5. Механический расчет

Толщина стенки обечайки:

S ≥ , здесь

D = 2200 мм – диаметр обечайки;

р = 0,1 МПа – давление;

φ = 1,0 – коэффициент сварного шва [1, с. 395];

с = П · Та = 0,1 · 10 = 1 мм – прибавка на коррозию, где

П = 0,1 мм/год – скорость коррозии;

Та = 10 лет – срок службы аппарата;

[σ] = η · σ- допускаемое напряжение;

η = 1,0 – коэффициент [1, с. 394];

σ= 152 МПа – допускаемое нормативное напряжение для стали 12х18Н10Т [7, с. 11], тогда

S ≥ , по [1, с. 211], принимаем принимаемS = 10 мм.

Толщина стенки днища:

S_g ≥ , принимаемS_g = 10 мм (см. выше); здесь R=D для исполнения днища эллиптическим.

Расчет фланцевого соединения.

Выбираем прокладку из паронита ПОН-1 [4, с. 521]: D_сп = 2278 мм

D₁=2234 мм S = 3 мм

Расчетная нагрузка, действующая от внутреннего избыточного давления:

Qg = 0,789 · Dсп· Р = 0, так как избыточного давления нет.

Усилие, возникающее от разности температур фланца и болта Qt:

Y=0,05 [1, с.401]

n=32 - число болтов [5, с.557]

-площадь сечения болта.

- модуль упругости стали [1, с.395]

- коэффициент линейного температурного расширения для стали 12Х18Н10Т [4, с.286];

- коэффициент линейного температурного расширения для сталь 20 [4, с.286]

Расчетное осевое усилие для болтов принимают большим из следующих трех значений:

Р_Б1 = π· Dсп · b₀ · q

Р_Б2 = ζ (α · Q_g + R_n)=0

Р_Б3 = Q_g + R_n + Q_t= Q_t, здесь R_n = 0 так как избыточного давления нет

ζ = коэффициент [1, с.394].

для прокладки из паронита ПОН-1 [1, с. 402]:

m = 2,5

q = 20 МПа

b – эффективная ширина прокладки;

b = - действительная ширина прокладки;

При b =0,022 м

b₀ = 0,12·b^0,5= 0,12·0,022^0,5=0,0178 м

Тогда

За принимаем большее из значений.

Условие прочности:

, где МПа – для Ст 20 [1, с. 394];

условие выполняется

Расчет опоры.

Расчет ведем по [5, с. 691]:

Для колонных аппаратов используют цилиндрические опоры тип I [4, с. 672]

Определим вес аппарата при гидроиспытании:

Gмах = g · (M_об + М_ж+ M_Н), определяем ориентировочно.

M_об = π · D · S · H_к · ρ_ст = 3,14 · 2,2· 0,01 · 10· 7850 ≈ 5422кг – масса обечайки.

М_ж = 0,785 · ·H_к · ρ_ж = 0,785 · 2,2² · 10· 10³ ≈ 37994 кг – масса жидкости при гидроиспытании;

М_Н = 0,785 · ·H_нас · ρ_нас =0,785 ·2,2² · 10 · 530 ≈ 8740 кг

G_мах = 9,81 · (5422+37994+8739) = 0,51 МН

Принимаем толщину стенки цилиндрической опоры S = 12 мм. Напряжение сжатия в этой стенке с учетом наличия в ней отверстия для лаза d = 0,5 м при максимальной нагрузке от силы тяжести аппарата:

Отношение:

R_c = 0,052

К_с = 875

Допускаемое напряжение на сжатие в обечайке опоры:

Условие σ_с < σ_сд выполняется.

Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата при коэффициенте сварного шва φш = 0,7:

, где

F = 0,785 · (D²1 - D²2) = 0,785·(2,42²-2,14²)=0,99 м² -площадь опорного кольца;

D1=D+ 2·S+0,2=2,2+2·0,01+0,2=2,42 м – наружный диаметр опорного кольца;

D2=D–0,06 =2,2–0,06=2,14 м – внутренний диаметр опорного кольца;

Максимальное напряжение на сжатие опорной поверхности кольца:

Номинальная расчетная толщина опорного кольца при L = 0,1 м:

Sк = 1,73 L · , с учетом прибавокSк = 10 мм.

Расчетная нагрузка на один болт:

, где Z = 6 – число фундаментных болтов принимаем.

Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов:

d'₁ =

принимаем М24.

Расчет штуцеров.

Диаметр штуцера для ввода и вывода парогазовой смеси:

__________ ___________________

d₁ = √4·G/(π·ρ_G·W) = √4·4,82/(3,14·1,204 ·20) = 0,5 м≈500 мм (по ГОСТ 9941 – 62),

здесь W=20 м/с - скорость потока парогазовой смеси [1, с.16],

ρ_G - плотность исходной смеси [2, с.537]:

Диаметр штуцера для ввода и вывода поглотителя:

__________ ___________________

d₂ = √4·L/(π·ρ_x·W) = √4·4,24 /(3,14·999·1,5) = 0,06 м, принимаем 60 мм, здесь

ρ_x =999 кг/м³ - плотность жидкости;

W = 1,5 м/с - скорость потока жидкости [1, с.16].

Список использованных источников.

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по курсовому проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского– М: Химия, 1983 -272стр.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд.10-е, перераб. Изд-во «Химия», 1987, стр.576.

3. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии, М.: Химия,1995

4. А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский "Основы расчета и конструирования химической аппаратуры" М.: Физматгиз,1970 .- 725с.