22 Вопрос

Все физико-химические процессы, осуществляемые в химических аппаратах, прежде всего требуют наличия емкости, ограниченной корпусом. Эти корпуса по условиям протекающих в них процессов должны быть достаточно прочными и в подавляющем большинстве случаев герметичными.

Главным составным элементом корпуса является обечайка. Обечайкой называется полая замкнутая оболочка заданной геометрической формы без днищ и крышек. Обечайка наиболее материалоемкий и ответственный узел (деталь) любого химического аппарата. Из одной или нескольких свальцованных обечаек собирают при помощи фланцевого соединения (такие обечайки называются царгами (рис. 4.4, а)) или сваривают корпуса большинства сосудов и аппаратов. Обечайки могут входить составной частью в различные внутренние и наружные устройства аппаратов (например, рубашки, внутренние стаканы, опоры, патрубки штуцеров больших диаметров и др.).

Форма корпуса, а следовательно, и обечайки определяется химико-технологическими требованиями, предъявляемыми к тому или иному сосуду или аппарату, а также конструктивными соображениями и может быть цилиндрическая, коробчатая, коническая, сферическая и т. Д

Обечайки аппаратов можно классифицировать:

1) по форме − на цилиндрические, сферические, конические и коробчатые;

2) по расположению в пространстве − на вертикальные, горизонтальные и наклонные;

3) по толщине стенки  на тонкостенные, толстостенные и двухслойные;

4) по температуре стенки − на необогреваемые, обогреваемые и охлаждаемые;

5) по конструктивному материалу − на стальные, чугунные, медные, алюминиевые и т. д.;

6) по способу изготовления  на вальцовано-сварные и штамповано-сварные из листового проката, литые и кованые из цельных или составных паковок, рулонированные (многослойные) или витые из листового проката (для АВД), из стальных труб;

7) по способу сборки − на разъемные (царги) или неразъемные;

8) по способу укрепления  на гладкие (не укрепленные) и подкрепленные внешними или внутренними кольцами жесткости (прямоугольного сечения или в форме фасонного профиля  уголка, швеллера, тавра и т.д.);

9) по схеме нагружения − на работающие под действием внутреннего или наружного давления, сосредоточенных поперечных или осевых усилий, изгибающего момента и комбинированные.

Исполнительная толщина стенки обечайки определяется по формуле (4.8). Расчетная толщина стенки обечайки вычисляется по формуле:

, (4.10)

где Р_R  расчетное избыточное давление внутри аппарата, МПа; D  внутренний диаметр цилиндрической обечайки, м; _св.шв.  коэффициент прочности сварных швов; []  допускаемое напряжение материала обечайки при расчетной температуре, МПа.

Допускаемое внутреннее избыточное давление определяется как:

. (4.11)

Проверка на прочность в этом случае выглядит как:

. (4.12)

Наружное избыточное давление может появиться в случае создания в корпусе сосуда или аппарата вакуума, а также когда сосуд или аппарат имеет рубашку для подачи в нее, например, обогревающего пара (рис. 4.6, б).

В первом случае расчетное наружное давление будет равно:

, (4.14)

где   атмосферное давление, МПа;   остаточное давление в аппарате. МПа.

Во втором случае внутренний корпус сосуда также будет работать под наружным давлением, равным:

1)   , (4.15) при   0,05 для аппарата с U-образной

рубашкой;

2)   , (4.16) при   0,05 и для аппарата с любым

типом рубашки, кроме U-образной;

3)   , (4.17) если внутри аппарата вакуум, а сам

аппарат имеет любой тип рубашки, кроме U-образной и   0,05

Длина l₀, разделяющая цилиндрические обечайки на длинные и короткие, определяется по формуле

. (4.20)

Если расчетная длина гладкой (неподкрепленной кольцами жесткости) цилиндрической обечайки   l₀, то обечайка является длинной, а при  ≤ l₀  короткой.

1. Приблизительно определяется расчетную толщину стенки цилиндра

, (4.25)

где коэффициент К₂ определяется по номограмме в ГОСТ 14249-89.

2. Полученная по уравнению (4.25) расчетная толщина стенки обязательно проверяется на допускаемое давление

, (4.26)