Расчет химического реактора
Расчет сферического днища корпуса химического реактора, нагруженного внутренним избыточным давлением: эллиптической крышки аппарата, сферического днища аппарата, цилиндрической обечаек реактора, конической обечайки реактора, массы аппарата и подбор опор.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.03.2008 |
| Размер файла | 349,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
2
26
Оглавление
|
1. |
Расчет на прочность эллиптической крышки аппарата |
||
|
2. |
Расчет на прочность сферического днища аппарата |
||
|
3. |
Расчет на прочность цилиндрической обечаек реактора |
||
|
4. |
Расчет на прочность конической обечайки реактора и нетороидального перехода цилиндрической обечайки реактора (большего диаметра) в коническую |
||
|
5. |
Расчет массы аппарата и подбор опор |
||
|
Используемая литература |
Перед расчетом определимся с выбором конструкционного материала в зависимости от необходимой химической стойкости. По табл.III.19. «Нержавеющие стали, сортамент, свойства и области применения» [1] выбираем листовую сталь марки 03Х18Н11. Сварные соединения из этой стали, обладают высокой стойкостью против МКК в средах окислительного характера, не подвержены ножевой коррозии. Используется для сварного оборудования емкостного, теплообменного и трубопроводов. Применяется от -253 до +610 °С.
Разрушающее действие среды на материал учитываем введением прибавки С к номинальной толщине детали:
С=П•фа,
где фа - амортизационный срок службы аппарата (принимаем фа =20 лет);
П - коррозионная проницаемость, мм/год. По табл.III.21. «Коррозионная стойкость аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей» [1] принимаем П=0,025 мм/год.
С=П•фа=0,025•20=0,5мм
1. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ КРЫШКИ
АППАРАТА
Расчет толщины стенки эллиптической крышки, нагруженного избыточным внутренним давлением.
Толщину стенки крышки рассчитываем по формулам (52)-(54) [2]:
,
где , R=D с Н=0,25D.
0,0146 м.
s1 = 14,6+0,5 = 15,1 мм
Принимаем толщину крышки s1 = 16 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитаем по формуле (54) [2]:
1,5564 МПа
Проведем проверку на необходимость укрепления отверстия для штуцера.
Согласно формуле (26) [3]
0,1303 м
где Dp=2D=2•2=4 м при х=0 согласно (5) [3].
Толщину стенки крышки, при которой не требуется укрепление отверстия, определим подбором:
0,5498 м.
Исполнительная толщина крышки аппарата принимается s1=25 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
2,4546 МПа
Согласно ГОСТ 6533-78 по таблице 7.2 [7] принимаем h1=60 мм.
Проведем проверочный расчет по п. 3.3.1.4. [2]:
0,8=0,8•177,09>h1.
Согласно условиям п. 3.3.1.4. [2] принимаем толщину стенки 25 мм.
Расчет толщины стенки эллиптического днища, нагруженного избыточным наружным давлением.
Наружное избыточное давление принимаем равным атмосферному р=0,101 МПа, при абсолютном давлении внутри аппарата 0 МПа.
Толщину стенки днища рассчитываем по формулам (56)-(58) [2]
;
,
где Кэ=0,9 для предварительного расчета [2].
{0,0040;0,0009}=4,0 мм.
Дальнейший расчет проводим из условия толщины стенки s1=25 мм.
Определим допускаемое наружное давление по формуле (58) [2]:
где допускаемое давление [p]п из условия прочности:
2,73 МПа,
допускаемое давление [p]Е из условия устойчивости в пределах упругости:
3,73 МПа,
где Кэ=0,91,
0,18.
Допускаемое наружное давление:
1,78 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
Принимаем эллиптическое днище с отбортовкой h1=60 мм толщиной стенки s1=25 мм по ГОСТ 6533-78.
2. РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ СФЕРИЧЕСКОГО ДНИЩА
КОРПУСА
Толщину стенки сферического днища корпуса, нагруженного внутренним избыточным давлением, рассчитываем по формуле:
,
Расчетная толщина стенки днища
0,0060 м
где R=0,5D с Н=0,25D; Р=р+ сgh=1,47•106+1000•4,1•9,81=1,51 МПа; р - давление внутри аппарата - 1,47 МПа, с=1000 кг/м3 - плотность воды при гидроиспытании аппарата, h=L1+L2+Lк+0,5D0=1200+1800+300+0,5•1600=4100 мм.
