................................................................... 10

5.4.

Đáy nón .......................................................................................................... 10

5.5.

Mặt bích ......................................................................................................... 11

6. KẾT LUẬN ........................................................................................................... 12
7. CÁC HỆ SỐ TRA ................................................................................................ 12
8. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 12


1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Bài toán: tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc chân không một nồi
liên tục để cô đặc dung dịch NaOH với:
- Năng suất nhập liệu: 1m3/h (30oC)
- Nồng độ đầu: 18wt%
- Nồng độ cuối 30wt%
- Nhiệt độ hơi thứ : 90oC
2. GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH
2.1. Cô đặc:
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ của các chất hòa tan trong dung
dịch gồm 2 hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng-rắn hay lỏnglỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một
phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn) đó là các quá trình vật lý-hóa lý. Tùy theo
tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể
tách một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun
nóng) hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh.
2.2.

Các phƣơng pháp cô đặc:

Phƣơng pháp nhiệt (đun nóng)

Phƣơng pháp lạnh

Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng
sang trạng thái hơi dưới tác dụng của
nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng
áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất
lỏng.

Khi hạ nhiệt độ đến một mức nào đó ,
một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể
của đơn chất tinh khiết; thường là kết
tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.
Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên
ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá
trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao
hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy
lạnh.

2.3.

Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử
chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt
để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung
cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.
Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá
trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần
tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách
không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.
Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 1


Ứng dụng:
-

Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái
cây…
Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các
muối vô cơ…
2.4. Phân loại và ứng dụng của thiết bị cô đặc dùng trong phƣơng pháp
nhiệt
Theo cấu tạo

Theo phƣơng thức
thực hiện quá trình

Nhóm 1: dung dịch đối lƣu tự nhiên Cô đặc áp suất thƣờng (thiết bị hở):
Nhiệt độ sôi và áp suất không đổi;
(tuần hoàn tự nhiên).
thường được dùng trong cô đặc dung
Thiết bị cô đặc nhóm này có thể cô đặc
dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố
dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm
định, nhằm đạt năng suất cực đại và thời
bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt
gian cô đặc ngắn nhất.
truyền nhiệt.
Cô đặc áp suất chân không:

Nhóm 2: dung dịch đối lƣu cƣỡng bức
Dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất
(tuần hoàn cƣỡng bức).
chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít
Thiết bị cô đặc nhóm này dùng bơm để
tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra
tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5
liên tục.
m/s tại bề mặt truyền nhiệt.
Ưu điểm chính là tăng cường hệ số
truyền nhiệt k, dùng được cho các dung Cô đặc nhiều nồi:
dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám
Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số
cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.
nồi không nên quá lớn vì nó làm giảm
hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng cô chân không, cô áp lực hay phối hợp
cả hai phương pháp; đặc biệt có thể sử
mỏng.
dụng hơi thứ cho mục đích khác để
Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho phép
nâng cao hiệu quả kinh tế.
dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt
truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược)
để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm
Cô đặc liên tục:
biến chất một số thành phần của dung
dịch. Đặc biệt thích hợp cho các dung Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn.
Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 2


dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa Có thể được điều khiển tự động nhưng
quả ép.
hiện chưa có cảm biến đủ tin cậy.
Trong bài báo cáo này nhóm xin chọn thiết bị cô đặc một nồi liên tục ở áp suất
chân không làm thiết bị nghiên cứu, tính toán bề dày các bộ phận chính của thiết
bị:
Hình ảnh minh họa thiết bị cô đặc một nồi liên tục ở áp suất chân
không:
-

Ống nhập liệu, ống tháo liệu

-

Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt

-

Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp

-

Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưnng

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 3

3. THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
Thiết Bị Cô Đặc Chân
Không

Dòng nhập liệu
Thông
Số
Các
Dòng Dòng Hơi thứ
Vật
Chất Dòng sản phẩm
đáy
Dòng hơi đốt
(bão hòa)
Buồng bốc

