Вопросы для самопроверки:

1. Дайте характеристику реакторам для проведения реакций в жидкой фазе и в эмульсиях.

2. Какова зависимость температуры реагентов от конверсии?

Практическое занятие № 9. Трубчатые печи. Змеевики, подвески, печные двойники и другие детали печей. Расчет двойников.

Цель – ознакомить с основами расчета деталей трубчатых печей.

Трубчатые печи различают по ряду технологических и конструктивных признаков. Печи могут быть спроектированы для работы либо только на газовом топливе, либо на комбинированном-жидком и газовом. По способу сжигании топлива, особенностям передачи тепла в камере радиации и форме пять факела различают печи: со свободным факелом; беспламенного горения с резервным жидким топливом; с настильным и объемно-настильным факелом; с настильным факелом и дифференциальным подводом воздуха.

В настоящее время применяют большое число различных конструкций и типоразмеров трубчатых печей. Основными конструктивными признаками трубчатых печей служат: форма каркаса-печи коробчатые и цилиндрические; число топочных камер -однокамерные и многокамерные печи; расположение труб в камере радиации -вертикальное и горизонтальное; число потоков в змеевике; способ соединения труб - на приварных гнутых двойниках и на ретурбендах; размещение дымовой трубы - дымовая труба на каркасе печи и на отдельном фундаменте; конструкция стен печи - из кирпичей и легковесных панелей и др.

Расчет нажимного болта. Нажимной болт работает на сжатие и кручение. Расчёт болта ведут на усилие, возникающее при затяжке, или на усилие от внутреннего давления.

Осевое усилие, возникающее в болте при затяжке, определяют по моменту, создаваемому рабочим. Если пренебречь трением на торце нажимного болта, то можно записать выражение для крутящего момента

, (9.1)

откуда

, (9.2)

где Р – осевое усилие, сжимающее болт;

Q – усилие на ключе, создаваемое рабочим при затяжке (300 Н);

L – длина ключа (1,2 м);

r – средний радиус резьбы болта;

α – угол подъёма нарезки болта;

ρ – угол трения.

По опытным данным tg (α+ρ)=0,30-0,40. Обычно крутящий момент в зависимости от диаметра и ступени двойника составляет 400-800 Н*м.

Осевое усилие, возникающее в болте от внутреннего давления на пробку,

; (9.3)

здесь k – коэффициент уплотнения;

p – внутреннее давление;

- средний диаметр пробки (где D₁ и D₂ – соответственно наибольший и наименьший диаметр конической пробки);

(9.4)

где ρ_пр – пробное давление при опрессовке змеевика печи при температуре 20⁰С (p_пр=1,7p).

На заводе-изготовителе двойники подвергают гидравлическому испытанию на давление 3p, которое выдерживают в течение 5 мин, а затем снижают до 2p.

Сжимающие напряжения в болте рассчитывают по большему из усилий (Р или Р`), например

, (9.5)

где d₀ – внутренний диаметр резьбы болта.

Напряжение кручения

(9.6)

Приведенное напряжение определяют по формуле

(9.7)

где [σ] – допускаемое напряжение, которое зависит от материала болта и температуры.

Расчёт корпуса двойника.

Корпус двойника работает на разрыв по сечению А-А от действия распорных усилий пробок и внутреннего давления. При этом наиболее нагруженной считают часть корпуса, где расположены конические пробки.

Распорное усилие пробки является следствием действия на пробку усилий от нажимного болта и внутреннего давления, которое отжимает пробку и уменьшает распорное усилие. Усилие, приходящееся на единицу длины окружности по среднему диаметру, от сил, действующих на пробку,

(9.8)

Удельное распорное усилие

(9.9)

где β – угол конусности пробки.

Распорная сила

(9.10)

Подставляя сюда значение q из формулы 9.8 получим

(9.11)

Напряжение, возникающее от распорного усилия Т, рассчитывают с учётом площади сечения только верхней доски корпуса:

, (9.12)

где .

Напряжение от внутреннего давления определяют с учётом площади сечения верхней половины корпуса:

, (9.13)

где .

Суммарное напряжение . Коэффициент 0,8 учитывает снижение допускаемого напряжения для литья.

Расчёт ушка двойника. Ушко двойника проверяют как полукольцо на растяжение изгиба от действия сосредоточенной нагрузки, равной Р/2 (см.рис.220). Изгибающий момент

, (9.14)

где . (9.15)

Момент сопротивления опасного сечения ушка изгиба . Напряжения изгиба

. (9.16)

Расчёт траверсы. Траверсу двойника рассчитывают на изгиб как балку на двух опорах по опасному сечению х-х:

, (9.17)

где размеры .

Для изготовления цельносварных змеевиков печей в качестве двойников применяют крутоизогнутые фитинги.

Кольцевое напряжение от внутреннего давления р на изогнутом участке трубы изменяется по окружности в зависимости от угла α:

(9.18)

где -внутренний радиус трубы; -расчётная толщина стенки; -радиус изгиба двойника; -центральный угол, определяющий положение точки, для которой рассчитывают кольцевое напряжение.

Толщина стенки двойника с учетом прибавки на коррозию и эрозию равна: