Cách Tính Dung Tích Bồn Chứa Công Nghiệp Chuẩn

Cách Tính Dung Tích Bồn Chứa Công Nghiệp Theo Nhu Cầu

Tính dung tích bồn chứa công nghiệp cần dựa trên hình dạng bồn, kích thước bên trong, lưu lượng nguyên liệu, thời gian lưu trữ, mức nạp tối đa, khoảng không an toàn và các bộ phận chiếm thể tích bên trong. Với bồn chứa thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, nước công nghiệp hoặc nguyên liệu có gia nhiệt, còn cần tính đến vật liệu, nhiệt độ, khả năng tạo bọt, giãn nở và yêu cầu vệ sinh.

Dung tích bồn chứa công nghiệp không chỉ là thể tích hình học của thân bồn. Khi thiết kế cần phân biệt dung tích toàn phần, dung tích làm việc, khoảng không phía trên, thể tích đường ống và phần dự phòng theo quy trình.

Khi đặt chế tạo bồn chứa công nghiệp, nhiều doanh nghiệp thường bắt đầu bằng một con số như 1.000 lít, 5.000 lít hoặc 20 m³. Tuy nhiên, con số này có thể đang được hiểu theo ba cách khác nhau: dung tích hình học, dung tích làm việc hoặc dung tích cần thiết cho cả một chu kỳ sản xuất. Nếu không phân biệt rõ, bồn có thể bị thiếu thể tích sử dụng, phải nạp quá đầy hoặc phát sinh chi phí đầu tư lớn hơn mức cần thiết.

Bài viết này hướng dẫn cách xác định dung tích bồn trụ đứng, bồn trụ ngang và bồn chữ nhật; đồng thời phân biệt dung tích toàn phần với dung tích làm việc để doanh nghiệp chuẩn bị hồ sơ đặt gia công chính xác hơn.

Nếu đã có lưu lượng, thời gian lưu, kích thước mặt bằng hoặc bản vẽ dây chuyền, doanh nghiệp có thể gửi thông tin cho Cơ Khí Toàn Á để được tư vấn cấu hình bồn chứa inox 304/316L theo yêu cầu.

Dung tích bồn chứa gồm những loại nào?

Trước khi áp dụng công thức, cần thống nhất cách gọi dung tích. Trong hồ sơ kỹ thuật, chỉ ghi “bồn 5.000 lít” có thể chưa đủ rõ để chế tạo.

Dung tích hình học

Dung tích hình học là thể tích không gian bên trong bồn khi tính theo kích thước thiết kế. Với bồn hình trụ, thể tích được xác định từ đường kính và chiều cao hoặc chiều dài phần thân.

Dung tích hình học thường chưa trừ:

• phần khoảng không phía trên;

• thể tích của cánh khuấy;

• ống nhúng;

• coil gia nhiệt;

• bộ trao đổi nhiệt;

• giá đỡ bên trong;

• lớp lót hoặc phụ kiện chiếm chỗ.

Dung tích toàn phần

Dung tích toàn phần là thể tích tối đa theo hình học của bồn. Đây không phải lúc nào cũng là thể tích được phép nạp trong vận hành.

Bồn chứa có thể cần để lại khoảng không nhằm:

• tránh tràn khi nạp;

• tiếp nhận nguyên liệu giãn nở vì nhiệt;

• hạn chế tạo bọt;

• giảm nguy cơ cuốn khí;

• tạo không gian cho khuấy hoặc tuần hoàn;

• bảo đảm an toàn khi vận chuyển.

Dung tích làm việc

Dung tích làm việc là lượng nguyên liệu mà bồn được thiết kế để chứa trong điều kiện vận hành bình thường. Đây thường là con số quan trọng nhất khi phối hợp với dây chuyền.

Ví dụ, doanh nghiệp cần chứa 4.000 lít nguyên liệu trong một mẻ. Không nên mặc định bồn 4.000 lít là đủ, vì còn phải xem xét khoảng không, bọt, giãn nở và thể tích của thiết bị bên trong.

Dung tích hữu ích

Dung tích hữu ích là thể tích thực sự có thể sử dụng sau khi trừ phần không thể xả hoặc phần bị chiếm bởi kết cấu, phụ kiện và giới hạn vận hành.

