Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà Mc lc Trang Mở đầu Chương Tính cơng nghệ I.1.Thời gian đồng hoá I.2.Chế độ thuỷ động chất lỏng khý I.3.Cơng suất khuấy I.4.Tính chọn cấu khuấy I.5 Tính tốn kích thước thiết bị khuấy I.6 Cân nhiệt Chương II Tính khí II.1.Tính trục khuấy I.2.Tính tốn thùng khuấy Chương III Tính chọn thiết bị phụ trợ III.1.Động III.2.Hộp giảm tốc III.3.Hộp đệm III.4 ổ lăn III.5.Tai treo & bích Kết luận Tài liệu tham khảo 4 6 11 16 16 24 28 28 29 29 30 31 35 36 Mở đầu Các máy khuấy trộn máy dùng lượng học cấu khuấy trộn để làm đồng hỗn hợp đồng thể dị thể, để tăng cường trình truyền nhiệt chuyển khối phản ứng hố học, ng Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà thi tạo hệ huyền phù hệ bọt Các máy khuấy trộn có vai trò định chất lượng sản phẩm độ đồng đều, tiêu chuẩn kỹ thuật đồng thời góp phần vào việc tăng suất thiết bị, giảm thời gian sản xuất, tiết kiệm chi phí vận hành… Do đó, thiết bị khuấy trộn sử dụng rộng rãi công nghiệp, công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp chế biến nông lâm hải sản, công nghiệp khai thác mỏ nhiều nghành công nghiệp khác Bộ phận quan trọng thiết bị khuấy cấu khuấy, chưa có tiêu chuẩn vạn để lựa chọn cấu khuấy tương ứng cho qúa trình cho Tham số quan trọng để lựa chọn cấu khuấy độ nhớt chất lỏng, thường dùng cấu khuấy vận tốc cao để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp sử dụng cấu quay chậm để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao Dạng cánh khuấy cấu khuấy đóng vai trò quan trọng tiêu kỹ thuật dung dịch đem khuấy Chương I Tính cơng nghệ I.1.Thời gian đồng hoá: Thời gian đồng hoá thời gian khuấy trộn để mơi trường trộn lẫn tan lẫn vào tới mức độ đồng định Thời gian phụ thuộc nhiều yếu tố: số vòng quay loại cấu khuấy, đặc trưng thùng khuấy, … Theo công thức (4.12 - I ) trang 122 ta có: τn = kτ = const (I.1) đó: τ: Thời gian làm đồng hố (s) n: Vận tốc góc cấu khuấy (vg/s) kτ: Hệ số thời gian,phụ thuộc vào cấu khuấy thùng khuấy: Cï ChÝ Minh – Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà k = c ( D 1,4 ) = 35( ) = 140 (I.2) dk 0,7 với Cτ : Hệ số thời gian, tra bảng (4.1 – I ) ta có Cτ= 35  τ= K τ 140 = = 93,3( s ) n 1,5 I.2 Chế độ thuỷ động chất lỏng khuấy: I.2.1.Chuẩn số Reynolds khuấy: Tốc độ chuyển động chất lỏng thiết bị khuấy phụ thuộc tốc độ chuyển động cấu khuấy Để đặc trưng cho chế độ thuỷ động chất lỏng thiết bị khuấy người ta đưa chuẩn số Reynolds theo công thức (5.4 - II ): Rek = nρdk2 η (I.3) Trong đó: + n = 1,5 (vg/s): số vòng quay cấu khuấy + ρ = 1100,511(kg/m3): khối lượng riêng môi trường khuấy + η = 5,5.10-3 (Pas): độ nhớt động lực học môi trường khuấy + dk= 0,7 (m): đường kính cấu khuấy Vậy Re k = 1100,511x1,5 x0,7 5,5094 x10 −3 = 1,468.10 Ta có thiết bị làm việc chế độ chảy xoáy I.2.2.Chuẩn số Frud : Là tỷ số lực quán tính lực trọng trường, đặc trưng cho ảnh hưởng phễu lên cơng suất q trình cơng nghệ khác (trang 614 III ) Cï ChÝ Minh – Líp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruét gµ n2 