THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG

THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ
CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG

Theo tiêu chuẩn Anh pd5500

Nhóm thực hiện: 1
GVHD: Nguyễn Hữu Hiếu

1/40


Giới thiệu
chung

Kết luận

Tính bền cơ

Lựa chọn thiết

khí cho các

bị cô đặc dd

chi tiết của

NaOH

TB

Sơ đồ quy

trình thiết kế
thiết bị CĐ

Thông số ban
đầu

2/40


I/ Giới thiệu chung
Nhiệm vụ báo cáo: Tính toán tính bền cơ khí cho thiết bị cô đặc
chân không dung dịch NaOH theo chuẩn PD5500

PD5500: Tiêu chuẩn Anh
“Quy cách cho các bình áp suất không hàn, hàn nhiệt”, là một
bộ quy tắc thực hiện cung cấp các quy tắc cho việc thiết kế, chế
tạo và kiểm tra các thiết bị áp lực.

3/40


I/ Giới thiệu chung

PHƯƠNG PHÁP

CÔ ĐẶC

Quá trình đun sôi

Thu được dd đậm

dd, làm bay hơi 1

đặc hơn dd ban

phần dung môi

đầu

CÔ ĐẶC

Dung môi bay lên

Phương pháp

gọi là hơi thứ

nhiệt

Phương pháp lạnh

4/40

4


I/ Giới thiệu chung

Phân loại TBCĐ

Theo phương thức thực

Theo cấu tạo

Đối lưu tự
nhiên

Đối lưu cưỡng

hiện quá trình

CĐ áp suất

Thiết bị cô đặc nhiều nồi

bức

thường

CĐ áp suất
chân không

CĐbị nhiều
Thiết
cô đặc nồi
chân không mộtCĐ
nồi liên

tục

5/40
5


II/ Lựa chọn thiết bị cô đặc dd NaOH:

Nắp Elip

Thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên
tục có buồng đốt trong và ống tuần
hoàn trung tâm
Ưu

•

Cô đặc ở áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi
của dung dịch, giảm chi phí năng lượng, hạn chế

điểm

việc chất tan bị lôi cuốn theo và bám lại trên thànhBuồng bốc
thiết bị

Buồng đốt

Ống truyền nhiệt

•
Hạn chế

Loại thiết bị và phương pháp này cho tốc độ tuần
hoàn dung dịch nhỏ (vì ống tuần hoàn cũng được

Ống tuần hoàn trung tâm

đun nóng) và hệ số truyền nhiệt thấp.
Đáy Elip

6/40


III/ Sơ đồ quy trình thiết kế thiết bị cô đặc
Chế tạo thiết bị
Thiết kế thiết bị
Thỏa

Không thỏa

Chuẩn thiết

Tính toán chi
phí

kế

Đúng

Thông số CN

Tính bền cơ khí (buồng đốt,

Vật liệu
thiết kế

buồng bốc, nắp, đáy, vỉ ống,

Kiểm tra

mặt bích)

Sai
7/40


IV/ Thông số ban đầu:
Thông số

Giá trị

Đơn vị

Năng suất nhập liệu

1

3
m /h

Nồng độ đầu

18

%wt

Nồng độ cuối

30

%wt

Nhiệt độ đầu của nguyên liệu

30

Áp suất hơi thứ

0,7

Nhiệt độ hơi thứ

90

Nhiệt độ sản phẩm đáy

110

Nhiệt độ hơi đốt (hơi bão hòa)

150

Áp suất hơi đốt (hơi bão hòa)

4,76

at

Chiều cao buồng bốc

2000

mm

Đường kính trong buồng bốc

800

mm

Đường kính trong buồng đốt

600

mm

Chiều cao buồng đốt

1500

mm

o

C

At
o
o
o

C
C
C

8/40


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
1. Tính cho buồng đốt
1.1. Thông số công nghệ

 Buồng đốt có đường kính trong D = 600 mm, chiều cao H = 1500mm
 Thân có 3 lỗ, ứng với 3 ống: dẫn hơi đốt, xả nước ngưng, xả khí không ngưng
 Vật liệu chế tạo là thép 304, có bọc lớp cách nhiệt.
 Làm việc dưới áp suất trong
t

t

9/40

V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc

•

1.Tính cho buồng đốt
 
1.2/ Tính toán



Hơi nước bão hoà có áp suất 4,76 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là:

Pm = PD – Pa = 4,76 – 1 = 3,76

at = 0.369 N/



Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD = 150°C (tra Phụ lục 2-trang 212, sách Thiết kế cơ khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu
Hiếu)



Vậy nhiệt độ tính toán của buồng đốt là:

ttt = tD + 20 = 150 + 20 = 170°C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)



Ứng suất thiết kế của vật liệu ở t tt là:

f = 124 N/ (tra bảng 4.2/trang 37, sách Thiết kế cơ khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu)

10/40


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc

•

1.Tính cho buồng đốt
 
1.2/ Tính toán
Bề dày tối thiểu e

=

(công thức 5.1 trang 15)

Với J là hệ số bền mối hàn, chọn mối hàn giáp mối 1 phía, tra bảng phụ lục 4 trang 275, ta có J = 0,65




Vậy

e tối thiểu = = 1,377mm

Dung sai ăn mòn là 2mm nên

e thực = e tối thiểu + 2 = 3,377 mm





Vậy chọn bề dày buồng đốt là 4mm
Đường kính ngoài = 2.4mm + 600 = 608mm
Vậy chọn thép 304 dạng tấm có bề dày 4mm để làm buồng đốt

11/40


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc

2. Tính cho buồng bốc
2.1. Thông số công nghệ

•

Đường kính trong là Dt = 800 mm

•

Chiều cao Ht = 2000 mm.

•

Vật liệu chế tạo là thép 304, có bọc lớp cách nhiệt.

•

Làm việc ở áp suất ngoài.

9/40
12


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
2.Tính cho buồng bốc
2.2/ Tính toán

•

Buồng bốc chịu áp ngoài:
Chọn Pn = 1at = 0,0981 MPa

•

Nhiệt độ của hơi thứ ra là tsdm(po) = 90oC, vậy nhiệt độ thiết kế của buồng bốc là:

Ttk = 90 + 20 = 110 °C (thân có bọc lớp cách nhiệt).

•

Tra bảng phụ lục 5 trang 277, sách Thiết kế cơ khí thiết bị Áp lực cho nhóm G, ta có module đàn hồi: E =
27,35.106 psi = 191,45.103 MPa

13

9/40

13


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc

•

2.Tính cho buồng bốc
 
2.2/ Tính toán

•
•
•

Chiều dài hiệu dụng: h = = = 0,2m
Ht’ = Ht – = 2 – .0,2 = 1,73m
Bề dày tối thiểu theo Hồ Lê Viên :
t min = 1,18.D.()0,4 =

1,18x800x()0,4 = 3,9156 mm

Dung sai ăn mòn là 2 mm

t = 3,9156 + 2 mm = 5,9156 mm => Chọn t= 6 mm

14

9/40
14

V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
2.Tính cho buồng bốc
2.2/ Tính toán

 

•
•

Kiểm tra áp suất tối đa cho phép (công thức 5.7 trang 47)
Pc = 2,2.E.()3 =2,2x191,45x103x ()3 = 0,1699 MPa > 0,0981MPa
Vậy chọn thép 304 dạng tấm có bề dày 6mm để làm buồng bốc.

15

9/40
15


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
3. Tính cho nắp thiết bị
3.1 Thông số công nghệ

 Chọn nắp ellipse tiêu chuẩn Dt = 800mm (không hàn).
→chọn chiều cao của nắp từ đường tiếp tuyến lên đỉnh : h = 200mm

 Nắp có 1 lỗ để thoát hơi thứ.
 Vật liệu chế tạo là thép 304.

