Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. УСТРОЙСТВО АППАРАТА И ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Описание устройства и принцип работы аппарата

1.2 Выбор конструктивного исполнения элементов аппарата

1.3 Выбор конструкционных материалов

2. ЦЕЛЬ РАСЧЕТОВ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2.1 Цель расчетов

2.2 Расчетная схема аппарата

2.3 Исходные данные для расчета

2.4 Определение расчетных параметров

3. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТА

3.1 Расчет цилиндрических обечаек

3.2 Расчет днищ

3.3 Расчет укрепления отверстий

3.4 Выбор фланцевого соединения и расчет его болтов

3.5 Выбор и расчет опоры

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. СПЕЦИФИКАЦИЯ



ВВЕДЕНИЕ

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров (абсорбтивов) из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

В абсорбционных процессах участвуют две фазы - жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.

На практике абсорбции подвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные части называют абсорбируемыми компонентами или просто компонентами, а не поглощаемые составные части - инертным газом.

Области применения абсорбционных процессов в химической и смежных отраслях промышленности весьма обширны. Некоторые из этих областей указаны ниже:

Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO₃ в производстве серной кислоты; абсорбция HCI с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (получение азотной кислоты) и т.д.

Разделение газовых смесей для выделения одного или нескольких ценных компонентов смеси. В этом случае применяемый поглотитель должен обладать, возможно, большей поглотительной способностью по отношению к извлекаемому компоненту и возможно меньшей по отношению к другим составным частям этой газовой смеси. Например: абсорбция бензола из коксового газа, абсорбция ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа.

Очистка газа от примесей вредных компонентов. Такая очистка осуществляется, прежде всего, с целью удаления примесей, не допустимых при дальнейшей переработке газов (например, очистка нефтяных и коксовых газов от H₂S, очистка азотоводородной смеси для синтеза аммиака от СО₂, и СО и т.д.)

Улавливание ценных компонентов из газовой смеси для предотвращения их потерь, а также по санитарным соображениям, например рекуперация летучих растворителей.



1. УСТРОЙСТВО АППАРАТА И ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Описание устройства и принцип работы аппарата

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называются абсорберами.

При абсорбционных процессах массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. Исходя из способа создания этой поверхности, абсорбционные аппараты можно подразделить на следующие группы:

· Поверхностные и пленочные

· Насадочные

· Барботажные (тарельчатые)

· Распыливающие

В нашей курсовой работе рассматривается насадочный абсорбер.

Течение жидкости по насадке носит в основном пленочный характер, вследствие чего насадочные абсорберы можно рассматривать как разновидность пленочных. В то же время между насадочными и пленочными абсорберами, в том числе абсорберами с листовой насадкой, имеются различия. В пленочных абсорберах пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, тогда как в насадочном -- лишь по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. Некоторая часть жидкости при этом проваливается в виде капель через расположенные ниже слои насадки.

При определенных условиях пленочное течение жидкости в насадочных абсорберах нарушается, и контакт между газом и жидкостью осуществляется в режиме барботажа.

Насадочный абсорбер (рис. 1.) состоит из колонны, в которой помещена поддерживающая решетка 3; на этой решетке уложен слой насадки 7. Орошающая жидкость подается на насадку при помощи распределительного устройства 9. В показанном на рис. 1 абсорбере насадка уложена двумя слоями, с установленными под каждым слоем отдельными поддерживающими решетками и установленной между слоями перераспределительным устройством 6 для перераспределения жидкости.

Движение газа и жидкости в насадочных абсорберах обычно осуществляется противотоком. Прямоток (нисходящий) применяют довольно редко.

Колонные аппараты состоят, как правило, из вертикального корпуса (обечайки), эллиптической крышки и днища, и жестко скрепленной с корпусом обечайки цилиндрической формы.

Корпус колонны выполнен цельносварным. Цельносварной корпус колонны представляет собой цилиндрическую обечайку с приварными стандартными эллиптическими отбортованными днищем и крышкой. Для загрузки и выгрузки насадки в верхней и нижней части каждой секции устанавливают люки. Очищаемый газ подается через штуцер 2, расположенный в нижней части колонны. Жидкость отводится через штуцер 10, расположенный в днище. Очищенный газ выводится из колонны через штуцер 8. Колонна устанавливается на фундаменте с помощью цилиндрической опоры.

Схематическое изображение абсорбционной колонны представлено на рисунке 1.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Абсорбционная колонна.

1-опора, 2-вход очищаемого газа, 3-опорная решетка, 4-люки, 5-технологический штуцер, 6- устройство перераспределительное, 7-слой насадки, 8-выход очищенного газа, 9-распределитель жидкости, 10-выход жидкости.



1.2 Выбор конструктивного исполнения элементов аппарата

Современное химическое производство со специфическими условиями работы химического оборудования, характеризуемыми часто высокими рабочими параметрами (температурой и давлением), особенно при агрессивности, токсичности и огне- и взрывоопасности перерабатываемой среды и в основном большой производительности, требует создания аппаратов только высокого качества.

Высокое качество аппаратов характеризуется высокой эффективностью, зависящей от эффективности технологического процесса, осуществляемого в аппарате, и его производительностью. Также характеризуется долговечностью (сроком службы не менее 10 лет), экономичностью, надежностью, безопасностью, удобством и простотой обслуживания в эксплуатации, параметрами, зависящими как от качества конструкции, так и от качества изготовления, формой аппарата, удовлетворяющей требованиям технической эстетики (округлая форма, отсутствие острых выступающих частей и т.д.).

Основными элементами, подлежащими выбору и конструктивной проработке, являются обечайки, днища, крышки, фланцевые соединения, люки и опоры.

Обечайки колонных аппаратов выполняются в виде полого цилиндра. Изготавливаются вальцовкой из листового проката, реже из сварных труб большого диаметра или поковок.

Исполнительную толщину стенки вальцованных обечаек при толщине их 6...42 мм, следует принимать только четных размеров.

К расчету принимаем обечайку цилиндрической формы, выполненную вальцовкой из листового проката. Листы сварены встык, также встык сварены свальцованные части обечайки.

Наиболее широкое применение получили днища эллиптической

формы с отбортовкой на цилиндр. такие днища особенно широко применяются в сварных аппаратах химической промышленности.