d k 1,52 x0,7 Frk = = = 0,16055 (I.4) g 9,81 Trong + g: gia tốc trọng trường + n :số vòng quay thiết bị khuấy + dk: đường kính cấu khuấy I.2.3.Chuẩn số Euler khuấy: (chuẩn số công suất ) Chuẩn số Euler khuấy mô tả quan hệ lực áp suất gây chảy áp suất động Theo (trang 619- III ) ta có V.V.Kafarov xác định chuẩn số Euler cho cánh khuấy loại hai (hai bản) đặt thùng chứa có lắp ống truyền nhiệt: Eu k = 7,1 7,1 = = 1,4248 Re 0k ,135 (1,468.10 ) 0k ,135 (I.5) 50 < Rek > 5.104 I.2.4.Chuẩn số Weber: Chuẩn số Weber tỷ số lực quán tính lực sức căng bề mặt: n2 dk3 ρ 1,52.0,73.1100 ,511 Wek = = = 1,43.104 (I.6) −3 δ 59,4.10 Trong đó: +σ (N/m) sức căng bề mặt chất lỏng khuấy Tra bảng (I-242 trang 301– III ) ta có σ = 59,4.10-3 N/m t = 800C + ρ :Khối lượng riêng chất lỏng khuấy I.3 Công suất máy khuấy: Công suất làm việc công suất sinh để thắng lực ma sát quán tính chất lỏng đứng yên + Công suất tiêu tốn: theo (trang 614 – III ) ta có cơng thức (IV.2-III): Cï Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà N = k.n3 d5k ρ (w) (I.7) Với hệ số không thứ nguyên ξk= Euk = 1,4248 Vậy ta có: N = 1,4248 x 1,53 x 0,75 x 1100,511 = 889,4 (W) I.4 Tính & chọn cấu khuấy: I.4.1 Độ nhớt huyền phù: Với thông số: - Nhiệt độ làm việc: t = 800C - Nồng độ grixêrin : 45% - Nồng độ pha rắn : 14% - Năng suất thiết bị : m 3/mẻ +Tra bảng (I -1-1)_Độ nhớt hỗn hợp Grixêrin với nước (Trang 112 - III ) Ta có độ nhớt & khối lượng riêng grixêrin : µgrixêrin= 3,38.10-3 (Ns/m2) nhiệt độ t = 300C ρgrixêrin = 1100,511 (kg/m3) nhiệt độ t = 250C (I.9) (I.8) + Theo mục ξ2- độ nhớt (Trang 84 - III ) Ta có độ nhớt huyền phù nồng độ pha rắn lớn 10% thể tích theo cơng thức ( I-1-14 – III ) : µhuyền phù = µ1 + ( + 4,5 ϕ ) Với: (Ns/m2) (I.10) µ1 - độ nhớt động lực mơi trường chất lỏng (Ns/m2) µgrixêrin= 3,38.10-3 (Ns/m2) ϕ - nồng độ pha rắn huyền phù (tính phần thể tích) ϕ = 14% Do đó: µhuyền phù = 3,38.10-3 + ( + 4,5 14% ) = 5,5094.10-3 (Ns/m2) + Theo bảng ξ12- Bảng đơn vị đo lường (Trang 357 - III ) Cï ChÝ Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà ( Bng I 279 Bng đơn vị đo lường hợp pháp hệ số chuyển từ hệ đơn vị khác sang hệ hợp pháp ) Độ nhớt huyền phù là: µhuyền phù = 5,5094.10-3 (Ns/m2) = 5,5094.10-2 (Pas) I.4.2.Chọn loại cấu khuấy: Cho tới chưa có tiêu chuẩn vạn để lựa chọn cấu khuấy tương ứng cho trình cho Do đó, lựa chọn cấu khuấy cần ý tới kinh nghiệm thu lượm hệ thống công nghiệp thiết bị thí nghiệm Cách lựa chọn tối ưu ý tới tham số vật lý chất lỏng mà trước hết độ nhớt đóng vai trò quan trọng lựa chọn cấu khuấy Nói chung thường dùng cấu khuấy vận tốc cao để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp sử dụng cấu khuấy quay chậm để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao Do độ nhớt thấp yếu tố công nghệ ta chọn loại cấu khuấy (mái chèo) Đây loại cấu quay chậm có hai cánh Cơ cấu khuấy loại thiết bị khuấy trộn cổ công nghiệp hoá học song chúng sử dụng đến ngày trường hợp không cần thiết luân chuyển chất lỏng hướng trục – kính mãnh liệt thiết bị cấu