tính toán tháp đệm hấp thụ SO2

PHẦN III.TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
I. CHIỀU DÀY THÂN THÁP
Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí S0 2, thân tháp hình
trụ, được chế tạo bằng cách uốn tấm vật liệu với kích thước đã định sẵn, hàn
ghép mối, tháp được đặt thẳng đứng
 Chọn thân tháp làm bằng vật liệu X18H10T.
 Chọn thép không gỉ, bền nhiệt và chịu nhiệt.
 Thông số giới hạn bền kéo và giới hạn bền chảy của thép loại
X18H10T:
ỏk = 550.106(N/m2)
ỏc = 220.106 (N/m2)
 Độ giãn tương đối: ọ = 38%
 Độ nhớt va đập : ak = 2.106J/m2
Chiều dày thân tháp hình trụ, làm việc với áp suất bên trong được xác định
bằng công thức:
Dt.P
S = ———— + C ( m )
[II- 360 ]
2.[ỏk].ử.P
Trong đó:
 Dt.: đường kính trong tháp, m
 ử: hệ số bền của thành thân trụ theo phương dọc, với thân hay có lỗ gia
cố hoàn toàn thì ử = ửh đối với mối hàn dọc.Với hàn tay bằng hồ quang
điện,thép không gỉ ta có: ử = ửh = 0,95
[II-362]
 C : hệ số bổ xung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m
 [ỏk]: ứng suất cho phép của loại thép X18H10T.
 P: áp suất trong thiết bị, N/m2.
P: áp suất trong thiết bị ứng với sự chênh lệch áp suất lớn nhất bên trong và
bên ngoài tháp, N/m2
P= Pmt+ Ptt

Trong đó:
 Pmt : áp suất làm việc, Pmt= 3,102x9,81.104 = 304306,2N/m2
 Ptt : áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng
Ptt = ủx.g.H (N/m2)
[II- 360 ]
Với:
 ủx: khối lượng riêng của nước, kg/m3


 g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2
 H: chiều cao cột chất lỏng, H= 6,1 m
=> Ptt = ủx.g.H = 997,46x9,81x6,1 = 0,5969.105 ( N/m2)
=> P = Pmt+ Ptt = 3,043.105+ 0,6169.105= 3,6399.105( N/m2)
* Tính C
C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày. Đại lượng
C được xác định theo công thức:
C = C1+ C2+ C3 ,m
[II-363]
Trong đó:
 C1: hệ số bố sung do ăn mòn. Đối với vật liệu là thép X18H10T có độ
bền 0,05→ 0,1mm/năm thì lấy C1= 1mm.
 C2: đại lượng bổ sung do hao mòn, C2= 0
 C3: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày,
C3= 0,5mm
[II-364]
Vậy C = 1 + 0 + 0,5 = 1,5 (mm )
*Tính [ỏk]:
Theo bảng XIII-4 ,ta có thể chọn giá trị nhỏ nhất, tính theo công thức sau:
ỏk.ị
[ỏk] =———

[II-357]
ịk
ỏc.ị
[ỏk] =———
ịc
Theo giới hạn bền khi kéo thì ta có:
 ị: hệ số hiệu chỉnh, ị =1
 ỏk= 550.106(N/m2)
 ịk: hệ số an toàn bền, ịk= 2,6
ỏk.ị
550.106x1
=>
[ỏk] =——— = ———— = 211,5.106 (N/m2)
ịk
2,6
Theo giới hạn bền chảy:
ỏc.ị
[ỏk] =———
ịc

[II- 356]


Trong đó:
 ị: hệ số hiệu chỉnh, ị =1
 ỏc = 220.106 (N/m2)
 ịc: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, ịc= 1,5

[II-356]

ỏc.ị
220.106ì1
=>
[ỏk] =——— = —————— = 146,7.106 ( N/m2)
ịc
1,5
Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị vừa tính được:
[ỏk] = 146,7.106( N/m2)

[ỏk]. ửh
146,7.106
——— = ————— = 403,03 >50
P
3,6399.105
=> bề dày thân tháp được tính theo công thức sau:
Do đó:

Dt.P
1,6ì3,043.105
S = ————+ C = ———————— + 1,5.10-3
2.[ỏ k].ử
2ì146,7.106ì0,95
= 3,25.10-3(m )
Quy tròn lên S = 3 mm.
Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử:
[Dt+ ( S -C )].P0
ỏc
ỏ = ——————— ≤ —— , N/m2
2.( S - C ). ử
1,2

Trong đó:
 P0: áp suất thử,được xác định theo công thức
P0 = Pth+ Ptt
Pth: áp suất thuỷ lực lấy theo bảng XIII.5
Chọn Pth = 1,5P = 1,5ì3,043.105= 4,565.105 (N/m2)
Ptt: áp suất thuỷ tĩnh, Ptt= 0,832.105 (N/m2)
=> P0 = 4,565.105+ 0,832.105 = 5,397.105(N/m2)

[II- 365].