Trong bồn có đáy chỏm, đáy nghiêng hoặc cửa xả đặt cao hơn đáy, dung tích hữu ích có thể nhỏ hơn dung tích làm việc lý thuyết. Vì vậy, cần thống nhất mực tối thiểu và mực tối đa với đơn vị thiết kế.

Sơ đồ bồn trụ đứng với đường kính, bán kính và chiều cao

Công thức cơ bản để tính dung tích

Bồn hình trụ đứng

Với bồn trụ đứng có đáy phẳng, công thức phần thân hình trụ là:

V=π×r2×h

Trong đó:

• V là thể tích, đơn vị m³;

• $r$ là bán kính trong của bồn, đơn vị m;

• $h$ là chiều cao phần thân chứa chất lỏng, đơn vị m;

• π xấp xỉ 3,1416.

Nếu dùng đường kính trong D, có thể viết:

V=(π×D^2×h​)/4

Ví dụ, bồn có đường kính trong 1,6 m và chiều cao phần thân 2,5 m:

Thể tích hình học phần thân xấp xỉ 5,03 m³. Nếu cần dung tích làm việc 4,2 m³ và để lại khoảng không vận hành, kích thước này có thể phù hợp hơn bồn chỉ có dung tích danh nghĩa 4,2 m³.

Minh họa mực chất lỏng trong bồn trụ ngang

Bồn hình trụ nằm ngang

Bồn trụ ngang không phải lúc nào cũng được nạp đầy. Khi chất lỏng nằm ở một phần chiều cao, thể tích thực tế phụ thuộc vào mực chất lỏng và hình học đoạn tròn.

Nếu bồn được nạp đầy, có thể dùng:

V=π×r^2×L

Trong đó:

• r là bán kính trong;

• L là chiều dài phần thân trụ.

Nếu chỉ nạp một phần, cần tính diện tích đoạn tròn theo chiều cao chất lỏng. Công thức tổng quát là:

A=r^2cos^−1((r−h​)/r)−(r−h)V2rh−h^2​

Sau đó:

Trong đó $h$ là chiều cao chất lỏng tính từ đáy bồn. Công thức này phù hợp khi cần xác định thể tích theo mực chất lỏng của bồn trụ ngang, đặc biệt trong các bài toán đo mức.

Bồn hình hộp chữ nhật

Với bồn chữ nhật:

V=L×W×H

Trong đó:

• L là chiều dài trong;

• W là chiều rộng trong;

• H là chiều cao chất lỏng hoặc chiều cao trong của bồn.

Ví dụ, bồn có kích thước trong 2 m × 1,5 m × 1,5 m:

V = 2×1,5×1,5 = 4,5 m3

Nếu chỉ dùng đến mực chất lỏng 1,2 m:

Bồn chữ nhật thường được cân nhắc khi mặt bằng bị giới hạn hoặc cần lắp ghép từ panel. Tuy nhiên, phải kiểm tra thêm biến dạng thành bồn, kết cấu giằng, áp lực thủy tĩnh và yêu cầu vệ sinh.

Quy đổi lít và mét khối

Các quy đổi cơ bản:

Khi đặt hàng, nên ghi đồng thời hai đơn vị, ví dụ:

Dung tích làm việc: 5 m³, tương đương khoảng 5.000 lít.

Cách tính dung tích theo nhu cầu sản xuất

Công thức hình học chỉ cho biết bồn chứa được bao nhiêu. Để chọn dung tích phù hợp, cần chuyển nhu cầu sản xuất thành thể tích cần lưu trữ.

Theo lưu lượng và thời gian lưu

Công thức cơ bản:

V yêu cầu = Q×t

Trong đó:

• $Q$ là lưu lượng, m³/giờ;

• $t$ là thời gian lưu, giờ;

• V yêu cầu là thể tích cần thiết, m³.

Ví dụ, dây chuyền cần lưu trữ 2 m³/giờ trong 3 giờ:

V yêu cầu = 2×3 = 6 m3

Đây mới là thể tích yêu cầu theo vận hành. Khi chọn bồn thực tế, cần xem xét thêm khoảng không và dung sai đo lường.