khuấy kiểu tạo luân chuyển vòng quanh (chu vi), luân chuyển hướng trục – kính khơng đáng kể Ưu điểm chủ yếu cấu khuấy đơn giản, dễ chế tạo nên giá thành thấp Nhược điểm cường độ khuấy trộn kém, hiệu khuấy trộn thấp dùng khuấy chất lỏng dễ phân lớp Theo bảng 2.1- giới thiệu cách chọn loại cấu khuấy (Trang 42 I ): ta có cấu khuấy với thông số sau: + Độ nhớt chất lỏng: ( 0,001 ÷ 0,5 ) Pas +Vận tốc vòng thích hợp đầu cánh: v = ÷ 2,0 (m/s) + Thể tích khuấy: V < 50 (m3 ) + Khối lượng riêng: ρ < 1900 (kg/m3) Cï ChÝ Minh – Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà I.5 Tớnh toỏn kớch thc thit b khuấy : I.5.1.Kích thước thùng khuấy: Chọn thiết bị có dạng trụ tròn đáy hình nón hình h H D Hình + Đường kính thiết bị : Thể tích thiết bị hình trụ : ∏ D V = h ( I.11) Thể tích thiết bị hình nón : V = ∏.D h ( I.12) 12 Ta chọn đường kính thiết bị : D = 1,4 (m) thể tích vùng nón trụ là: h= D tg (300 ) = 0,4(m) ∏ 1,42 V= 0,4 = 0,2(m3 ) 12  Thể tích thân hình trụ là: V = – 0,2 = 1,8 (m3) Cï ChÝ Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà chiu cao ca thõn hỡnh tr thiết bị: H= 4V x2 = ≈ 1,2 (m) 2 πD 3,14 x1,4 Vậy ta chọn chiều cao thực thiết bị H = 1,5 (m) I.5.2.Kích thước cánh khuấy: Theo bảng 2-8 – Các kích thước thích hợp (trang 52- I) mục 2.1.7 - cấu khuấy (trang 58- I) ta có quan hệ kích thước thiết bị khuấy: + Đường kính cánh khuấy: dk = (0,5 ÷ 0,8)D = (0,7 ÷ 0,12) (m) ( I.13) Chọn dk= 0,7 m + Chiều cao cánh khuấy: b = (0,1 ÷ 0,2)dk =( 0,07 ÷0,14 ) (m) ( I.14) 175 Chọn b = 0,175 (m) 16 140 Hình + Khoảng cách từ cấu khuấy đến đáy thùng: h = (0,1÷ 0,3)dk = ( 0,07 ÷0,21) (m) ( I.15) Chọn h = 0,18 (m) Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà + Chiu cao chất lỏng thùng: H = (0,8 ÷ 1,3)D = ( 1,12 ÷ 1,82 ) (m) ( I.16) Chọn H= 1,3 m - Theo bảng 2.2 - cấu khuấy (Trang 45 – I ): ta chọn loại thùng khuấy khơng có chắn : + Đường kính cấu khuấy dk = 700 (mm) + Số vòng quay n = 1,5 (vg/s) + Công suất N = ( 0,01 ÷ 0,043) (kw) - Số vòng quay thích hợp cấu khuấy theo trang 50 công thức (2.1I): n= 20.v th 20 x = = 57(vg / ph) ( I.17) dk 0,7 với: vth = (m/s) - vận tốc đầu cánh thích hợp dk = 0,7 (m) - đường kính cấu khuấy I.5.3.Kích thước lỗ nạp tháo liệu: * Đường kính lỗ tháo sản phẩm: Ta có phương trình Becnuli chất lỏng lý tưởng: hA + PA γ v2 P v2 + A =h B + B + B 2g γ 2g ( I.18) Coi PA = PB ; vA = phương trình là: v B2 h A = hB + 2g ( I.19) ta có: vB = h A − hB 1,5 = = 0,277(m / s) ( I.20) 2g x9,8 Chọn thời gian tháo sản phẩm 10% thời gian lưu (t = 15’), lưu lượng thùng khuấy khỏi thit b l: Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà Q= V = = 2,2.10 − (m / s) t 900 ( I.21) Mặt khác ta có : ∏d Q = vB ( I.22) Suy ra: d = 4.Q = vB ∏ x 2,2.10 −3 = 0,10(m / s ) ( I.23) ∏.0,277 Vậy chọn đường kính lỗ: d = 100 (m) * Tương tự ta có kích thước lỗ nạp liệu là: d = 100 (m) I.6 cân nhiệt: I.6.1 Hệ số cấp nhiệt : - Hệ số cấp nhiệt thiết bị có ống xoắn có khuấy trộn cánh khuấy mái chèo ( Trang 22 công thức VI.67 - IV ): Nu = C.Rem.Pr0,33( µ 0,14 ) (I.24) µ1 đó: + Chuẩn số Nuxen: Nu = α D (I.25) λ * λ: hệ số dẫn nhiệt chất lỏng λ = 0,523 W/m.