Thông
Số
Hình
Học Buồng Đốt

Đáy

Thông số
Năng suất nhập liệu
Nồng độ đầu
Nồng độ cuối
Nhiệt độ

Khối lƣợng riêng
Áp suất
Nhiệt độ
Áp suất
Nhiệt độ
Áp suất
Nhiệt độ
Chiều cao
Đƣờng kính trong
Hình dạng
Số ống nhập liệu
Chiều cao
Đƣờng kính trong
Số ống truyền nhiệt
Số ống Tuần Hoàn
trung tâm
Số ống dẫn hơi nƣớc
Hình dạng
Hình dạng
Số ống tháo liệu

Giá trị

Đơn vị

1 m3/h
18 wt%
30 wt%
30 oC
1273,25 kg.m-3

0,7011 bar
90 oC
18,36 psi
110 oC
4,76 bar
150 oC
2000 mm
800 mm
Trụ
1 ống
1500 mm
600 mm
90 ống
1

ống
2 ống
Trụ
Nón (2a=60o)
1 ống

Nguồn
1
1
1
2
3
3
1
3

1
3
1
1
1
2
2
1
1
2
2
2
2
2
2

1- Yêu cầu CN
2- Giả định;
3- Bảng PL2, Tr.212 -(Sách thầy Nguyễn Hữu Hiếu) hoặc sổ tay QTTB.
4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
American Society of Mechanical Engineers (ASME) là một tổ chức nghề nghiệp
giúp thúc đẩy nghệ thuật, khoa học, và quy trình kỹ thuật của các ngành nghề kỹ
thuật và liên kết các ngành khoa học trên khắp thế giới thông qua việc thường
xuyên giáo dục, đào tạo và phát triển nghề nghiệp, "codes" và tiêu chuẩn, nghiên
cứu, hội thảo và xuất bản ấn phẩm, liên lạc các hiệp hội, và các nỗ lực khác giúp tổ
chức vươn xa hơn.
Vì vậy mà ASME là một đoàn thể kỹ thuật, một tổ chức tiêu chuẩn, một tổ chức
nghiên cứu và phát triển, một tổ chức vận động hành lang, một nhà cung cấp về
Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 4


đào tạo và giáo dục, và là một tổ chức phi lợi nhuận. Được thành lập như một đoàn
thể kỹ thuật, tập trung vào kỹ thuật cơ khí ở Bắc Mỹ, ASME ngày nay là một tổ
chức đa nghề nghiệp và toàn cầu.
ASME có trên 140,000 thành viên trên 158 quốc gia trên thế giới.
ASME được thành lập vào năm 1880 bởi Alexander Lyman Holley, Henry
Rossiter Worthington, John Edison Sweet và Matthias N. Forney để đáp ứng lại
nhiều thất bại trong các đường ống chịu áp lực nồi hơi. Được biết đến cho việc
thiết lập "codes" và các tiêu chuẩn cho các thiết bị cơ khí, ASME chỉ đạo một
trong những "tài liệu kỹ thuật vận hành" lớn nhất thế giới, tổ chức nhiều hội thảo
kỹ thuật và hàng trăm khóa học phát triển nghề nghiệp hàng năm, và bảo trợ cho
nhiều chương trình giáo dục vươn xa.
ASME là một trong những tổ chức về tiêu chuẩn lâu đời nhất của Hoa Kỳ. Tổ
chức phát hành gần 600 "codes" và tiêu chuẩn trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật, như
bu lông ốc vít, đường ống nước, thang máy, đường ống dẫn và hệ thống nhà máy
điện và các thành phần.
ASME phát triển các tiêu chuẩn tự nguyện để nâng cao an toàn, sức khỏe và
chất lượng sống của cộng đồng, cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho sự đổi mới,
thương mại và cạnh tranh.
ASME phát triển và xét duyệt các tiêu chuẩn dựa trên nhu cầu của thị trường
thông qua quy trình thống nhất, thỏa thuận và cam kết giữa các bên liên quan gồm
các nhà sản xuất, người dùng, chính quyền và các bên quan tâm khác. Việc xây
dựng tiêu chuẩn ASME cùng với sự xét duyệt theo sau đều được đánh giá dựa trên
các dữ liệu có độ tin cậy cao với sự nhất trí của các ủy ban tham gia vào quy trình
xây dựng tiêu chuẩn.

