Đang tải... (xem toàn văn)
Tiêu chuẩn ASME là bộ tiêu chuẩn Mĩ trải rộng trong các chủ đề: công nghệ áp suất, nhà máy hạt nhân, thang máy thang tự động, xây dựng, tiêu chẩn hóa, thiết kế kỹ thuật và kiểm tra hiệu năng.ASME được sáng lập năm 1880 bởi Alexander Lyman Holly, Henry Rossiter Worthington, Jonh Edison Sweet và Matthias N.Frney. Với nhiệm vụ là giải quyết các vấn đề áp suất nồi hơi.ASME được biết đến trong việc thiết lập các bộ mã và tiêu chuẩn cho các thiết bị cơ khí. Với mục đích sáng lập ban đầu là thành lập một liên đoàn kỹ thuật với mục đích tập trung nghiên cứu các kỹ thuật liên quan đến lĩnh vực cơ khí ở Bắc Mĩ. và theo dòng phát triển, ASME ngày nay đã trở thành một tổ chức đa ngành cơ khí thiết kế chế tạo của toàn cầu.
Mục Lục I Tiêu chuẩn ASME I Tổng quan thiết bị phản ứng vỏ áo Khái niệm: Cấu tạo Nguyên lí vận hành: 4 Phân loại thiết bị vỏ áo 5 Thiết kế thiết bị vỏ áo II Thiết kế khí theo tiêu chuẩn Mĩ (ASME) Sơ đồ tính tốn Thông số công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế đáy-nắp thân 10 Thiết kể vỏ áo 14 Lựa chọn mặt bích .15 III Kết luận 16 IV Tài liệu tham khảo 16 I Tiêu chuẩn ASME Tiêu chuẩn ASME tiêu chuẩn Mĩ trải rộng chủ đề: công nghệ áp suất, nhà máy hạt nhân, thang máy/ thang tự động, xây dựng, tiêu chẩn hóa, thiết kế kỹ thuật kiểm tra hiệu ASME sáng lập năm 1880 Alexander Lyman Holly, Henry Rossiter Worthington, Jonh Edison Sweet Matthias N.Frney Với nhiệm vụ giải vấn đề áp suất nồi ASME biết đến việc thiết lập mã tiêu chuẩn cho thiết bị khí Với mục đích sáng lập ban đầu thành lập liên đoàn kỹ thuật với mục đích tập trung nghiên cứu kỹ thuật liên quan đến lĩnh vực khí Bắc Mĩ theo dòng phát triển, ASME ngày trở thành tổ chức đa ngành khí thiết kế chế tạo tồn cầu ASME có sứ mệnh phát triển tiêu chuẩn, luật chương trình đánh giá phù hợp sản phẩm dich vụ liên quan đến giới nhân loại thu hút người tài giỏi giới để phát triển, trì phát động việc sử dụng ASME sản phẩm, dịch vụ liên quan ASME có 14.000 thành viên 158 quốc gia giới ASME có phạm vi tiêu chuẩn đáng ý như: Thang máy cầu thang tự động (loại tiêu chuẩn ASME A17) Ống đường ống (loại tiêu chuẩn ASME B31) Các thiết bị quy trình kép (loại tiêu chuẩn ASME BPE) Van mặt bích, phụ kiện ống miếng đệm (loại tiêu chuẩn B16) I Tổng quan thiết bị phản ứng vỏ áo Khái niệm: Thiết bị vỏ áo loại thiết bị thường dùng để làm thiết bị phản ứng kết hợp cấp nhiệt hay tải nhiệt phản ứng Trong vỏ áo khoảng không gian dành cho chất tải nhiệt (lỏng, bảo hòa) hay cho chất tải lạnh (tác nhân lạnh) Tùy theo điều kiện tính chất lưu chất phía áo tạo thành loại tháo lắp để dễ kiểm tra, làm khoang vỏ áo Hình 2.1 thiết bị phản ứng vỏ áo Cấu tạo Chú thích: thân thiết bị vỏ bọc ngồi mặt bích Hình 2.2: Cấu tạo thiết bị vỏ áo Nguyên lí vận hành: Thực qua bề mặt vỏ bảo vệ vỏ Chất tải nhiệt không gian hai vỏ cung cấp cho dung dịch vỏ Có thể lắp cánh khuấy cho dung