1. Выбор материала

Выбор материалов для изготовления элементов аппарата и определение его основных характеристик – предела прочности (σ_в) и предела текучести (σ_т), согласно общим принципам выбора материалов с учетом максимальных температур и давлений, а также с учетом свойств сред (агрессивность, коррозионность). В данном случае согласно таблице III.7[3, c.186] допускается использовать сталь марки ВСт.3. По табл. III.5[3, с.185] определяем основные характеристики этой стали - предел прочности σ_в = 380 МПа и предел текучести σ_т = 250 МПа (при толщине проката до 20 мм).

Исходя из того, что в теплообменнике происходит теплообмен между насыщенным водяным паром и органической жидкостью (уксусная кислота), материал следует выбирать так, чтобы он был устойчив к данной среде. Из источника [гост] выбираем сталь 12Х18Н10Т. Из этой стали будут изготовлены корпус аппарата и его трубные решетки.

Характеристика стали 12Х18Н10Т:

[σ]¹¹⁵ = 140 Мпа – допускаемое напряжение при рабочей температуре

ρ = 7800 кг/м³ – плотность

α = 16,8 · 10^-6 – коэффициент линейного расширения

λ = 16,4 Вт / (м · К) – коэффициент теплопроводности

Е = 2 · 10⁵ Мпа – модуль продольной упругости

2. Расчет обечайки корпуса аппарата

Обечайка – это цилиндрическая часть корпус аппарата, который работает под избыточным внутренним или внешним давлением. Представляет собой тонкостенный цилиндр, исполнительную толщину стенки которого определяют по формуле:

где S_р, S – расчетная и исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки, м;

Р_р – расчетное избыточное давление, Па;

D_в – внутренний диаметр обечайки аппарата, м (принят по результатам теплового расчета); D_в = 0,6 м

[σ] - допускаемое напряжение на растяжение для материала аппарата, Па;

φ - коэффициент прочности продольного сварного шва (см. табл. III.8 в приложении [3, c.187]).

При стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой φ = 1.

С – величина суммарной прибавки (которую составляют: прибавка на коррозию, эрозию, механические воздействия, технологическая и монтажная прибавки, прибавка на округление размера).

Расчетное избыточное давление принимают на 10 % (но не менее, чем на 0,2 МПа) больше технологического Р = 0,55 МПа, используя расчетное избыточное давление [3, c.58]:

В качестве расчетного давления используют большее из значений, полученных при расчете по формулам:

Допускаемое напряжение для данного типа стали определяется по формуле:

где η – коэффициент, равный 0,9 для взрыво- и пожароопасных сред.

[σ∙] – нормативное допускаемое напряжение для материала корпуса при расчетной температуре, (МПа).

За нормативное допускаемое напряжение для материала корпуса принимаем меньшее из значений, полученных по формулам:

МПа

Толщина стенки обечайки из формулы (3.1):

С учётом прибавки принимаем предварительную толщину стенки обечайки S = 1 + 1 +2,8 = 4,8 ≈ 6 мм.

Проверяем условие применимости толщины для труб и обечаек по формуле [гост обечаек, c.44]:

Окончательно принимаем исполнительную толщину стенки обечайки S = 6 мм.