3. Расчет толщины днища и крышки теплообменника

Одной из форм днища и крышки в цилиндрических аппаратах, диаметр которых меньше 4 м, является эллиптическая [4, c.44].

Толщину стенки эллиптического днища определяют в его вершине, где поверхность имеет небольшой радиус кривизны по формуле [3, с.61]:

где P_P – расчетное давление, Па;

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

φ – коэффициент прочности продольного сварного шва (φ = 1);

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

Для стандартных днищ (ГОСТ 6533): R = D_в; h_в = 0,25D_в, где D_в = 0.6 м – внутренний диаметр аппарата; толщина стенки стандартных днищ близка к толщине стенки цилиндрической обечайки, тогда:

С учетом прибавки: S = 0,9 + 1 + 2,05 = 3.95 ≈ 6 мм.

Принимаем толщину стенки крышки и днища равную толщине обечайки S = 6 мм.

По ГОСТу 6533-78 выбираем эллиптические отбортованные днище и крышку 600-4-150 ГОСТ 6533-78, выполненные из стали марки ВСт.3. На рисунке 3 условно изображено соотношение параметров такой конструкции.

Рисунок 1

Характеристики данной конструкции приведены в таблице 2.

Таблица 2 – основные конструктивные характеристики эллиптической отбортованной стальной с внутренними базовыми диаметрами

Характеристики	Значения
1. Диаметр кожуха аппарата DB, мм	1400
2. Толщина днища s, мм	6
3. Высота закругленном поверхности hB, мм	350
4. Высота плоской поверхности днища h1, мм	25
5. Емкость днища V · 103, м3	396,0
6. Внутренняя поверхность днища и крышки FB, м2	2,23
7. Масса крышки и днища, кг	196,4

При проверочных расчетах допускаемое избыточное давление в эллиптических днищах при соблюдении условия [4, с.48]:

Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитывается по формуле:

Где – внутренний радиус кривизны в вершине днища.

4. Расчет штуцеров

Присоединение труб к химическим аппаратам бывает разъемное и неразъемное. Первое осуществляется в основном с помощью фланцев или на резьбе, второе — на сварке или пайке. В большинстве случаев трубы и особенно арматура и измерительные приборы имеют разъемное присоединение к аппаратам, что обусловливается главным образом удобством (при необходимости) их осмотра, ремонта и замены. Для разъемного присоединения труб, арматуры и измерительных приборов на аппарате обычно предусматриваются штуцера (патрубки) фланцевые или резьбовые [4, с. 33].

Диаметр условного прохода – внутренний диаметр штуцера рассчитывается по формуле [4, с. 34]:

где G – расход перекачиваемой среды, кг/с;

ρ – плотность перекачиваемой среды, кг/м3 (см.п.1.2)

𝜔_шт – скорость течения теплоносителя в штуцере, для жидкостей ≈ 1,5 м/с, для насыщенного пара при давлении 0,2 – 0,5 МПа ≈ 50 м/с [4, с.35]

Тогда внутренний диаметр штуцера (диаметр условного прохода) для подвода и отвода холодного теплоносителя, т.е. органической жидкости (уксусной кислоты):

При скорости течения жидкости 1,5 м/с для входа и выхода органической жидкости принимаем диаметр штуцера 𝑑_{внутр.шт} = 0,05 м = 50 мм.

Диаметр условного прохода больше 10 мм, следовательно, выбираем штуцер с фланцевым соединением по ГОСТ 12820-80 [9] при диаметре условного прохода D_у = 50 мм, с условным давлением Р_у до 1,6 МПа, типа 1, исполнения 1, фланец из стали ВСт.3, патрубок из стали ВСт.3. Характеристики данной конструкции представлены в таблице 2

Таблица 2 – Основные конструктивные характеристики штуцера с фланцами стальными плоскими приварными для входа и выхода органической смеси.

Dy	dB	D	D1	D2	b	dн	h	d	n	k	H	Масса
мм												кг
50	59	140	110	90	13	57	3	14	4	4	155	2,1

На рисунке 2 изображён условно штуцер Типа 1, Исполнения 1

Рисунок 2

Внутренний диаметр штуцера для подвода и отвода горячего теплоносителя, т.е. водяного пара:

При скорости пара 50 м/с для входа и выхода принимаем диаметр штуцера 𝑑_{внутр.шт} = 0,3 м = 300 мм.

По ГОСТ 12820-80 при диаметре условного прохода D_у = 500 мм, с условным давлением Р_у до 0,6 МПа, типа 1, исполнения 1, фланец из стали ВСт.3, патрубок из стали ВСт.3. Характеристики данной конструкции представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Основные конструктивные характеристики штуцера с фланцами стальными плоскими приварными для входа и выхода пара

Dy	dв	D	D1	D2	b	dн	h	d	n	k	H		Масса
мм												кг
300	325	435	395	365	20	325	4	23	12	9	155		30,8