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 5


5. TÍNH BỀN CHO THIẾT BỊ
5.1. Buồng đốt
5.1.1. Thân buồng đốt
Vật liệu
chế tạo

Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni)
Chỉ số kỹ thuật: SA-240-S30400

Đường kính trong
thân buồng đốt

Di=600mm (  24in)

Nhiệt độ thiết kế

Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF
(có bọc cách nhiệt)

Dung sai ăn mòn

CA=2mm (  0,08in)
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – Sách thiết kế cơ khí thiết bị áp lực
– Nguyễn Hữu Hiếu.
Mối hàn dọc trục
Mối hàn vòng

(theo ứng suất vòng)
( theo ứng suất dọc)

Ứng suất cực đại

Hệ số bền
mối hàn

Ed=0,7
Ev=0,85
Tra tại PL4, trang 275 ; bảng 4.3 trang 38 hoặc bảng 14.1, trang 141 -hệ số
bền mối hàn– Sách thiết kế cơ khí thiết bị áp lực – Nguyễn Hữu Hiếu.
P=69,02psi
Pn=Pkq=14,7psi

Áp suất làm việc
Áp suất ngoài

P>Pn: thân buồng đốt chịu áp suất trong
Áp suất thiết kế

Ptk=69,02psi-14,7psi=54,32psi
Bề dày tính toán:
Theo ứng suất vòng (mối hàn dọc trục):
24in 
 54,32 psi  . 

P.Ri
 2 
tv 


 0, 06in
SEd  0, 6 P 14544 psi  .0, 7  0, 6  54,32 psi 

Do

Theo ứng suất dọc (mối hàn vòng):

Length

Long Seam

t

24in 
 54,32 psi  . 

P.Ri
 2 
td 

 0, 03in
2SEv  0, 4 P 2 14544 psi  .0,85  0, 4  54,32 psi 
Bề dày tối thiểu:
t  Max(tv ; td )  C A  0, 06in  0, 08in  0,14in   3,56mm 
Chọn bề dày tối thiểu là 4mm (0,16in) để tiện cho việc chế tạo.
Kiểm tra áp suất tối đa cho phép (MAWP):
Theo ứng suất vòng (mối hàn dọc trục):
SEd t
14544 psi  .0, 7.  0,16in 


 134, 67 psi
 MAWP v 
24in
Ri  0, 6t
 0, 6  0,16in 
2
Theo ứng suất dọc (mối hàn vòng):
2 14544 psi  .0,85.  0,16in 
2SEv t

 331, 43 psi
 MAWP d 
24in
Ri  0, 4t
 0, 4.  0,16in 
2
Ta có: Min  MAWP v ;  MAWP d   134, 67 psi  Ptk
Thỏa điều kiện bền. Chọn t=4mm (  0,16in)

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 6


5.1.2. Vỉ ống
Vật liệu
chế tạo

Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni)

Chỉ số kỹ thuật: SA-240-S30400

Đường kính trong
thân vĩ ống

Di=600mm (  24in)

Nhiệt độ thiết kế

Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF

Dung sai ăn mòn

CA=2mm (  0,08in)

Ứng suất cực đại

Hệ số bền
mối hàn
Áp suất làm việc
(Phía hơi đốt)
Áp suất ngoài
(Phía buồng bốc)

S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – Sách thiết kế cơ khí thiết bị áp lực
– Nguyễn Hữu Hiếu.
Phương pháp hàn giáp mối một phía có: E=0,65
Tra tại PL4, trang 275 ; bảng 4.3 trang 38 hoặc bảng 14.1, trang 141 -hệ số
bền mối hàn– Sách thiết kế cơ khí thiết bị áp lực – Nguyễn Hữu Hiếu.