Vậy:
[Dt+ ( S -C )].P0
[ 1,6+ ( 4- 1,5 ).10-3] ì5,397.105
ỏ = ——————— = —————————————
2.( S - C ). ử
2 ì ( 4 - 1,5 ).10-3ì 0,95
= 182,08.106 (N/m2)
ỏc
220.106
—— = ——— = 183.106 (N/m2)
1,2
1,2
Như vậy là thoả mãn.
II. CHIỀU DÀY NẮP VÀ ĐÁY THIẾT BỊ
Nắp và đáy cũng là những bộ phận quan trọng của thiết bị,được chế tạo cùng
loại vật liệu với thân thiết bị là thép X18H10T. Thiết bị đặt thẳng đứng.
Áp suất trong là P = 3,043.105 > 0,7.105 N/m2 người ta thường dùng nắp elip
có gờ. Chiều dày của nắp được xác định theo công thức sau:

S=
385]

Dt.P
Dt
——————ì —— + C ( m )

[II-

3,8.[ỏk].k.ửh - P 2.hb
Trong đó:
 P : áp suất trong của thiết bị.
 hb : chiều cao phần lồi của đáy và nắp , hb= 0,4m
 [ỏk] : ứng suất cho phép của thiết bị , [ỏk] = 146,7.106(N/m2)
 ửh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, với mối hàn tay bằng hồ quang
điện, vật liệu thép cacbon không gỉ chọn ửh= 0,95
 C: đại lượng bổ sung, ( mm )
 k : hệ số không thứ nguyên, chọn k = 1
Vì:
[ỏk]
146,7.106
——— .k. ửh= ————— .1.0,95 = 457,986 > 30
P
3,043.105
=> Công thức tính bề dày của đáy và nắp được tính theo công thức:
Dt.P
Dt
S=
——————ì—— + C ( m )

3,8.[ỏk].k. ửh

2.hb

1,6ì3,043.105
1,6
= ——————————ì———— + C =0,00184 + C ( m )
3,8ì146,7.106ì1ì 0,95
2ì0,4
Kiểm tra ứng suất của đáy, nắp thiết bị theo áp suất thử:
[Dt2+ 2.hb (S - C)].P0
ỏc
ỏ = ———————— ≤ —— , N/m2
[II-386]
7,6.k. ửh. hb (S - C)
1,2
2
-3
[1,6 + 2ì0,4ì (7- 3,5).10 ] ì 3,043.105
ỏ = ———————————————— = 77,153.106 (N/m2)
7,6ì0,95ì0,4ì (7-3,5) 10-3
ỏc
—— = 183.106 (N/m2)
1,2
ỏ <183.106 => thoả mãn.
Vậy chọn S = 7 mm
III. ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN
*Đường kính ống dẫn khí
Áp dụng công thức:

d=

V
0,785.ω

Trong đó:

 V: lưu lượng thể tích khí đi trong ống, m/s
Gy.My
444,33ì29,04
V= ——— = ————————— = 2,533 (m3/s)
ủy.3600
1,415ì3600
 ự: tốc độ trung bình hơi đi trong ống, m/s
ở P = 3,102 at, ự = 15ữ25 m/s. Ta chọn ự = 20m/s
 d: đường kính ống dẫn, m.
=> Thay vào công thức tính đường kính ta có:

[I-369]


2, 533
= 0, 402(m)
0, 785 × 20

d=

V
2,533
Qui tròn d = 0,41 (m) => ự = ——— = ———— = 19,19 (m/s)

d2ì0,785 0,412ì0,785
*Đường kính ống dẫn chất lỏng
d=

Trong đó:
 V:
V=

V
0,785.ω

lưu

lượng

thể

tích

nước

đi

trong

ống,

m 3/s

Gx .M nuoc

1441, 79 × 18
=
= 0, 0072(m3 / s )
ρ nuoc .3600 3600 × 997, 08

Theo bảng II.2 [I-370] chất lỏng trong ống đẩy của bơm là
ựd = 1,5-2,5 m/s. Chọn ựd = 2,0 m/s
=> d d =

0, 0072
= 0, 068(m)
0, 785 × 2

Quy chuẩn dd = 7cm
0,0072
=> ựd = ————— = 1,872 (m/s)
0,072ì0,785
IV. BÍCH NỐI
Py
Dt
2
(N/m )
(mm)

Kích thước nối
Kiêủ Bulông
D
Db
DI
D0

bích
mm
H
db
z(cái)
6
0,3043.10 1600 1750 1700 1675 1615 M24 40
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như
nối các bộ phận khác với thiết bị. Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào
vật liệu chế tạo mặt bích, phương pháp nối và áp suất của môi trường. Dùng 3
bích để nối nắp và đáy với thân.Chọn loại bích liền bằng thép kiểu I. Đây là
loại thép phù hợp với thiết bị hàn, đúc rèn… để nối thiết bị.
Các thông số về bích:
[II - 423]
Bích nối ống dẫn với thíết bị: ta dùng kiểu bích tự do bằng thép để nối ống
dẫn với thiết bị
Các thông số về bích (tra bảng XIII-28)
[ II - 425]


Py
(N/m2)

Dy
(mm)

0,3043.106 22ữ 26

Kiểu bích 2
D0

h
mm
28
14

h1

D0

-

-

V. CHÂN ĐỠ THIẾT BỊ
Thông thường ngưòi ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai
treo hay chân đỡ để đỡ thiết bị. Với thiết bị này, tốt nhất ta nên chọn chân đỡ
để tháp ổn định khi vận hành. Muốn chọn được chân đỡ thích hợp ta phải tính
trọng tải của tháp. Tải trọng của tháp:
Ptháp = Pthân + Pđáy, nắp + Pchất lỏng + Pbích + Pđệm (N)
* Khối lượng của thân thiết bị
Mth = V.ủ = S.H.ủ = (ẽ/4).(Dn2 – D2t). H.ủ
Trong đó:
 Mth: khối lượng của thân thiết bị, kg
 Dn, Dt: đường kính ngoài và trong thiết bị, m
 H: chiều cao của tháp, m
 ủ: khối lượng riêng của thép, ủ = 7,9.103 kg/m3
=> Mth = (ù/4).[ ( 1,6 + 2ì0,005)2 – 1,62 ]ì8,6ì7,9.103 = 1712,85 (kg)
* Khối lượng của đáy và nắp tháp
Do đáy và nắp làm giống nhau nên => Mđáy, nắp = 2Mđáy
Chiều dày nắp tháp S = 7 mm

Tra bảng XIII-11 [II- 384] ta có:
S = 7 mm
Dt = 1600 mm
=> chiều cao gờ h = 25 mm ; Mđáy = 283 kg
=> Mđáy, nắp= 2ì283 = 566 (kg)
* Khối lượng của đệm
Đệm vòng Rasig, độ lộn xộn, kích thước 30 x 30 x 3,5
Tra bảng thông số kỹ thuật IX.8
[II -193]
3
ẹđệm = 570 kg/m
Mđệm = Hđệm .(ù/4).D2.ủđệm= 6.1 ì.(ù/4)ì1,62ì570 = 6990,92 (Kg)
*Khối lượng của chất lỏng
M l = ρ.

π .D 2
.H
4

Trong đó:
 Khối lượng riêng của chất lỏng ở 300C


 D: đường kính tháp,m
 H: chiều cao của tháp khi bị nước choán hết,m
Vậy:
M l = 997, 08 ×

3,14 × 1, 6 2
× 8, 6 = 17232, 09(kg )

4

* Khối lượng bích
Áp dụng công thức:
Mb =

π
.( Db2 − DI2 ).h.ρ thep
4

Trong đó:
 ρ thep : khối lượng riêng của thép làm bích, ρ thep = 7,9.103(kg/m3)
 Db: đường kính trong của bích, Db= 1600 mm = 1,6 m
 Dn: đường kính ngoài của bích, Dn= 1660 mm= 1,66 m
 h: chiều dài của bích, h=56 mm = 0,056m
π
4

=> M b = × ( 1, 662 − 1, 62 ) × 0, 056 × 7,9.103 = 67,93(kg )
Có 4 bích loại một:
M b = 4 × 67,93 = 271, 72(kg )

Có 4 bích nối ống dẫn:
M 4bich = 4 ×

π
× ( 0,162 − 0,112 ) × 0, 016 × 7,9.103 = 5,36( kg )
4

Khối lượng của các bích là: Mb=271,72 + 5,36 = 277,08 (kg)

* Trọng tải của tháp là:
Khối lượng của toàn tháp
Mtt= Mđệm + Mbích + Mchất lỏng + Mthân + Mnắp,đáy
=1712,85 + 566 + 6990,92 + 17232,09 + 277,08 = 26778,94 ( kg )
 Trọng tải của tháp:
P = Mtt x g = 26778,9 x 9,81 = 262701,40 (N )
Ta sử dụng 4 chân đỡ và trọng tải mỗi chân là: P / 4= 262701,40 /4
= 65675,35 (N )
Bảng thông số về chân đỡ
Tải
trọng
cho
phép

Bề
mặt
đỡ
F.10-

Tải
trọng
cho
phép

[II- 437]
L
mm

B

B1

B2

H

H

S

L

d


4
trên
, m2
một
chân
G.104N
7
775

trên bề
mặt đỡ
q.106,
N/m2
0.90
310 25

2

26
5

Những điều cần chú ý khi chế tạo:
 Đảm bảo đường hàn càng ngắn càng tốt
 Chỉ hàn giáp má
 Bố trí các đường hàn dọc
 Bố trí mối hàn ở vị trí dễ quan sát
 Không khoan lỗ qua mối hàn

38
5

47
5

25
0

20

115 34