18/40


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
3. Tính cho nắp thiết bị
3.2 Tính toán:

 Nắp làm việc với áp suất tuyệt đối bên trong giống như buồng bốc là P o = 0,7 at nên chịu áp suất ngoài:
Chọn Ptk= 1at = 0,0981N/mm2

 Nhiệt độ hơi thứ ra : 90oC
 Nhiệt độ tính toán của nắp giống như buồng bốc là:
ttt = 90 + 20 = 110 °C (nắp có bọc lớp cách nhiệt)
Ứng suất thiết kế f = 148 N/mm2 (tra bảng 4.2 trang 37 sách Thiết kế cơ khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu)

 Module đàn hồi E = 187,22.103 MPa (tra bảng phụ lục 5 trang 277, sách Thiết kế cơ khí thiết bị Áp lực, Nguyễn
Hữu Hiếu nhóm G)

19/40


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc

•

3. Tính cho nắp thiết bị
 
3.2 Tính toán:

 Nắp elip chuẩn 2:1
 Bán kính cong tối đa: RS = a2/b = 824,18 mm
(2a = trục lớn = D, a = 812/2 = 406mm
2b = trục nhỏ = 2h suy ra b = h = 200mm ( chọn h = 200mm )

 Bề dày nắp : e = 4RS = 4x824,18x = 2,39mm (công thức 5.23 trang 58)
 Dung sai ăn mòn là 2mm
e thực = 2,39 + 2 = 4,39 mm
Vậy chọn bề dày nắp là 6 mm ( thuận lợi chi thi công)

20/40


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
4. Tính cho đáy thiết bị
4.1 Thông số thiết kế

•
•
•
•
•

Chọn đáy nón Dt = 600mm.
Chiều cao h=120 mm
Đáy có 1 lỗ để thoát sản phẩm
Vật liệu chế tạo là thép 304.
Làm việc dưới áp suất chân không.

22/40

V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
4. Tính cho đáy thiết bị
4.2 Tính toán

Đáy làm việc với suất tuyệt đối bên trong là 0,7 at
 

= P = 1 at = 0,0981 N/mm

2

o
2
T thiết kế = Tmax= 110 C, suy ra f = 145 N/mm

23/40


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
4. Tính cho đáy thiết bị
4.2 Tính toán
.

Chọn nửa góc ở đỉnh nón là α = 30°
Cc = 1,35
Mối hàn giáp mối một phía
J = 0,65
Bề dày tối thiểu e = = = 0,422 (mm)

e thực = 0,422 + 2 = 2,422 mm

Đáy nón được gắn trực tiếp với buồng đốt mà buồng đốt có bề dày là 4mm nên để thuận lợi cho việc chế tạo ta chọn bề dày
đáy là 4mm
24/40


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
5. Tính mặt bích:

5.1 Thông số thiết kế

 Bu lông và bích được làm từ bằng thép 304
• Mặt bích ở đây được dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt và buồng đốt
với đáy của thiết bị. Chọn mặt bích có đệm nằm trong vòng bu lông.

26/40


27/40

V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
5. Tính mặt bích:
5.2 Chọn mặt bích:

Mặt bích nối buồng bốc và buồng đốt:

•
•

•

Buồng đốt và buồng bốc được nối với nhau theo đường kính buồng đốt D t = 600 mm
Áp suất thiết kế của buồng đốt là 0,369 N/mm2
Áp suất thiết kế của buồng bốc là 0,0981 N/mm2

=> Chọn mặt bích thép có cổ hàn ở áp suất danh nghĩa 6 bar


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
5. Tính mặt bích:
5.2 Chọn mặt bích:

Hình: Mặt bích thép có cổ hàn ở áp suất danh nghĩa 6 bar
5
2
(1 bar = 10 N/m ). (*)

24


V/ Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc
5. Tính mặt bích:
5.2 Chọn mặt bích:

Các thông số của bích được tra từ bảng PL 7.1, phụ lục 7, trang 314 sách Thiết kế cơ khí thiết bị Áp lực, Nguyễn Hữu Hiếu .

Kích
thước
danh

nghĩa

Bề mặt được

Mặt bích
Đường
kính ngoài
ống, d1

Khoan lỗ

nâng

Cổ

Bu lông
D

b

h1

d4

f

Số

d2

k

d3

h2≈

r

25

600

609,6

755

24

70

670

5

M24

20

26

705

640

16

1
2