3.6.Тепловий розрахунок апарату

Метою теплового розрахунку є перевірка поверхні теплообміну вибраного апарату для забезпечення передачі тепла з необхідною швидкістю. Тепловий розрахунок виконується по відомому рівнянню теплопередачі

,

(12)

де: К - коефіцієнт теплопередачі, К;

F - поверхня теплообміну, м²;

Δt_ср середня різниця температур середовища і гріючого (охолоджуючого) агенту, град.;

Q - кількість тепла, що відводиться або підводиться, Вт.

Кількість необхідного тепла знаходять по рівнянню теплового балансу. Принципово тепловий розрахунок апаратів з мішалкою не відрізняється від розрахунків теплообмінників. Виконується він по тих же критеріальних рівняннях.

Для розрахунку поверхні теплообміну знаходять коефіцієнт теплопередачі:

(13)

де: α₁ - коефіцієнт тепловіддачі від середовища до стінки апарату, Вт/м²·град;

α₂ - коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарату до теплоносія, Вт/м²·град;

δ_ст - товщина стінки апарату, м;

λ_ст - теплопровідність стінки апарату, Вт/м²·град

За знайденими значеннями Q, K і Δt_ср визначають поверхню теплообміну сорочки апарату

(14)

На підставі набутого значення F знаходять висоту зони нагріву або охолоджування

(15)

де: D - внутрішній діаметр апарату, м.

3.7.Розрахунок на механічну міцність апарату

Корпус вертикальних циліндрових апаратів з механічним перемішуючим пристроєм складається з циліндрової обичайки, днища і кришки.

Основною задачею розрахунку на механічну міцність є визначення товщини стінок циліндричної обичайки, днища та кришки апарату, а також обичайки та днища сорочки.

3.7.1.Розрахунок товщини стінки циліндричної обичайки

На циліндричну обичайку корпусу апарату при роботі можуть впливати внутрішній і зовнішній тиск, вітрове навантаження і інші сили. Розрахунки циліндричної обичайки на місцеву стійкість від вітрового навантаження необхідно робити для апаратів з відношенням Н/D>5. Розрахункова товщина циліндричної стінки S, що знаходиться під дією робочого тиску в апараті Р, визначається по формулі

(16)

де: D - внутрішній діаметр апарату, м;;

σ -напруга, що допускається, МПа;;

φ -коефіцієнт міцності зварного шва;

С - величина надбавки до розрахункової товщини, м

Величину надбавки С знаходять по формулі:

(17)

де: С₁ - надбавка на корозію, м ( С₁ = 0,5·10^-3 м);

С₂ - надбавка на ерозію, м (для апаратів, в яких відсутні абразивні тверді частинки, С₂ = 0);

С₃ - надбавка на мінусовий допуск товщини листу, з котрого виготовлена обичайка, м (С₃ = 0,8·10^-3 м)

Р - внутрішній тиск в апараті, МПа

,

(18)

де: Р_р - робочий тиск в апараті, МПа;

Р_ж - гідростатичний тиск стовпа рідини, МПа.

(19)

де: Н_ж - висота стовпа рідини, м.

ρ_ж - густина рідини, кг/м³;

g - прискорення сили тяжіння (g = 9,81м/с²)

Напругу, що допускається, для сталі Ст.3 розраховують за допомогою виразу

(20)

де: n - запас міцності,

η - поправочний коефіцієнт,

– межа міцності при розтяганні, МПа,

Механічні властивості стали Ст.3:

Межа міцності σп = 360 МПа

Межа текучості σт = 240 МПа

Розрахунок ведуть по межі міцності і межі текучості. Напруга, що допускається по межі міцності:

(21)

де: n_п - запас міцності, який дорівнює 2,4

η =1

Напруга, що допускається по межі текучості (n_т = 1,5):

(22)

По набутих значеннях у розраховують товщину стінки S_ц..

Додатково перевіряють напругу на стінці обичайки при гідравлічному випробуванні апарату водою, коли:

(23)

де: Р_п - пробний тиск при гідравлічному випробуванні, рівне 0,9 МПа

Напруга на стінці обичайки при гідравлічному випробуванні:

(24)

де: φ - коефіцієнт міцності подовжнього зварного шва, рівний 1,0.

Якщо розрахунок підтверджує, що товщина стінки обичайки S_ц, менше, ніж товщина стінки вибраного апарату S, то забезпечується її міцність.