Theo khối lượng nguyên liệu

Nếu doanh nghiệp biết khối lượng thay vì thể tích, có thể quy đổi bằng tỷ trọng:

V=m/ρ​

Trong đó:

• m là khối lượng;

• ρ là khối lượng riêng;

• V là thể tích.

Ví dụ, cần chứa 4.000 kg nguyên liệu có khối lượng riêng 800 kg/m³:

V = 4.000/800 ​= 5 m3

Nếu nguyên liệu có tỷ trọng thay đổi theo nhiệt độ, nên sử dụng giá trị ở điều kiện vận hành hoặc thiết kế theo trường hợp bất lợi hơn.

Theo số mẻ sản xuất

Nếu mỗi mẻ cần 1.200 lít và doanh nghiệp muốn chứa hai mẻ trước khi chuyển sang công đoạn tiếp theo:

V làm việc ​= 1.200×2 = 2.400 lít

Sau đó cần kiểm tra:

• nguyên liệu có tạo bọt không;

• có cần khuấy không;

• có cần gia nhiệt không;

• có cần chừa khoảng không không;

• bồn có phải chứa toàn bộ mẻ hay chỉ làm bồn trung gian.

Không nên cộng một hệ số dự phòng cố định cho mọi dự án. Hệ số phù hợp phải dựa trên quy trình, mức biến động sản lượng, thời gian cấp liệu và yêu cầu an toàn.

Theo năng suất dây chuyền

Với dây chuyền liên tục, dung tích bồn có thể phụ thuộc vào:

• lưu lượng đầu vào;

• thời gian đệm cần thiết;

• thời gian dừng tối đa cho phép;

• năng suất thiết bị phía sau;

• khả năng cấp liệu;

• thời gian vệ sinh;

• thời gian chuyển mẻ.

Ví dụ, nếu bồn có nhiệm vụ làm bồn đệm trước máy chiết, không nên chỉ tính theo sản lượng một giờ. Cần xác định bồn phải duy trì sản xuất trong bao lâu khi máy chiết dừng hoặc khi tốc độ cấp liệu thay đổi.

So sánh mức đầy tối đa và mức làm việc

Khoảng không và hệ số sử dụng bồn

Không nên thiết kế để bồn luôn vận hành ở 100% dung tích hình học. Khoảng không cần thiết phụ thuộc vào nguyên liệu và quy trình.

Khi cần khoảng không lớn hơn?

Cần xem xét khoảng không lớn hơn khi:

• nguyên liệu tạo bọt;

• có khuấy tốc độ cao;

• có gia nhiệt;

• chất lỏng giãn nở;

• nạp liệu nhanh;

• có phản ứng sinh khí;

• cần tránh bắn tóe;

• bồn được vận chuyển khi chứa nguyên liệu.

Khi có thể sử dụng dung tích cao hơn?

Một số bồn chứa nước tĩnh có thể sử dụng tỷ lệ thể tích cao hơn so với bồn khuấy hoặc bồn phản ứng. Tuy nhiên, tỷ lệ cụ thể cần do kỹ sư quy trình và nhà chế tạo xác định.

Không nên lấy một tỷ lệ cố định như 80%, 85% hoặc 90% áp dụng cho mọi loại bồn. Đối với bồn khuấy, bồn gia nhiệt, bồn lên men hoặc bồn chứa chất tạo bọt, giới hạn nạp có thể khác nhau. Bạn có thể tìm hiểu thêm Tiêu Chuẩn Cần Nêu Khi Đặt Gia Công Thiết Bị Inox Cho Dự Án Công Nghiệp

Ví dụ tính dung tích bồn chứa công nghiệp theo từng ứng dụng

Bồn chứa nước công nghiệp

Giả sử nhà máy cần lưu trữ 20 m³ nước và muốn duy trì một phần dự trữ cho thời gian cấp nước không ổn định. Cần xác định:

• nhu cầu trung bình mỗi ngày;

• thời gian cần dự trữ;

• lưu lượng bơm;

• vị trí lắp đặt;

• bồn đứng hay nằm;

• yêu cầu chống rêu, vệ sinh và xả cặn.

Nếu 20 m³ là dung tích làm việc, bồn hình học cần lớn hơn mức này theo thiết kế vận hành. Nếu 20 m³ chỉ là tổng nhu cầu theo ngày, dung tích bồn có thể được xác định khác tùy lịch bơm và thời gian bổ sung nước.