độ ( trang 134 bảng I.130 – III: hệ số dẫn nhiệt số chất lỏng dung dịch nước theo nhiệt độ grixêrin 50% t = 800C ) * α: hệ số cấp nhiệt (W/m.độ) Ta có cơng thức (4.51; 4.52; 4.53–I): α = a4.N 0,22.dx−1.D−0,38 (I.26) a4 = 0,15.a1.ρ 0,45.η 0,34 (I.27) a1 = (C.λ2 )0,33 (I.28) + N – công suất khuấy trộn theo công thức ( IV - III ): Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 10 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà   X1 2  MnB f1 = − aX11−    6NJ a       (II.14) đó: MnB = 112800 (Nmm) : Mô men uốn B/ a = 80 (mm) : Khoảng cách hai ổ E = 2.105 N/m2 = 2.1011 N/mm π d π 503 J = = = 6136(mm3) (II.15) 64 64 Độ võng cực đại x1= a/ 3:  MnA.a2   112800 x3002      (II.16) fmax = = 27  E.J  27  2.1011x6136 fmax = 5,3.10-7 (mm) - Độ võng tiết diện trục có mắc cấu khuấy theo cơng thức (5.38a – I ) : f2k M nB.l = 3.E.J  a  l1   J  1+ +    − 1  l  l   J   112800 1305 300  1300 f2k = + +   1305 1305   11 π 50   3.2.10 64 (II.17)  503   − 1 = 1,2.10− 4(mm)  45  + Kiểm tra trục theo cứng: Với tác dụng có cấu khuấy: [f] = D − d K 1300− 700 = = 300 (mm) 2 (II.18) F2k < [f] + Độ võng trục ổ trục: fôA = SA + fA ; fôB = SB + fB (II.19.20) SA ; SB : Khoảng dịch chuyển theo hướng kính chế tạo ổ A v B: Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 20 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà SA = SB = S = (1÷5) 10-4 dt1 (II.21) fA v fB – Biến dạng đàn hồi ổ B: fA = fB = f = (4÷7) 10-4 ⇒ fơ =  ÷  -4 SA  10 dt1 + (4÷7) 10-4.dt1 +fA =     (1 ÷ ) =    + ( ÷ )  10-4dt1 ≈ 0,04 (mm)  ⇒ Độ võng tổng trục tác dụng mắc cấu khuấy  2.l   2.1305   +1,2.10-4 = 0,38812 f K = f ô 1 +  + f2k = 0,04 1 + 300 a     fk < [f] = 300 (mm) II.1.4.2 Tính tốn trục theo ổn định ngang: Tính tốn trục theo ổn định ngang xác định xem trục có thoả mãn điều kiện đưa bảng (5.1 – I ) không theo công thức(5.45 – I ): ω1 = K m (II.22) Trong đó: ω1 : Tần số dao động riêng trục m : khối lượng dao động (kg) K : Độ cứng trục chỗ mắc cánh khuấy Trong khối lượng dao động xác địng theo cơng thức (5.46 – I ): m = mk + ml + 0,24mt (II.23) Với: + 0,24 - Hệ số kể đến phần khối lượng trục tham gia vào dao động (Rút từ giả thiết bị kẹp chặt ổ đỡ B tải trọng tập trung đầu trục tự ) + mk: khối lượng cấu khuấy mk = mck = ρ.a.b.dk (II.24) Cï ChÝ Minh – Líp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 21 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruét gµ = 7600x.0,005x0,175x0,7 = 4,655 (kg) + m1: khối lượng chất lỏng dao động theo với tốc độ (f), lượng chất lỏng dao động xác định nhờ giả thiết thể tích chất lỏng dao động thể tích tạo nên cánh cấu khuấy quay, theo công thức (5.47 - I ): b.dk2 m1 =   d   0,175.0,72   0.05  t ρ 1−    = 1100   (II.25) 1−    dk     0,7   m1 = 23,5 (kg) + mt : khối lượng trục khuấy: π 0,042  π 0,0452 π 0,052 mt = 7600 0,08+ 0,023+ 0,08 + 4   π 0,052 π 0,042 π 0,0252  + 0,211+ 1,3 −  = 8,2 (kg) (II.26) 4   Cuối có khối lượng dao động là: m = mk + ml + 0,24mt = 4,655 + 23,5 + 0,24x8,2 = 30,123 (kg) - Độ cứng k trục chỗ đặt cấu khuấy xác định theo công thức (5.58 – I ): k= Fr 84,2 = = 217 fk 0,38812 (II.27) Vậy tần số dao động riêng trục là: w1 = k 217 = = 7,2 (1/s) m 30,123 (II.28) Vận tốc góc trục: theo cơng thức (5 24 – II ) Ω= π n π 57 = = 5,97 (v/s) (II.29) 30 30 Trục dẻo làm việc ổn định ngang do: Ω 5,97 = = 0,83 (II.30) 7,2 Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 22 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà II.2.Tính tốn thùng khuấy: II.2.1.Thân thùng: Thùng khuấy vỏ mỏng hình trụ hàn thẳng đứng Chọn vật liệu làm vỏ thép CT3 σk = 380.106 N/m2 (Bảng XII.4 - IV ) Chọn tốc độ gỉ C = 0,06 mm/năm ( C1 = 1.10-5m ; C2 = ); ρ = 1000 kg/m3; Pmt = 106 N/m2 ; t0 = 250C ; D = 1,4 m ; H = 1,5 m - áp suất thuỷ tĩnh phần thân thiết bị: PL = ρ g H = 110,511 x 9,81 x 1,3 = 14020 (N/m 2) (II.31) - áp suất tính tốn thiết bị là: P = PL + Pmt = 0,01402.106 + 1.106 = 1,01402.10 N/m2 (II.32) - ứng suất cho phép thép CT3 theo giới hạn bền xác định theo công thức (XIII.1 bảng XIII.3 - IV ) với thiết bị thuộc nhóm loại II - η = 1,0 bảng (XIII.2 – II ) δ1 380.106 [δ k ] = η = 1,0 = 1,46.108 (N/m2 ) (II.33) n1 2,6 - ứng suất cho phép thép CT3 giới hạn chảy theo công thức (XIII.2 bảng XIII.3 - IV ): δ1 240.106 [δ c ] = η = 1,0 = 108 (N/m2 ) n1 1,5 (II.34) Từ có giá trị nhỏ giá trị ƯS cho phép để tính tốn:[σ] = [σc] ,ta lấy giá trị bé hai kết vừa tính để tính tốn tiếp : Vì [δ k ] ϕ P1 h 160.106 = 0,95= 150> 50 (II.35) 1,011772 106 Nên có: ϕh = 0,95 ( Hàn dọc, hàn tay, hồ quang, hàn giáp nối hai mặt; hệ số bền hàn ϕh=0,95 ) - Ta có cơng thức xác định chiều dày thân thùng làm việc chịu áp suất (5.100 – I ): Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 23 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà Dt Pt 1,4x1,01402 106 S= +C = + 0,06= 0,0647(m) (II.36) 2.[σ k ].ϕ h 2x160.106 x0,95 Lấy S = 10 (mm) - Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử (dùng nước): áp suất thuỷ lực thử xác định sau theo bảng (XIII.5 – IV) P0 = Pth + P1 = (1+0,3 + 0,06) 106 = 1,36.106 (N/m2) (II.37) Xác định ứng suất thân thiết bị theo áp suất thử tính tốn - Dùng công thức (XIII.26-B) với C3 = 0,8.10-3 δ [ Dt + ( S − C3 ) ].P0 [1,4 + ( 0,01− 0,0008 ] ) x1,36.106 = = 2.( S − C3 ).ϕ h 2x( 0,01− 0,0008 ) x0,95 (II.37) δ = 1,1.108 (N/m2) δ < σ C 240.106 = = 2.108 (N/m8) 1,2 1,2 (II.38) Do thùng đủ bền II.2.2 Đáy thùng: Các vật liệu thông số thân thùng Chiều dày đáy nón làm việc áp suất xác định theo công thức (5.114 – I ) :   D P  S=  +C  2.ϕ σ − P  cosα cp   (II.39) D : đường kính đáy lớn ( Đường kính thiết bị) D = 1,4(m) α : Nửa góc đỉnh α = 600 P : áp suất tính toán (lấy áp suất làm việc) P = 1,017459.106 N/m2 ; C = 1,8.10-3; σcp = 146.106 N/m2 Chiều dầy đáy nón là:   1,01402 106   S=  + 1,8.10− = 9,1.10− (m) 6 10  cos60  2x0,95x146.10 − 1,01402 Lấy S = 10 (mm) Cï ChÝ Minh – Líp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 24 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruét gµ - Kiểm tra ứng suất đáy theo áp suất thử (dùng nước): áp suất thuỷ lực thử xác định sau theo bảng (XIII.5 – IV) P0 = Pth + P1 = (1+0,3 + 0,06) 106 = 1,36.106 (N/m2) (II.40) Xác định ứng suất thân thiết bị theo áp suất thử tính tốn - Dùng công thức (XIII.26-B) với C3 = 1,8.10-3 δ [ Dt + ( S − C3 ) ].P0 [1,4 + ( 0,01− 0,0018 ] ) x1,36.106 = = ) x0,95 2.