P1=69,02psi
P2 =10,17psi

P1>Pkq>P2: vĩ ống chịu áp suất P1
Áp suất thiết kế

Ptk=69,02psi
Bề dày tối thiểu:
t  Di

0,13  69, 02 psi 

0,13P
 C A   24in 
SE

14544 psi  .0, 65

 0, 08in  0,82in   21mm 

Chọn bề dày tối thiểu là 21mm (0,84in)
Kiểm tra áp suất tối đa cho phép (MAWP):

 t  SE  0,84in  14544 psi  0, 65
P  .

 89, 082 psi  Ptk
 .
0,13
 Di  0,13  24in 

Thỏa điều kiện bền. Chọn t=21mm (0,84in)
2

5.2.

2

Buồng bốc
5.2.1. Thân Buồng bốc

Vật liệu
chế tạo

Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni)
Chỉ số kỹ thuật: SA-240-S30400

Đường kính trong
thân buồng bốc

Di=800mm (  32in)

Chiều cao
thân buồng bốc

H=2000mm (  80in)

Nhiệt độ thiết kế

Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF

Dung sai ăn mòn

CA=2mm (  0,08in)

Moduls đàn hồi
Áp suất làm việc
Áp suất ngoài

Et=26,772.106 psi
Tra PL5, nhóm G, Tr.277, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực - Nguyễn
Hữu Hiếu.
P=10,17psi
Pn=Pkq=14,7psi

PÁp suất thiết kế

Ptk=14,7psi

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 7


Tính toán sơ bộ bề dày thân buồng bốc theo công thức Hồ Lê Viên:
Tính các thông số hình học đặc trƣng:

2
1  D  2  D 
1  32in  232

L'  L  h   H  .  i    .  i   80in  . 
in

3
3  4  3  4 
3  4 
3

Bề dày sơ bộ:

P L 
t  1,18Di .  tk . 
 Et Di 
'

0,4

232 

in 
 14, 7 psi
3
=1,18.  32in  
.

6
 26, 772.10 psi 32in 



0,4

=0,17in

Chọn t=5mm (0,2in) làm bề dày tối thiểu
Kiểm tra áp suất tối đa cho phép

Tính các thông số hình học đặc trƣng:
Do  Di  2t  32in  2  0, 2in   32, 4in
1 D
LH  o
3 4

1  32, 4in 

  80in  3  4   82, 7in




Tìm A:
Tra bảng PL6.1, tr. 297 – Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực-Nguyễn Hữu Hiếu
Do 32, 4in


 162 
t
0, 2in

3

  A  0, 26705.10
L 82, 7in

 2,55

Do 32, 4in
Tìm B:
Tra bảng PL6.8, tr.308 – Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực-Nguyễn Hữu Hiếu
T 338 F

 B  3485,114 psi
o

Áp suất tối đa cho phép:
4  3485,114 psi 
4B
Pa 

 28, 684 psi  Ptk   14, 7 psi 
3 162 
D 
3 o 
 t 
Vậy bề dày thân buồng bốc tối thiểu yêu cầu là 5mm (0,2in)

5.2.2. Thân côn chuyển tiếp
Vật liệu
chế tạo

Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni)

Chỉ số kỹ thuật: SA-240-S30400

Đường kính trong
thân côn

Bé: DS=600mm (  24in)
Lớn: DL=800mm(  32in)

Góc

2  60o

Nhiệt độ thiết kế

Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF

Dung sai ăn mòn

CA=2mm (  0,08in)

Áp suất làm việc
P=10,17psi
Áp suất ngoài
Pn=Pkq=14,7psi
P
Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 8