Bồn chứa hóa chất

Với hóa chất, ngoài dung tích cần tính:

• tỷ trọng;

• nồng độ;

• nhiệt độ;

• tính ăn mòn;

• nguy cơ bay hơi;

• yêu cầu kín;

• vật liệu inox hoặc vật liệu lót;

• van, phớt và gioăng tương thích.

Không nên chọn inox 304 hoặc 316L chỉ theo dung tích. Vật liệu cần được kiểm tra theo hóa chất cụ thể và điều kiện làm việc.

Bồn chứa thực phẩm

Với bồn chứa sữa, siro, dầu ăn hoặc nguyên liệu thực phẩm, cần xác định:

• dung tích mẻ;

• yêu cầu gia nhiệt hoặc làm lạnh;

• khả năng tạo bọt;

• thời gian lưu;

• yêu cầu vệ sinh;

• phương án xả hết;

• cửa thăm và hệ thống CIP nếu có.

Bồn chứa nước thải

Với nước thải, dung tích thường liên quan đến:

• lưu lượng trung bình;

• lưu lượng lớn nhất;

• thời gian lưu;

• chu kỳ bơm;

• khả năng điều hòa;

• thời gian lưu bùn;

• các bể phía sau.

Không nên lấy dung tích bồn chứa nước thải bằng đúng lưu lượng trung bình nếu hệ thống thường có dao động theo ca hoặc theo mùa. Cần phân biệt bồn điều hòa, bồn chứa tạm và bể xử lý sinh học.

Xem thêm Thông Tin Chi Tiết Đặt Gia Công Thiết Bị Xử Lý Nước

Các yếu tố làm thay đổi kích thước bồn

Hình dạng đáy

Đáy phẳng, đáy côn, đáy chỏm hoặc đáy nghiêng có thể cho cùng một dung tích danh nghĩa nhưng có khả năng xả và vệ sinh khác nhau.

• Đáy phẳng dễ chế tạo trong một số ứng dụng.

• Đáy nghiêng hỗ trợ thoát liệu.

• Đáy côn hỗ trợ gom cặn.

• Đáy chỏm phù hợp với một số yêu cầu cơ khí và áp lực.

Nắp bồn

Nắp hở, nắp kín, nắp chỏm hoặc nắp có cửa thăm sẽ ảnh hưởng đến kết cấu, vệ sinh, thao tác vận hành và khoảng không phía trên.

Cánh khuấy và phụ kiện

Nếu bồn có cánh khuấy, coil, ống nhúng, cảm biến hoặc bộ trao đổi nhiệt, phần thể tích chiếm chỗ cần được tính khi xác định dung tích hữu ích. Xem thêm cách chọn cánh khuấy hiệu quả

Gia nhiệt và làm mát

Bồn có áo gia nhiệt hoặc làm mát có thể cần thêm:

• khoảng cách giữa thân bồn và lớp áo;

• cách nhiệt;

• không gian cho đầu nối;

• cảm biến nhiệt;

• hệ thống xả môi chất.

Mặt bằng nhà xưởng

Bồn có dung tích lớn chưa chắc cần tăng đường kính. Có thể tăng chiều cao, dùng bồn nằm ngang hoặc chia thành nhiều module. Phương án phải xét:

• chiều cao nhà xưởng;

• cửa ra vào;

• tải trọng nền;

• đường vận chuyển;

• khoảng bảo trì;

• khoảng an toàn;

• vị trí cầu thang và sàn thao tác.

Chọn bồn đứng hay bồn nằm?

Không thể kết luận bồn đứng luôn tốt hơn bồn nằm. Lựa chọn phải dựa trên mặt bằng, dung tích, loại nguyên liệu, phương án xả và yêu cầu bảo trì.

Những sai lầm khi tính dung tích bồn chứa công nghiệp

Chỉ tính theo kích thước ngoài

Kích thước ngoài bao gồm độ dày vật liệu, lớp cách nhiệt, áo gia nhiệt hoặc lớp bọc. Tính dung tích phải dựa vào kích thước trong hoặc kích thước hữu ích.

