Курсовая работа: Аппараты с перемешивающими устройствами

Таблица 2.1.2.

Параметры конструкции корпуса аппарата [2, стр.22, табл.П1.3]

2.2 Материалы корпуса аппарата

Марки сталей для изготовления обечаек, днищ и крышек аппаратов указаны в техническом задании на курсовое проектирование.

Допускаемое напряжение при расчёте по предельным нагрузкам конструктивных элементов корпуса для углеродистых и низколегированных сталей определяется по выражению:

[1,стр14]

где ут, ув - предел текучести и временное сопротивление (предел прочности) при расчётной температуре, МПа.

nт, nв - коэффициенты запаса по пределу текучести и по пределу прочности, которые принимаются равными соответственно 1,5 и 2,4.

[у] = [у]1 +

[у]1 = 183 (МПа); [у]2 = 160 (МПа); [2, табл.П2.1, стр.23]

t2 = 20 °C; t1 = 100 °C; t=98 °C;

[у] = = 160,6 МПа (сталь 17Г1С, tc=98 оС)

2.3 Расчётные параметры и нормы

Под условным проходом DУ понимается номинальный внутренний диаметр аппарата. Фактический внутренний диаметр в зависимости от способа изготовления аппарата может несколько отличаться от номинального стандартного размера. Условные проходы установлены стандартом СЭВ 254-76.

DУ = 2000 мм [1,стр.15]

Внутренний диаметр корпусов цилиндрических сосудов и аппаратов, величина которых регламентирована ГОСТ 9931-79, совпадают с величинами условных проходов.

DУ = DВ = 2000 мм.

Расчётная температура, tР используется для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений. При расчёте стенок корпуса, расчётная температура принимается равной температуре среды в аппарате tС.

tР = tС = 98 оС [1,стр.15]

Расчётная температура для фланцевых соединений принимается:

для фланцев при наличии тепловой изоляции -tС = 98°С, для болтов в этом случае - 0,97 tС. = 95 °С. [1,стр.15]

Условное, рабочее и расчётное давление. Под условным давлением (рУ) следует понимать наибольшее избыточное давление при температуре среды 20 °С, при котором допустима длительная работа трубопровода или аппарата, имеющих данные размеры, обусловленные расчётом на прочность. Ряд условных давлений установлен ГОСТ 356-80.

рУ = 0,40 МПа. [1,стр.16]

Под рабочим давлением (р) для сосудов и аппарата принимается наибольшее внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании процесса.

р = 0,33 МПа. [1,стр.16]

Расчётное давлением (рР) для конструктивных элементов сосуда и аппарата - давление, при котором производится их расчёт на прочность или устойчивость. Как правило, рабочее давление принимается равным рабочему давлению: рРВ = р.

рРВ = 0,33 МПа. [1,стр.16]

При расчёте на прочность (по внутреннему давлению) стенки обогревающей рубашки в качестве расчётного следует принимать рабочее давление теплоносителя (пара) рП. Это же давление принимается в качестве расчётного при проверке на устойчивость части корпуса аппарата, находящейся над рубашкой.

рП = 0,146 МПа. [1,стр.17]

Коэффициент прочности сварных швов ц, который вводят в расчётные формулы при расчёте сосудов и аппаратов, характеризует прочность сварного соединения в сравнении с прочностью основного материала. Значение этого коэффициента принимаются в зависимости от конструкции шва и вида сварки.

ц = 0,9 [2, табл.П2.4, стр.24 ].

Прибавки к расчётным толщинам конструктивных элементов корпуса, учитываемые при расчёте, определяются по формуле:

аппарат давление перемешивание

С = С1 + С2 + С3 , [1,стр.17]

где С - сумма прибавок к расчётным толщинам стенок, мм;

С1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

С2 - прибавка для компенсации минусового допуска на стандартную толщину стального листа;

С3 - прибавка технологическая, связанная с уменьшением толщины при технологических операциях в процессе изготовления аппарата (вытяжка, штамповка и проч.), мм.

Таким образом, исполнительная толщина стенки элемента аппарата S определяется как:

S > SR + C [1, стр.18],

где SR - расчётная величина стенки, мм;

Прибавка С1 для компенсации коррозии и эрозии равна:

С1 = р · ф + СЭ, [1,стр.18],

где р - глубинныё показатель коррозии, мм/год;

ф - срок службы аппарата, в годах;

СЭ - прибавка для компенсации эрозии, мм.

Для изготовления химических аппаратов, как правило, должны использоваться металлы, для которых глубинный показатель коррозии

р < 0,1 мм/год. Коррозионную стойкость материалов в различных средах можно найти в справочной литературе.

Прибавку СЭ рекомендуется учитывать лишь при высоких скоростях движения среды в аппарате (для жидких сред более 20 м/с) или при наличии в движущейся среде абразивных частиц, что в химико-фармацевтическом производстве встречается сравнительно редко.

Прибавки С2 и С3 учитывают лишь в тех случаях, когда их суммарная величина превышает 5% номинальной толщины листа:

СЭ = 1,00 (мм)

С1 = 0,10 · 10 + 1,00 = 2,00 (мм)

С = 2,00 + С2 + С3 (мм)

Расчёт корпуса аппарата, нагруженного внутренним давлением.

Цилиндрическая обечайка.

Расчётная толщина стенки обечайки определяется выражением:

SR = pPB · Д / (2ц · [у] - pPB) [1, ф.1, стр.20]

Исполнительная толщина стенки обечайки находится из условия:

S ? SR + C [1,ф.2, стр.20]

где SR - расчётная толщина стенки обечайки, мм;

S - исполнительная толщина стенки обечайки, мм;

рРВ - расчётное внутреннее давление, МПа;

Д - внутренний диаметр обечайки, мм;

[у] - допускаемое напряжение для материала при расчётной

температуре, МПа;

ц - коэффициент прочности сварного шва;

С - сумма прибавок к расчётной толщине, мм.

SR = =2,29(мм),

С2 = 0,5 мм [2, табл.П2.5, стр.26 ].

S ? 2,29 +2,00+0,5 = 4,79 (мм)

Принимаем S = 5,00 (мм).

Допускаемое внутреннее избыточное давление по условию прочности определяется как:

[рВ] = 2 [у] · ц · S / (Д + S) [1, стр.20]

[рВ] = = 0,72 (МПа)

[рВ] > рРВ , условие прочности выполняется.

Эллиптическая крышка.

Для стандартных эллиптических крышек высота соответственно эллиптической части крышки (НК) (без учёта цилиндрической части отбортовки) принимается равной:

НК = 0,25 · Д [1,стр.20]

НК = 0,25 · 2000 = 500 (мм)

Радиус кривизны в вершине крышки (R) принимается равным:

R = D [1, стр.20]

R = 2000 (мм)

Расчётная толщина стенки крышки (S1R) вычисляется по формуле:

S1R = pPB · R / (2ц · [у] - 0,5 pPB) [1, стр.20]

S1R = = 2,29 (мм).

Исполнительная толщина находится из условия:

S1 ? S1R + C [1, стр.21]

С2 = 0,5 мм

S1 ? 2,29 + 2,00 + 0,5 = 4,79(мм);

Принимаем S1 = 5,00 (мм).

Допускаемое внутреннее избыточное давление определяется из условия прочности:

[рВ] = 2 [у] · ц · S1 / (0,5S1 + R) [1, стр.20]

[рВ] = =0,72 (МПа)

[рВ] > рРВ, условие прочности выполняется.

Коническое днище.

Для стандартных днищ (радиус тороидального перехода r = 0,15Д) при б= 45°расчётная толщина конической части днища принимается равной:

SKR = ( DК/ cos б) · рРВ / (2ц ·[у]- рРВ) [1, стр.21]

SK ? SKR + C

где SKR - расчётная толщина конической части днища, мм;

SK - исполнительная толщина стенки днища, мм;

DК ? 0,8D - расчётный диаметр конического днища, мм.

DК = 0,8 · 2000 = 1600(мм);

SKR = = 2,59 (мм);

С2 = 0,6 мм

SK ? 2,59 + 2,00 + 0,6 = 5,19 (мм);

Принимаем SK = 6,00 (мм).

Допускаемое внутреннее избыточное давление находят из условия:

[рВ] = 2 [у] · ц · SК / (SК + DК / cos б) [1, стр.21]

[рВ] = = 0,76 (МПа)

[рВ] > рРВ, условие прочности выполняется.

Расчёт толщины стенки обогревающей рубашки.

Цилиндрическая обечайка обогревающей рубашки рассчитывается по тем же формулам, что и толщина стенки корпуса.

SR = pPB · D1 / (2ц · [у] - pPB)

Исполнительная толщина стенки обечайки обогревающей рубашки находится из условия:

S ? SR + C

рРВ = рП = 0,146 МПа;

SR = = 1,21(мм)

С2 = 0,4 мм

S ? 1,21 + 2,00 + 0,4 = 3,61(мм)

Принимаем S = 4,00 (мм).

Допускаемое внутреннее избыточное давление по условию прочности определяется как:

[рВ] = 2 [у] · ц · S / (D1 + S)

[рВ] = = 0,48 (МПа)

[рВ] > рРВ , условие прочности выполняется.

Коническое днище обогревающей рубашки рассчитывается по тем же формулам, что и толщина конического днища корпуса.

SKR = ( DК/ cos б) · рРВ / (2ц ·[у]- рРВ)

SK ? SKR + C

DК = 0,8 · 2400 = 1920 (мм);

SKR = = 1,37 (мм);

С2 = 0,4 мм

SK ? 1,37 + 2,00 + 0,4 = 3,77 (мм);

Принимаем SK = 4,00 (мм).

Допускаемое внутреннее избыточное давление находят из условия:

[рВ] = 2 [у] · ц · SК / (SК + ДК / cos б)

[рВ] = = 0,43 (МПа)

[рВ] > рРВ, условие прочности выполняется.

Расчёт корпуса аппарата, нагруженного наружным давлением.

Цилиндрическая обечайка.

Расчётная и исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки могут быть определены по выражениям:

SER = 1,122 · D0,6 (рРН · lP / E)0.4 [1, ф.3, стр.23]

SE ? SER + C [1, ф.4, стр.23]

Допускаемое наружное давление [рН] определяется по выражению:

[pH] = ( [pH]у · [pH]E ) / { ( [p]у)2 + ( [pH]E )2 }0,5 [1, ф.5, стр.23]

где [pH]у - допускаемое давление из условия прочности, рассчитываемое по формуле:

[pH]у = 2[у] · SE / (D + SE), [1, ф.6, стр.23]

а [pH]E - допускаемое давление из условия прочности, определяется как:

[pH]E = 0,75Е · (D / lP) · (SE / D)2,5 [1, ф.7, стр.23]

В приведённых формулах использованы следующие обозначения:

SER - расчётная толщина стенки цилиндрической обечайки из условия

устойчивости, мм;

SE - исполнительная толщина стенки обечайки, мм;

рРН - расчётное наружное давление, МПа;

Е - модуль продольной упругости для материала обечайки при расчётной температуре, МПа;

lP - расчётная длина гладкой (неподкреплённой кольцами) цилиндрической обечайки, этот параметр рассчитывается по следующей формуле:

lP = lЦ + h + r · sin б.

SER = 1,122·20000,6 ·(0,146 · 1885,13 / 1,912 · 105)0,4 = 7,83 (мм);

С2 = 0,8 мм

SE ? 7,83+2,00 + 0,8 =10,63 (мм);

Принимаем SE = 12,00 (мм)

[pH]у = 2 · 160,6 · 12,00 / 2000 + 12 = 1,915 (МПа);

[pH]E = 0,75 · 1,912 ·105 · (2000/1558,13)·(12,00 / 2000)2,5 =0,424 (МПа);

[pH] = (1,915 · 0,424) / (1,9152 + 0,4242)0,5= 0,414 (МПа);

[pH] ? рРН, условие прочности выполняется.

Е·10-5 = Е1 + ;

Е1· 10-5 = 1,99 (МПа); Е2· 10-5 = 1,91 (МПа);

t1 = 20 °C; t2 = 100 °C; t = 98 °C

Е·10-5 = 1,99 + = 1,912(МПа);

Е = 1,912 · 105 (МПа);

рРН = рП = 0,146 МПа;

lP = lЦ + h + r · sin б;

h = 25,00 (мм);

lЦ = Н2 -Н6 - Н3 = 3080 - 1282 - 150 = 1648,00 (мм);

r · sin б = 300 · 0,707 = 212,13(мм);

lР = 1648,00 + 25 + 212,13 = 1885,13 (мм);

Эллиптическая крышка.

Так как наружное давление на крышку оказывает только окружающая среда, то этим расчетом можно пренебречь.

Коническое днище.

Толщина стенки конического днища в первом приближении определяется по формуле:

SKER = 1,122 · DKE0,6 · (pPH · lKP / E)0,4 [1, стр.26]

где DKE - эффективный диаметр конического днища, равный:

DKE = 0,5 · (D + DO) / cos б [1, стр.26]

lКР - расчётная длина, находится из выражения:

lКР = 0,5 ·(D - DO) / sin б [1, стр.26]

В последних двух выражениях DO - диаметр отверстия в нижней части конического днища. Для данного аппарата, DO - диаметр штуцера для нижнего выпуска продукта.

DO = 150,00 (мм); [2, табл.П4.1, стр.42]

DKE = = 1520 (мм);

lKP = = 1308 (мм);

SKER = 1,122 · 15200.6 ·(0,146·1308 / 1,912 ·105)0.4 = 5,74(мм);

С2 = 0,8 мм

SKE ? SKER + C = 5,74 + 2,0 + 0,8 = 8,54(мм);

Принимаем SKE = 10,00 (мм).

Допускаемое наружное давление [pH] определяется по формуле:

[pH] = ( [pH]у · [pH]E ) / { ( [p]у)2 + ( [pH]E )2 }0,5

где [pH]у - допускаемое давление из условия прочности, считается

по формуле:

[p]у = 2[у] · SKE / (SKE + D / cosб) [1, стр. 26]

[pH]E - допускаемое давление из условия устойчивости,

определяется как:

[pH]E = 0,75Е · (DKE / lKP) · (SKE / DKE)2,5 [1, стр. 26]

[рН]у = = 1,131 (МПа);

[рН]Е = =0,585 (МПа);

[рН] = = 0,52 (МПа);

[pH] ? рРН, условие прочности выполняется.

Таблица 2.6.

Фланцевые соединения.

Фланцы к химическим аппаратам и штуцерам выбирают по соответствующим государственным или отраслевым стандартам с учетом условного прохода DУ, условного давления рУ и расчетной температуры t:

DУ = 2000 мм

pУ = 0,40 МПа

t = 98° C

Для данного аппарата используются фланцы плоские приварные.

По типу уплотнительной поверхности фланцы относятся к исполнению с гладкой поверхностью, применяемому при внутреннем давлении до 0,63МПа.

В качестве материала для изготовления фланцев берется углеродистая качественная сталь 17Г1С.