Áp suất thiết kế
Bề dày sơ bộ

Ptk=14,7psi
Chọn bề dày buồng bốc làm bề dày sơ bộ của thân côn chuyển tiếp t=5mm
(0,2in)

Tính các thông số hình học đặc trƣng:
  30o

Đường kính ngoài đáy lớn:
DL  Di  2t  32in  2  0, 2in   32, 4in
Đường kính ngoài đáy bé:
DS  Di  2t  24in  2  0, 2in   24, 4in
Bề dày tương đương:
te  t cos    0, 2in  cos30o 

Do:

1
3in
10

DL
32, 4in

 187, 06  10;   30o  60o
1
te

3in
10

Xác định áp suất tối đa cho phép:
Tính toán kích thước sơ bộ:
DL
32, 4in

 28, 06in
2 tan  2 tan 30o
L  D  28, 06in  24, 4in 
Le  1  S  
1 
  24, 60in
2  DL 
2  32, 4in 
L

Tìm A:
Tra bảng PL6.1, tr. 297 – Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực-Nguyễn Hữu Hiếu
DL
32, 4in


 187, 06 
1
te
3in

3

10
  A  0,516.10

Le 24, 60in

 0, 76 
DL
32, 4in

Tìm B:
Tra bảng PL6.8, tr.308 – Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực-Nguyễn Hữu Hiếu
T  338 F

 B  3462,18 psi
Áp suất tối đa cho phép:
4  3462,18 psi 
4B
Pa 

 24, 68 psi  Ptk   14, 7 psi 
3 187, 06 
 DL 
3

 te 
o

Vậy bề dày thân côn chuyển tiếp tối thiểu yêu cầu là
5mm (0,2in)

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 9


5.3.

Nắp Elip

Vật liệu
chế tạo

Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni)
Chỉ số kỹ thuật: SA-240-S30400

Đường kính trong
của nắp

Di=800mm (  32in)

Nhiệt độ thiết kế

Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF

Dung sai ăn mòn

CA=2mm (  0,08in)

Áp suất làm việc
P=10,17psi

Áp suất ngoài
Pn=Pkq=14,7psi
PÁp suất thiết kế
Bề dày sơ bộ

Ptk=14,7psi
Để dể chế tạo chọn bề dày nắp elip bằng bề dày thân buồng bốc 5mm
(0,2in)
Tính các thông số hình học đặc trƣng:
Do=Di+2t=32in+2(0,2in)=32,4in
0,125
0,125
A

R/t
 0,9 Do  / t


0,125

 0,9.32, 4in  / 0, 2in

 0,857.103

Tra bảng PL6.8, tr.308 – Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực-Nguyễn Hữu Hiếu

 B  5750,176 psi

Tính áp suất tối đa cho phép:

B
5750,176 psi
Pa 

 39, 44 psi  Ptk   14,7 psi 
R / t 0,9(32, 4in) / 0, 2in
Vậy bề dày nắp elip tối thiểu yêu cầu là 5mm(0,2in)

5.4.

Đáy nón

Vật liệu
chế tạo

Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni)
Chỉ số kỹ thuật: SA-240-S30400

Đường kính trong
Đáy nón

Di=600mm (  24in)

Nhiệt độ thiết kế

Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF

Dung sai ăn mòn

CA=2mm (  0,08in)

Áp suất làm việc
P=10,17psi
Áp suất ngoài
Pn=Pkq=14,7psi
PÁp suất thiết kế
Bề dày sơ bộ

Ptk=14,7psi
Để dể chế tạo chọn bề dày đáy nón bằng bề dày thân buồng đốt t=4mm
(0,16in)
Các thông số hình học đặc trƣng
  30o C  te  t cos    0,16in  cos30o  0,08. 3in
Đường kính ngoài đáy lớn:
DL  Do  Di  2t  24in  2  0,16in   24,32in
Đường kính ngoài đáy bé:

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 10


DS  0

DL
24,32in

 175,51  10
te

0,08 3in
Chiều dài tƣơng đƣơng:
DL
24,32in
L

 21, 06in
2 tan  2 tan 30o
L  D  21, 06in 
0mm 
Le  1  S  
1 
  10,53in
2  DL 
2  24,32in 
Ta có:   30o  60o ;

Áp suất tối đa cho phép:
Xác định hệ số A: Tra bảng PL6.1, Tr297-Sách Thầy
Hiếu.



4
  A  9,88.10
DL
24,32in

 175,51


te
0, 08. 3in

Le 10,53in

 0, 433
DL 24,32in

Xác định hệ số B: Tra bảng PL6.8, Tr308-Sách Thầy
Hiếu.
 B  44996 psi

Kiểm tra áp suất tối đa cho phép
4  44996 psi 
4B
Pa 

 341,83 psi  Ptk
3 175,51
 DL 
3

 te 

Vậy bề dày đáy nón tối thiểu yêu cầu là 4mm (0,16in)
Mặt bích
Chọn áp suất thiết kế lớn nhất làm áp suất thiết kế cho mặt bích:
Ptk=69,02psi=4,76bar
Chọn áp suất danh nghĩa là P=6bar
5.5.

Đường kính ngoài buồng đốt: Do=600+2.4=608mm=24,32in
Đường kính ngoài buồng bốc: Do=800+2.5=810mm=32,4in
Tra bản phụ lục PL7.2, trang 315-sách Thầy Hiếu
Ta được thông số thiết kế cho mặt bích.

Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 11


Bộ
phận
thiết
bị

Kích
thướ
c
danh
nghĩ
a

Đường
kính
ngoài
ống, d1

Buồn
g đốt

600

609,6

Buồn
g bốc

800

812,8

Mặt bích

D B
7
5
5
9
7
5

Bề
mặt
được
nâng

h1

d4

2
4

70

67
5
0

2
4

70

88
5
0

Khoan lỗ

Bu
lông

Cổ

Số

d2

k

d3

h2

r

M2
4

20

26

70
5

64
0

16

1
2

M2
7

24

30

92
0

84
2

16

1
2

f

6. KẾT LUẬN
Kết quả tính toán được trình bày trong bảng dưới đầy:

Bộ phận

Buồng Bốc
Buồng đốt
Đáy nón

Chi tiết

Bề dày
tối
thiểu

(mm)

Bề dày
tối thiểu
(in)

Nắp
Thân buồng bốc
Thân côn chuyển tiếp
Thân buồng đốt
Vỉ ống
Đáy

5
5
5
4
21
4

0,2
0,2
0,2
0,16
0,84
0,16

7. CÁC HỆ SỐ TRA
1) Ứng suất cực đại :Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – Sách thiết kế cơ khí
thiết bị áp lực – Nguyễn Hữu Hiếu.

2) Hệ số bền mối hàn: Tra tại PL4, trang 275 ; bảng 4.3 trang 38 hoặc bảng 14.1,
trang 141 -hệ số bền mối hàn– Sách thiết kế cơ khí thiết bị áp lực – Nguyễn
Hữu Hiếu.
3) Moduls đàn hồi: Tra PL5, nhóm G, Tr.277, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lựcThầy Nguyễn Hữu Hiếu.
4) Hệ số A: Tra bảng PL6.1, Tr297-Sách Thầy Hiếu.
5) Hệ số B: Tra bảng PL6.8, Tr308-Sách Thầy Hiếu.
8. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) Sổ tay Quá trình và thiết bị truyền nhiệt và truyền khối- Đại học Bách Khoa
thành phố Hồ Chí Minh.
2) Nguyễn Hữu Hiếu, Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực, NXB Đại Học Quốc Gia
TpHCM, 2017.
Thiết kế thiết bị cô đặc chân không

Page 12