К расчету принимаем днище эллиптической формы с отбортовкой на цилиндр. Соединение днища с обечайкой производится сваркой встык.

Крышка корпуса аппарата представляет собой днище эллиптической формы. Соединение крышки аппарата с корпусом производится сваркой встык.

Насадочная колонна снабжена шестью люками, используемыми для осмотров, загрузки и выгрузки насадки. Люки представляют собой штуцера с фланцевыми крышками. Как и на крышке, фланцевое соединение подбирается согласно рабочих условий, агрессивности и токсичности среды в аппарате.

В курсовой работе принимаем стандартные люки с крышками эллиптической формы по АТК 24.218.06- 90, согласно [3, с.599]

Тип уплотнения фланцевого соединения штуцеров и люков колонны выбирается в зависимости от условий проведения процесса в аппарате, а также от свойств рабочей среды. Поскольку давление в колонне менее 2,5 МПа, а температура 35°С, что приемлемо для любых типов фланцев, то определяющим параметром при выборе типа уплотнения фланца являются специфические свойства веществ находящихся в колонне. Согласно [3, с.513] для люков выбираются фланцы с уплотнительной поверхностью выступ-впадина. Согласно [1,с.213] тип фланца стальной плоский приварной с выступом и впадиной АТК 24.218.06- 90 для люков. Для штуцеров плоские приварные фланцы с уплотнительной поверхностью выступ или впадина.

1.3 Выбор конструкционных материалов

При изготовлении аппаратов к конструкционным материалам предъявляются следующие требования:

Достаточная общая химическая и коррозионная стойкость материала в агрессивной среде с заданными концентрацией, температурой и давлением, при которых осуществляется технологический процесс, а также стойкость против других возможных видов коррозионного разрушения (межкристаллитная коррозия, электрохимическая коррозия сопряжённых металлов в электролитах, коррозия под напряжением и др.);

Достаточная механическая прочность при заданных давлении и температуре технологического процесса, с учётом специфических требований, предъявляемых при испытании аппаратов на прочность, герметичность и т. п. и в эксплуатационных условиях при действии на аппараты различного рода дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка, прогиб от собственного веса и т. д.);

Наилучшая способность материала свариваться с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений и коррозионной стойкости их в агрессивной среде, обрабатываться резанием, давлением, подвергаться сгибу и т. п.;

Низкая стоимость материала, не дефицитность и освоенность её промышленностью. Необходимо стремиться применять двухслойные стали, неметаллические материалы, стали с покрытиями из неметаллических материалов.

В качестве материала для изготовления корпуса, штуцеров, трубопроводов контактирующих со смесью, выбираем сталь марки ВСт.3.

Материал заготовок или готовые крепежные изделия должны быть термообработаны. Сопрягаемые гайки и болты (шпильки) должны изготавливаться из разных по твердости материалов, при этом предпочтительно более твердыми принимать болты (шпильки). Согласно таблицы 3.19 [1,с.76] материалом крепежных деталей выбираем Сталь 20 ГОСТ 1050-88.

Твердость по Бринелю НВ, не более:

Для болтов (шпилек) НВ=207

Для гаек НВ=143.

Сварка прямолинейных и кольцевых швов обечайки и опоры выполняется автоматическим способом под флюсом.

Материал для сварки стали ВСт3 согласно [1, с.81]:

Марка проволоки СВ-08А ОСТ 2246-70

Марка флюса АН-348А ГОСТ 9087-81.

Наиболее целесообразным методом уплотнения разъемных соединений в разборных аппаратах является уплотнение прокладками. Применение прокладок требует меньших усилий обжатия и позволяет обеспечить герметичность соединения, смежные поверхности которого обработаны с меньшей точностью и более низкой частотой, чем это необходимо для обеспечения герметичности при контакте без прокладки.

Материал прокладки выбираем паронит общего назначения ПОН-Б ГОСТ 15180-86.



2. ЦЕЛЬ РАСЧЕТОВ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2.1 Цель расчетов

Целью данного расчета является:

- Определение толщин стенок обечаек, днищ корпуса и рубашки;

- Расчет аппарата на устойчивость от действия изгибающих моментов;

- Определение основных размеров укрепляющих элементов отверстий;

- Выбор фланцевого соединения, определение диаметра и числа болтов фланцевого соединения;

- Подбор и расчет опоры.

2.2 Расчетная схема аппарата

Расчетная схема аппарата представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Расчетная схема аппарата

2.3 Исходные данные для расчета

Исходные данные:

Назначение Абсорбция

Исполнение Цельносварная

Основные размеры.

Диаметр колонны D=1400 мм,

Условные диаметры штуцеров d_y1=80 мм,

d_y2=80 мм,

d_y3=250 мм,

d_y4=150 мм,

d_y5=500 мм,

Высота сепараторной части h_c=1000 мм,

h_к=2000 мм,

Высота насадки, м 4+4+4

Изгибающий момент М=0,06 МН·м

Тип опоры Цилиндрическая

Высоту опоры принять как h_о=0,7· h_к,

Высоту перераспределительной части принять как h_c1=0,7· h_c,

Температура t=35°С,

Давление, абсолютное

Максимальное Р_max=0,8 МПа,

Минимальное Р_min=0,015 МПа,

Среда Вода, аммиак,

аммония гидроокись.

Высота опоры, согласно заданию:

h_о=0,7· h_к=0,7·2=1,4 м.

высота перераспределительной части, согласно заданию:

h_c1=0,7· h_c=0,7·1=0,7 м.

2.4 Определение расчетных параметров

2.4.1 Расчетная температура

Расчетная температура стенки t определяется на основании результатов испытания или тепловых расчетов. В случае невозможности проведения расчетов и испытаний при положительных температурах рассчитывается по формуле:

t= max (t_c; 20°С), (1)

где t_c - наибольшая температура среды.

По формуле (1):

t= max (35°С; 20°С);

t=35°С.

2.4.2 Расчетное давление

В условиях поставленной задачи имеют место два случая.

1. На аппарат действует внутреннее избыточное давление.

В этом случае:

Р₁=0,8-0,1=0,7 МПа.

2. На аппарат действует внешнее давление.

В этом случае:

Р₂=0,1-0,015=0,085 МПа.

2.4.3 Пробное давление.

Согласно [7], пробное давление для вертикально установленных аппаратов определяем по формуле:

Р_пр=1,25Р_R , (2)

где =154 МПа, допускаемые напряжения для стали ВСт3, при температуре t=20°С,

-допускаемые напряжения для стали ВСт3 при рабочей температуре,, согласно приложения А [7].

По формуле (2):

Р_пр1=1,25Р_R =1,25·0,7· =0,88 МПа.

Для условий гидроиспытаний в горизонтальном положении аппарата:

Р_пр2= Р_пр1+ с_вg(H-D)·10^-6 (3)

где: - плотность воды, с_в =998 кг/м³,

g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с².

Р_пр2= Р_пр1+ с_вg(H-D)·10^-6= 0,88+998·9,81·(16,4-1,4)·10^-6=1,03 МПа

2.4.4 Допускаемые напряжения для материала колонны при статических однократных нагрузках

Корпус колонны изготовлен из стали ВСт3. Этой марке стали соответствует допускаемое напряжение согласно ГОСТ 52857.1 - 2007 при расчетной температуре t=35°С:

=153 МПа.

Допускаемое напряжение [у] при расчете по предельным нагрузкам сосудов, работающих при статических однократных нагрузках, вычисляют по формулам:

- для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе:

=з·min , (4)

где з=1 - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки, =246 МПа - расчетное значение предела текучести при температуре 35°С по таблице Б1 [7],

= 455 МПа - расчетное значение временного сопротивления при температуре 35°С по таблице Б2 [7],

n_в=2,4 - коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению (пределу прочности) по таблице 1 [7],

п_т=1,5- коэффициент запаса по пределу текучести по таблице 1 [7].

=1·min= min(164; 189,6)

=164 МПа.

2.4.4.1 При гидравлических испытаниях

При гидравлических испытаниях допускаемые напряжения находим по формуле:

(5)

= 1·()=164 МПа.



2.4.5 Модуль упругости.

При температуре t=35°С, согласно таблицы В.1 [7] Е=1,985·10⁵ МПа.

2.4.6 Коэффициенты запаса устойчивости

Согласно ГОСТ 52857.1-2007 коэффициенты запаса устойчивости:

Для рабочих условий n_y=2,4

для условий испытаний и монтажа n_y=1,8

2.4.7 Коэффициент прочности сварных швов

Согласно таблицы Д.2 [7] коэффициент прочности сварных швов:

ц=1.

2.4.8 Прибавка к расчетной толщине стенки

Общая прибавка к расчетному значению толщины стенки корпуса колонны находится по формуле:

с=с₁+с₂+с₃, (6)

где с_1, мм, - суммарная прибавка для компенсации коррозии и эрозии, определяется:

, (7)

где П- проницаемость материала, мм/год, для стали ВСт3 проницаемость при температуре 35°С при контакте с аммиаком составляет <0,001 мм/год, а при контакте с аммония гидроокисью до 0,034 мм/год, расчет производим по значению более агрессивной среды, П=0,034 мм/год,

- расчетный срок службы аппарата, лет, =20 лет.

с₁=0,034*20=0,68 мм;

с₂- прибавка к расчетной толщине стенки корпуса для компенсации минусового значения предельного отклонения по толщине листа, мм, с₂=0,8 мм согласно таблицы 2.22 [3, с.102];

с₃ - прибавка к расчетной толщине стенки корпуса для компенсации утонения стенки элементов аппарата в процессе изготовления, с₃ = 0.

с=с₁+с₂+с₃=0,68+0,8+0=1,48 мм.



3. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТА

3.1 Расчет цилиндрических обечаек

3.1.1 Расчетная толщина стенки, работающей под действием внутреннего избыточного давления, находится по формуле:

S_р= (8)

где D - диаметр обечайки колонны, м;

Р₁ - внутреннее избыточное давление; МПа;

- допускаемые напряжения для стали ВСт3, при температуре t=35°С;

ц_р - коэффициент прочности сварных швов, ц_р=1.

S_р1= =0,003 м

Расчетная толщина стенки при условии гидроиспытаний

S_р2= (9)

где Р_г - внутреннее избыточное давление при условиях гидроиспытаний, МПа;

- допускаемые напряжения для стали ВСт3, при условиях гидроиспытаний аппарата, МПа.

Р_г= Р_пр1+с_вgH·10^-6 (10)

Р_г= 0,88+998·9,81·16,4·10^-6=1,04 МПа

Проверим необходимость расчета для условий гидроиспытаний



Р_г? 1,35Р₁ (11)

Р_г? 1,35Р₁= 1,35·0,7 =0,88?1,04

Условие выполняется, необходим дополнительный расчет

= (12)

где =250 МПа - Расчетное значение предела текучести, при 35°С.

= = 227,27 МПа

S_р2== = 0,0032 м.

3.1.2 Расчетная толщина стенки, работающей под действием наружного давления, находится по формуле:

Sр3= max (13)

где Е=1,985·10⁵ МПа - Расчетное значения модуля продольной упругости при расчетной температуре,

l=16,4 м - расчетная длина гладкой обечайки,

В-коэффициент,

В= max (14)

В= max= max=1,02

Тогда:

S_р3 =max=

max {0,011 0,0004}==0,011 м

Расчетную толщину стенки определяют:

S_р = max { S_р1; S_р2; S_р3 } (15)

S_р = max { S_р1; S_р2; S_р3} = max { 0,003; 0,0032;0,011}=0,011 м.

3.1.3 Исполнительная толщина стенки определяется с учетом прибавки к расчетной толщине, исходя из условия

S? S_р+c. (16)

где S_р - расчетная толщина стенки, S_р=0,011 м;

с - общая прибавка к расчетному значению толщины стенки корпуса колонны.

S? S_р+c=0,011+0,00148=0,0125 м = 12,5 мм

Выбираем ближайшее большее четное стандартное значение толщины стенки S=14 мм.

3.1.4 Расчет обечайки, работающей под совместным действием наружного давления, внешней осевой сжимающей силы и внешнего изгибающего момента

Обечайки, работающие под совместным действием совместных нагрузок Р_z, F₁ и М проверяют на устойчивость по условию:

(17)



где [P], [F], [M] - допускаемое давление, осевая сила и момент соответственно.

Допускаемое наружное давление определяется по формуле:

, (18)

где [P]_Е - допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости;

[Р]_П - допускаемое давление из условия прочности.

Допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле:

, (19)

= 2,91 МПа

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:

[P]_E= (20)

где В₁-коэффициент, В₁= (21)

В₁= == 0,853

Тогда:

[P]_E=0,13 МПа

Допускаемое наружное давление по формуле (18):

= 0,13 МПа

Допускаемая осевая сжимающая сила определяется по формуле:

, (22)

где [F]_П - допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности;

[F]_Е - допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости.

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности, определяется по формуле:

[F]_П = р·(D+S-c)·(S-c)·[у]₃₅ (23)

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:

[F]_E= min {[F]_E1; [F]_E2}, (24)

где [F]_E1 - допускаемая осевая сжимающая сила, определяемая из условия местной устойчивости в пределах упругости,

[F]_E2 - допускаемая осевая сжимающая сила, определяемая из условия общей устойчивости в пределах упругости.

Допускаемая осевая сжимающая сила [F]_E1, определяемая из условия местной устойчивости в пределах упругости, определяется по формуле:

[F]_E1= , (25)

Допускаемая осевая сжимающая сила [F]_E2, определяемая из условия общей устойчивости в пределах упругости, определяется по формуле:

[F]_E2= , (26)

где - гибкость , (27)

где - приведенная расчетная длина, согласно таблицы 1 [7], определяется по формуле:

=2·l, (28)

=2·16,4 = 32,8 м

тогда гибкость:

= 65,76.

Допускаемая осевая сжимающая сила [F]_E1, определяемая из условия местной устойчивости в пределах упругости:

[F]_E1 = 38,01 МН.

Допускаемая осевая сжимающая сила [F]_E2, определяемая из условия общей устойчивости в пределах упругости:

[F]_E2= 10,48 МН

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости:

[F]_E= min {[F]_E1; [F]_E2}= min {38,01; 10,48 }=10,48 МН

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности:

[F]_П= 3,14·(1,4+0,014-0,00148) · (0,014-0,00148)·164=9,1 МН

Допускаемая осевая сжимающая сила:

= 6,9 МН.

Определяем осевое сжимающее усилие, под которым понимается собственный вес аппарата, вес подвешенных частей, давление вакуума, и вес жидкости находящейся в колонне.

Вес корпуса аппарата определяется по формуле:

G_кор=1,05·с_ст·g·(V_об+V_дн), (29)

где V_об - объем стенок обечайки, м³;

g = 9.81 м/с² ускорение свободного падения;

V_в.дн - объем стенок верхнего днища, м³;

с_ст = 7850 кг/м³ - плотность стали.

Объем стенок обечайки определяется по формуле:

V_об = р·D·S·H_об, (30)

где H_об = 16,4 м - высота обечайки.

V_об = р·D·S·H_об = 3,14·1,4·0,014·16,4 = 1,01 м³

Объем стенок верхнего днища находится по формуле:

V_в.дн = F_дн·S_дн, (31)

где F_дн= 2,3 м² - площадь днища согласно таблицы 16,1 [3, с. 440], S_дн = 0,014 м - толщина стенки днища (принимаем равной толщине стенки обечайки)

V_в.дн = F_дн·S_дн = 2,3·0,014=0,0322 м³

аппарат абсорбационный прочность фланцевый

Тогда вес корпуса аппарата:

G_кор=1,05·7850·9,81·(1,01+0,0322)= 79063,86Н=0,07906386 МН

Вес подвешенных частей аппарата определяется по формуле:

G_пча= g(m_н+ 3·m_р+3·m_cт.о+m_р.у.) (32)

где: m_н - масса насадки,

m_р =175 кг (ОСТ 26-02601-72)- масса решетки под насадки,

m_cт.о = 20 кг. - масса стальной опоры для решетки, по ОСТ 26-02601-72 в зависимости от удельных нагрузок опорные решетки должны устанавливаться в аппаратах с внутренним диаметром Дв = 1400 ч 2000 мм на опорном кольце или на опорном кольце с одной центральной балкой, примем опорную решетку без центральной балки;

m_р.у. = 133,4 кг (49 кг (ТСН II) и 35,5 кг (ТСН III)

по ОСТ 26-705-79) - масса распределительных устройств.

Масса насадки определяется по формуле:

m_н= с_н·V_н, (33)

где с_н=552 кг/м³ -плотность насадки (кольца Рашига диаметр 50 мм),

V_н - объем насадки, находится по формуле:

V_н = (34)

где - высота первого, второго и третьего слоя насадки соответственно.

V_н = =17,6 м³

m_н= 552· 24,63 =9711,3 кг

Тогда вес подвешенных частей аппарата

G_пча= 9,81·(9711,3 +3·175+3·20+133,4)=102315,3 Н=0,1023153 МН

Давление вакуума определяется по формуле:

(35)

= 0,19 МН

Вес жидкости в колонне находится по формуле:

G_ж= g(m_жк+m_жн) (36)

где: m_жк - масса жидкости в кубовой части,

m_жн - масса жидкости стекаемой по насадке.

Масса жидкости в кубовой части находится по формуле:

m_жк= , (37)

где - высота кубовой части колонны,

= 998 кг/м³ - плотность жидкости при 20°С.

m_жк= =1536,3 кг

Масса жидкости стекаемой по насадке находится по формуле:

m_жн = 0,05·V_н (38)

m_жн = 0,05·17,6 =0,82 кг

Тогда вес жидкости в колонне:

G_ж= 9,81(1536,3+0,82)= 184980,58Н = 0,0151 МН

Осевая сжимающая сила находится по формуле:

F= G_кор+ G_пча++ G_ж (39)

F= 0,07906386 + 0,1023153 +0,19+0,0151=0,39 МН

Допускаемый изгибающий момент определяется по формуле:

(40)

где - допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости;

- допускаемый изгибающий момент из условия прочности.

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности определяется по формуле:

[F]_п (41)

[F]_п==3,185 МН·м

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:

(42)

МН·м

Тогда допускаемый изгибающий момент:

= 2,54 МН·м

Проверка устойчивости по условию (16):

Условие устойчивости обечайки выполняется.

3.1.5 Расчет обечайки в условиях гидроиспытаний

Давление в аппарате в условиях гидроиспытаний с учетом давления столба жидкости определяется по формуле:

Р_г.и.=Р_пр+с_в·g·(H_об+2Н_дн), (43)

где с_в=998 кг/м³ - плотность воды при 20°С,

Н_дн =0,39 м. - высота днища таблица 16.1 [3, с.440]

Р_г.и.= 1,25+998·9,81·(16,4+2·0,39)·10^-6=0,21 Мпа

Расчет на прочность цилиндрических обечаек для условий испытания проводить не требуется, если выполняется условие:

Р_г.и.?1,35·Р₁· (44)

1,35·0,7· =0,88>0,21

Условие выполняется, поэтому расчет на прочность цилиндрических обечаек для условий испытания проводить не требуется.



3.1.6 Проверка прочности обечайки в опасном сечении

Проверка прочности обечайки ведется для наветренной и подветренной сторон. В нашем случае проверку проводим в месте крепления аппарата к опоре.

Продольные напряжения для наветренной стороны по формуле:

, (45)

= =

=16,35 МПа

Продольные напряжения для подветренной стороны по формуле:

, (46)

=

=10,12 МПа

Кольцевые напряжения находим по формуле:

(47)

= = 0,216 МПа

Эквивалентные напряжения рассчитываются по формуле:

(48)

где =1,0;

= 1,0 - коэффициенты прочности сварного шва (при сжатии

=1,0).

Для наветренной стороны получаем:

= = 16,24 МПа

Для подветренной стороны получаем:

= = 10,01 МПа

Условие прочности для наветренной стороны:

max {; }?[у]_кц_т (49)

max {16,35; 16,24 }= 16,35 ?164·1,0=16,35 МПа

Условие прочности для наветренной стороны выполняется.

Условие прочности для подветренной стороны:

max {; }?[у]_кц_т (50)

max {10,12; 10,01}= 10,12 ?164·1=10,12 МПа

Условие прочности для подветренной стороны выполняется.

3.2 Расчет днищ

3.2.1 Расчет днищ, нагруженных внутренним избыточным давлением

Толщина стенки днища рассчитывается по формуле:

, (51)

где R=D=1,4 м, для эллиптических днищ с высотой эллиптического днища Н=0,25D, согласно[8] - радиус кривизны в вершине днища.

= =0,003 м

Толщина стенки днища определяется из условия:

S_д?+с, (52)

S_д?+с=0,003+0,00148=0,00448 м

Принимаем стандартное значение толщины стенки S_д=14 мм.

3.2.1 Расчет днищ, нагруженных наружным давлением

Толщину стенки предварительно вычисляют по формулам (53), (54) с обязательной последующей проверкой по формуле (55)

S₁ ? S_1P + c, (53)

где:

S_1P = max (56)

Для предварительного расчета K_э принимают равным 0,9 для эллиптических днищ.

S_1P = max =max = 0,0036 м

S₁ ? S_1P + c=0,003+0,00148=0,00448 м

Для снижения отрицательного действия краевого эффекта, возникающего вследствии разности толщины стенок днища и обечайки, принимаем S_д= 0,014 м = 14мм.

Допускаемое наружное давление вычисляют по формуле:

(57)

где допускаемое давление из условия прочности:

(58)

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:

[P]_E= (59)

Коэффициент K_э = 0,96 по графику, приведенному на рисунке 9 [8]

[P]_E= = 0,91 Мпа

Тогда допускаемое давление из условия прочности:

= = 2,91 Мпа

Тогда допускаемое наружное давление:

= 0,87 МПа

Поскольку Р₂=0,085 МПа?0,87 МПа = , условие прочности аппарата в условиях наружного давления выполняется.

3.3 Расчет укрепления отверстий

Проверим условие одиночности отверстий:

,

где: b - расстояние между ближайшими штуцерами, м, b=0,475м;

= - расчетный диаметр обечайки. Для обечайки расчетный диаметр = =D=1,4м [9];

S_h^/, S_h^//- толщина накладного кольца, принимаем S_h^/= =S_h^//=0,5S=0,007м;

b=0,475м>

Следовательно отверстия являются одиночными.

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда, согласно [9], вычисляют по формуле:

(56)

где = 0,011 м. - расчетная толщина стенки, под действием внутреннего избыточного давления при условии гидроиспытаний, рассчитанная в п.3.1.2;

- расчетный диаметр обечайки. Для обечайки расчетный диаметр =D=1,4м [9].

= 0,303м.

Так как расчетный диаметр отверстия в обечайке, не требующего дополнительного укрепления больше имеющихся отверстий в обечайке (d_y1=0,08 м, d_y2=0,08 м, d_y3=0,25 м, d_y4=0,15 м), то укрепление этих отверстий проводить не нужно. Расчет необходимо произвести для отверстия d_y5=0,5м.

Одним из основных способов укрепления отверстий в сварных аппаратах является укрепление односторонним штуцером. Для укрепления выбираем штуцер 500-1,0-1-1-ВСт3 АТК 24.218.06- 90. Достаточность такого укрепления должна удовлетворять условию:

(57)

где: А- площадь, подлежащая укреплению, м²;

А₁-площадь внешней части штуцера, м²;

-отношения допускаемых напряжений для материала ВСт3

, (58)

где: d_p-расчетный диаметр отверстия, м

d_p=d+2c, (59)

где: d-наружный диаметр штуцера, d=0,53м;

с-прибавка на коррозию, с=0,00148м

d_p=0,53+2*0,00145=0,53296м

, (60)

где: l_1p - расчетная длина внешней части штуцера, м;

S₁- толщина стенки штуцера, S₁=0,012м;

S_1р - расчетная толщина стенки штуцера, м.

Расчетная толщина стенки штуцера по формуле:

(61)

Расчетная длина внешней части штуцера вычисляется по формуле:

(62)

Тогда площадь внешней части штуцера:

Проверяем условие (57)

Условие не выполняется, следовательно, необходимо дополнительное укрепление. Произведем расчет на укрепление двухсторонним штуцером. Достаточность такого укрепления должна удовлетворять условию:

(63)

где: А₂-Расчетная площадь укрепления внутренней части штуцера, м²;

-отношения допускаемых напряжений для материала ВСт3,

.

, (64)



где: l _{p 2} - расчетная длина внутренней части штуцера, м;

S₁- толщина стенки штуцера, S₁=0,012м;

S_1р - расчетная толщина стенки штуцера, м.

Расчетная длина внутренней части штуцера вычисляется по формуле:

(65)

Тогда площадь внутренней части штуцера:

Проверяем условие (63)

Условие не выполняется, следовательно, необходимо дополнительное укрепление накладным кольцом. Достаточность такого укрепления должна удовлетворять условию:

(66)

где: А₃-Расчетная площадь укрепляющего сечения накладного кольца жесткости , м²;

-отношения допускаемых напряжений для материала ВСт3,

.

, (67)

где: b_2p - расчетная ширина накладно кольца, м;

S_h- толщина накладного кольца, принимаем S_h=0,5S=0,007м;

Расчетная ширина накладно кольца вычисляется по формуле:



(68)

Тогда расчетная площадь укрепляющего сечения накладного кольца жесткости:

Проверяем условие (66)

Условие выполняется, следовательно ширина стенки штуцера и ширина накладно кольца являются исполнительными.

3.4 Выбор фланцевого соединения и расчет его болтов

Согласно [3, с.513] для люков выбираются фланцы с уплотнительной поверхностью выступ-впадина. Согласно [1,с.213] тип фланца стальной плоский приварной с выступом и впадиной АТК 24.218.06- 90 для люков. Для штуцеров плоские приварные фланцы с уплотнительной поверхностью выступ или впадина по АТК 24.218.06- 90 .

Принимаем к расчету фланцевое соединение с уплотнительной поверхностью выступ - впадина с условным диаметром D_y=0,50 м.

Рисунок 4. Фланцевое соединение выступ - впадина.

Параметры фланцевого соединения:

Фланец II - 500 - 1,0-3 - ВСт3 АТК 24.218.06- 90.

Фланец III - 500 - 1,0-2 - ВСт3 АТК 24.218.06- 90.

Основные размеры [11]:

D_y=0,50 м;

D=0,67 м;

D₁=0,62 м;

D₂=0,585 м;

D₄=0,575 м;

D₆=0,576 м;

d=0,024 м;

h=0,004 м;

h₁=0,005 м;

h₂=0,004 м;

b=0,028 м;

Диаметр под шпильки М 24;

Количество отверстий под шпильки n=20;

В качестве крепежных деталей во фланцевом соединении применяем шпильки М 24, материал - сталь 20. В качестве прокладочного материала выбираем паронит ПОН-Б ГОСТ 481-80.

Рисунок 5. Фланцевое соединение с плоскими фланцами.

Расчетные размеры[10], [12]:

D=0,5 м;

D_б=0,576 м;

D_н=0,567 м;

d=0,024 м;

b_п=0,021 м;

Эффективную ширину для плоских прокладок, при b_п ?15 мм., вычисляют по формуле:

(69)

=17,41 мм. = 0,01741м.

Расчетный диаметр плоских прокладок вычисляют по формуле:

D_сп = D_н.п - b₀, (70)



где D_н.п = 0,576м - наружный диаметр прокладки [12].

D_сп= 0,576-0,01741=0,5586 м.

Усилие, необходимое для смятия прокладки при затяжке, вычисляют по формуле:

Р_обж =0,5рD_сп b₀ q_обж., (71)

где q_обж = 20 МПа- удельное давление обжатия прокладки [13];

Р_обж = 0,5·3,14·0,5586·0,01741·20= 0,0153 МН

Усилие на прокладке в рабочих условиях, необходимое для обеспечения герметичности фланцевого соединения, вычисляют по формуле:

R_п = рD_сп b₀ mР₁. (72)

где m = 2,5 прокладочный коэффициент [13].

R_п = 3,14·0,5586·0,01741·2,5·1=0,0764 МН.

Усилия в болтах (шпильках) фланцевого соединения при затяжке и в рабочих условиях:

Cуммарную площадь сечения болтов (шпилек) по внутреннему диаметру резьбы или нагруженному сечению наименьшего диаметра вычисляют по формуле

A_б = nf_б, (73)

где f_б =324 мм²- площадь поперечного сечения болта (шпильки) по внутреннему диаметру резьбы или сечению наименьшего диаметра.

A_б = nf_б= 20·324·10^-6=0,00648 м².

равнодействующую нагрузку от давления вычисляют по формуле:

Q_д = 0,785D²_cпP₁. (74)

Q_д = 0,785D²_cпP₁=0,785·0,5586²·0,7=0,171 МН.

Нагрузку, вызванную стесненностью температурных деформаций, вычисляют по формуле:

Q_t = г[б_ф1h₁(t_ф1-20)+б_ф2h₂(t_ф2-20)- б_б(h₁+ h₂)( t_б-20)] (75)

где г - жесткость фланцевого соединения ; б_ф1= б_ф2 =б_б = 11,1·10^-6,

1/°С - коэффициент температурного линейного расширения материала фланцев, согласно таблицы Ж 3, [10];

t_ф1 = t_ф2 - расчетная температура фланцев; t_б- расчетная температура болтов.

Рабочую температуру элементов фланцевого соединения определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний. При отсутствии более точных данных допускается определять расчетную температуру элементов фланцевого соединения по таблице В.1.[10].

t_ф1 = t_ф2= t=35°C.

Расчетную температуру болтов, находим по формуле:

t_б= 0,97t (76)

t_б= 0,97t=0,97·35=33,95°С.

Жесткость плоского фланцевого соединения вычисляют по формуле:

г= , (77)

где - податливость прокладки,

- податливость болтов (шпилек),

= угловая податливость фланца при затяжке,

- модуль продольной упругости материалов болтов (шпилек), фланцев. ==2,13·10⁵ МПа, =1,985·10⁵ МПа;

b - плечи действия усилий в болтах (шпильках) для плоских фланцев вычисляют по формуле:

b = 0,5 (D_б - D_cп) (78)

b = 0,5 (0,576 - 0,5586)=0,0087м.

Податливость прокладки по формуле:

(79)

где =2мм - толщина прокладки,

К = 0,90 - коэффициент обжатия,

=0,02·10⁵МПа - условный модуль сжатия.

= = 2,95·10^-5 м/МН.

Податливость болтов (шпилек) для фланцев по формуле:

, (80)

где - расчетная длина болта (шпильки),

(81)

где = 0,065м - расстояние между опорными поверхностями гаек.

= 0,065+0,56·0,024 = 0,07844 м.

Податливость болтов (шпилек) для фланцев по формуле (80):

= = 5,68·10^-5, м/МН.

Угловую податливость фланца при затяжке вычисляют по формуле:

, (82)

где = 0,55 - коэффициент, зависящий от соотношения размеров втулки фланца;

- коэффициент;

S₀ =0,012м. - толщина штуцера;

- параметр длины обечайки.

Параметр длины обечайки вычисляют по формуле:

(83)

= = 0,0775м

Коэффициент л вычисляют по формуле:

л = (84)

где = 0,91 - коэффициент, зависящий от соотношения размеров втулки фланца;

= 1,8,

= 8 - Коэффициенты зависящие от соотношения размеров тарелки фланца, определяют по графикам, приведенным на рисунке К.1 [10], в зависимости от К=D_н/D=0,67/0,5=1,34

л = = 7,27

Угловую податливость фланца вычисляем по формуле (82):

= = 0,0311 (МН·м)^-1

Жесткость плоского фланцевого соединения вычисляем по формуле(77):

= 1795,04

Нагрузку, вызванную стесненностью температурных деформаций, по формуле (75):

Q_t = г[б_ф1h₁(t_ф1-20)+б_ф2h₂(t_ф2-20)- б_б(h₁+ h₂)( t_б-20)]=1795,04[11,1·10^-6·0,032(35-20)+11,1·10^-6·0,033(35-20)-11,1·10^-6(0,032+0,033)·(33,95-20)]=0,00136 МН.

Расчетную нагрузку на болты (шпильки) фланцевых соединений вычисляют по формулам:

- при затяжке фланцевого соединения:

Р^м_б = mах{Р_б1; Р_б2}, (85)

- в рабочих условиях:

Р^р_б = Р^м_б+(1-б)(Q_д+F)+Q_t+, (86)

где Р_б1 - расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке, необходимая для обеспечения в рабочих условиях давления на прокладку, достаточного для герметизации фланцевого соединения;

Р_б2 - расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке, необходимая для обеспечения обжатия прокладки и минимального начального натяжения болтов (шпилек):

Р_б1 = max, (87)

где б -коэффициент жесткости фланцевого соединения (для приварных встык и плоских фланцев с плоскими прокладками), нагруженного внутренним давлением или внешней осевой силой;

- коэффициент жесткости фланцевого соединения, нагруженного внешним изгибающим моментом;

F=0 - внешняя осевая сжимающая сила.

Коэффициенты б и вычисляются по формулам:

б = ; (88)

(89)

где e - плечо усилия от действия давления на фланец для всех типов фланцев принимается равным:

e = 0,5 (D_cп - D - S_э) (90)

e = 0,5 (0,5586 - 0,5 - 0,012)=0,0233м.

- угловая податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом, вычисляют по формуле:

(91)

= 0,013 (МН·м)^-1

По формуле (89) получаем:

= = 0,716

По формуле (88) получаем:

б = = 0,814

По формуле (87) получаем:

Р_б1 = max=max= МН

Р_б2 = max {Р_обж; 0,4 А_б[у]^б}, (92)

где [у]^б ,МПа,- допускаемое напряжение для материалов болтов (шпилек) определяется по формуле:

(93)

где = 218,68 МПа - предел текучести материала шпилек сталь Ст20;

=1,5 - коэффициент запаса прочности.

= = 145,8 МПа

По формуле (92) получаем:

Р_б2 = max {0,0153; 0,4 ·0,00648 ·145,8}=max {0,0153; 0,378}= 0,378 МН

По формуле (85) получаем:

Р^м_б = mах{Р_б1; Р_б2} = mах{0,5232; 0,378}=0,5232 МН

По формуле (86) получаем:

Р^р_б = 0,5232+ (1-0,814)(0,171+0)+ 0,00136+ = 0,68 МН

Расчетные напряжения в болтах (шпильках) вычисляют по формулам:

- при затяжке:

(94)

= = 80,74 МПа

- в рабочих условиях:

(95)

= = 104,9 МПа

Условия прочности болтов (шпилек) определяют по формулам:

- при затяжке:

? (96)

< 145,8

- в рабочих условиях:

? (97)

< 145,8

Условия (96) и (97) выполняются.

Условие прочности прокладки для мягких прокладок определяют по формуле:

(98)



где: [q] - допускаемое удельное давление, согласно приложению И. [10] [q]=130 МПа.

= = 18,45?130 МПа

Условие прочности прокладки выполняется.

3.5 Выбор и расчет опоры

Определяем расчетные нагрузки, действующие на опору.

За максимальную приведенную нагрузку Q_max принимаем наибольшее из значений:

Q₁= (99)

Q₂= (100)

где и - расчетные изгибающие моменты в нижнем сечении опорной обечайки в режимах эксплуатации и гидравлического испытания соответственно;

и - осевые сжимающие силы, действующие в нижнем сечении опорной обечайки в режимах эксплуатации и гидравлического испытания соответственно.

Минимальная приведенная нагрузка определяется по формуле:

Q_min= (101)

где - расчетный изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки при пустом аппарате;

- осевая сжимающая сила, действующая в нижнем сечении опорной обечайки при пустом аппарате.

Принимаем М₁=М₂=М₃=0,06 МН·м

Осевые сжимающие силы:

F₃= G_кор = 0,07906386 МН.

F₁= F₃+G_пча+ G_ж = 0,07906386 +0,1023153+0,0151=0,1965 МН

F₂= F₃+G_Н2О,

где G_Н2О вес воды при гидроиспытаниях определяется по формуле:

G_Н2О= с·V·g, (102)

G_Н2О= с·V·g = сg, (103)

где =0,398м³ - объем воды в днище и крышке соответственно, согласно таблицы 16,1 [3, с.440].

G_Н2О= 9989,81= =4039969,0 Н = 0,24 МН

Осевая сжимающая сила F₂:

F₂= F₃+G_Н2О=0,07906386 +0,24 = 0,318 МН.

Q₁= 0,281 МН,

Q₂ = 0,402 МН.

из полученных результатов следует, что максимальная приведенная нагрузка будет равняться:

Q_max=0,402 МН.

Минимальная приведенная нагрузка по формуле (101):

Q_min= = 0,1631 МН.

Согласно рисунков 14.3 [1, с.285] и 14.25 [1, с 305], а также таблиц 14.10 [1, с. 287], 14.11 [1, с. 288] и АТК 24.200.04-90 выбираем стандартную цилиндрическую опору Опора-2-1400-0,63-0,32, для которой:

Q_max= 0,63 МН;

Q_min= 0,32 МН.

Основные размеры опоры:

Высота опоры Н₁=1200 мм;

Диаметр аппарата D = 1400 мм;

Наружный диаметр опорного кольца D₁ = 1680 мм;

Внутренний диаметр опорного кольца D₂ = 1300 мм;

Диаметральные расположения

Фундаментных болтов D_б = 1560 мм;

Толщина обечайки опоры S₁ = 8 мм;

Толщина опорного кольца S₂ = 20 мм;

Число болтов z_б = 6;

Диаметр болтов d_б = М30

Диаметр отверстий в нижнем опорном

кольце под шпильки d₂ = 35 мм.

Рисунок 6. Основные параметры опоры. 1 - обечайка; 2 - кольцо верхнее;

3 - ребро; 4 - кольцо нижнее

Опорная обечайка проверяется на прочность для рабочих условий, и устойчивость для рабочих условий и условий гидроиспытаний. Проверку производим по трем расчетным сечениям опоры: Е - Е -в основании опоры; Г - Г -по сварному шву обечайки и опоры; Д - Д -по центру наибольшего отверстия в опоре.

Расчетная температура в опорной обечайке определяется из условия:

t_R=max {t_к-?t; 20°C}, (102)

где ?t = 350°С - перепад температуры вдоль опорной обечайки, определяется по рисунку 14.26 [1, с.306]

t_R=max {20-350;20}=20°С.

Прочность сварного соединения опоры с корпусом определяется условием (сечение Г-Г):

у = ц_s·min {[у_o]; [у_k]}, (103)

где ц_s = 0,8 - коэффициент прочности сварных швов, согласно таблицы Д.1. [7];

[у_o] = [у_k] = 154 МПа - допускаемые напряжения для материала опоры и материала корпуса аппарата соответственно;

=S₁= 0,008 м - расчетная толщина сварного шва.

у = 13,91 МПа

у = 13,91 МПа ? 0,8·min {154; 154} = 123,2 МПа

Условие прочности для сварного шва, соединяющего корпус аппарата с опорной обечайкой, выполняется.

Прочность и устойчивость обечайки опоры в сечении Д-Д, проходящего по центру наибольшего отверстия в опоре, определяется по условию:

, (104)

где - осевая сжимающая сила;

М - максимальный изгибающий момент в сечении Д-Д;

, и - коэффициенты, определяемые по рисунку 14.27 [1, с.308], коэффициенты , и зависят от величин:

d/D = 0,5/1,4 = 0,36 и b₃/D = 0,1/1,4 = 0,07.

Соответственно коэффициенты будут равны:

= 1; = 0,95; = 0,01

и - допускаемые осевая сила и момент соответственно.

, (105)

где [F]_П - допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности;

[F]_П = р·(D+S-c)·(S-c)·[у] ₀ (106)

[F]_П =3,14·(1,4+0,008-0,00148)·(0,008-0,00148)·154= 4,44 МН;

[F]_Е - допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости.

[F]_E= (107)

[F]_E= = 7,46 МН.

Допускаемая осевая сила по формуле (105):

= = 3,83 МН

Допускаемый изгибающий момент определяется по формуле:

, (108)

где - допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости;

(109)

= = 2,98 МН·м;

- допускаемый изгибающий момент из условия прочности.

[F]_п (110)

[F]_п==1,55 МН·м,

Допускаемый изгибающий момент по формуле (108):

= 1,38 МН·м

Проверка устойчивости по условию (104):

,

Условие выполняется.

Расчет нижнего кольца опоры. Сечение Е-Е.

Ширина кольца определяется по формуле:

b₁=0,5·(D₁-D₂) (111)

b₁=0,5·(1,68-1,3) = 0,19 м.

Для величины b₁ должно выполняться условие:

b₁? b_1R= (112)

где =6 МПа - допускаемое напряжение при сжатии для бетона марки 200;

F=F₁=0,1965 МН - осевая сжимающая сила.

b_1R= =0,012?0,19= b₁.

Условие выполняется.

Толщина нижнего опорного кольца проверяется по условию:

S₂? max, (113)

где: -выступающая наружу от обечайки опоры ширина кольца, принимаем м[1, с. 307] ;

- расчетное напряжение сжатия в бетоне;

х₁= 0,64 - коэффициент, принимаемый по рисунку 14.28 [1, с. 309] в зависимости от параметра = 0,06/0,087=0,3937;

- допускаемое напряжение материала опоры.

Расчетное напряжение сжатия в бетоне определяется по формуле:

, (114)

= = 0,38 МПа.

Толщина нижнего опорного кольца по условию (113):

S₂? max = max= 0,012?0,020=S₂.

Условие для нижнего опорного кольца выполняется.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе выполнен расчет на прочность основных элементов аппарата от действия различных нагрузок, таких как избыточное давление, вакуум и изгибающий момент. Рассчитана толщина стенки корпуса, которая составила 14 мм. Подобрана и рассчитана стандартная опора. Выполнен проверочный расчет фланцевого соединения. Также выполнен расчет днищ. Поскольку работа носит учебный характер, полный прочностной расчет всех элементов аппарата не произведен.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1981г. - 382 с., ил.

2. Поникарпов И.И., Гайнулин М.Г. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки: Учебник. - Изд. 2-е, перераб. И доп. - М.: Альфа-М, 2006. - 608 с. Ил.

3. Лащинский А.А. Толчинский А.Р., Л.: Машиностроение, 1970 г., - 752 стр. табл.476. илл. 418. Библ.218 назв.

4. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химического производств. 2-е изд., пер. и доп. - М.: Химия, 1975 г.

5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/под ред. П.Г.Романкова. - 9-е изд. Перераб. И доп. - М. - Л.: Химия, 1981г.

6. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ под ред. Ю.И.Дытнерского. - М.:Химия, 1983. - 272с., ил.

7. ГОСТ Р 52857.1 - 2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.

...