1.2 Характеристика реактора получения формальдегидных смол

Б – выход среды; Д – выход паров; E1…E3 – вход пара; Ж1…Ж3 – выход конденсата; П – вход карбамида; С – вход фенола; Ц – выход из теплообменника; Щ – вход конденсата; K1 – вход воды; К2 – выход воды; Л1 – вход пара; Л2 – выход конденсата.

Рисунок 1.3 - Схема объекта проектирования

Основные технологические решения:

- В производстве смол предусмотрен реактор с мешалкой, наружной рубашкой для нагрева и змеевиком для охлаждения.

- Дозирование сыпучих и жидких компонентов весовое, для чего реактор установлен на тензометрические весы.

- Более тонкое дозирование компонентов, идущих на варку в небольшом

количестве, ведется из мерников, оснащенных собственными тензовесами. При достижении заданного веса подача автоматически прекращается.

- Механизированная линия подачи меламина (карбамида) к реакторам

включает в себя систему бункеров и конвейеров. Объем загрузки регулируют тензодатчики реактора, подающие сигнал к шиберным заслонкам, установленным на конвейере.

- Все загрязненные газовые выбросы поглощаются в системе газовой очистки.

- Отсутствуют загрязненные технологические стоки, т.к. все они поступают обратно в технологический процесс.

- Для хранения смол предусмотрены стальные емкости с покрытием

внутренней поверхности эпоксидным составом, для формалина -нержавеющие. Ёмкости хранения готовой продукции (смол и формалина) оснащены мешалками для гомогенизации партий продукта.

- На складе меламина и карбамида предусмотрена полная механизация

подачи к реакторам меламина и карбамида скребковым и винтовым конвейерами. Предусмотрено весовое дозирование.

- Управление синтезом смол и производством формалина осуществляется с оснащенного микропроцессорной техникой автоматизированного рабочего места, которое находится в операторской.

- Автоматизированная система управления предназначена для решения

задач контроля и управления технологическим процессом с целью реализации безопасной, надежной и эффективной работы производства, а также обеспечения выпуска продукции с требуемыми показателями качества.

1.3 Ручное проектирование

Традиционно проектирование промышленных объектов производится вручную. Но в последние десятилетия, в связи с быстрым развитием средств вычислительной техники, большое значение приобретают САПР, использование которых позволяет резко сократить сроки проектирования промышленных объектов.

Рассмотрим процесс проектирования вручную реактора для получения формальдегидных смол. Проектирование реактора для получения формальдегидных смол содержит огромное количество расчетов.

Произведем следующие расчеты на прочность:

Расчетные параметры показаны в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Расчетные параметры

		Корпус	Рубашка
Расчетная температура	°С	143
Расчетное давление	МПа	-0.1	0.3
Прибавка на коррозию	мм	1
Пробное давление	МПа	0.135	0.41
Количество циклов нагружения за весь срок службы, не более	1000

1) Определение допускаемых напряжений конструкционного материала производится по формуле:

где - минимальное значение предела текучести при расчетной температуре, МПа;

- поправочный коэффициент;

– минимальное значение временного сопротивления (предел прочности) при расчетной температуре, МПа;

- коэффициент запаса прочности по условному пределу текучести

для рабочих условий;

- коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению для

рабочих условий.

2) Расчет аппарата в рабочих условиях

2.1) Расчет верхнего днища и нижнего днища

Допускаемое наружное давление:

где [p]_E – допускаемое наружное давление из условий устойчивости в преде-

лах упругости:

где E – модуль продольной упругости;

s₁ – исполнительная толщина стенки днища;

с – сумма прибавок к расчетной толщине стенки;

- допускаемое наружное давление из условий прочности:

2.2) Расчет укрепления отверстий

2.2.1) Расчет диаметра отверстия, не требующего укрепления

Расчетный внутренний диаметр эллиптического днища:

где D – внутренний диаметр обечайки, днища или конического перехода, в

месте расположения отверстия;

H – внутренняя высота эллиптической части днища;

x – расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптичес-

кого днища.

Расчетная толщина стенки корпуса:

где p – расчетное давление;

– коэффициент прочности сварных соединений обечаек и днищ;

Расчетный диаметр отверстия:

где d – внутренний диаметр штуцера;

– сумма прибавок к расчетной толщине стенки.

Наибольший диаметр отверстия, не требующего дополнительного

укрепления:

где s – исполнительная толщина стенки обечайки, конического перехода

или днища.

2.3) Расчет рубашки

Эффективная длина стенки обечайки:

Расчетная длина цилиндрической обечайки с кольцами жесткости:

Наибольший свободный интервал между двумя жесткими элементами

для цилиндрической обечайки с кольцами жесткости:

Расстояние от центра тяжести поперечного сечения канала до середины

стенки сосуда:

Эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения кольца

жесткости:

Площадь поперечного сечения кольца жесткости:

Расчет каналов

Расчетный диаметр укрепляемого элемента – цилиндрической обечайки:

Расчетный диаметр отверстия в обечайки:

Расчетная толщина стенки штуцера, нагруженного внутренним давлением:

Коэффициент для внешней и внутренней частей штуцера:

Расчетная длина внешней и внутренней частей круглого штуцера, участвующие в укреплении отверстия:

Ширина зоны укрепления в обечайке:

Расчетный диаметр:

Коэффициент понижение прочности в зоне сопряжения штуцера с каналом:

Толщина стенки канала:

Допускаемое избыточное давление в канале:

где p₁ – расчетное давление в сосуде;

p₂ - расчетное давление в рубашке;

t – расчетная температура;

₁ – допускаемое напряжение материала корпуса;

₂ - допускаемое напряжение материала рубашки;

_д1 - допускаемое напряжение материала штуцера;

t_s – шаг змеевикового канала;

l₂ – расчетная длина до места начала змеевикового канала;

D₁ – внутренний диаметр аппарата;

s₁ – толщина стенки аппарата;

s₂ – толщина стенки рубашки (змеевика);

c₁ – суммарная прибавка к толщине стенки аппарата;

c₂ – суммарная прибавка к толщине стенки рубашки;

c_s – суммарная прибавка к толщине стенки штуцера рубашки;

b₂ – ширина змеевикового канала;

n₂ – число витков змеевикового канала;

n₃ – число замыканий змеевикового канала;

L – приведенная длина аппарата;

γ – половина центрального угла канала;

r₂ – наружный радиус канала;

r₃ – средний радиус канала;

h₂ – высота канала;

l₁ – длина наружной части штуцера;

ф₁ – коэффициент прочности сварного соединения штуцера;

ф_р – коэффициент прочности сварного соединения рубашки;

D – внутренний диаметр цилиндрической обечайки рубашки;

d – внутренний диаметр штуцера в рубашке;

s – исполнительная толщина стенки штуцера.