Толщина стенки с надбавкой:
s1р = 6+0,5=6,5 мм;
Таким образом, по [4] принимаем толщину стенки 8 мм
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитываем по формуле:
1,881 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
В результате произведённых расчётов и полученной толщины сферического днища корпуса аппарата под внутренним давлением принимаем толщину сферического днища 8 мм.
Согласно ГОСТ 6533-78 по таблице 7.2 [7] принимаем длину отбортованной части днища h1=40 мм.
Проведем проверочный расчет по п. 3.3.1.4. [2]:
0,3=0,3•32,86<h1.
Согласно условиям п. 3.3.1.4. [2] принимаем толщину стенки равной толщине обечайки, рассчитанной в п. 3.2 - 12 мм.
Расчет толщины стенки полусферического днища, нагруженного избыточным наружным давлением.
Наружное избыточное давление принимаем равным атмосферному р=0,101 МПа, при абсолютном давлении внутри аппарата 0 МПа.
Толщину стенки днища рассчитываем по формулам (56)-(58) [2]
;
,
где Кэ=1,0 для предварительного расчета [2].
{0,0018;0,0004}=1,8 мм.
Дальнейший расчет проводим из условия толщины стенки s1=12 мм.
Определим допускаемое наружное давление по формуле (58) [2]:
где допускаемое давление [p]п из условия прочности:
3,20 МПа,
допускаемое давление [p]Е из условия устойчивости в пределах упругости:
4,25 МПа,
где Кэ=1 [черт. 13; 2],
Допускаемое наружное давление:
2,04 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
Принимаем полусферическое днище с отбортовкой h1=40 мм толщиной стенки s1=12 мм по ГОСТ 6533-78.
Проведем проверку на необходимость укрепления отверстия для штуцера.
Согласно формуле (26) [3]
0,3029 м
где Dp=2R=D=1,6 м (7) [3].
Исполнительная толщина днища аппарата принимается s1=12 мм.
3. РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ОБЕЧАЕК РЕАКТОРА
3.1. Расчет цилиндрической обечайки диаметром 2000 мм
Толщину стенки рассчитываем по формулам 8 и 9 [2]:
s sР+с
где
где sР - расчетная толщина стенки, мм;
p - внутреннее избыточное давление (в нашем случае оно равно давлению внутри аппарата p =15 кг/см2 = 1,47 МПа);
D - диаметр обечайки (D =2 м);
[] - допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;
цр - расчетный коэффициент прочности сварного шва.
Принимаем вид сварного шва - стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдем значение коэффициента прочности цр =1,0.
0,0132 м
s = 13,2+0,5 = 13,7мм
Принимаем толщину стенки s = 16 мм (см. п. 2).
Допускаемое избыточное внутреннее давление будет равным (формула 10 [2]):
1,72 МПа.
Определим допускаемое наружное давление по формуле 13 [2]:
где допускаемое давление из условий прочности определяем по формуле 14 [2]:
1,72 МПа
Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяем по формуле 15 [2]:
где , расчетная длина обечайки l=L1+l3эл+l3кон+L2+l3сф, ; 0,14м; ; l=2,0+0,167+0,14+1,8+0,267=4,374м
4,91
значит, выбираем B1 = 1.
0,398 МПа
0,388 МПа
Принимаем толщину стенки корпуса s=16мм.
Расчёт цилиндрической части корпуса нагруженной осевыми усилиями.
Толщина стенки обечайки нагруженной осевым растягивающим усилием должна соответствовать условию:
где 0,0066 м
Осевое растягивающее усилие:
4,62 МН.
Допускаемое осевое растягивающее усилие:
=10,82 МН ?4,62 МН.
Условия s?sp+c и [F]?F выполняются.
Осевое сжимающее усилие рассчитываем по формуле (21) [2]:
Допускаемое осевое сжимающее усилие:
- из условия прочности (22) [2]
3,14•(2+0,016-0,0005)•(0,016-0,0005)•112=10,99 МН
- в пределах упругости из условия устойчивости (23) [2]
[F]Е = min{[F]E1;[F]E2}
но при условии l/D=4,374/2,0=2,187<10 [F]Е = [F]E1 ,
тогда [F]E1 находим по формуле (24) [2]
51,91 МН
с учетом обоих условий по формуле (21) [2]:
=10,75 МН
Осевое сжимающее усилие - это усилие прижатия днища к обечайке атмосферным давлением, которое может быть рассчитано (Приложение 3 «Пример расчета аппарата»[5]):
F=0,25?р?(D+2s)2•p=0,25•3,14•(2,0+2•0,016)2•0,101=0,33 МН
Так как обечайка корпуса при атмосферном давлении и отсутствия давления внутри аппарата работает под совместным действием наружного давления 0,1 МПа и осевого сжимающего усилия F, должно выполняться условие устойчивости:
Проверяем условие устойчивости:
0,29?1
Устойчивость обечайки корпуса с толщиной стенки 16 мм выполняется.
Принимаем толщину стенки обечайки s=16 мм.
3.2. Расчет цилиндрической обечайки диаметром 1600 мм
Толщину стенки рассчитываем по формулам 8 и 9 [2]:
s sР+с
где
где sР - расчетная толщина стенки, мм;
p - внутреннее избыточное давление (в нашем случае оно равно давлению внутри аппарата p =15 кг/см2 = 1,47 МПа);
D - диаметр обечайки (D =1,6 м);
[] - допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;
цр - расчетный коэффициент прочности сварного шва.
Принимаем вид сварного шва - стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдем значение коэффициента прочности цр =1,0.
0,0106 м
s = 10,6+0,5=11,1 мм
Принимаем толщину стенки s = 12 мм.
Допускаемое избыточное внутреннее давление будет равным (формула 10 [2]):
1,60 МПа.
Определим допускаемое наружное давление по формуле 13 [2]:
где допускаемое давление из условий прочности определяем по формуле 14 [2]:
1,60 МПа
Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяем по формуле 15 [2]:
где , расчетная длина обечайки l=L1+l3эл+l3кон+L2+l3сф, ; 0,14м; ; l=2,0+0,167+0,14+1,8+0,267=4,374м
4,08
значит, выбираем B1 = 1.
0,264 МПа
0,260 МПа
Принимаем толщину стенки корпуса s=12мм.
Расчёт цилиндрической части корпуса нагруженной осевыми усилиями.
Толщина стенки обечайки нагруженной осевым растягивающим усилием должна соответствовать условию:
где 0,0057 м
Осевое растягивающее усилие:
3,22 МН.
Допускаемое осевое растягивающее усилие:
=7,65 МН ?3,22 МН.
Условия s?sp+c и [F]?F выполняются.
Осевое сжимающее усилие рассчитываем по формуле (21) [2]:
Допускаемое осевое сжимающее усилие:
- из условия прочности (22) [2]
3,14•(1,6+0,012+0,0005)•(0,012-0,0005)•112=6,52 МН
- в пределах упругости из условия устойчивости (23) [2]
[F]Е = min{[F]E1;[F]E2}
но при условии l/D=4,374/1,6=2,73<10 [F]Е = [F]E1 ,
тогда [F]E1 находим по формуле (24) [2]
27,52 МН
с учетом обоих условий по формуле (21) [2]:
=6,34 МН
Осевое сжимающее усилие - это усилие прижатия днища к обечайке атмосферным давлением, которое может быть рассчитано (Приложение 3 «Пример расчета аппарата»[5]):
F=0,25?р?(D+2s)2•p=0,25•3,14•(1,6+2•0,012)2•0,101=0,21 МН
Так как обечайка корпуса при атмосферном давлении и отсутствия давления внутри аппарата работает под совместным действием наружного давления 0,1 МПа и осевого сжимающего усилия F, должно выполняться условие устойчивости:
Проверяем условие устойчивости:
0,90?1
Устойчивость обечайки корпуса с толщиной стенки 12 мм выполняется.
4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОНИЧЕСКОЙ ОБЕЧАЙКИ
РЕАКТОРА И НЕТОРОИДАЛЬНОГО ПЕРЕХОДА
4.1 Расчетные параметры
Расчетные длины для нетороидальных переходов (рис. 1) рассчитываем по формулам:
,
Рис. 1. Соединение цилиндрической и конической обечаек.
Расчетный диаметр гладкой конической обечайки с нетороидальным переходом
.
Расчетный коэффициент сварных швов по табл. 4 [2]
Толщина стенки конической обечайки
где
4.2. Толщина стенки нетороидального перехода
Толщина стенки перехода определяется по формуле (108) [2]
,
где [(109) 2].
Коэффициент в3 определяем по формуле (97) [2]
где коэффициент в=1,45 находим по черт. 27 [2] при условиях и 0,013;
Толщина стенки
0,020 м, тогда s2=20+0,5=20,5 мм.
Принимаем s1=s2=22 мм
Допускаемое внутреннее избыточное давление из условия прочности переходной части
1,65 МПа.
Допускаемое наружное избыточное давление из условия прочности переходной части
0,64 МПа.
где коэффициент в=3,75 находим по черт. 27 [2] при условиях и 0,001;
Условие прочности выполняется.
Расчетные длины нетороидального перехода
0,17 м
0,15 м
4.3. Толщина стенки конической обечайки
0,0171 м
1,832 м.
согласно условию =17,1+0,5=17,6 мм принимаем толщину стенки конической обечайки sк=0,018 м
Допускаемое внутреннее избыточное давление определяем по формуле (87) [2]
2,38 МПа
Согласно условиям п. 5.2.7 [2] принимаем толщину стенки нетороидольного перехода 22 мм.
Толщину стенки обечайки, нагруженную избыточным наружным давлением в первом приближении определяем по п. 2.3.2.1. [2] согласно п. 5.3.2.2. [2].
s sР+с,
где
Коэффициент К2=0,15 определяем по номограмме черт. 5 [2];
при 0,53; 0,12,
где 0,283 м,
=
=max{2,427; -10,851}=2,427м
max{0,004; 0,0012}=0,004 м.
Толщина стенки s sР+с=4+0,5=4,5 мм, исполнительная толщина стенки принимается s=22 мм
Допускаемое наружное давление определяем по формуле:
,
где допускаемое давление из условия прочности
1,84 МПа;
и допускаемое давление из условия устойчивости
,
10,43 МПа
где ,
86,11
значит, выбираем B1 = 1.
1,81 МПа
Толщина стенки конической обечайки, нагруженной осевыми усилиями
sк sкр+с
где sкр=0,0005 м.
Допускаемая осевая растягивающая сила (п.5.4.1.[2])
8,55 МН
Допускаемая осевая сжимающая сила (п. 5.4.2. [2])
где допускаемая осевая сила из условия прочности
14,82 МН
и допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости
49,95 МН
где 2,772м.
Соединение обечаек без тороидального перехода
Допускаемая осевая растягивающая или сжимающая сила перехода из условий п.5.4.3.[2]
где коэффициент формы в5=max{1,0;(2в+1,2)}.
По диаграмме черт. 28 [2] в=1,5, тогда в5=2•1,5+1,2=4,2
3,60053 МН.
Проверяем условие устойчивости:
0,11?1
Устойчивость перехода с толщиной стенки 12 мм выполняется.
5. РАСЧЕТ МАССЫ АППАРАТА И ПОДБОР ОПОР
Массу аппарата определяем как массу корпуса аппарата и массу воды, заливаемой для гидравлического испытания аппарата.
5.1. Масса корпуса аппарата
5.1.1. Масса крышки со штуцером и фланцами
Площадь поверхности крышки Fк=4,71 м2 (табл. 7.2 [7]).
Мк=Fк•s?с=4,71?0,025?7850=924,34 кг
Массу штуцера и фланца принимаем 45 кг
Масса фланца крышки Мфк=(3,14•2,1852•0,1/4-3,14•22•0,1/4)•7850=477,10 кг.
Общая масса М1=924+45+477=1446 кг
5.1.2. Масса обечайки диаметром 2000 мм
Мо2000=(3,14•2,0322•1,2/4-3,14•22•1,2/4)•7850=954,09 кг.
Масса фланца обечайки Мфо= Мфк=477 кг
Общая масса М2=954+477=1431 кг
5.1.3. Масса конической обечайки
Мок=1185,64 кг
5.1.4. Масса обечайки диаметром 1600 мм
Мо800=(3,14•1,6242•1,8/4-3,14•1,62•1,8/4)•7850=858,26 кг.
5.1.5. Масса днища со штуцером и фланцем
Площадь поверхности днища Fд=2,15 м2 (табл. 7.8 [7]).
Мд=Fд•s?с=2,15?0,012?7850=202,53 кг
Массу штуцера и фланца принимаем 20 кг
Общая масса М5=202+20=222 кг
Общая масса аппарата М=1446+1431+1186+858+222=5143 кг
5.2. Объем аппарата
5.2.1. Объем эллиптической крышки примем как объем сферической крышки
V1=2•3,14•13/3=2,09 м3
5.2.2. Объем обечайки диаметром 2000 мм
Vо2000=3,14•22•1,2/4=3,77 м3.
5.2.3. Объем конической обечайки
Vок=3,06 м3
5.2.4. Объем обечайки диаметром 1600 мм
Vо1600=3,14•1,62•1,8/4=3,62 м3.