( S − C3 ) ϕ h 2x( 0,01− 0,0018 (II.41) δ = 8,7.107 (N/m2)  δ < σ C 240.106 = = 2.108 (N/m8) 1,2 1,2 (II.42) Do đáy thùng đủ bền Cï ChÝ Minh – Líp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 25 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn rt gµ Chương III Tính chọn thiết bị phụ trợ III.1 Động cơ: Công suất động cơ: Theo (trang -121-I ) ta có cơng suất thiết bị thùng trơn: N dc = k.N (w) (III.1) ηtdηhd Trong đó: + k = 2: hệ số tải khởi động + ηtd : hiệu suất truyền động: ηtd =ηgt ηo ηnt (III.2) Với: ηgt = 0,97: hiệu suất hộp giảm tốc ηo = 0,99: hiệu suất ổ ηnt= 0,95: hiệu suất nối trục ⇒ ηtd =0,97.0,99.0,95 = 0,91 + ηhd = 0,9 : hiệu suất hộp đệm Do cơng suất động cơ: N dc = x889,4 = 2196( w) 0,01x0,9 Ta có cơng suất động Nđc = 2196 (W) số vòng quay trục khuấy n = 57 vòng/phút Do đó, theo trang 238 bảng phụ lục (P.113 – V) Các thông số kỹ thuật động 4A chọn kiểu động cơ: 4A- 112 MA8I3 với thông số: Công suất N = 2,2 kW Vận tốc vòng n = 705 vòng/phút Cos ϕ = 0,71 Cï ChÝ Minh – Líp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 26 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruét gµ η = 76% TMax/ TDN = 2,2 TK/ TDN = 1,8 Theo trang 242 bảng phụ lục (P.117 – V) Kích thước động 4A: Kích thước lắp đặt: L30 = 452; H31 = 310; D30 = 260 Trọng lượng động G = 56 kg III.2 Hộp giảm tốc : Phân tỷ số truyền, chọn loại hộp giảm tốc, truyền động Xác định tỷ số truyền hệ dẫn động: Ut = ndc 705 = = 12,4 (III.1) n 57 Phân tỷ số truyền hệ dẫn động: chọn kết cấu truyền động động hộp giảm tốc, hộp giảm tốc trục khuấy nối trục đàn hồi, tỉ số truyền hộp giảm tốc là: Ut = Uh = 12,4 Với tỉ số truyền ta chọn hộp giảm tốc bánh cấp III.3.Kích thước hộp đệm: Theo mục - Bộ phận bít kín trục (Trang 80 – I ) ta có kích thước hộp đệm: + Chiều rộng khe chứa đệm: b = ( 0,04 ÷ 0,05 ) d0.5 = 0,009÷0,011 (m) ( III.3) Chọn b= 0,001 (m) + Chiều cao khe chứa đệm khơng kể vòng dầu : h = ( ÷ 10 ) b = 0,004 ÷ 0,01 (m) ( III.4) Chọn h = 0,01 (m) + Chiều cao vòng dầu: h1 = (1,5 ÷ ) b = 0,0015 ÷ 0,003 (m) (III.5) Chọn h1 = 0,003 (m) + Chiều rộng khe cha m: Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 27 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà H = h + h1 + (1 ÷2 ) b = 0,005÷0,006(m) (III.6) Chọn H = 0,006 (m) + Chiều cao bạc ép: L = ( 0,4 ÷ 0,5 ) ( h + 2b ) = 0,0012÷0,0015 (m) (III.7) Chọn b= 0,0015 (m) + Góc nghiêng bạc ép: α = 15 ÷ 300  Chọn α = 300 + Khe hở bạc ép, vòng dầu, đế đỡ trục: δ = ( ÷ ).10-3dt = ( ÷ 2,5 ).10-4 (m) (III.8) Chọn δ = 2.10-4 (m) III.4 Các ổ lăn: ổ lăn dùng để đỡ trục, giữ cho trục có vị trí xác định không gian, tiếp nhận tải trọng truyền đến hộp giảm tốc ổ lăn có nhiều