3

10. Расчёт на прочность оболочек колонных аппаратов

10.1. Определение и схема колонного аппарата

Химические аппараты значительных высот (более 10 м) обычно называют колонными аппаратами. Такие аппараты применяют, в частности, для ректификации (разделения на компоненты). Если такие аппараты стоят вне заводского помещения, на открытых площадках, они подвергаются воздействию ветровых нагрузок. Расчёту на прочность под действием ветровой нагрузки, см. рис. 10.1, подлежат аппараты колонного типа, имеющие высоту Н не более 10 м. если высота аппарата превосходит наименьший из наружных диаметров не менее, чем в полтора раза: H1,5D_min.

Рис.10.1. Расчетная схема колонного аппарата

В расчётах предполагают, что аппараты расположены на достаточно большом расстоянии друг от друга, от стен помещения, которые могут ослабить действие ветра. Именно в таком случае сила ветра оказывается наибольшей, а ветровые нагрузки заведомо больше тех, которые возникают в аппаратах, загороженных другими сооружениями.

10.2. Определение расчетных усилий от ветровой нагрузки

Особенностью ветрового воздействия на колонный аппарат является – неравномерность скоростного напора с увеличением высоты. Минимальный скоростной напор – на уровне земли, максимальный – в верхнем сечении. Для учета неравномерности нагрузки аппарат по высоте разбивают на ряд участков высотой h_i. На каждом i-ом участке ветровую нагрузку условно считают равномерной и заменяют равнодействующей сосредоточенной силой Pi_t приложенной в середине участка, как показано на рис.10.1.

В расчетном произвольном сечении на высоте х₀ изгибающий момент равен:

где x_i - координата i-ой силы Р_i.

Многие колонные аппараты имеют смотровые площадки, расположенные равномерно или неравномерно по высоте колонны, которые служат для осмотра и ремонта различных агрегатов аппарата. Воздействие ветровой нагрузки на такие площадки приводит к возникновению боковых сил Р₄ и соответствующих изгибающих моментов M_Vj.Такие моменты также включают в общее выражение изгибающего момента M_V в виде дополнительного члена:

,

где m - число смотровых площадок, z - число участков.

Характерный вид эпюры изгибающих моментов показан на рис.10.1 справа. Действие касательных напряжений, как показывают расчеты, от поперечных сил оказывают весьма малое влияние на прочность аппарата по сравнению с напряжениями от изгибающего момента, поэтому поперечные силы не определяют и их эпюру не строят. В то же время величина продольной силы N_i , сжимающей аппарат, может оказать существенное влияние на устойчивость аппарата, поэтому для всех опасных сечений ведется подсчет N_i как суммы всех G_k, расположенных выше рассматриваемого сечения.

Особую опасность для прочности колонного аппарата представляют динамические воздействия, возникающие от колебаний колонны под действием ветра. Чтобы учесть такие воздействия, ветровую нагрузку P_i на

Нет продолжения: «каждом i-м участке…»

Привод мешалки состоит из электродвигателя (1) ,соединенного с редуктором (2), установленным на стойке (3).

Быстроходные мешалки при значительной частоте вращения (400 об/мин и выше) -соединяют с электродвигателем через клиноременную передачу. Для тихоходных мешалок используют планетарные одно- и двухступенчатые редукторы.

Валы мешалок, как правило, рассчитывают на кручение:

где [τ] - допустимое напряжение для стальных валов [τ] 45 н/мм² Валы быстроходных мешалок проверяют на критическое число оборотов:

где ω₀₁- критическая скорость вращения вала;

где α - частотный корень уравнения критической скорости зависящие от способа закрепления вала; L - длина вала; Е - модуль yпpугocти материала вала; I - момент инерции поперечного сечения вала; m_Б - масса погонного метра вала.

Из внутренних устройств аппаратов следует рассмотреть барбатеры, змеевики и внутренние перегородки.

Змеевик - это спиралеобразная труба определенного диаметра вставленная в аппарат. Змеевик предназначен для нагревания или охлаждения содержимого аппарата.

Барбатер - устройство в виде кольцевой трубы, расположенной у днища аппарата. В трубе имеются отверстия, через которые продувается газ или пар. Назначение - перемешивание жидкости.

Отражательные перегородки располагают вдоль образующей корпуса аппарата у стенки последнего. Назначение создание турбулентности потоков жидкости при перемешивании, что в значительной степени интенсифицирует процессы в аппарате.