5.2.5. Объем днища
V5=2•3,14•0,83/3=1,07 м3
V=2,9+3,77+3,06+3,62+1,07=14,42 м3
Масса воды Мв=14,42•1000=14420 кг
Общая масса аппарата М=5143+14420=19563 кг
Принимаем округленно 20000 кг
5.3. Подбор опор аппарата
Сила с которой аппарат воздействует на опоры
Qо=20000•9,81=196200 Н
Принимаем количество опор для аппарата - 4, тогда сила действующая на одну опору
Q=196200/4=49050 Н=49 кН
Согласно табл. 14.1 [7] принимаем опору типа 1 (лапа) с накладным листом по ОСТ 26-665-79.
Опора 1-6300 ОСТ 26-665-79 имеет следующие типоразмеры, мм
|
Q, кН |
а |
а1 |
b |
с |
с1 |
h |
h1 |
s1 |
K |
K1 |
d |
dб |
f |
|
|
63,0 |
185 |
230 |
230 |
60 |
130 |
360 |
24 |
12 |
35 |
70 |
35 |
M30 |
60 |
Размеры накладного листа по ОСТ 26-665-79, мм
Н=490; В=300; с=24; sн=16.
Принимаем: Накладной лист 1-6300-16 ОСТ 26-665-79.
Используемая литература
1. Конструкционные материалы: Справочник/Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.; ил.
2. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. - М.: Издательство стандартов,1989. - 79с.
3. ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий. - М.: Издательство стандартов,1989. - 79с.
4. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т.1. - Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2002. -852 с.
5. Михалев М.Ф. и др. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи. - Л.: Машиностроение, 1984. -301 с.
6. К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.Л.:Химия,1987.
7. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1981. - 382 с., ил.
8. Смирнов Г.Г., Толчинский А.Р., Кондратьева Т.Ф. Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств. - Л.: Машиностроение, 1988. -303 с.
Подобные документы
Моделирование химического реактора емкостного типа, снабженного механической мешалкой, в которую подается теплоноситель или хладагент. Принципиальная схема реактора и стехиометрические уравнения реакции. Разработка математической модели аппарата.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 31.03.2015Расчет обечайки нагруженной избыточным внутренним давлением. Расчет эллиптического днища нагруженного наружным давлением. Коэффициент прочности предельного сварочного шва. Проверка прочности при гидроиспытаниях. Исполнительная толщина стенки днища.
реферат [85,4 K], добавлен 28.01.2013Конструкция и принцип действия реактора для агрессивной среды; определение его геометрических размеров. Расчет цилиндрической обечайки, эллиптического отбортованного днища и крышки под действием внутреннего и внешнего давления. Оценка прочности аппарата.
курсовая работа [711,5 K], добавлен 19.06.2014Установка гидроочистки/депарафинизации дизельного топлива. Реакторное оборудование для нефтепереработки. Тепловой расчет реактора. Определение количества катализатора. Расчет номинальной толщины стенки обечайки, штуцеров, опоры. Выбор крышки и днища.
курсовая работа [587,5 K], добавлен 09.04.2014Рассмотрение общего устройства реакционного химического аппарата и выбор конструкционных материалов. Расчет стенки обечайки корпуса, рубашки, днища, отверстий аппарата исходя из условий его эксплуатации. Выбор фланцевого соединения, болтов и опоры.
курсовая работа [544,4 K], добавлен 04.08.2014Определение толщины стенок цилиндрической обечайки, эллиптического и конического днищ емкостного аппарата, нагруженного внутренним избыточным давлением. Расчет на прочность и жесткость фланцевый разъем аппарата. Болтовая нагрузка в условиях монтажа.
контрольная работа [328,4 K], добавлен 09.01.2015Технологическая схема каталитического крекинга. Выбор и описание конструкции аппарата реактора для получения высокооктановых компонентов автобензинов из вакуумных газойлей. Количество катализатора и расход водяного пара. Параметры реактора и циклонов.
курсовая работа [57,8 K], добавлен 24.04.2015Выбор конструкционных материалов. Расчёт корпуса, крышки и днища на прочность. Определение удельной тепловой нагрузки. Расчёт массы пустого и заполненного аппарата, напряжений от внутреннего давления, затвора и суммарных осевых податливостей днища.
курсовая работа [277,1 K], добавлен 03.11.2013Расчет оболочек нагруженных внутренним и внешним давлением с заданной рабочей средой и температурой, привода для механического перемешивающего устройства аппарата. Подбор фланцев, прокладок и фланцевых болтов. Определение основных элементов аппарата.
курсовая работа [326,3 K], добавлен 19.12.2010Расчет на прочность и устойчивость цилиндрических обечаек, днища и крышки, элементов рубашки, крышки отъемные и фланцевые соединения. Выбор штуцеров. Выбор и расчет комплектующих элементов привода. Проектирование и расчет перемешивающего устройства.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.03.2011