Nhầm dung tích danh nghĩa với dung tích làm việc

Bồn “5.000 lít” có thể là dung tích hình học, không phải lượng nguyên liệu được phép nạp trong mọi điều kiện.

Bỏ qua thể tích phụ kiện

Cánh khuấy, coil, ống hút, ống nhúng và kết cấu bên trong có thể làm giảm thể tích hữu ích.

Không tính mực tối thiểu

Nếu cửa xả, đầu hút hoặc cánh khuấy yêu cầu mực chất lỏng tối thiểu, bồn không thể sử dụng toàn bộ thể tích từ đáy đến nắp.

Dùng một công thức cho mọi hình dạng

Bồn trụ đứng, trụ ngang, bồn chữ nhật và bồn có chỏm cần cách tính khác nhau. Bồn trụ ngang nạp một phần đặc biệt không nên tính như bồn trụ đứng.

Không tính lưu lượng cực đại

Chỉ dùng lưu lượng trung bình có thể khiến bồn thiếu dung tích trong giờ cao điểm. Cần xác định cả lưu lượng trung bình, lớn nhất và chu kỳ cấp liệu.

Thông tin cần gửi khi đặt gia công

Để Cơ Khí Toàn Á tư vấn dung tích và kết cấu bồn, doanh nghiệp nên chuẩn bị:

Mẫu yêu cầu ngắn

Cần bồn chứa inox 316L dạng đứng, dung tích làm việc 5 m³, chứa dung dịch có tỷ trọng 1,1 ở 40°C. Bồn đặt trong nhà xưởng cao 5 m, cần cửa thăm, van xả đáy, cảm biến mức và áo gia nhiệt. Vui lòng đề xuất dung tích toàn phần, kích thước, độ dày và phương án gia công.

Mẫu này tốt hơn yêu cầu ngắn như “báo giá bồn inox 5 khối”, vì đơn vị chế tạo có đủ dữ liệu để tư vấn.

Ảnh thực tế bồn inox tại xưởng cơ khí Toàn Á

Quy trình Cơ Khí Toàn Á tiếp nhận yêu cầu

Cơ Khí Toàn Á có thể tiếp nhận yêu cầu chế tạo bồn chứa công nghiệp theo dung tích, loại nguyên liệu, mặt bằng và công năng. Quy trình nên bắt đầu từ việc xác định dung tích làm việc, sau đó mới chốt dung tích hình học, kích thước, hình dạng, vật liệu và phụ kiện. Tìm hiểu thêm: Nhà Sản Xuất Bồn Inox Công Nghiệp 304/316L

Các bước chính gồm:

1. Tiếp nhận thông tin công nghệ.

2. Làm rõ dung tích làm việc và dung tích toàn phần.

3. Kiểm tra nguyên liệu, nhiệt độ và môi trường làm việc.

4. Đề xuất hình dạng và kích thước bồn.

5. Xác định vật liệu inox 304 hoặc 316L.

6. Thiết kế phụ kiện và kết nối.

7. Duyệt bản vẽ.

8. Gia công, hàn và hoàn thiện.

9. Kiểm tra theo phạm vi hợp đồng.

10. Giao hàng, lắp đặt hoặc bàn giao hồ sơ.

Các thông số như độ dày, áp suất, tiêu chuẩn, độ nhám, bảo hành và hồ sơ kiểm tra cần được chốt theo từng dự án. Không nên mặc định mọi bồn đều có cùng một cấu hình.

Infographic từ gửi thông số đến nghiệm thu: Quy trình đặt gia công bồn chứa công nghiệp

Câu hỏi thường gặp về cách tính dung tích bồn chứa công nghiệp

Bồn 1 m³ chứa được bao nhiêu lít?

Về quy đổi, 1 m³ tương đương 1.000 lít. Tuy nhiên, lượng nguyên liệu nạp thực tế có thể thấp hơn do cần khoảng không, giới hạn mực chất lỏng và phụ kiện bên trong.

Nên chọn bồn lớn hơn nhu cầu bao nhiêu?

Không có một tỷ lệ cố định cho mọi ứng dụng. Cần xem xét bọt, giãn nở, lưu lượng, chu kỳ sản xuất, nhiệt độ và yêu cầu an toàn.