dịch vỏ Quá trình làm việc: liên tục gián đoạn 4 Phân loại thiết bị vỏ áo Conventional Jackets: Một vỏ thứ hai lắp đặt phần bình, tạo khơng gian hình khun làm mát làm nóng mơi trường Một loại vỏ áo thơng thường đơn giản, khơng có phận bên trong, không hiệu việc truyền nhiệt mơi trường dòng chảy có vận tốc thấp dẫn đến hệ số truyền nhiệt thấp Phương pháp ngưng tụ, chẳng hạn nước Dowtherm A, ngoại lệ trường hợp này, hệ số truyền nhiệt không phụ thuộc vào vận tốc nhiễu loạn mà thay vào liên quan đến diện tích bề mặt mà mơi trường ngưng tụ hiệu việc loại bỏ ngưng tụ Các phận bên bao gồm lỗ thông khí hướng dòng chảy theo kiểu xoắn ốc xung quanh vỏ áo, vòi phun gây hỗn loạn cao điểm chất lỏng đưa vào vỏ áo Hình 4.1 Conventional Jackets Half-Pipe Coil Jackets: Ống chia theo chiều dọc, thường có góc bao gồm 180 độ (chia giữa) 120 độ, vòng quanh bình hàn chỗ Dimple Jackets: Hình 4.2 Half-Pipe Coil Jackets Một vỏ bên ngồi mỏng gắn vào vỏ bình mối hàn điểm mẫu thường, thường khoảng 50 mm theo chiều ngang lẫn chiều dọc Những gọi lúm đồng tiền gây nhiễu loạn cho mơi trường làm nóng làm mát chảy qua lớp vỏ Thiết kế thiết bị vỏ áo Thiết kế thiết bị phản ứng vỏ áo cho phản ứng tạo etyl sunfat axit este dietyl sunfat sản xuất rượu etylic Phương trình phản ứng: C2H4 + H2SO4 –> C2H5OSO2OH 2C2H4 + H2SO4 –> (C2H5O)2SO2 Điều kiện tối ưu phản ứng: áp suất 15at, t 0= 120-1850C nồng độ axit sunfuric 97 -98% II Thiết kế khí theo tiêu chuẩn Mĩ (ASME) Sơ đồ tính tốn Chọn thơng số Chọn thơng số thiết kế thiết kế Tính bền cho nắp chịu P Tính bền cho vỏ áo chịu áp suất Tính bền cho đáy vầ thân chịu P Kiểm tra tính bền cho vỏ áo sai Kiểm tra Đúng Đúng Chọn bề dày tối thiểu đáy chịu P Kiểm tra đáy Sai Kết luận Sai Đúng Chọn bề dày tối thiểu cho thân chịu P Kiểm Đúng tra bền cho sai thân Kết luận Thơng số cơng nghệ Đường kính ngồi thân: Dt 1760mm 69, 29in Đường kính ngồi vỏ: Dv 2000 mm 78, 74in Chiều cao thân trụ: H 2000 mm 78.74 in Chiều cao từ mép thân đến đáy hay nắp: h 400 mm 15, 75 in Thông số thiết kế Hệ số chứa đầy: 0, 75 Khối lượng riêng lưu chất: 1200 Kg / m3 Áp suất vận hành: Áp suất nước bão hòa phía vỏ: Pv kg / cm ' Áp suất làm việc tối đa: Pmax =200psi Áp suất thiết kế cho thân: Pt=P’max+pgH =200+1200x9,81x2x0,75x1.45x10-4=202,56 psi Trong đó: Pa=1.45x10-4 Psi Áp suất làm việc phía vỏ: Pv kg / cm 113, 78 psi Nhiệt độ nước bão hòa phía vỏ tra từ Bảng PL2, phụ lục 2,trang 212, Thiết kế khí thiết bị áp lực, TS.Nguyễn Hữu Hiếu: Thbh 170.40o C 338.72 o F Nhiệt độ thiết kế cho thân vỏ chọn: Ttk Thbh 170.4 o C 338.72 o F Bảng PL 3.23 phụ lục Số hàng Thành phần danh nghĩa 35 18Cr-8Ni 43 18Cr-8Ni Dạng sản phẩm Rèn Tấm Thiết kế hợp kim/ số ÚN Chỉ số kỹ thuật Loại/bậc mác SA-182 SA-204 F304H S30409 304 S30400 … Nguồn: Thiết kế khí thiết bị áp lực-TS.Nguyễn Hữu Hiếu Bảng PL 3.24 phụ lục Ứng suất cực đại cho phép (kpsi) (nhân 1000 để chuyển psi) ứng với nhiệt độ kim loại ( 0F) không vượt Số 20 hàng đến 35 43 100 20 20,0 150 200 250 300 400 500 600 650 700 750 800 850 - 16.7 16,7 - 15 15,0 13.8 12,9 12,3 12,0 11,7 11,5 11,2 13,8 12,9 12,3 12,0 11,7 11,5 11,2 11 11 Nguồn: Thiết kế khí thiết bị áp lực-TS.Nguyễn Hữu Hiếu Từ bảng PL 3.1,2 phụ lục 3, sách Thiết kế khí thiết bị áp lực tra: Ứng suất cực đại cho phép vật liệu thân (SA-240, loại 304, thép tấm, hàng 43) Ttk (sử dụng phương pháp nội suy): St 14544 Psi Ứng suất cực đại cho phép vật liệu vỏ áo (thép cacbon, thép tấm, hàng 35) Ttk: Sv =14500 Psi Chọn kiểu hàng giáp mối phía có hệ số bền mối hàn dọc trục thân vòng thân: E 0, 65 Dung sai ăn mòn cho phép: C A 2mm 0.0787in Thiết kế đáy-nắp thân a) Nắp elip Áp suất thiết kế: P’max=200psi>Pkq=14,7 psi→ nắp chịu áp suất Bề dày tối thiểu yêu cầu: td 20mm 0, 0787in Chọn thép 304 có bề dày 20mm để chế tạo nắp thiết bị b) Đáy thân chịu áp suất Đáy elip có bề dày tối thiểu yêu cầu: t Pt Dt 202,56.69, 29 0, 73in 18,50mm 2St E 1,8 Pt 2.14544.0, 65 1,8.202,56 td t C A 0, 73 0, 0787 0,81in 20,50mm Bề dày tối thiêu yêu cầu 20mm chịu áp suất Thân trụ có bề dày tối thiểu yêu cầu: 69, 29 Pt Rt Theo ứng suất vòng: t 0, 75in 19,10mm t ,v St E 0, Pt 14544.0, 65 0, 6.202,56 202,56 Theo ứng suất dọc trục: t t ,d 69, 29 202,56 Pt Rt 0,37in 9, 40mm 2St E 0, 4Pt 2.14544.0,65 0, 4.202,56 tt tt ,v C A 0, 75 0, 0787 0,83in 21,10mm Kiểm tra áp suất làm việc tối đa cho phép cho nắp (MAWP): Để thuận tiện cho việc chế tạo chọn bề dày tối thiểu yêu cầu cho nắp để kiểm tra tn 20mm 0, 0787in Kiểm tra MAWP ( MAWP ) St Etn 2.14544.0, 65.0,787 Dt 0, 2t n 69, 29 0, 2.0, 787 214, 26 Psi 200 Psi Nắp chịu áp suất có bề dày tối thiểu yêu cầu 20mm 10 Kiểm tra áp suất làm việc tối đa cho phép cho thân (MAWP): Để thuận tiện cho việc chế tạo chọn bề dày tối thiểu yêu cầu cho thân để kiểm tra tt 20mm 0, 0787in Theo ứng suất vòng: St Ett 14544.0, 65.0, 7874 211,96 Psi 202,56 Psi Rt 0, 6tt 69, 29 0, 6.0, 7874 ( MAWP )v Theo ứng suất dọc trục: ( MAWP ) d St Ett 2.14544.0, 65.0, 7874 433, 65 Psi 202,56 Psi 69, 29 Rt 0, 4tt 0, 4.0, 7874 Vậy, MAWP=211,96 psi=min{(MAWP)v;(MAWP)d} Thân chịu áp suất có bề dày tối thiểu yêu cầu 20mm Kiểm tra áp suất làm việc tối đa cho phép cho đáy (MAWP): Để thuận tiện cho việc chế tạo chọn bề dày tối thiểu yêu cầu cho đáy để kiểm tra td 20mm 0, 0787in Kiểm tra MAWP: ( MAWP) St Etd 2.14544.0, 65.0,787 Dt 0, 2td 69, 29 0, 2.0, 787 214, 26 Psi 202,56 Psi Đáy chịu áp suất có bề dày tối thiểu yêu cầu 20mm 11 c) Đáy thân chịu áp suất Đáy elip: Chọn sơ bề dày tối thiểu yêu cầu đáy tđ=20mm=0,7874in Kiểm tra bền: với R0=0.9Dt= 62.36in 1584mm A 0,125.td 0,125.0, 78 0, 0016 log A 2, 79 Ro 62,36 Tra Hình PL6.8, Phụ lục sách Thiết kế khí thiết bị áp lực: Nguồn: Thiết kế khí thiết bị áp lực-TS.Nguyễn Hữu Hiếu →B= 9500Psi Áp suất tối đa cho phép: Pa Btd 9500.0, 787 122,94 Psi Pv 113, 78 Psi Ro 62,36 Thỏa điều kiện bền Vậy