Задачи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего образования

‹‹УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ››

ИХТИ ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Стерлитамак

Кафедра ОХТ

Журнал практических работ

по дисциплине: «Современные проблемы развития науки, техники и технологии в области химической технологии»

Выполнил: ст. гр. МТС01-25-31	Лебедь Д.М.
Проверил:	Касьянова Л.З.

Практическое занятие №1. «Методы и последовательность расчета оборудования»

Цель: Ознакомлениесо сравнительными характеристиками механического и технологического расчетов.

Задача 1.2

Определить основные размеры вертикального цилиндрического аппарата, если известно, что поперечное сечение аппарата 8 м. Суточная производительность периодически действующего аппарата равна 100 м³/сут. Время технологического цикла 20 часов. Коэффициент запаса производительности 1,13; коэффициент заполнения аппарата 0,7;

Дано S = 8 м П = 100 м3/сут t = 20 ч k = 1,13 φ = 0,7

Решение

Вопросы для самопроверки:

Какие основные параметры определяют для нефтехимического оборудования при технологическом расчете?

Производительность: производительность по сырью, конечному продукту или промежуточным веществам.

Режим работы: продолжительность непрерывной работы или длительность отдельных циклов и операций.

Движущая сила процесса: разница между рабочими и равновесными условиями

Скорость процесса: интенсивность передачи вещества или энергии.

Размеры аппарата: рабочая поверхность, объём, диаметр и длина аппарата.

Тепловой режим: температуры нагрева или охлаждения, расход теплоносителя.

Потери напора, мощность привода, необходимое количество энергии.

Какие основные параметры определяют для нефтехимического оборудования при механическом расчете?

Прочность материала: механические характеристики используемых материалов, устойчивость к коррозии и химическим воздействиям.

Толщина стенок: необходимая толщина корпуса и элементов конструкции для обеспечения прочности и герметичности.

Нагрузки: статические и динамические нагрузки, действующие на конструкцию.

Устойчивость к вибрациям: обеспечение стабильности при работе под вибрациями и колебаниями.

Температурные напряжения: оценка влияния изменений температуры на целостность конструкции.

Условия эксплуатации: учет агрессивности среды, давления, высоких температур и нагрузок.

Срок службы: прогнозируемое время безопасной эксплуатации устройства.

Ремонтопригодность: удобство разборки, замены деталей и ухода за оборудованием.

Практическое занятие № 2. Исходные данные для расчетов

Цель: Определение расчетного давления, температуры и напряжения

Задача 2.2.г

Определите значения допускаемых напряжений, если известны следующие данные:

сталь марки Ст10, расчетная температура стенки аппарата 200°С, =1;

σ_доп = 1×118 = 118 МПа

Вопросы для самопроверки:

По каким формулам определяют расчетное и пробное давления?

где [ ]₂₀ - допустимое напряжение материала корпуса при 20 ˚C, МПа.

[ ]_t - при температуре стенки, МПа.

По какой формуле определяют допускаемое напряжение?

где η - поправочный коэффициент.

Для идеальной среды = 0, если взрывоопасная, ядовитая среда = 0,8- 0,95.

- нормативное допускаемое напряжение, его определяют по справочным данным ( МПа).

Почему важно знать допускаемое напряжение?

Определение допускаемого напряжения критично потому, что именно этот показатель гарантирует безопасную эксплуатацию оборудования, предотвращая риск повреждения конструкций и возникновения аварийных ситуаций. Значение допускаемого напряжения используется при механических расчетах, позволяя подобрать толщину стенки сосудов, трубопроводов и других компонентов таким образом, чтобы выдержать рабочие нагрузки и учесть возможные перегрузки.

От чего зависит поправочный коэффициент η?

Поправочный коэффициент на среду (коэффициент коррозии, обозначаемый ηη), отражает ухудшение характеристик материала под воздействием окружающей среды (коррозия, химические реакции, износ)

Практическое занятие № 3. Расчет тонкостенных цилиндрических корпусов,

работающих под внутренним давлением.

Цель: Ознакомление с методикой расчета толщины стенки тонкостенных цилиндрических корпусов, работающих под внутренним давлением.

Задача 3.2. Определите толщину стенки сварной цилиндрической обечайки вертикального аппарата, работающего под внутренним давлением. Для изготовления данного аппарата выбран материал сталь марки Ст.3. Среда в аппарате – жидкость с плотностью 1,2·10³ кг/м³ ( ), высота столба жидкости 5 м. Давление среды 1 МПа, температура среды 250 ˚С. Внутренний диаметр аппарата 2 м. Прибавка на коррозию 1 мм, на эрозию 1 мм. Коэффициент сварного шва равен 1.