Có thể tính dung tích bằng kích thước ngoài không?

Không nên. Cần dùng kích thước trong hoặc kích thước hữu ích, sau khi xem xét độ dày thành, lớp cách nhiệt, áo gia nhiệt và phụ kiện.

Bồn trụ đứng và trụ ngang có cùng công thức không?

Nếu nạp đầy, cả hai có thể dùng công thức thể tích hình trụ. Nhưng khi chỉ nạp một phần, bồn trụ ngang cần tính theo diện tích đoạn tròn và mực chất lỏng.

Dung tích bồn khuấy có tính giống bồn chứa không?

Có thể dùng công thức hình học cơ bản, nhưng giới hạn dung tích làm việc của bồn khuấy còn phụ thuộc vào cánh khuấy, bọt, tốc độ quay và mục tiêu trộn.

Bồn chứa hóa chất nên chọn dung tích theo gì?

Ngoài nhu cầu lưu trữ, cần xét tỷ trọng, nồng độ, tính ăn mòn, nhiệt độ, nguy cơ bay hơi, vật liệu và phương án an toàn.

Có thể chế tạo bồn theo kích thước mặt bằng có sẵn không?

Có thể thiết kế theo mặt bằng trong phạm vi phù hợp với dung tích, kết cấu, khả năng vận chuyển và yêu cầu vận hành. Doanh nghiệp nên gửi bản vẽ hoặc kích thước khu vực lắp đặt.

Có nên chia bồn lớn thành nhiều bồn nhỏ?

Việc chia bồn phụ thuộc vào quy trình, diện tích, mức độ dự phòng, khả năng vệ sinh, vốn đầu tư và yêu cầu vận hành. Nhiều bồn nhỏ có thể linh hoạt hơn nhưng làm tăng số lượng thiết bị và kết nối.

Kết luận về cách tính dung tích bồn chứa công nghiệp

Tính dung tích bồn chứa công nghiệp cần bắt đầu từ nhu cầu vận hành, không chỉ từ một con số dung tích danh nghĩa. Doanh nghiệp nên phân biệt dung tích hình học, dung tích toàn phần, dung tích làm việc và dung tích hữu ích trước khi yêu cầu báo giá hoặc duyệt bản vẽ.

Công thức hình trụ, hình trụ ngang và hình hộp chữ nhật giúp ước tính thể tích ban đầu. Tuy nhiên, phương án chế tạo cuối cùng còn phụ thuộc vào nguyên liệu, tỷ trọng, nhiệt độ, áp suất, khoảng không, phụ kiện, hình dạng đáy, phương án xả và mặt bằng nhà xưởng.

Cơ Khí Toàn Á có thể hỗ trợ tư vấn và chế tạo bồn chứa inox 304/316L theo dung tích, công năng và yêu cầu riêng của từng dự án. Khi liên hệ, doanh nghiệp nên gửi lưu lượng, số mẻ, thời gian lưu, loại nguyên liệu, nhiệt độ, kích thước mặt bằng và dung tích làm việc mong muốn để nhận được phương án sát thực tế hơn.

Gửi thông số bồn cần chế tạo để được tư vấn dung tích, kích thước, vật liệu, phụ kiện và phạm vi báo giá theo yêu cầu.

Tìm hiểu thêm về Chuyên Gia Cơ Khí Toàn Á

!!! Chú ý: Công ty nhà máy Cơ Khí Toàn Á đã triển khai toàn diện tới 34 tỉnh/thành dịch vụ gia công – chế tạo – sản xuất thiết bị inox công nghiệp. Bạn có thể click để xem chi tiết từng khu vực tại đây.

Phụ trách sản xuất nội dung bởi: Mr. Hùng MBA – Chuyên gia Marketing với gần 20 năm kinh nghiệm (Phòng Marketing/ R&D – Công ty CP Chế tạo Cơ khí Toàn Á & Tổng kho phụ kiện Inox Toàn Á)

Mọi ý kiến đóng góp và hợp tác vui lòng liên hệ:

• Hotline/ zalo: 08.654.66799
• Email: lienhe@cokhitoana.vn
• Số 115A – Đường Phan Trọng Tuệ, Xã Đại Thanh, Thành phố Hà Nội.