chịu áp suất đáy có bề dày tối thiểu yêu cầu 20mm 12 Thân hình trụ: Chọn sơ bề dày thân tt=20mm=0,787 in, đó: 1 L H h 78, 74 15, 75 89, 24in 2266, 66mm 3 Tỉ số: L 89, 24 1, 29 Dt 69, 29 Dt 69, 29 88 tt 0, 787 Tra Hình PL6.1 6.8, Phụ lục sách Thiết kế khí thiết bị áp lực: Nguồn: Thiết kế khí thiết bị áp lực-TS.Nguyễn Hữu Hiếu Suy ra: A 0, 00125 log A 2,90 B 7800 Psi 13 Áp suất tối đa cho phép: Pa Btt 4.7800.0, 787 118,18 Psi Pv 113, 78 Psi 3Dt 3.69, 29 Thỏa điều kiện bền Khi chịu áp suất ngồi, thân trụ có bề dày tối thiểu u cầu 20mm.Chọn thép 304 có bề dày 20mm phù hợp để chế tạo thân, đáy-nắp thiết bị Thiết kể vỏ áo Vì Pv 113.78 Psi >Pkq=14,7 psi nên vỏ áo chịu áp suất Bề dày tối thiểu yêu cầu: +Theo ứng suất vòng: tv ,v 78, 74 113, 78 Pv Rv 0, 48in 12,12mm Sv E 0, Pv 14500.0, 65 0, 6.113,78 +Theo ứng suất dọc trục: 78, 74 Pv Rv 0, 23in 6mm 2Sv E 0, Pv 2.14500.0, 65 0, 4.113, 78 113, 78 tv ,t t tv C A 0, 48 0, 078 0,558in 14,12mm Kiểm tra áp suất lam việc tối đa cho phép (MAWP): Bề dày chọn để kiểm tra t=15mm=0.59 in + Theo ứng suất vòng: ( MAWP) v Sv Et 140,11 Psi 113, 784 Psi Rv 0, 6t + Theo ứng suất dọc trục: ( MAWP) d 2Sv Et 284, 45Psi 113, 784 Psi Rv 0, 4t Vậy chọn MAWP=140,11 psi=min{(MAWP)v;(MAWP)d} thép cacbon có bề dày 15mm để chế tạo vỏ thiết bị 14 Lựa chọn mặt bích Nguồn: Thiết kế khí thiết bị áp lực-TS.Nguyễn Hữu Hiếu Mặt bích: Nắp với thân nối với mặt bích Thân với vỏ nối với mối hàn Đường kính ngồi thân Dt=1760mm Suy ra, chọn mặt bích có kích thước tiêu chuẩn: Kích thước Đường dang kính nghĩa(mm) ngồi 1800 ống,d1 1820 Mặt bích D b 2115 50 Bề mặt h1 Bulong nâng d4 f 140 1960 Khoan lỗ Số M45 d2 44 48 Cổ k d3 h2 r 2020 1868 30 16 Bảng PL7.2, trang 315 Thiết kế khí thiết bị áp lực Nguyễn Hữu Hiếu III Kết luận Các thơng số tính toán để thiết kế thiết bị vỏ áo thống kế bảng đây: 15 Chi tiết Vật liệu Bề dày (mm) Nắp elip Thép 304 20 Đáy elip Thép 304 20 Thân chịu Thép 304 20 Vỏ áo Thép cacbon 15 IV Tài liệu tham khảo “Thiết kế khí thiết bị áp lực”, Thầy Nguyễn Hữu Hiếu, Nhà xuất Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, 2017 “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất Tập 1”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất Tập 2”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Trang web Wikipedia 16 ... chất phía áo tạo thành loại tháo lắp để dễ kiểm tra, làm khoang vỏ áo Hình 2.1 thiết bị phản ứng vỏ áo Cấu tạo Chú thích: thân thiết bị vỏ bọc ngồi mặt bích Hình 2.2: Cấu tạo thiết bị vỏ áo Nguyên... đồng tiền gây nhiễu loạn cho mơi trường làm nóng làm mát chảy qua lớp vỏ Thiết kế thiết bị vỏ áo Thiết kế thiết bị phản ứng vỏ áo cho phản ứng tạo etyl sunfat axit este dietyl sunfat sản xuất rượu... Các thiết bị quy trình kép (loại tiêu chuẩn ASME BPE) Van mặt bích, phụ kiện ống miếng đệm (loại tiêu chuẩn B16) I Tổng quan thiết bị phản ứng vỏ áo Khái niệm: Thiết bị vỏ áo loại thiết bị thường