ưu điểm mơmen ma sát mơmen mở máy nhỏ bị nóng làm việc, chăm sóc bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện sửa chữa, thay Theo tính tốn đặc tính tác dụng tải trọng ta chọn loại ổ đũa ổ đũa có diện tích tiếp xúc lăn với vòng ổ lớn nên chịu tải trọng lớn chịu va đập tốt Theo bảng phụ lục (P2.11-V) : ổ đũa côn (theo gost 333 - 71) trang 261 chọn ổ với kí hiệu 7304 cỡ trung với số liệu: d = 20 mm ; D = 52 mm ; D = 42 mm ; d1 = 35,4 mm ; B = 15 mm ; C = 13 mm ; T = 16,25 mm ; r = 2,0 mm ; r = 0,8 mm ; α = 11,17 ; C = 25,0 kN ; C = 16,6 kN ; Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 28 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà Hỡnh T r r1 r1 D D1 d2 d d1 r α C B + Chọn kiểu lắp vào trục Φ36k6; Φ100H7; Φ45k6; Φ120H7; III.5 Tai treo, bích: III.5.1.Tính chọn tai cheo: ( hình 5) + Khối lượng tồn thiết bị: G = Glỏng + Gthiết bị + Gống xoắn + Gtrục + Gphụ trợ (III.9) + Khối lượng chất lỏng: Glỏng = V ρ (III.10) = 2(1100.0,45 + 2100.0,14 + 1000.0,41) = 1200 (kg) + Khối lượng thùng khuấy: Gthùng = ( Vtrụ + Vnón ) ρ (III.11) = ( 1,2 π /4 0,005 + 1/3 0,4.π.0,005 ).7600 = 52 (kg) + Khối lượng ống xoắn: Gống xoắn = V ρ (III.12) Cï ChÝ Minh – Líp M¸y thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 29 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gµ = 2(1100.0,45 + 2100.0,14 + 1000.0,41) = 4,2 (kg) + Khối lượng trục : Gthùng = π /4 dt2 ρ = π /4 0,032.7600 (III.13) = 5,4 (kg) + Khối lượng động G = 56kg + Khối lượng hộp giảm tốc G = 50kg + Khối lượng chi tiết phụ trợ G = 50 kg Vậy khối lượng toàn thiết bị: G = Glỏng + Gthiết bị + Gống xoắn + Gtrục + Gphụ trợ = 1417,6 (kg) Theo trang 238 bảng 8.10 – VIII Tai đỡ thép hàn CT3 cho biết kích thước tai đỡ thiết bị đặt đứng, với tai đỡ hai bên: Tải trọng tai đỡ: P = Diện tích đỡ: F = 8950 mm2 áp suất tai đỡ : P = 1,12 N/mm2 Trọng lượng G = 20 N 90 170 28 20 Ø23 85 110 Hình Với: c = 110 mm H = 170 mm Cï ChÝ Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 30 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà a = 85 mm S = mm b = 90 mm d = 23 mm III.5.2.Tính chọn bích: Tính bích thân nắp thùng khuấy: + Tính bu lơng ghép bích: Theo trang 191 – VIII với công thức (7.1 - VIII) ta có lực nén chiều trục sinh xiết bu lông: Q1 = π Dt p + π Dtb.b0 m.p (III - 14) Dt - đường kính thiết bị, Dt = 14000 mm p - áp suất môi trường thiết bị, p = 1,014 N/mm2 Dtb - đường kính trung bình đệm Theo bảng (7.1 – VIII) Các loại đệm bít kín chọn vật liệu đệm thép không rỉ với nhiệt độ lớn môi trường 6000C Dtb = 800 mm b0 – bề rộng tính tốn đệm b0 = ( 0,5 ÷ 0,8 ) b b – bề rộng thực đệm, b = 10 mm -> b0 = 50 mm m – hệ số áp suất riêng, phụ thuộc vào vật liệu loại đệm q0 - áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm Theo trang 192 bảng (7 - VIII ) Giá trị đại lượng q0 với thép m = 5,5 q =120 ( N/ mm2 ) nên lực ép chiều trục sinh xiết chặt bu lông: Q1 = π 14002.1,014+ π 800.50.5,5.1,014= 2,26.106 (N) Lực cần thiết ép chặt đệm ban đầu: Q2 = π Dtb b0 q0 ( III – 15 ) = π.800.50.120 = 