Расчет толщины кожуха
Главным составным элементом корпуса большинства химических аппаратов является кожух (обечайка). Наибольшее распространение получили цилиндрические кожухи, которые отличаются простотой изготовления, рациональным расходом материала и достаточной прочностью.
Цилиндрические кожухи из стали при избыточном давлении среды в аппарате р следует рассчитывать по формуле:
δ = D ∙ p / (2 ∙ σд ∙ φ) + Ск + Сокр,
где D – внутренний диаметр кожуха, м;
σд – допускаемое напряжение на растяжение для материала кожуха, МН/м2 (σд = 140 МН/м2).
Коэффициент φ учитывает ослабление кожуха из-за сварного шва и наличия неукрепленных отверстий, φ = φш = 0,95.
Прибавка толщины с учетом коррозии Ск определяется формулой: Ск = П∙τа,
П = 0,1 мм/год; τа = 10 лет, а суммарное значение толщины округляется до ближайшего нормализованного значения добавлением Сокр.
Cк = П . τа = 0,1 . 10 = 0,001 м.
Границей применимости формулы для расчета кожуха является условие:
(δ - Ск) / D ≤ 0,1.
Толщина кожуха с учетом запаса на коррозию и округления равна:
δ = 0,8 ∙ 0,392 / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001 = 0,0022 м = 2,2 мм.
Условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,1 выполняется.
На основании данных практического использования кожухотрубчатых теплообменных аппаратов принимаем толщину стенки кожуха равной 4мм.=0,004м.
Допускаемое избыточное давление в обечайке можно определить из формулы:
рд = 2 ∙ σд ∙ φ ∙ (δ - Ск) / (D + (δ - Ск)) =
= 2 ∙ 140 ∙ 0,95 ∙ (0,0022 - 0,001) / (0,8 + (0,0022 - 0,001))= 0,39 МПа.
Расчет толщины днища
Составным элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготавливаются из того же материала, что и кожуха, и привариваются к ней. Днище неразъемно ограничивает корпус горизонтального аппарата с боков. Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Днища такой формы изготавливаются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПа. Толщину стандартных эллиптических днищ, работающих под внутренним избыточным давлением р, рассчитывают по формуле, которая справедлива при условии: (δ - Ск) / D ≤ 0,125.
|
|
Примем, что днище у аппарата стандартное отбортованное эллиптическое сварное и в нем нет неукрепленных отверстий.
Примем φ = φш = 0,95.
Толщина днища:
δ = D ∙ p / (2 ∙ σд ∙ φ) + Ск + Сокр = 0,8∙ 0,3924 / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001= 0,0022 м = 2,2 мм.
Требуемое условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,125 выполняется. Исходя из условия, по которому толщина стенки полусферического днища должна быть не меньше толщины стенки кожуха принимаем толщину стенки днища равной 5мм.=0,005м.
Расчет фланцевых соединений
Подсоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров. Штуцерные соединения могут быть разъемными и неразъемными. Наиболее употребительны разъемные соединения с помощью фланцевых штуцеров. Стальные фланцевые штуцера представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним фланцами либо с фланцами, удерживающимися на отбортовке, либо с фланцами, откованными заодно со штуцером. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров могут быть тонко- или толстостенными. Штуцера не рассчитывают на прочность, а выбирают. Типы штуцеров определены действующими стандартами, сводную таблицу которых можно найти в справочнике.
|
|
По назначению все фланцевые соединения в химическом аппаратостроении подразделяются на фланцы для трубной арматуры и труб и фланцы для аппаратов. Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев, уплотнительного устройства и крепежных элементов.
Конструкцию фланцевого соединения принимают в зависимости от рабочих параметров аппарата: при р ≤ 2,5 МПа и t ≤ 300˚С применяют плоские приварные фланцы (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Конструкция плоского приварного фланцевого соединения
Во фланцевых соединениях при р ≤ 2,5 МПа и t ≤ 300˚С применяют болты.
Опоры служат для установки аппаратов на фундамент. Опора имеет обечайку цилиндрической или конической формы и фундаментное кольцо из полосовой стали, приваренное к кожуху. Опору приваривают к корпусу аппарата сплошным швом.
При установке аппарата внутри помещения на полу применяются отдельные опорные лапы обычно 4. Выбирают лапы по нормали в зависимости от нагрузки. Подвесные опорные лапы рекомендуется располагать выше центра масс аппарата.
Выбор конструкции опор аппарата
Опоры служат для установки аппаратов на фундамент. Опора имеет обечайку цилиндрической или конической формы и фундаментное кольцо из полосовой стали, приваренное к кожуху. Опору приваривают к корпусу аппарата сплошным швом.
При установке аппарата внутри помещения на полу применяются отдельные опорные лапы обычно 4. Выбирают лапы по нормали в зависимости от нагрузки. Подвесные опорные лапы рекомендуется располагать выше центра масс аппарата.
|
|
Выбор типа опоры аппарата зависит от ряда условий: места установки аппарата, соотношения высоты и диаметра аппарата, его массы и т.д. При установке колонных аппаратов на открытой площадке, когда отношение высоты опоры к диаметру аппарата меньше или равно 5, то рекомендуют использовать опоры в виде ножек. Для горизонтальных аппаратов, устанавливаемых в помещениях, рекомендуют применять седловые опоры. Руководствуясь этими рекомендациями, мы выбираем седловые опоры.
Расчет трубных решеток
Одним из основных элементов кожухотрубчатых теплообменников являются трубные решетки. Они представляют собой перегородки, в которых закрепляются трубы и которыми трубное пространство отделяется от межтрубного.
Для большинства типов неподвижно закрепленных решеток их высоту рассчитывают по формуле:
h = K ∙ D √ p / φ0σи.д + Ск + Сокр,
где К = 0,45;
D = Dп – средний диаметр цилиндрической обечайки кожуха аппарата:
м;
р = 0,392 МПа – рабочее давление;
σи.д = 140 МН/м2 – допускаемое напряжение на изгиб материала решетки;
Ск = 0,001 м;
φ0 – коэффициент ослаблений решетки отверстиями:
φ0 = (Dп – zр∙ dн) / Dп = (0,805 -10 ∙ 0,02) / 0,805= 0,75,
где zр – число труб на диаметре решетки;
dн – наружный диаметр труб.
h = 0,45 ∙ 0,805 ∙ √0,392 / (0,75 ∙ 140) + 0,001 = 0,023 м = 23 мм.
Высоту решетки снаружи определяют по формуле:
h1 = K1 ∙ Dп √ p / σи.д + Ск + Сокр,
h1 = 0,36 ∙ 0,805 ∙ √0,392 / 140 + 0,001 = 0,016 м = 16 мм.
где K1 = 0,36; Dп = 0,805 м; р = 0,392 МПа.
Минимальный шаг между трубами t рекомендуется принимать соответственно диаметру труб: dн = 25 мм, t = 1,3 ∙ dн
t = 1,3 ∙ 25 = 32,5 мм.
Высоту трубной решетки принимаем 32 мм
Заключение
В данном курсовом проекте я произвел подбор и расчет теплообменной установки, предназначенной для использования в производстве крепленого вина. Мной был произведен технологический, гидравлический расчет, а также элементы механического расчета. Исходя из полученных данных был подобран по каталогу нормализованный четырехходовой кожухотрубчатый теплообменник. Кроме того была подробна рассмотрена технологическая схема теплообмена.
Список литературы
1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. 496с.
2. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков//Под ред. Чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова.- 10-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1987. 576с.
3. Расчет теплообменных аппаратов: Учеб. пособ./ В.Д. Измайлов, В.В. Филиппов; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2006. 108с.