Дано: Сталь марки Ст.3 = 1,2·103 кг/м3 Н = 5м. Рс = 1 МПа tc = 250 ˚С Dв = 2 м. ск = 1 мм = 0,001 м. сэ = 1 мм = 0,001 м. φ = 1.

Решение: - допускаемое напряжение, определяемое по формуле: Pдоп > P расч

Вопросы для самопроверки:

Какие аппараты называются тонкостенными?

Тонкостенными называют такие аппараты, толщина стенки которых не превышает 10% внутреннего диаметра сосуда.

По какой формуле определяют толщину стенки тонкостенных цилиндрических аппаратов, работающих под внутренним давлением?

Что нужно предпринять в расчетах, если условие P_доп > P _расч не соблюдается?

Если это условие не выполняется, значит, неправильно выбран материал для изготовления корпуса, неправильно рассчитано допускаемое напряжение для данного вида материала, поэтому необходимо начать расчет с выбора материала и технологических условий.

Практическое занятие № 4. Расчет тонкостенных цилиндрических корпусов,

работающих под наружным давлением

Цель: Ознакомление с методикой расчета толщины стенки тонкостенных цилиндрических корпусов, работающих под наружным давлением.

Задача 4.2. Определить толщину стенки цилиндрической обечайки аппарата, работающего под внутренним (5 МПа) и наружным давлением (4,5 МПа), по следующим данным: для конструирования аппарата выбран материал 15ХМ, температура в аппарате равна 490˚ С; Аппарат предназначен для перегонки смеси жидкостей, плотность которой составляет . Внутренний диаметр аппарата составляет 3,4 м., высота столба жидкости в аппарате 8 м., коэффициент среды η = 1, коэффициент сварного шва φ = 0,95; прибавка на коррозию 2 мм;

Дано Pвн = 5МПа Pнар = 4,5 МПа 15ХМ t=490° ρ=760 кг/м3 d = 3.4 м h = 8 м η = 1 φ = 0,95 ск = 2 мм

Решение Pрасч = 5+9,81×8×760×10-6=5,06 МПа σдоп = 114,5×1=114,5 МПа Pдоп > Pрасч =7+8/3=9,67 м

Вопросы для самопроверки:

Какие аппараты работают под наружным избыточным давлением?

Под наружным избыточным давлением работают вакуумные аппараты и аппараты с рубашкой для обогрева или охлаждения.

По какой формуле можно определить толщину стенки тонкостенных аппаратов, работающих под наружным давлением?

От каких параметров зависит модуль упругости?

Модуль упругости зависит от следующих параметров:

Тип материала: химический состав, атомная структура и прочность межатомных связей.

Температура: обычно модуль упругости снижается при повышении температуры.

Микроструктура: размер зёрен, дефекты кристаллической решётки и другие особенности структуры.

Примеси и легирующие элементы: их наличие может изменять внутреннюю структуру и связи материала.

Предварительная обработка: термическая (отжиг, закалка) и механическая обработка.

Анизотропия: в некоторых материалах модуль упругости зависит от направления приложенной нагрузки. 

Практическое занятие № 5. Расчет толстостенных цилиндрических корпусов

Цель: Ознакомление с методикой расчета толстостенных цилиндрических корпусов

Задача 5.4 Определить толщину стенки толстостенного цилиндрического аппарата. Для изготовления аппарата выбираем сталь 12МХ. При этом известны следующие данные: давление в аппарате 14 МПа, температура стенки аппарата 200 ˚С, среда в аппарате – жидкость плотностью 975 кг/м³, высота столба жидкости 9 м. Внутренний диаметр цилиндра аппарата 4 м. Коэффициент сварного шва 0,9; прибавка на коррозию 3 мм, прибавка на эрозию 1мм. η = 0,85.

Дано	Решение
12МХ p=14МПА t=200oC ρ=975 кг/м3 Н=9 м D = 4 м φ = 0,9 η = 0,85 cк = 0,003 м сэ = 0,001 м	Rв = 4/2 = 2 м с = 0,001+0,003 = 0,004 м σдоп = 0,85×145=123,25 МПа Pрасч = 14+9,81×975×10-6 = 14,09 МПа Pрасч > Pраб

Вопросы для самопроверки:

Какие аппараты называются толстостенными?

Толстостенными считаются цилиндрические корпуса толщина стенки которых более 10% внутреннего диаметра т.е. отношения наружного к внутреннему более 1,1

Дн / Дв > 1,1

По какой формуле можно вычислить толщину стенки таких аппаратов?

Согласно первой теории расчет толщины стенок следует проводить кольцевому напряжению на внутренней поверхности.

Обычно расчет толстостенных аппаратов ведут по формуле: