Толщина теплоизоляции аппарата

В качестве изоляционного материала используется совелит. Температура наружной поверхности изоляции не должна превышать 40⁰С.

Определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией по уравнению:

q = K*(t_вн – t₀) ≈ λ/δ*(t_вн – t₀) ,

Откуда толщина слоя изоляции:

δ = λ/q*(t_вн – t₀) = 0,098/222*(130 - 20) = 0,049 м ,

где λ = 0,098 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности совелита.

Пример механического расчета алкилатора

В качестве основного аппарата – алкилатора принят вертикальный цилиндрический полый аппарат со сферическими днищами, выполненный из материала – сталь 3.

1 – корпус; 2 –рубашка

Рис. 2. Алкилатор

Внутренняя поверхность аппарата футерована графитовой плиткой. Сферические днища крепятся к обечайке при помощи приварных фланцев с уплотнительной поверхностью типа «шип-паз». Процесс протекает при температуре до 130^оС и давлении до 0,4 МПа. Реактор заполнен смесью бензола с продуктами реакции и жидким алюминиевым комплексом (ЖАК). Исходное сырье (свежий и возвратный бензол, пропан-пропиленовая фракция, возвратный диизопропилбензол и ЖАК) подают в нижнюю часть алкилатора через распределительный коллектор. Жидкие продукты (алкилат) отводят через один из боковых штуцеров. Парогазовая смесь выводится через штуцер в верхнем днище аппарата.

1. Расчет толщины обечайки

Расчетное давление в нижней части обечайки с учетом гидростатического давления столба жидкости

Мн/м²

_где

ρ_с - рабочее избыточное давление среды в Мн/м²;

g – ускорение силы тяжести м/с²;

ρ_ж – плотность жидкости в кг/см³;

Н_ж – высота столба жидкости в м.

Номинальное допускаемое напряжение для Ст.3 Мн/м²

Допускаемое напряжение

Мн/м²

где - величина нормального допускаемого напряжения в Мн/м²;

η – поправочный коэффициент, учитывающий условия работы аппарата.

Определение отношение определяющих параметров и с учетом коэффициента

где φ_ш – коэффициент прочности сварных и паяных и паяных соединений;

ρ - давление в нижней части обечайки, Мн/м².

Номинальная расчетная толщина стенки обечайки для данного отношения определяется

мм

_{где Dв – внутренний диаметр обечайки, мм.}

Выбираем прибавку на округление толщины стенки (до ближайшего большего размера по сортаменту), мм

Суммарная прибавка к номинальной расчетной толщине стенки мм определяем

мм

где С_к – прибавка на коррозию или другой вид химического воздействия рабочей среды на материал в мм;

С_э – прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия рабочей среды на материал в мм;

С_д – дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям в мм;

С_о – прибавка на округление размера в мм.

Толщину стенки обечайки с учетом прибавок определяем

мм

Проверяем условие

Допускаемое давление в обечайке определяется:

Мн/м²

2. Расчет эллиптического днища (крышки):

Определение отношение определяющих параметров и с учетом коэффициента :

Номинальную расчетную толщину эллиптического днища для данного отношения определяется:

мм

Выбираем прибавку на округление толщины днища (до ближайшего большего размера по сортаменту), мм

Суммарная прибавка к номинальной расчетной толщине днища определяем:

мм

Толщину эллиптического днища с учетом прибавок определяем:

мм

Проверяем условие:

Допускаемое давление в днище определяется:

Мн/м²

3. Укрепление отверстий

Наиболее допустимый диаметр отверстия в обечайке, не требующего укрепления:

(3.88)

м

Поскольку внутренний диаметры лаза З (d₁=500 мм) больше , отверстие на обечайке должно быть укреплено.

Номинальная расчетная толщина стенки штуцера, считая коэффициент прочности продольного сварного шва в нем :

Длину части штуцера, участвующей в укреплении отверстия определяется:

(3.90)

Проверка, достаточна ли укрепление отверстия в обечайке штуцером определяем:

Левая часть условия:

Правая часть условия:

_{0,000388 ≤ 0,000956}

Поскольку условие соблюдается, укрепление отверстия штуцером обеспечено.

4. Определение ветрового изгибающего момента.

Материал аппарата ст.3 (Е = 2·10⁵Мн/м², σ_ид=160 Мн/м²)

Сила тяжести аппарата G = 0,0844Мн

Внутренний диаметр аппарата: D_в = 1,6 м

Толщина стенок корпуса аппарата: s = 10 мм

Внутренний диаметр цилиндрической опоры D = 1,6 м. В опоре имеется лаз d=0,4 м

Материал фундаментных болтов – сталь с σ_д=230Мн/м²

Отношение высоты аппарата к диаметру

и поэтому схема аппарата выбирается в виде упруго защемленного стержня.

Определим период собственных колебаний аппарата.

Средний диаметр корпуса аппарата:

Моменты инерций поперечных сечений в корпусе:

Период собственных колебаний определяется:

_{где E}ⁱ _{– модуль упругости материала обечайки при расчетной температуре ее в Мн/м}²_;

_{J -} моменты инерций поперечных сечений в корпусе, м⁴;

φ_o - коэффициент прочности сварного шва;

g – 9,81 см/сек ускорение силы тяжести;

G – общий вес аппарата.

Нормативный скоростной напор равен q = 0,035·10^-2Мн/м² (0,035тс/м²)

Поправочный коэффициент к нормативному скоростному напору для участков аппарата высотой Н>10 м θ = 1,1.

Расчетный скоростной напор по участкам:

Коэффициент динамичности для Т = 4,05 сек – ε = 3

Коэффициент пульсации скоростного напора:

для участка 1-2

m₁ = m₂ = 0,35

Коэффициент увеличения скоростного напора:

Сила ветровой нагрузки, действующая на каждый участок аппарата:

Изгибающий момент от ветровой нагрузки на аппарат относительно его основания определяется:

(3.101)

5. Расчет опор аппарата

Принимаем толщину цилиндрической стенки опоры s = 16 мм. Напряжение сжатия в этой стенке с учетом наличия в ней отверстия для лаза d = 0,4 м при максимальной нагрузке от силы тяжести аппарата определяется:

Напряжение на изгиб в той же стенке и при тех же условиях определяется:

Отношение

Для данного соотношения коэффициенты k_c = 0,052 и k_u = 0,054

Допускаемое напряжение на сжатие в обечайке опоры определяется:

Допускаемое напряжение на изгиб в обечайке опоры определяется:

Условие устойчивости цилиндрической опоры (при р_н=0) проверяется:

то есть устойчивость обеспечена.

Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата, при коэффициенте сварочного шва φ_ш = 0,7 определяется:

_{14,522< 160}

Внутренний диаметр опорного кольца определяется:

Наружний диаметр опорного кольца определяется:

Опорную площадь кольца определяется:

Момент сопротивления опорной площади кольца определяется:

Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца определяется:

Номинальная расчетная толщина опорного кольца при l=0,1м определяется:

с учетом прибавок на коррозию принимаем s_к=16мм

Напряжение на опорной поверхности кольца определяется:

_{Т.к. σ≥0, определим коэффициент устойчивости аппарата:}

_{Ку=0,42*(G*D1)/Mв.о.=0,42*0,43*1,832/0,07076=5,948}

_{Т.к. Ку > 1,5 , аппарат устойчив, фундаментные болты ставить не обязательно. На опоре для правильной установки аппарата рекомендуется предусмотреть 4 болта М24.}

Диаметр болтовой окружности:

Принимаем D_б = 1,75м = 1750мм

6. Расчет материальных штуцеров

Д иаметр штуцера ввода и вывода реагентов определяется по формуле:

d=1,13*√V_τ/ω ,

где V_τ - объемный расход реагентов;

ω – линейная скорость потока в аппарате.

Диаметр штуцера ввода ППФ:

d ₁= 1,13*√6188/(1,925кг/м³*3600с*25м/с) = 0,2 м

Диаметр штуцера ввода жидкого бензола:

d ₂= 1,13*√38027/(860кг/м³*3600с*1м/с) = 0,125 м

Диаметр штуцера вывода алкилата:

d ₃= 1,13*√39923/(760кг/м³*3600с*0,3м/с) = 0,249 м~0,3 м

Исходя из выполненного расчета, выбираем стандартный аппарат.

Техническая характеристика алкилатора:

Диаметр стальной обечайки внутренний, мм 1600

Толщина футеровки, мм 20

Толщина стенки обечайки, мм 10

Высота цилиндрической части, мм 10305

Высота общая, мм 12200

Расчетное давление, кгс/см² 4