1,51.106 (N) Lực tác dụng lên bu lông là: Q = Q + Q2 = 3,77.106 (N) ( III- 16 ) Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 31 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà Lc tác dụng lên bu lông theo công thức (7.5 - VIII): Q 3,77.10 qb = = = 1,57.105 (N) ( III - 17) z 24 với z: số bu lông chọn z = 24 Đường kính chân ren bu lơng xác định theo cơng thức (7.8 - VIII): qb 1,57.10 dt = 1,13 = 1,13 = 26,76(N) ( III - 18) {σ} 280 Chọn dt = 28 mm với {σ}- ứng suất cho phép vật liệu làm bu lông Tra bảng 7.5 – VIII ứng suất cho phép vật liệu làm bu lông {σ}, phụ thuộc vào nhiệt độ {σ}=280 N/mm2 với thép 25X2MΦA ứng suất tác dụng lên bu lông xác định theo công thức (7.6 - VIII): qb 1,57.10 σ= = = 254(N/mm2 ) < {σ } ( III - 19) π π dt 28 4 Cù Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 32 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà Kt luận Với thời gian 12 tuần, hướng dẫn tận tình thầy Vũ Hồng Thái, em hồn thành đồ án thiết kế môn học Do khuôn khổ đồ án mơn học thời gian có hạn nên em khơng thể tính tốn chi tiết vấn đề cụ thể Đây đồ án môn học đầu tiên, nên em không tránh khỏi số sai sót, em mong thầy cô bảo để tránh lặp lại đồ án Em xin chân thành cám ơn thầy Vũ Hồng Thái tồn thể thầy giáo mơn giúp đỡ em hồn thành đồ án Tài liệu tham khảo {I} : Nguyễn Minh Tuyển Các máy khuấy trộn công nghiệp Nxb Khoa học & kỹ thuật Hà Nội - 1987 {II}: Hà Thị An Quá trình thiết bị thuỷ cơng nghiệp hố chất Khoa Đại Học Tại Chức xuất – 1976 Cï ChÝ Minh – Líp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 33 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn rt gµ {III}: Pts.Trần Xoa; Pgs, Pts Nguyễn Trọng Khng, Pts Phạm Xuân Toản Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất, tập I Nxb Khoa học & kỹ thuật Hà Nội - 1999 {IV}: Pts.Trần Xoa; Pgs, Pts Nguyễn Trọng Khuông, Pts Phạm Xuân Toản Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hoá chất, tập II Nxb Khoa học & kỹ thuật Hà Nội - 1999 {V}: Trịnh Chất - Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Tập Nxb Giáo Dục – 1999 {VI}: Trịnh Chất - Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Tập Nxb Giáo Dục – 1999 {VII}: Pgs,Pts Bùi Hải ; Pts Dương Đức Hồng ; Pts Hà Mạnh Thư Thiết bị trao đổi nhiệt Nxb Khoa học & kỹ thuật Hà Nội - 1999 {VIII}: Hồ Lê Viên Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hố chất Nxb Khoa học & kỹ thuật Hà Nội - 1978 Cï Chí Minh Lớp Máy thiết bị công nghiệp hãa chÊt – dÇu khÝ 34 K42 Trang ... Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà Chng II tớnh khí II.1 .Tính trục khuấy: II.1.1 Tính tốn trục khuấy: Theo mục 5.1 - Tính tốn trục khuấy (trang 178... chất dầu khí 12 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà + Lng nhiệt cần để gia nhiệt cho dung dịch thiết bị khuấy: Q = G Cp ∆t = V ρ.Cp ∆t (I.32) =... lượng ống xoắn: Gống xoắn = V ρ (III.12) Cï ChÝ Minh – Lớp Máy thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 29 K42 Trang Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt ống xoắn ruột gà =